整理2人造板原料.docx

整理2人造板原料.docx

《整理2人造板原料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整理2人造板原料.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

整理2人造板原料

2．原料

本章重点内容：

●●      人造板原料的基本性质

●●      不同人造板产品适用原料的选择原则

●●      不同原料的贮存方法

2．1木质及非木质原料

2．1．1木质原料

2．1．1．1木质原料的特性

木质原料的基本性质包括：

物理性质、力学性质、化学性质、加工性质等。

前三项为基本性质，后一项包括刨、锯、旋、油漆、胶粘、干燥、防腐等，与木材的基本性质和木材构造有关。

了解木材的基本性质，对木材的加工和利用有重要意义。

（1）  木材的物理性质

木材的物理性质指不改变木材的化学成分，也无外界机械力的作用，就能了解的性质，包括密度、水分与胀缩、电学、热学和声学等性质。

前二者与木材的一般加工利用有密切的关系。

 A.    密度

●●       定义

密度：

单位体积木材的质量。

ρ=m/V

木材体积由细胞壁物质和显微孔隙（胞腔、胞间隙、纹孔等）和超微孔隙（微纤丝之间的孔隙）构成，因而有体积密度和实质密度之分。

体积密度：

单位体积（木材自然状态下的体积，即包括孔隙）木材的质量。

实质密度：

单位体积（木材密实状态下的体积，不含任何孔隙）木材的质量。

木材的实质密度与树种关系很小，基本相同1.46~4.56，通常取平均值1.5g/cm3。

木材密度受含水率的影响较大，根据木材不同的含水率，密度可分为：

基本密度ρI=绝干材重量/生材体积

生材密度ρy=生材重量/生材体积

气干密度ρg=气干材重量/气干材体积

绝干密度ρo=绝干材重量/绝干材体积

通常用气十密度和基本密度。

●●       影响木材密度的因素：

含水率、木材构造、抽提物等，而木材的构造和抽提物又受树龄、树干部位、立地条件的影响。

●●       密度对产品性能的影响：

木材的强度和韧性随密度的变化而变化。

B.木材中的水分与胀缩

●●       木材中的水分：

通常以三种形式存在

①自由水——存在于大毛细管内（细胞腔内）的水分

②吸着水——存在于微毛细管内（细胞壁内）的水分

③化合水——不数与木材分子化学结合的水分

●●       木材中不同形式水分对木材性能的影响

1①自由水：

一般在微毛细管系统内的水分达到饱和时才存在，其容量很大，有可能使木材的绝对含水率超过100%。

自由水的增加或减少不引起木材尺寸的胀缩。

也不影响木材的强度。

只影响木材的重量、保存性和燃烧性等。

2②吸着水：

存在于细胞壁中，直接影响木材的胀缩与强度。

3③纤维饱和点：

当木材细胞腔内的水分完全蒸发，而细胞壁的吸着水没散失时，或当木材细胞壁吸满吸着水，即细胞壁水分达到饱和状态时，但细胞腔内完全没有水分时，此时木材含水状态称为纤维饱和点。

