杨木无胶刨花板工艺研究讲解.docx

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杨木无胶刨花板工艺研究讲解

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

在经济高速发展的今天，环境问题的日益突出使得人们在生产生活中对于环境的保护越来越重视。

在人造板及家具的生产过程中，游离甲醛的释放导致环境污染，损害人体的健康，是人造板及家具产业发展的难题。

因此，消除甲醛污染成为人造板及家具产业关注的焦点。

随着人类环保意识的逐渐增强,可持续发展的需要,还有石油资源的有限性,成本低廉、性能优良,低毒甚至无毒的制品将是国内外研究的主流目标。

尽管市场上有低毒或无毒的胶种,但产量有限价格高昂,或胶合性能较差，且其合成工艺、使用工艺复杂。

所以针对这个难题,寻求另外的解决方案迫在眉睫。

最理想的就是是利用原料的自粘力或适量环保的添加剂生产符合使用功能的无胶人造板。

1.2无胶人造板的研究进展与问题的提出

近些年来合成树脂胶粘剂基本上取代了豆胶、血胶等蛋白质类胶粘剂,促进了人造板工业和家具工业的发展。

尽管现行的合成树脂粘胶剂有许多优良性能,但也存在不少缺点。

常用的甲醛系的胶粘剂最大的弊端是在人造板生产和家具加工和使用过程中释放出的游离甲醛污染环境,对人体健康有损害。

因此,清除甲醛污染,研究新型胶粘剂以及探索新的胶合方法已受到国内外研究者的重视。

其中无胶胶合十分引人注目[1]。

无胶人造板是一种不用外加添加剂，不依赖于胶黏剂来实现木质材料胶接和生产人造板的新技术.国内外对于无胶人造板的研究颇多最早可追溯于1939年，Tischer的木材表面经化学处理改良其胶合性能的技术取得了美国专利,美国、加拿大、日本、俄罗斯、波兰、德国、澳大利亚以及中国相继开展了无胶胶合方法的研究[]。

上世纪60、70年代,前苏联对利用云杉树皮制造无胶树皮板进行了研究。

加拿大的科研人员研究过无胶花旗松树皮板。

日本的研究人员开展了利用辐射松树皮生产模压制品和可加热型地板垫板等树皮板的研究采用无胶的树皮微粒进行高温模压。

[2-7]

1984年,Ohota,S.[8]在南非取得专利。

专利中叙述了用木质纤维材料制造无胶人造板的方法。

1987年,SuchslandO[9]等人利用美森耐特厂纤维装在蒸汽压力200~500psi条件下,蒸煮2.5min制得了干法无胶硬质纤维板。

1994年,EllisS[10]通过酸催化热转换成呋喃产物对各种半纤维素高含量具有自粘合性能的木质材料进行了研究。

1999年,中国林业科学研究院[11]在干法纤维板生产工艺的基础上,不需添加胶粘剂和变更任何生产设备,仅通过调整某些工艺参数,就能以木材为原料,生产出高密度环保纤维板的技术,获得了国家发明专利。

2002年,芬兰赫尔辛基工业大学通过对木纤维分别进行打装帚化处理、酶处理、γ-射线辖照等方法,引发木纤维表面的自由基,在170~190℃下压制12mm厚的中密度无胶纤维板,制出具有良好内结合强度和静曲强度的板材[12]。

2005年,徐剑莹[13]等人利用红麻韧皮纤维编织物作为表层和底层,红麻秆芯刨花作为芯层制得了红麻复合板,且没有向芯层刨花中添加胶粘剂,而在红麻韧皮纤维编织物实物基体上以50g/m²喷洒亚甲基二苯基异氰酸酯合成树脂。

2008年,郭颖燕等人从芒麻秆的产量、分布以及基本物理化学性质等方面,分析了芒麻秆作为无胶碎料板原料的可行性。

同年,南京林业大学何翠芳以棉秆为原料,釆用蒸汽爆破处理,试制了无胶纤维板,探索了改善无胶板材性能的途径和植物纤维自胶合机理[14-15]。

2010年，张亚慧[16]等人探讨利用改性豆基蛋白胶压制杨木刨花板的工艺,分析热压温度、热压时间、施胶量和防水剂加入量对杨木刨花板性能的影响,提出杨木刨花板的最佳工艺条件。

