一种低导热系数板材及其制备方法和应用与流程

本技术涉及一种低导热系数板材及其制备方法和应用，属于木质复合材料。

背景技术：

1、目前，建筑能耗在社会总能耗中所占比例接近30％，开发和推广低能耗建筑成为推进节能减碳的关键。建筑外墙和屋顶的保温效果经过多年发展已接近极限，建筑外窗是实现室内采光、照明、通风、景观等功能的关键建筑构件，也是保温隔热的薄弱构件，在建筑围护结构总能耗中，建筑门窗的能耗约占50％，窗户的传热系数大约是墙体和地面的4倍、20倍。现有的节能窗都很难兼顾建筑外窗作为建筑得热和失热部件的双重性能。与此同时，随着城镇化的高速发展，当下开发出的住宅数量逐渐增加，建筑门窗的需求量也呈现出逐年攀升的形势，在节能减排的大趋势下，亟需更加节能的门窗系统。此外对任何门窗来讲，玻璃是一定的，窗框是不一样的，窗框的导热技术直接决定了窗户的k值。现在的建筑市场上的节能窗框材料主要有断桥隔热铝合金窗、塑料窗、木窗等，尤其以断桥铝合金窗最为流行。

2、然而铝的导热系数为203w/m.k，导热系数较高、热量传递过快，所以保温性能较差。铝合金需要断桥，而断桥的技术水平要提高到使铝窗具有较高的保温性能，代价是成本的大幅度提高，所以铝合金窗框故逐渐被取代。目前铝包木窗可满足导热系数1.0w/m2.k，但适用范围受限，仅再长江以北地区使用。

3、由于木材是多孔材料，热流要通过其实质物质和孔隙两部分传递，但空隙中的木材导热系数远小于木材实质物质，所以木材的密度与其导热呈正相关，低密度木材其导热系数也较低，作为外窗结构使用时其保温效果同样越好。而当低密度原木木材用于建筑外窗结构时，长期与户外接触，由于其结构疏松，材质软，强度低，稳定性差和易腐朽等缺陷，温度、湿度、降水等外界因素极易对木制窗框性能产生影响，从而出现翘曲、开裂、变形、变色、发霉等现象，进而影响外窗性能，因此木材用于窗框材料时，其耐候性也直接关系到建筑室内热舒适及建筑能耗水平。

4、针对现有的可做窗型材的材料而言：

5、1、传统重组木的压缩比大(50％～75％)、密度高(0.80g/cm3～1.40g/cm3)，其各项力学性能均有不同程度的提高，为其在结构工程领域中作为梁柱等承重结构的应用提供了前提条件。但当其作为非承重的窗型材而言，厚重的材料反而不利于后期的窗框加工与安装，增加基材生产成本，此外高密度也使其导热系数增加，导热能力加强，不利于建筑的节能保温。橡木窗型材虽然密度较低，但其力学性能效果得不到保证，当玻璃等材料施加在型材上时会因为承受外力性能低而产生破坏，从而无法保证外窗超大透光率。

6、2、目前市场上存在的以橡木、杨木等阔叶材为原材料窗型材，虽然利用疏解单板和普通酚醛树脂制备的重组木性能稳定，但由于阔叶材本身材质疏松，导管直径大，密度小、强度低、材质轻而软等性质，且阔叶材由导管、木射线和纤维等细胞组成，比针叶材结构复杂，排列不规则，材质不均匀，当其用于建筑外窗结构用材在长期恶劣的室外环境下，易出现开裂、变形等问题。此外固化后的水溶性酚醛树脂脆性大，不耐冲击，当粘接部位承受外力时很容易产生裂纹，并迅速扩展，导致胶层开裂，不耐疲劳。再加上生产过程中工艺流程操控不精确等，更易产生开裂整体耐候性较差。

7、3、越秀木-pl系列产品采用辐射松单板和浸渍型酚醛/改性酚醛树脂为基础原料，固化过程中浸渍型酚醛树脂发泡率低；辐射松单板经过浸渍-压缩后的导热系数没有明显降低。越秀木-pl产品主要用于户外地板，没有用于门窗材的案例，其可压制21mm厚度板材，但不能用于窗型材，同时未关注材料导热系数的问题。

