木材——三板工艺

胶合板纤维板刨花板三种板材的基础性研究1.胶合板•发展简史•生产工艺流程•胶合板的构成原则•旋切工艺及其参数•单板干燥•胶合工艺胶合板定义•胶合板是有三层或多层旋切（或刨切)单板按相邻单板木纹纹理方向互相垂直组柸胶合而成的一种人造板材。1.1发展简史胶合板的生产最早起源于公元3000年前的古埃及。随着单板的不断发展1812年法国获得了第一个单板锯机专利；1818年世界上出现了第一台旋切机，这一发明使单板能批量生产；19世纪中叶第一个单板制造工厂在德国诞生，为胶合板的工业化生产做好铺垫。我国的胶合板工业起步于20世纪初期。1920年德国专家在天津建成了我国第一条胶合板生产线。我过胶合板的发展大致经历了六个阶段：1920-1957年启蒙阶段1957-1980年缓慢增长阶段1980-1993年波动增长阶段1993-2003年飞速发展阶段2004-2008年平稳发展阶段2009至今理想发展阶段1.2生产工艺流程胶合板生产工艺流程是指从原木进厂到成品出厂所经过的一道道加工工序。根据胶合板生产方式不同，生产工艺流程也略有不同。冷压法胶合板生产方法热压法冷压法：是指用干燥后的单板经涂胶、组坯，用冷压的方法制造胶合板。冷压法胶合板生产工艺流程图热压法：是指用干燥后的单板通过热压生产胶合板。热压法胶合板生产工艺流程图1.3胶合板的构成原则从复合材料的力学角度来说，胶合板可以被看做是层合板。一般情况，层合板是指由两层或两层以上的单层板合成的整体结构单元。层合板它可以由不同材质的单层板构成，也可由相同材质不同铺设方向的各向异性的单层板构成。1.3.1胶合板组坯的三个原则（1）对称原则在胶合板的对称中心平面两侧的相应层内的单板，其树种、厚度、制造方法、纹理方向、含水率等均应相同。（2）层间纹理排列原则由于木材纹理方向（即纤维方向）上物理力学性能的差异极大，为了改善其各项异性缺点，可是相邻层单板按纹理方向互相垂直排列，是成品的各向异性降至最小。（3）奇数层原则为了遵守对称原则、层间纹理排列原则，一般需遵守奇数层原则。奇数层胶合板其对称中心平面与中间层芯板对称平面相重合，胶合板承受弯曲荷载时，剪应力最大值分布在中心层平面上。1.4单板旋切1.4.1旋切基本原理木段做定轴回转运动，旋刀切削刃基本平行于木材纤维，而又垂直于木材纤维长度方向上的切削，称为旋切。1.4.2旋切工艺为了获得平整、厚度均匀的带状单板，在旋切时，应保证最佳的切削条件。切削条件是：主要角度参数、切削速度、旋刀的位置和压尺相对旋刀的位置。1.4.3主要角度参数β为旋切研磨角，它是旋刀前面（单板流经的旋刀表面）与后面（旋刀对着木段的表面）之间的夹角。α为切削后角，是旋刀后面与CP平面之间的夹角。δ为切削角，是旋刀前面与切平面CP之间的夹角，δ=α+β。ε为补充角，是切平面CP与铅垂面CM之间的夹角。θ为安装角，是旋刀后面与铅垂面CM之间的夹角，θ=ε+α。1.5单板干燥旋切后的单板含水率很高，如果不进行干燥就直接胶合，不仅会延长热压时间、降低生产效率，而且容易产生鼓泡，有的胶种甚至不能胶合，因而不符合胶合工艺的要求。1.5.1干燥方法天然干燥法和人工干燥法。天然干燥：它是将单板置于大气中晾晒，利用空气对流和太阳光照射，带走单板中的水分打到干燥的目的。人工干燥：它是利用干燥设备（干燥机和干燥窑）对单板进行干燥，干燥效率高、质量好。