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最新2人造板原料汇总

 

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;

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