8、综上，现急需开发一种既导热系数低，又具备良好的耐候性、稳定性，力学强度较好的低密度轻质实木窗型材，这对于改善室内热环境，降低建筑能耗，提高木材利用率和延长建筑门窗构件寿命具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种低导热系数板材及其制备方法和应用，通过对木质单板进行预处理，再分别进行低分子量酚醛树脂改性处理和高分子量酚醛树脂施胶处理，低分子量酚醛树脂能够深入木材内部，提高了木材内部均一性和稳定性，涂胶增强了单板层间的胶接能力，二者协同作用使板材整体导热系数低，具备良好的耐候性和稳定性。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种低导热系数板材的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)预处理：采用碱性溶液对木质单板进行预处理；

4、(2)改性：采用低分子量酚醛树脂对木质单板进行真空浸渍处理；

5、(3)施胶：采用高分子量酚醛树脂进行表面处理，均匀涂抹改性后的木质单板；

6、(4)铺装：将若干张施胶后的木质单板纵向铺装，进行预压；

7、(5)压制：将预压后的板材进行压制，脱模后进行堆积冷压后即得所述低导热系数板材。

8、可选地，步骤(1)中碱性溶液的质量浓度为2-5‰，采用的碱性物质为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的一种。

9、可选地，步骤(1)中木质单板的材质为杨木、松木或桦木；

10、预处理时间为20-60min，温度为40-100℃。

11、具体地，通过采用碱性溶液进行预处理，破坏木材的表面张力和木质素结构，增加木材的孔隙性和渗透性，去除表面污染物，能够抽提木材中水溶性物质，使木材更容易吸收后续的改性酚醛树脂，更容易改性彻底，提高材料均一性和耐腐蚀性，材料的导热性更均匀。

12、可选地，步骤(2)中低分子量酚醛树脂的分子量为100-400，真空浸渍中真空度：抽负压-0.05～-0.12mpa，时间5-30min，加压压力0.6-1.5mpa，时间30-60min，处理时间为35-90min。

13、可选地，步骤(3)中高分子量酚醛树脂的分子量为300-800，用量为0.07-0.11g/cm3。

14、具体地，低分子量酚醛树脂的固含量为15-21％，高分子量酚醛树脂的固含量为45-55％。

15、具体地，低分子量酚醛树脂能够进入到细胞壁与细胞腔、胞间空隙中，起到填充、改性木材的作用，这种深层次的改性使木材更加紧密和坚固，从而降低了热能通过木材的传递速度。

16、可选地，步骤(4)中预压压力为5-10mpa，时间为30-60min。

17、可选地，步骤(5)中压制温度为115-130℃，时间为30-90min，堆积冷压时间为3-6天。

18、可选地，步骤(5)中若木质单板材质为松木或杨木，则热压压力为4-6mpa；若材质为桦木，则热压压力为5-7mpa。

19、根据本技术的另一方面，还提供了一种低导热系数板材，采用上述制备方法制备得到。

20、根据本技术的又一方面，还提供了上述低导热系数板材的应用，所述低导热系数板材用于门窗型材。

21、本技术的有益效果包括但不限于：

22、1.根据本技术的低导热系数板材的制备方法，通过针对不同树种材料进行不同的前处理，有效去除原木中水溶性有机物，提高材料耐腐蚀性，碱性溶液破坏木材中的部分化学键(如木质素和纤维素之间的键)，去除木材表面的油脂和杂质，能够提高其后续处理的效果，此外，碱处理可以增加木材的孔隙率，使后续的改性酚醛树脂更容易渗透。

23、2.根据本技术的低导热系数板材的制备方法，通过先用低分子量树脂深入木材的微孔隙中，填充细胞壁、细胞腔等，固化后与木材中木质素一体化，形成体型结构，提高材料尺寸稳定性，深层次的改性使木材更加紧密和坚固，从而降低了热能通过木材的传递速度，达到降低导热系数的效果。

24、3.根据本技术的低导热系数板材的制备方法，改性后再使用高分子量增韧酚醛树脂处理材料表面，有效提高粘接层的粘接能力，形成层间阻水层，降低水分对材料的影响，提高材料尺寸稳定性。

25、4.根据本技术的低导热系数板材的制备方法，两种特定分子量的酚醛树脂的使用在固化过程中形成微发泡小孔，二者协同作用，使树脂自身的低导热性能同时赋予到材料中，再协同木材自身，形成隔热效果更佳的材料。

26、5.根据本技术的低导热系数板材的制备方法，通过采用全纵向铺装，可发挥原材料最大顺纹抗压强度，另外纵向铺顺着原木生长方向，长度方向拼接个数少，横向铺装拼接缝多。