纤维饱和点的含水率因树种不同而有差别，通常约为30%。

纤维饱和点是木材材性变异的转折点。

当木材含水率大于纤维饱和点时：

木材中水分的增加与减少即为自由水的变化。

当木材含水率小于纤维饱和点时，木材中水分的增加与减少即为吸着水的变化。

●●       木材的胀缩

纵向收缩率：

0.1%

径向收缩率：

3~7%

弦向收缩率：

6~14%

（1）

（2）  木材的力学性质A.   木材力学性质

强度：

木材抵抗外部机械力作用（包括拉伸、压缩、剪切、弯曲等）的能力。

各向异性：

在纵向、径向和弦向上木材的强度各不相同。

A.B.   影响木材力学性质的因素

●●       木材缺陷

●●       木材密度

●●       木材含水率

●（3）  木材的化学性质

A木材化学组成

●●       化学组成

有机物质细胞壁物质（存在于细胞壁中）：

纤维素、半纤维素、木素

非细胞壁物质（存在于细胞间隙和细胞腔内）：

抽提物

无机物质小于1%的灰分

●●       不同树种的化学组成

温带针叶材

温带阔叶材

纤维素

42±2%

45±2%

半纤维素

27±2%

30±5%

木素

28±3%

20±4%

抽提物

3±2%

5±3%

1①纤维素：

针叶材与阔叶材相近；半纤维素：

针叶材小于阔叶材；木素：

针叶材大于阔叶材

2②同一株树中，纤维素：

树干大于枝桠；抽提物：

树干小于枝桠

3③树皮中纤维素、半纤维素含量少，抽提物含量高，木素含量变化大

B．主要组分的结构与性质

1①     纤维素

●●       分子结构：

纤维素是不溶于水的简单聚糖。

大量D-葡萄糖基通过1，4位碳原子上的β—甙键连接而成的直链巨分子化合物。

羟基是主要官能团

分子式：

（C6H10O5）n，式中C6H10O5为葡萄糖基，n为聚合度，天然状态下大于10000。

大分子——微纤丝（结晶区，非结晶区）——原纤维——纤维——木材

●●       物理性质：

白色、无臭、无味、各向异性，密度1.52~1.56，比热在0.32左右。

无定型区有大量的游离羟基，易吸引水分子，形成氢键。

这些被吸附的为称为结合水。

当吸附水量达饱和以后，水不能再与纤维素产生结合力，这些水称为游离水。

纤维素定型区占百分比越大，结合水越多，吸湿性越大。

●●       力学性质：

强度取决于分子链之间的结合力。

结晶度越高，定向性越好，强度越大。

当聚合度小于700时，随着聚合度的增加，强度显著提高。

当聚合主小于200时，纤维素几乎丧失强度。

●●       化学性质：

降解反应

降解：

用物理、化学或物理化学方法使高分子化合物分子尺寸减小，聚合度降低的现象。

高分子化合物的降解包括水解、氧化和热解三类。

水解又分为酸性和碱性水解降解。

在人造板中常发生两种降解：

酸性水解降解和热解降解。

酸性水解降解：

纤维素在酸的作用下，缩醛连接（β—甙键）断裂，产生水解反应，纤维素的聚合度下降，还原能力增加，吸湿性增强，机械性能下降等。

在人造板生产中，酸性来自于原料在高温下蒸煮时，糖类物质分解的有机酸（如甲酸、乙酸），起到催化作用。

热解降解：

高分子物质因受热而产生聚合度降低的作用。

纤维素热降解的程度与温度高低、作用时间的长短及介质的水分和氧气含量有密切关系。

②半纤维素（戊聚糖）

指除纤维素以外的所有非纤维素碳水化合物（少量果胶质与淀粉除外）的总称。

●●       分子结构

半纤维素由两种或两种以上单糖基构成的非均一结构的聚糖。

分子式：

（C6H8O4）n

纤维素

半纤维素

单一糖基，单一甙键

多种糖基，多种甙键

直链巨型

多个支侧链

聚合度大于10000

主链聚合度约200

结晶区、无定型区

无定型物质

●●       性质

1①半纤维素聚合度低，强度低；

2②半纤维素为无定型物质，含有大量游离-OH，易吸湿。

其含量过高，影响人造板的尺寸稳定性。

3③半纤维素中含有多种糖基和不同的连接方式，有的可以被酸溶解，有的可以被碱破坏，故易降解。

在人造板生产过程中，凡有水、热作用工序都会出现程度不同的半纤维素反应。

③木素

木素在植物纤维中与半纤维素共同构成结构壳物质，存在于胞间层与细胞壁上微纤维之间。

●●       分子结构