同年,徐剑莹等人制定了红麻秆材料在无任何添加剂的条件下制作无胶碎料板的相关工艺。

并探讨了红麻杆无胶碎料板的密度与其物理力学性能间的关系。

2011年,张锐[17]等人以芒麻秆芯为原料,釆用加入复合型添加剂的方法,按A:

B=1:

1的比例研制无胶碎料板。

2013年，郑霞[18]等人以竹碎料为原料，通过喷蒸热压工艺制备无胶竹碎料板，并分析了无胶竹碎料版成型机理。

2015年，廖瑞[19]等人以蔗渣为原料，不采用合成树脂，而是加入少量环保型添加剂压制轻质无胶蔗渣板。

探讨了板的密度，以及防水剂的有无对轻质无胶蔗渣板的物理力学性能及热学性能的影响。

1.3杨树及其刨花板的特点

1.3.1杨树资源的发展现状

我国森林资源严重缺乏，发展人工速生丰产林是缓解我国木材资源不足的一条有效途径。

杨树作为一种优良的速生树种，在我国许多地区己被广泛种植，可以说杨树是我国林业发展中栽培面积扩展最快的树种，杨树产业的发展将在我国林业中占据越来越重要的地位[20]。

杨树属，全世界近100种，我们有50余种。

它们分别属于胡杨派，白杨派，大叶杨派和黑杨派[21]。

杨树是世界中纬度平原地区栽培面积最大、木材产量最高的速生用材树种之一，它具有生长快、成材早、产量高、易于更新的特点，是较为合适的短轮伐期工业用材经营树种[22]。

目前我国杨树人工林总面积居世界第一，超过了其他国家杨树人工林面积的总和。

杨树产业的大发展，不仅有效缓解了我国用材供应的紧张状况，改善了森林资源结构，而且优化了农村产业结构，促进了广大农民增收[23]。

杨树木材的物理力学性质、纤维形态和化学组成、加工性能、资源分布等方面有许多独特之处。

如何高效利用丰富的杨树资源是人工林木材加工利用的重要课题[24]。

同时，随着我国天然林保护工程的实施，杨树等人工木材作为工业用材，其加工利用的科学研究与技术开发越来越受到重视。

现在以杨树人工林木材的加工利用十分广泛。

杨树人工林木材已经成为我国人造板工业的主要原料。

由于杨树木材密度低，材色白，又是生产中纤板和刨花板的理想原料，尤其是中密度纤维板的较好原料，且原料来源广泛,杨木的枝桠、梢头和加工利用剩余物均可使用。

近年来，国内已有很多中密度纤维厂和刨花板厂以杨树作为原料[25]。

1.3.2速生杨木刨花板的特点

刨花板是将木材加工剩余物、小径木或非木材植物纤维原料加工成刨花，然后加胶粘剂或添加剂压制成的人造板材，是人造板的主要品种之一。

根据板材的结构可分成普通刨花板、华夫板、复合板等[26]。

速生杨木给刨花板的生产和发展提供了可观的木材资源。

众所周知，我国是一个森林资源极其贫乏、而人口众多的国家。

根据第八次全国森林资源清查统计结果表明：

我国森林面积2.08亿公顷，蓄积量为151.37亿立方，森林覆盖率为21.63%，远低于全球31%的平均水平，人均森林面积仅为世界人均水平的1/4，人均森林蓄积只有世界人均水平的1/7，其中，现有材林中可采面积仅占13%，可采蓄积仅占23%。

另外，重点林区实施天然林保护工程后，国产的优质大径材、硬阔叶材、尤其是珍贵阔叶材严重匾乏，而人工林木材、小径材、抚育间伐材和三剩余物资源丰富。

速生杨木刨花板产业是高效利用木材的产业。

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，木材的消费在增长，而资源的供应在下降，这一供需矛盾的存在，只有靠大力发展我国的人造板工业及进一步发挥人造板产品替代实木材的作用来解决。

在发展中必须考虑木材资源结构的变化:

一是原料从以天然林资源为主向以人工林资源为主的方向转变；二是考虑因大径材严重缺乏所造成的原料结构性矛盾更显突出的问题，由仅扩大生产规模的单一发展模式向扩大规模与节约使用及使有限的资源得到充分利用的复合发展模式转变，提高木材原料的综合利用率。

