本發(fā)明涉及木材加工，尤其涉及一種提高lng、lpg、leg船獨立液貨艙用特種重組材料抗開裂性能的方法。

背景技術：

1、液化天然氣（lng）作為一種清潔、高效的能源，在全球范圍內得到廣泛應用。在中小型lng船和lng動力船的設計和建造中，高性能特種重組材料因其優(yōu)異的力學性能、低導熱性和耐水性能，被廣泛應用于液貨艙的隔熱支撐結構中。

2、然而，lng船用特種重組材料在長期使用中可能會面臨開裂的風險。這是因為lng船舶在極端低溫環(huán)境下運行，如貨艙溫度通常維持在-163℃左右，而木材在低溫下會發(fā)生冷縮，且在頻繁的溫度波動和機械載荷作用下，重組材料可能會出現微裂紋，進而導致更嚴重的結構性開裂。這不僅影響材料的隔熱效果，還可能危及液貨艙的結構完整性和船舶的安全性。因此，提高lng船用特種重組材料的抗開裂性能，對于延長其使用壽命，并確保其在各種環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和可靠性尤為重要。

3、在防止木材開裂變形的研究中，主要圍繞木材在干燥過程中如何抑制其開裂，針對超低溫領域下使用的高密度特種重組材料抗開裂的研究很少。

技術實現思路

1、超低溫領域下使用的高密度特種重組材料的密度一般為1.30g/cm3以上，如上所述，此類產品因使用條件苛刻，特別是頻繁的超低溫溫度變化導致易于開裂，本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決該特定應用情景下特種重組材料的開裂問題。為此，本發(fā)明提出一種提高lng、lpg、leg船舶的獨立液貨艙用特種重組材料抗開裂性能的方法，通過原料、制備工藝和結構設計的結合，能在滿足特種重組材料的密度、導熱系數以及耐水性等性能要求的前提下，有效減少該特定應用情景下特種重組材料的開裂率，實現密度為1.30~1.36g/cm3，開裂率低于3%，導熱系數≤0.32w/(m·k)，吸水率≤0.5%的高密度特種重組材料的制備。

2、第一方面，本發(fā)明提出了一種提高重組材料抗開裂性能的方法，所述重組材料用于lng船舶、lpg船舶或者leg船舶的獨立液貨艙，包括：木材旋切成厚度為1.8~3.0mm的單板；所述單板經濕熱處理、第一次干燥、浸膠、第二次干燥得浸膠單板；所述第二次干燥是指使所述浸膠單板的含水率達到5~8%；所述浸膠單板的上表面分散增強材料后，組坯，熱壓，平衡；所述增強材料位于相鄰浸膠單板之間；所述增強材料包括平均直徑為5~8μm的纖維材料和/或平均粒徑為10~50nm的納米顆粒。

3、如上所述，超低溫使重組材料脆化，變得更加剛硬和脆弱，塑性變形能力下降，從而在應力集中區(qū)域容易形成裂紋并迅速擴展。同時，液貨罐支座重組材料兩端溫度差異大，存在熱應力，環(huán)境溫度變化也會使重組材料內部的熱應力逐漸積累。如果熱應力超過樹脂的斷裂強度，可能會導致重組材料發(fā)生微裂紋。這些微裂紋在反復地載荷與高低溫循環(huán)下容易擴展，最終導致明顯的開裂現象。發(fā)明人發(fā)現，濕熱處理可改變單板的內部結構，消除內應力。然而，濕熱處理僅能一定程度地減少裂紋。發(fā)明人進一步研究發(fā)現，由于木材與樹脂的熱膨脹系數不同，容易在膠層處出現裂紋。因此本發(fā)明通過設計上述特定結構的重組材料，特別是將在膠層處添加增強材料，其在裂紋擴展過程中起到鈍化作用，即使裂紋穿過膠層，也會在某些點被阻擋或分散，這樣可以防止裂紋迅速擴展。