木素是一类复杂的芳香族化合物，基本单元是苯丙烷，通过醚键和碳—碳键连接成体型大分子，是无定型物质。

其主要官能团有：

甲氧基、羟基、羰基、烯醛基和烯醇基等。

分子量较大，800~10000。

●●       性质

颜色：

白色或淡黄色，分离木素具有较深的颜色，与相应试剂有颜色反应。

熔点：

热塑性物质，无定型结构决定其无固定熔点。

熔点随树种、含水率变化。

通常针叶材（170~180）大于阔叶材（140~150），随含水率的增加而下降。

木素的热塑性是人造板生产工艺条件制定的主要依据，特别是纤维板生产中它是纤维分离和重新组合的重要条件之一。

降解：

受水热作用产生水解降解，程度：

半纤维素>纤维素>木素

缩合：

水热作用产生有机酸，使木素降解活化，在热的继续作用下，又重新缩合。

木质原料经蒸煮，大于110度则降解，开始软化，达到130度时，木素缩合开始，此后降解与缩合同时存在，在140~160度时，木素缩合加速。

水的存在促进木素的缩合，起保护作用。

④抽提物与酸碱性

抽提物是指除构成细胞壁物质的纤维素，半纤维素和木素以外，经中性溶剂（水，乙醇、苯、乙酸、水蒸汽或稀酸、稀碱溶液抽提出来物质的总称（所有内含物）。

含量少的约为1%，多的超过40%。

含量随树种、树龄、树干部位以及生长立地条件不同而不同。

心材大于边材。

抽提物将影响人造板产品的质量，并对设备造成腐蚀。

抽提物与原料的酸碱性（pH值）有关。

一般木材呈酸性，pH=4.0~6.1，主要因为原料中含有醋酸、蚁酸、树脂酸及其他酸性物质。

此外，原料在贮存过程中含酸量会不断增加。

在干燥过程中，由于半纤维素乙酰基水解而生成了游离醋酸。

原料的酸碱性对人造板制造有重要影响，比如胶合时，碱性物质不利于UF胶的固化

2．1．1．2胶合板生产木质原料

（1）

（1）  胶合板用材

●●       原料：

有一定径级的原木。

●●       树种：

制得的单板变形小，易于胶合

●●       我国常用的胶合板树种：

针叶材：

马尾松、云南松、樟子松等

阔叶材：

水曲柳、荷木、杨木、樟木、榆木、椴木、桦木、枫香、核桃楸、泡桐等

进口材：

柳安、阿必东、克伦、奥克曼等

目前，工厂常用树种：

杨木、柳桉、水曲柳、马尾松等

（2）

（2）  木材结构对胶合板生产的影

（3）   年轮：

环孔材旋切单板具有美观的纹理，但易透胶。

散孔材旋切单板均质光滑，组织均匀致密，可旋切薄单板。

●●       心材与边材：

心边材差异明显，其含水率、木材硬度、胀缩都有差异，对热处理、旋切、干燥和热压生产工艺有影响。

●●       木射线：

能增加单板表面美观，但影响胶合强度。

●●       树脂道：

旋切和干燥时，松脂会沾污旋刀和干燥机，热压时容易脱胶和鼓泡。

●●       硬度：

过高会损伤旋刀，单板易开裂；过低单板易起毛，表面不平滑。

●●       尖削度：

有尖削度的木材旋切的单板纹理美观，但影响单板强度。

（4）（3）  对原料的要

（5）①原木质量

●●       对出村率有影响的缺陷：

弯曲度、较大的削度、机械损伤、环裂、端裂、伤疤、空心、腐心等。

●●       对板材质量有影响的缺陷：

斜纹理、节子、涡纹、变色等。

②原木长度

●●       原木检尺长度：

4，5，6米，长度公差：

+6-2cm。

●●       根据胶合板规格和质量要求，将原木截断成所需要的木段，同时要根据原木的缺陷，确定合理的锯断位置，保证单板质量，获得最大的利用率。

③原木径级

●●       国标规定胶合板用材最小直径26cm。

检尺直径按2cm进级。

●●       人工速生林原木直径趋小。

●●       考虑采用无卡轴旋切机以减小木芯直径（5mm，有卡轴旋切机的木芯直径一般为10mm）

2．1．1．3刨花板生产木质原料

（1）

（1）  原料种类

●●       小径级原木：

原料基地提供的小径级原木

原料造材剩余物

胶合板木芯

●●       剩余物：

采伐剩余物（间伐剩余物、枝桠材）

加工剩余物（板皮、端头、碎单板、锯屑）

●●       竹材和农作物秸秆（秆类、壳类、渣类）

（2）

（2）  原料的选择原则●       资源丰富

M=KM’