这些木材资源结构的变化，给普通刨花板产业的发展带来了很大的机遇。

作为非单板型的刨花板对原料的要求比较低，不同类型的原料通过不同的制备工艺都能制成可生产刨花板的刨花。

可以说速生杨木刨花板产业的发展最适合我国启动天然林保护工程和速生丰产林工程后的木材资源结构的变化，它是高效利用木材的主要方式[27]。

速生杨木刨花板是一种绿色环保的产品，它具有节约木材、劣材优用、提高木材综合利用率等优点，必将在人造板领域中起主导作用。

这是因为一是速生杨木刨花板的生产成本较低，投资少见效快。

二是速生杨木刨花板的技术性能指标足以满足制作家具及室内装修板材等消费的性能要求，且广泛应用于家具、装修等行业；三是速生杨木刨花板生产所使用的原料是所有人造板中用材较经济的一种，这一点最符合我国缺林少材的国情，符合我国天然林保护工程实施后木材资源结构的变化。

可见，速生杨木刨花板工业的发展，在今后很长一段时间将是我国人造板市场的主流，更是满足市场木材和木制品需求的重要替代材料。

1.4本课题研究的主要内容

本课题以杨木刨花为原材料，用添加剂A和B取代胶黏剂，在选定的添加剂配比下，采用单因素试验方法及常规热压生产工艺，经过一定压力作用，使杨木刨花有机地粘合成板，制成杨木无胶刨花板。

探索主要热压工艺参数（热压时间，热压温度，添加剂含量，板材密度，刨花含水率，防水剂含量）对杨木无胶刨花板的生产工艺及板材物理力学性能的影响,得出无胶刨花板热压优化工艺，并使其性能达到国家标准GB/T4897.4-2013的要求。

2试验材料、设备、试验方法及检测方法

2.1杨木的材性

2.1.1组织结构

在杨木的组织结构中。

有导管、木射线、纤维、轴向薄壁组织等，其纤维含量为52.8％～67.3％，而导管含量在22.2％～36.0％、木射线含量在6.1％～11.4％、轴向薄壁组织0.1％～0.7％。

2.1.2纤维形态

纤维是指除导管分子，薄壁细胞和管胞之外的一切细长、壁厚的细胞组织。

通常分为纤维管胞与韧性纤维。

在杨木木材分子中，木材纤维所占的比例极高，占到木材总体积的50%--60%。

纤维管胞在杨木中含量较少，韧性纤维比纤维管胞长而壁较厚。

纤维管胞有具缘纹孔，纹孔腔远比在同一木材中的管胞和导管的小。

韧性纤维的纹孔是单纹孔，向着细胞腔的开口成缝状。

纹孔道也像压扁的漏斗，看不出边缘，也没有纹孔腔。

2.1.3化学成分

表2.1杨木的化学成分百分比[28]

Table2.1ChemicalcompositionofPoplar

类别全纤维素聚戊糖木质素1％NaOH热水冷水灰分

抽出物抽出物抽出物

杨木76.8922.2520.6415.742.451.350.66

2.2试验材料及设备

2.2.1试验材料

（1）杨木，取自工厂废料。

经人工劈碎，再进行刨片机刨片处理制得杨木刨花，其形态如图2.1所示。

（2）添加剂：

A和B，分别为有机酸和糖。

按A:

B=1：

1配置成50%的水溶液。

（3）防水剂：

浓度为60%的石蜡溶液。

杨木刨花的筛分值列于表2.2。

表2.2杨木刨花筛分值

Table2.2Particlesizedistribution

筛网孔径/目质量比/%

>511.3

5~1023.7

10~2030.5

<2034.5

图2.1杨木刨花

Fig2.1Poplarshavings

2.2.2试验设备

（1）实验热压机：

型号:

Y33-50,热压板幅面500×500mm，如图2.2所示。

图2.2试验用热压机

Fig2.2HotPress

（2）全自动电脑干燥箱：

型号：

DHG-9203C，杭州蓝天化验仪器厂。

（3）微机控制电子式万能力学试验机：

型号MWD-W10,济南试金集团有限公司

（4）精密裁板锯:

MI-90,沈阳新宇木工机械厂。

（5）环式刨片机：

帕尔曼刨片机，型号：

PZ8

（6）其它:

脱膜纸、厚度规、成型框、电子天平、秒表、游标卡尺、千分尺等。

2.3试验方法

在复合添加剂A:

B=1：

1的条件下压制杨木无胶刨花板，成型框：

210×210mm，板厚：

7mm,厚度采用厚度规控制.整个实验采用单因素实验方法，具体实验方案如表2.3。

表2.3杨木无胶刨花板工艺条件

Table2.3Manufacturi