4、基于該結構設計，本發(fā)明提出上述特定方法，具體地：在浸膠前，對單板進行濕熱處理，通過改變其內部結構，減少應力集中，同時，控制浸膠單板的含水率以及增強材料的結構，結合后續(xù)的熱壓工序，既能夠保證增強材料的上述作用發(fā)揮，還可以避免膠合強度下降，進而增強整體韌性，從而提高防開裂能力，減少重組材料膠層的開裂率，提高防開裂性能。

5、本發(fā)明的上述單板厚度可為0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.6mm。合適厚度的單板，是提高重組材料防開裂能力的基礎。

6、根據本發(fā)明所提供的方法，所述濕熱處理包括飽和蒸汽處理，所述飽和蒸汽的溫度為180~190℃，蒸汽壓力0.6~0.8mpa，處理時間為15~30min。

7、在本發(fā)明公開的參數范圍內進行濕熱處理，可明顯改善單板內部內應力，從而減少單板內部的開裂率。具體地，溫度可以是180℃、185℃和190℃，時間可以是15min、25min、30min，壓力通常0.6~0.8mpa；本領域技術人員也可在本發(fā)明公開的內容基礎上，根據需求選擇合適的濕熱處理工藝。

8、根據本發(fā)明所提供的方法，所述纖維材料選自玻璃纖維、碳纖維和玄武巖纖維布中的至少一種。

9、根據本發(fā)明所提供的方法，所述纖維材料為浸漬樹脂后的纖維布。所述樹脂優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、異氰酸酯和酚醛樹脂中的一種或者兩種以上的組合。

10、根據本發(fā)明所提供的方法，所述納米材料選自納米二氧化硅和納米氧化鋁中的至少一種。

11、根據本發(fā)明所提供的方法，所述納米顆粒采用噴涂方式均勻噴灑在所述上表面，所述上表面上納米顆粒的添加量為0.5~1.0g/m2。比如將納米顆粒分散在溶劑中，如乙醇，再采用噴灑的方式噴涂。

12、根據本發(fā)明所提供的方法，還包括在經過平衡處理的所述特種重組材料的表面涂覆防護涂層。

13、優(yōu)選地，所述防護涂層包括選自聚氨酯涂層、丙烯酸涂層、桐油和防水油漆中至少一種，聚氨酯涂層和丙烯酸涂層等可以保護表面，減少開裂。使用桐油和防水油漆等，可以封閉木材表面，防止水分滲入和濕度變化引起的開裂。

14、根據本發(fā)明所提供的方法，所述木材選自樺木、雪松、鐵杉、櫸木和南方松中的至少一種。其中，選用優(yōu)質木材作為原料，如樺木、雪松、鐵杉、櫸木、南方松等木材紋理細膩，且在寒冷環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定的樹種，有利于重組材料在超低溫環(huán)境保持穩(wěn)定性能，減少開裂，延長壽命。南方松選自長葉松、短葉松、濕地松、火炬松。

15、根據本發(fā)明所提供的方法，所述浸膠采用的膠黏劑含有環(huán)氧樹脂、異氰酸酯和酚醛樹脂中一種。

16、優(yōu)選地，浸膠時，將所述膠黏劑配制為膠黏劑溶液，施工方式可以采用將第一次干燥后的單板浸漬在所述膠黏劑溶液中，也可以采用將所述膠黏劑溶液噴施在第一次干燥后的單板上，使膠黏劑溶液中的膠黏劑附著并一定程度地滲透入第一次干燥后的單板中。

17、在發(fā)明中，經濕熱處理和第一次干燥后的單板，在浸膠時，各種類型的膠黏劑的滲透的效果，主要取決于膠黏劑溶液的固含量。

18、當膠黏劑為環(huán)氧樹脂時，優(yōu)選地，膠黏劑溶液的固含量為30~70%。其中，對于具體的環(huán)氧樹脂膠黏劑，本發(fā)明無特殊限制，一般地，當膠黏劑可以選自環(huán)氧樹脂e-44等，以及本發(fā)明所選木材常用的環(huán)氧樹脂類膠黏劑時，所達到的技術效果基本相當。