M——一年生产所需原料；M’——产量；K——生产1M3人造板所需原料

刨花板K=1.5胶合板K=2.5中密度纤维板K=2.3

●●       原料本身密度低，强度高

密度低，可增大板材的压缩率，板材能获得较高的强度。

密度低，提高单位重要原料的刨花表面积（比表面积），可使板材获得较高的胶合强度。

（cm2/g）ρ——原料密度；t——刨花厚度

但是，由于木材的强度S=k（ρ）n，低密度，高强度的木材在实际中选择比较困难，通常选针叶村、软阔叶材。

例落叶松ρ=0.68g/cm3,速生杨树I-72ρ=0.389g/cm3，I-69ρ=0.379g/cm3，MOR=600～700kg/m2。

目前，生产中多采用针阔叶材混合原料。

混合原料平均密度：

ρ=ρ1P1+ρ2P2+……ρnPn

●●       树皮含量尽量少

树皮对板的影响：

树皮颜色深，板面质量差（有斑点）；树皮中有角质物质，影响板材强度；树皮的强度与木材不同影响工艺条件。

通常要求生产中的树皮含量小于10%，且仅作芯层材料。

●●       含水率要合适

一般要求在40~60%内。

含水率过低，木材脆性大，原料制备过程中产生的碎屑多，影响板材质量。

含水率过高，干燥时消耗能量大。

●●       pH值要合适

木材pH值影响固化剂的用量和胶粘剂的固化速度。

固化剂呈酸性，原料若呈碱性，则固化剂用量多，反之则少。

●●       抽提物含量尽量少

抽提物多为油脂类物质（如石蜡、油脂、树胶等），影响胶粘剂对木材的润湿性，不利于胶合。

但能起到防水作用。

2．1．1．4纤维板生产木质原料

（1）

（1）  原料种类

（2）  原料基地提供的小径级原木，采伐剩余物（间伐剩余物、枝桠材），工剩余物（碎单板、锯屑、木芯、边角料），材和农作物秸秆（秆类、壳类、渣类）

（3）

（2）  原料质量的评定

●●       化学成分

纤维素含量应大于30%。

纤维素含量高意味着纤维的得率高，产品的耐水性好，机械强度大。

半纤维及水抽提物含量高时，应考虑提高产品耐水性措施。

●●       纤维含量及其形态

纤维含量高低是决定某种阔叶材能否用于纤维板生产的依据。

杂细胞含量过高，导致纤维得率低和滤水困难，影响产品质量（针叶材的管胞占90%，阁叶材的木纤维多的灰80%。

少的仅为16%。

）

纤维形态：

一般长度大，长宽比大，细胞壁薄的纤维具有较好的交织能力。

长度

长宽比

壁厚

不同树种

针>阔

针>阔

针>阔

同一类树种

早材<晚材

早材<晚材

早材<晚材

同一株树

从树根部向上逐渐增长，到树梢开始减短

●●       加工性能

加工性能指切片和制浆的难易程度，硬材比软材难于加工，干材比生材难于加工，用于生产纤维板的木材，其密度为0.4~0.6g/cm3较好。

（3）原料选择原则

●●       资源丰富

M=KM’

M——一年生产所需原料；M’——产量；K——生产1M3人造板所需原料

中密度纤维板K=2.3

●●       原料质量

木材是最好的原料。

针叶材优于阔叶材，树干优于树梢和枝桠材，边材优于心材，早材优于晚材。

原料搭配：

高质量与低质量原料搭配，不同树种的搭配

●●       原料含水率

控制在40~50%。

●●       树皮用量

树皮内纤维含量低，制浆过程中易被压碎，过量会影响板的表面质量及内部结合强度。

控制在10%以下。

2．1．2非木质原料

2．1．2．1非木质原料资源概况

竹材是第二森林资源，农作物秸秆是第三森林资源

●●       木材资源

我国是缺林少林的国家，森林面积为1.34亿ha2,，居世界第七位，森林复盖率为16.55%，人均森林面积0.112hm2，是世界平均水平的1/6，居世界第119位。

