基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木及其制造方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木及其制造方法。

背景技术

随着我国建造业的高速发展，木质建材如胶合木板材等的应用越来越多。然而，传统胶合板板材之间通常采用胶结连接，由此产生的胶黏剂甲醛污染问题日益严重，在矿物资源日益减少和整个社会环保意识日益增强的今天，如何实现木质板材的无胶化焊接具有重大意义。

超声波高分子焊接技术目前在金属焊接领域应用较多，该技术利用超声波将两块被夹持的工件焊接在一起，焊接过程无电弧和飞溅。但是，将该技术应用于木质板材的无胶化焊接至今还没有相关研究成果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木及其制造方法，本发明通过结合超声波高分子焊接技术和木质素黏结特性，利用超声波高分子焊接技术的高频振动高温，实现木材搭接区域的木质素迅速达到玻璃化转变温度，从而熔合形成接头。本发明解决了传统胶合板板材之间采用胶结连接所产生的胶黏剂甲醛污染问题，对我国的绿色环保的木结构建筑以及家具产品都拥有十分重要的意义。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木，由上下依次交替叠放的横向排列层和纵向排列层组成，所述横向排列层由多条呈横向排布的木材组成，所述纵向排列层由多条呈纵向排布的木材组成，每条呈横向排布的木材与每条呈纵向排布的木材相互之间为正交关系，特别地，所述横向排列层与所述纵向排列层之间通过基于超声波木质素无胶化焊接方法焊接在一起。

进一步地，所述呈横向排布的木材和呈纵向排布的木材的含水率为8%-12%。

进一步地，所述呈横向排布的木材和呈纵向排布的木材为表面经过打磨抛光预处理的木材。

本发明还公开一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木的制造方法，包括以下步骤：

（1）将规格木材的含水率控制在设定范围内；

（2）将步骤（1）的木材表面进行打磨抛光预处理；

（3）将多条经过步骤（2）处理后的木材呈横向排布组成横向排列层，同时，将多条经过步骤（2）处理后的木材呈纵向排布组成纵向排列层，每条呈横向排布的木材与每条呈纵向排布的木材相互之间正交放置；

（4）将多个所述横向排列层和多个所述纵向排列层上下依次交替叠放组成交错层积木；

（5）通过压力机将步骤（4）形成的交错层积木进行高压压合；

（6）通过超声波焊接机对压合后的交错层积木施加超声振动，利用超声波高分子焊接技术的高频振动高温使得木材中的木质素迅速达到玻璃化转变温度熔合形成接头；

（7）待目标焊接区域的温度达到设定范围时停止振动；

（8）调整压力机的保压时间和保压压力，待目标焊接区域的温度冷却后，抬起压力机完成焊接过程，得到交错层积木成品。

其中，步骤（1）中含水率设定范围为8%-12%。

所述超声波焊接机为多功能数控气动超声波焊接机。

步骤（7）中目标焊接区域温度设定范围为250-400℃。

步骤（8）中保压时间为2~5s。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明将超声波高分子焊接技术和木质素黏结特性结合起来，首次提出基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木及其制造方法，利用超声波高分子焊接技术的高频振动高温，实现木材搭接区域的木质素迅速达到玻璃化转变温度熔合形成接头，实现无胶化焊接。

（2）基于本发明的方法生产的交错层积木不存在胶黏剂污染环境的问题，绿色环保，节约能耗，工艺简单，生产成本低，实用性强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的胶结单元示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木1，由上下依次交替叠放的横向排列层2和纵向排列层3组成。其中，横向排列层2由多条呈横向排布（如图1中水平方向所示）的木材组成，纵向排列层3由多条呈纵向排布（与横向排布相垂直）的木材组成。

根据实际需求，横向排列层2和纵向排列层3的大小尺寸即组成单元木材的数量可以进行相应的调整，每条呈横向排布的木材与每条呈纵向排布的木材相互之间为正交关系。特别地，横向排列层2与纵向排列层3之间不是通过胶粘剂进行粘结，而是通过基于超声波木质素无胶化焊接方法焊接在一起。

如图2所示，显示了本发明的胶结单元局部放大图，图中区域a为上下两块正交木材的胶结区域，该区域存在于上下两块木材互相正交接触的表面。需要说明的是，图2所示为组成横向排列层2和纵向排列层3的每条木材之间的焊接区域局部示意图，并不是整体示意图。

木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物，当温度达到玻璃化温度以上时，木质素的分子链发生运动，由固态软化变粘并具有胶粘力。本发明基于该原理，利用木材本身木质素的这种特性，提供了一种基于超声波木质素无胶化焊接的交错层积木的制造方法，具体包括如下步骤：

（1）将规格木材的含水率控制在设定范围内；

（2）将步骤（1）的木材表面进行打磨抛光预处理；

（3）将多条经过步骤（2）处理后的木材呈横向排布组成横向排列层2，同时，将多条经过步骤（2）处理后的木材呈纵向排布组成纵向排列层3，每条呈横向排布的木材与每条呈纵向排布的木材相互之间正交放置（如图1所示）；

（4）将多个横向排列层2和多个纵向排列层3上下依次交替叠放组成交错层积木1；

（5）通过压力机将步骤（4）形成的交错层积木进行高压压合；

（6）通过超声波焊接机对压合后的交错层积木施加超声振动，利用超声波高分子焊接技术的高频振动高温使得木材中的木质素迅速达到玻璃化转变温度熔合形成接头；

（7）待目标焊接区域（如图2所示的胶结区域）的温度达到设定范围时停止振动；

（8）调整压力机的保压时间和保压压力，待目标焊接区域的温度冷却后，抬起压力机完成焊接过程，得到交错层积木成品。

步骤（1）中，规格木材指的是规格相对较小的木材，含水率设定范围为8%-12%，对于含水率的控制，可以采用风干、烘干等方法，本发明不进行具体限定。

步骤（2）中，对木材表面进行打磨抛光预处理，主要是为了控制木材表面的粗糙度，使其更易于粘结。

步骤（7）中，目标焊接区域温度设定范围为250-400℃。

步骤（8）中，振动结束后，需要等待焊接区域温度冷却并保持相应的焊接压力保压时间为2~5s，待目标焊接区域温度降低到接近室温时，即可抬起压力机完成焊接过程。

优选地，本发明所采用的超声波焊接机为多功能数控气动超声波焊接机。

以上所述实施例仅仅是对本发明技术方案的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。