1.5.2单板干燥设备目前，使用最广泛的单板干燥机主要有网带式和辊筒式，由于热空气的循环方向不同，又可分为各种不同类型的网带式、辊筒式干燥机。类型虽然很多，但是他们结构却有共同特点。1.5.3单板干燥机概述单板干燥机是一种连续式的干燥设备，每种单板干燥机都包括干燥段和冷却段两部分。干燥段：用来加热单板，通过热空气循环，从单板中排出水分。干燥段越长，传送单板的速度越快，设备生产能力越高。冷却段：作用在于使单板在保持受压状态的传送过程中，通过冷却，一当面可以消除单板内的应力，使单板平整；另一方面可以利用单板表、芯层温度梯度蒸发一部分水分。（1）网带式干燥机网带式干燥机是采用上、下网带来传送单板的，下层网带主要用于支撑和传送，上层网带用于压紧，其作用是在单板干燥过程中给予适当的压紧力，防止单板在干燥中产生变形。BG183A型三层网带式高效节能单板干燥机1.传送系统2.冷却系统3.加热室4.排湿装置5.加热通风6.扶梯7.过桥8.电控装置（1）辊筒式干燥机辊筒式干燥机是用上、下成对辊筒组，依靠辊筒转动和摩擦力带动单板前进的。辊筒不仅起传送单板作用，而且起压榨、传热的作用。辊筒式干燥机的辊筒装配图1.长齿齿轮2.垫圈3.上辊筒4.下辊筒5.滚动轴承6.链条7.链轮8.槽型轴承1.6胶合工艺干热法生产胶合板需要着重考虑热压温度、热压压力和热压时间三要素的影响。1.6.1热压压力（1）热压压力在胶合过程中起的作用是使木材与胶层紧密接触，增大分子间作用力；（2）使胶黏剂充分流展，均匀分布，并能部分渗入木材中，为胶合创造条件；使板坯密实化，达到规定的厚度。这里的热压压力指的是热压机通过压板施加在胶合板板坯单位面积上的最大工作压力。•第一段：升压阶段；•第二段：保压阶段；•第三段：降压阶段。（a）三层板（b）多层板Ⅰ.装板、压板闭合、升压Ⅱ.保压Ⅲ.降压、压板打开1.6.2热压温度热压温度指的是热压机压板的温度，且被视为恒热源。实际上在板坯表层和芯层各点处的温度随着时间不断变化。热压时板坯内1.表层温度特征曲线2.芯层T1：加热段，板坯表层温度迅速上升，芯层温度几乎不变；T2：板坯芯层温度迅速上升；T3：芯层温度缓慢上升；T4：芯层保持恒温；T5：继续加热，直至热压结束。1.6.3热压时间一个完整的热压周期课划分为以下一个阶段：T1：装板时间。板坯被送入压机，这时板坯没有受到压力的作用。T2：闭合时间。热压板从开始闭合到全部闭合，板坯上仍未受到压力。T3：升压时间。上下热压板都压紧板坯，压力升到规定的最大工作压力。T4：保压时间。板坯被压紧，胶黏剂固话。此阶段占整个阶段的大部分。T5：降压时间。胶黏剂固化后，压力下降到零。T6：张开时间。从压力为零到热压板完全张开的时间。T7：卸板时间。板材从压机中卸出。2.刨花板•发展简史•刨花板的定义•生产工艺流程•刨花干燥•施胶和耗胶率•板坯的铺装•刨花板热压2.1刨花板建国60年来，特别是改革开放30年的飞速发展，我国人造板工业无论在企业数量、生产产量、产值、出口量等方面均取得了令人瞩目的进步,成为人造板生产和消费大国。2009年我国人造板生产量为11546.647万m3，其中刨花板为1430.997万m3，胶合板为4451.236万m3，纤维板为3488.564万m3。人造板工业是木材加工工业中的初级加工工业，是生产原材料的工业。