中国森林总蓄积量居世界第8位，人均森林蓄积量8.6M3，为世界上最低的国家之一。

但中国拥有的人工林面积几乎占全世界总量的50%。

2000年可供工业用木材资源为8235万M3，而年均木材消量2.5亿M3，其中工业用材消量达1.3M3。

●●       竹材资源及应用现状

中国是世界上竹林面积最大，竹材产量最高的国家。

中国有竹子37属500多种，竹林面积达440万公顷，占世界竹林面积的1/4。

年产毛竹5亿根，相当于750万M3的木材，年产其他竹材1180万吨。

竹子生长速度非常快，毛竹等工业化利用价值高的竹子生长4~5年即可砍伐加工利用，而且每年可以砍伐，生生不息，永续利用。

竹材通直，虽为中空结构，但毛竹的壁厚可达7~12mm；竹材强度高，硬度大；易于进行锯、劈、刨、旋等机械加工。

中国从80年代初，对竹材的工业化利用进行了研究和开发，先后开发了竹材胶合板、竹编胶合板、竹蔑积成材、竹碎料板、竹中密度纤维板、竹地板、竹席等竹制品，用于汽车车厢底板、混凝土模板、包装箱、地板、室内装修材料，大大提高了竹材的利用价值，缓解了木材供应紧张的局面。

目前中国竹产业的年产值已达170亿元人民币，其中加工业产值已达90亿元。

竹制品已销往30多个国家和地区，年创汇5亿美元。

中国计划到2015年建成和改造人工竹林400万公顷，竹产品年产值达300亿元人民币，出口创汇10亿美元。

●●       农作物剩余物资源及应用现状

中国是一个农业大国，农作物剩余资源非常丰富，品种包括两类：

一类是收割剩余物（如麦秸、稻草、棉杆、芦苇、高梁杆、玉米杆等）。

另一类量加工剩余物（如甘蔗渣、花生壳、亚麻悄等）。

根据1995年的统计资料，我国农作物秸秆年头出量为6.04亿吨。

中国农作物秸秆的现行用途：

●●       肥料：

主要是燃烧的灰分作为钾肥，或把秸秆和河泥混合后待用作肥料

●●       燃料：

主要供广大农村取暖、烧饭等。

●●       饲料：

把麦秸稻草加工成碎料，再添加其他成分，做成饲料，养鸡、猪、鸭等。

●●       原料：

主要用作泥巴墙和草屋顶

农作物秸秆在人造板工业上的应用包括：

●●       秸秆碎料板

●●       秸秆中密度纤维板

●●       秸秆包装垫块

●●       秸秆墙体材料

2．1．2．2非木质原料的特性

3．

（1）      结构

●●       外观：

细长均匀，中空或实心。

●●       外表：

坚硬或有二氧化硅和蜡质层

有些有柔软外皮层（棉秆、麻秆等）

●●       髓心：

松软的髓结构（棉秆、麻秆、甘蔗渣等）

（1）

（2）      宏观构造

纤维细胞含量：

针叶材>阔叶材>竹材>农作物秸秆

竹材、麻秆、芦苇、甘蔗渣、棉秆等的纤维细胞含量已接近阔叶材

（2）（3）      纤维形态

●●       纤维长度：

针叶材平均3mm。

阔叶材平均1mm

棉、麻达18mm以上；竹材1.0~3.0mm；草类小于1mm。

●●       纤维细胞壁腔比：

除毛竹小于1外，其它均大于1。

（3）（4）      化学成分

●●       纤维素含量：

竹材、棉秆、甘蔗渣和芦苇等的纤维素含量接近，一般低于木材，草类最低。

●●       灰分含量：

非木质原料灰分含量过高于木材。

●●       抽提物含量：

非木质原料抽提物含量过高于木材

Rice

CornStover

Wheat

Barley

Oat

Cellulose

24

22

34

29

29

Hemicellulose

19

28

19

20

14

Lignin

5

7

8

6

9

Silica

11

-

5

3

3

2．2胶粘剂及其他添加剂

2．2．1胶粘剂

2．2．1．1胶粘剂种类

按胶粘剂的化学组成，分为有机胶粘剂和无机胶粘剂两大类：

2．2．1．2胶粘剂应具备的条件

（1）

（1）胶粘剂应具有极性

木材是极性物质，它内部异性基团相互吸引，正负电荷抵消呈饱和状态。

它表面有部分极性基团示发挥作用。

当极性胶粘剂与木材接触时，表面的极性基团进行定向排列而互相吸引，使胶粘剂与木材有了牢固的结合条件。

（2）

（2）胶粘剂应具有适当的润湿性

润湿性：

液体在固体表面粘附的能力。

接触角：

大于90时，胶粘剂不能润湿固体表面

小于90时，胶粘剂能润湿固体表面，且角度越小润湿性越好。

胶粘剂的润湿性过大时，胶液的渗透力过强，会有过多的胶液渗到木材内部，以致造成胶层缺胶及耗胶量过大等缺陷；胶粘剂的润湿性过小时，会造成胶层过厚，胶液分布不均匀等缺点。