19、當膠黏劑為異氰酸酯時，優(yōu)選地，膠黏劑溶液的固含量為40~70%。其中，對于具體的異氰酸酯膠黏劑，本發(fā)明無特殊限制，一般地，當膠黏劑可以選自：desmodur?l?75（科思創(chuàng)）、wannate?pm-200（萬華化學）、bayhydur?xp?2655（科思創(chuàng)）或者cythane?3160（氰特）等，以及本發(fā)明所選木材常用的異氰酸酯類膠黏劑時，所達到的技術效果基本相當。

20、當膠黏劑為酚醛樹脂時，優(yōu)選地，膠黏劑溶液的固含量為35~45%。其中，對于具體的酚醛樹脂膠黏劑，本發(fā)明無特殊限制，一般地，當膠黏劑可以選自：酚醛樹脂?lsr-802或者水性甲階酚醛樹脂等，以及本發(fā)明所選木材常用的酚醛樹脂類膠黏劑時，所達到的技術效果基本相當。

21、根據本發(fā)明所提供的方法，所述膠黏劑的施膠量為20~35%。本發(fā)明中的施膠量主要由浸膠時膠黏劑溶液的固含量控制，在實際應用時，可以通過控制浸膠的時間進行調整直至所述膠黏劑的施膠量滿足本發(fā)明的需求。

22、根據本發(fā)明所提供的方法，所述第一次干燥是指使單板的含水率≤5%。本發(fā)明依據干燥工序的作用不同，控制第一次干燥的含水率以及第二次干燥的含水率不同，具體而言，為了實現更好的浸膠效果，所述第一次干燥使單板的含水率≤5%，而為了提升熱壓的效果，需要控制第二次干燥使所述浸膠單板的含水率達到5~8%。

23、根據本發(fā)明所提供的方法，所述熱壓的溫度為125~145℃，壓力為8~15mpa，熱壓速度為0.8~1.5min/mm。

24、組坯時，可以采用正交、平行或其他任意夾角組坯，組坯后熱壓，溫度可為125℃、130℃、135℃、140℃和145℃，壓力可以8mpa、9mpa、10mpa、11mpa、12mpa和15mpa。熱壓工藝可以是溫度、壓力及速度的任意組合，本領域技術人員也可根據需求選擇合適的熱壓工藝。采用上述熱壓工藝，有利于提高重組材料防開裂能力。

25、根據本發(fā)明所提供的方法，熱壓后的板材進行5~9天平衡處理。本發(fā)明對平衡處理的條件無特殊限制，采用本發(fā)明常規(guī)條件即可實施，例如，進行5天、6天、7天、8天和9天平衡處理，木材會逐漸吸收或釋放水分，直到含水率達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，從而減少后期使用過程中的開裂。

26、第二方面，本發(fā)明還提供一種用于lng船舶、lpg船舶或者leg船舶的獨立液貨艙的特種重組材料，其采用如上所述方法制得；所述重組材料的密度為1.30~1.36g/cm3，開裂率低于3%，導熱系數≤0.32w/(m·k)，吸水率≤0.5%。

27、有益效果：

28、本發(fā)明通過濕熱處理和在膠層處添加增強材料結合，顯著地提高防開裂能力，特別是能有效減少重組材料單板內部及膠層處的開裂；在此基礎上，本發(fā)明還通過木材的選擇、單板厚度的設計、膠黏劑的選擇、板材含水率的控制、及熱壓工藝的優(yōu)化，進一步提高防開裂能力。在熱壓后的板材表面涂覆防護涂層，也有利于進一步提高重組材料的防開裂性能。

29、本發(fā)明通過以上多方面的優(yōu)化設計，能夠有效減少lng船舶、lpg船舶或者leg船舶用特種重組材料單板內部或膠層處的開裂率。