胶粘剂的润湿性与胶粘剂的粘度有关，粘度越大，分子内聚力大，润湿性越小。

（3）（3）胶粘剂应具有适当的酸碱度（pH）

强酸性和强碱性的胶粘剂都会降低木材的力学性能，尤以强酸为甚。

酸对木材有水解作用，严重地降低了木材的机械强度。

当pH值在3.5以下时，木材的胶合强度开始下降，因此，木材胶粘剂pH值不应小于3.5。

（4）（4）胶粘剂应具有适当的分子量

对于热固性树脂，在胶合过程中受热作用，继续缩聚为分子量极高的高分子化合物。

胶液分子量较低时，胶合强度较高，而分子量较高时，胶合强度反而低。

对于热塑性树脂，在胶合前均树脂聚合或缩聚到最终的聚合度。

在胶合过程中，聚合度变化很小，对胶合强度影响较小。

如PVAC聚合度以60~200为宜。

2．2．1．3胶粘剂的选择

（1）

（1）      根据木材产品的要求选择

●●       胶合强度及而水性

胶粘剂的强度，一般要求大于被胶合木材的强度。

同种胶粘剂胶合不同树种的木材，其胶合强度不同；即使同种胶粘剂胶合同树种木材，胶合条件不同，其胶合强度也不同。

胶合制品的耐水性取决于胶粘剂的耐水性。

通常，用于室外的人造板，选用高强度和高耐用水性的胶粘剂，用于室内的人造板，选用耐水性或非耐水性的胶粘刘均可。

●●       胶合强度的耐久性

不同胶种的耐久性有差异。

同一胶种在不同条件下使用，其耐久性也不同。

即使在一般条件下，由于胶层逐渐老化也会降低胶合强度的耐久性。

（2）

（2）      根据胶粘剂的特性选择

●●       胶粘剂的固含量和粘度

影响施胶量、施胶方法、胶液的流动性、施胶设备及胶合质量。

一般冷压胶合材、短周期胶压材选择固体含量和粘度大的胶粘剂；

对胶合强度要求较低或要求参胶量较大的制品，通常选固体含量和粘度小的胶粘剂

●●       胶粘剂的活性期

活性期：

胶液制成后，在室温条件下，从液状变为凝聚状的时间。

影响施胶、成型、排芯等工艺。

一般生产周期长的产品选择活性期长的胶粘剂，反之，则选活性其短的胶粘剂。

气候条件、胶液固含量和粘度、固化剂种类和用量、添加剂等对活性期有影响。

●●       胶粘剂的固化条件和固化时间

胶粘剂的固化条件：

温度、压力和被胶合材料的含水率等

一般胶粘剂都需在一定的压力下才能达到良好的胶合效果。

个别不需要压力作用，如压敏胶。

对温度的要求根据不同胶种。

有些在常温下即可固化——冷固化胶粘剂

有些须加热至一定温度才固化——热固胶粘剂

有些常温和加热状态下均固化——脲醛树脂胶

被胶合析的含水率过高，会影响胶合强度，过低，胶量消耗大。

胶粘剂的固化时间：

胶粘剂制成后，在一定温度下，从液状变成凝胶状时间。

一般合成树脂胶的固化时间较短，蛋白质胶的固化时间较长。

2．2．1．4合成树脂胶粘剂

合成树脂胶粘剂是有机物通过加工合成的方法，形成高分子化合物后用作胶粘剂。

优点：

原料来源丰富，品种繁多，可根据不同需要选择原料的配比和适当的加工工艺，制成满足性能要求的胶粘剂。

要据板性和使用场合选用不同胶粘剂，按耐水性分：

●●       高度耐水性胶：

即以沸水作用一定时间，强度不显著降低者，如PF；

●●       耐水