2.2刨花板定义由于原材料和刨花板厚度、结构、制造方法和饰面方法上的不同，形成多种多样的和性能不同的刨花板。刨花板的名称也不统一，有的叫刨花板，有的叫碎料板，还有的叫机制板。现在，不论是刨花板或杆状的碎料制成的板材，统称为刨花板。刨花板生产不仅能充分利用木材，而且在生产方法和产品性能方面也有其优越性。比如建厂的投资低、生产自动化程度高、刨花板产品幅面大、尺寸稳定性好、吸水性较低、表面平滑、静曲强度和平面抗拉强度较高、机械加工性能良好。因此，能广泛应用于建筑业、家具业、造船业和包装业等。2.3生产工艺流程不同的刨花板产品，不同的设备，形成了多种多样的刨花板生产工艺流程。在通常见到的工艺流程中，都有下列只要工序：所有这些工序，在工艺过程中是连续的，相互联系的，形成按节拍工作的流水线。原料准备制造刨花刨花干燥加压铺装刨花板坯拌胶放置最后加工2.3.1三层刨花板生产工艺流程用平压法生产刨花板，其制备过程如下：这条工艺流程其实也包括了单层刨花板的生产流水线，区别只是单层刨花板生产流水线只用图中备料到拌胶的单条流水线。三层刨花板是将表层和芯层刨花板分别制造，分别铺装。2.3.2五层刨花板生产工艺流程生产五层刨花板时，需要分选出中层刨花。利用一条流水线制造刨花生产五层刨花板。在一条流水线上制得的刨花，干燥后分为表层、芯层和中层三条线供给板坯铺装。做表层用的刨花要在厚度上再碎，芯层用比较粗的刨花，中层用的是厚创花。在每条流水线上分别进行拌胶。2.3.3挤压法刨花板生产工艺流程挤压法刨花板制备流程是原则性的。具体设计工艺流程需要根据所用的原料、刨花板的结构、采用的设备进行合理安排。2.4刨花干燥干燥目的：消除内力因素、平衡含水率。刨花干燥的要求刨花的含水率对刨花板压制过程有显著影响。含水率过高，蒸发木材的中水分时要增加热量消耗，同时也增加了热压时间。此外，刨花含水率高会引起刨花板的分层或鼓泡。刨花含水率过低，刨花会大量吸收胶液，引起刨花表面缺胶，使刨花板强度下降。过干的刨花塑性差，很难压缩，因此加压是要用很高的压力，在刨花板中还会形成孔隙。刨花含水率不均匀，会使刨花板的厚度和容重不均匀。为快速和高质量胶合刨花板，大部分树脂胶对刨花含水率有一定要求。生产刨花板时，刨花含水率数据如下：三层刨花板表层刨花4---6%芯层刨花2---4%单层刨花板3---5%用无垫板法压制刨花板时，为提高板坯的强度，刨花的含水率可比有垫板压制时含水率低1---2%。可以看得出，在生产刨花时，对刨花含水率是有一定的要求的。2.5.1施胶方法刨花板工业主要采用喷雾法和摩擦法拌胶两种方法。喷雾法：借助空气压力或液体压力，使胶液通过喷嘴形成雾状，喷洒到悬浮状态的刨花上。摩擦法：将胶液连续不断地注入搅拌机中，借助搅拌轴的作用，使刨花之间、刨花和拌浆之间、刨花和筒壁之间产生摩擦作用，靠着这种摩擦作用，使胶液均匀分布于刨花表面。采用的施胶方法不同，胶液在刨花表面覆盖情况和均匀程度也不同，因而同样工艺条件下制得的产品胶合强度也会有较大差异。两种施胶方法在相同施胶量的条件下刨花表面的着胶情况和产品的静曲强度2.5.2耗胶率刨花板生产中通常的用胶量，每1平方米刨花表面干胶量约为7克，将这些胶均匀涂在刨花所有表面上，胶黏剂覆盖层厚5--12μm。在生产中力求做到在不提高成本的前提下，尽可能使胶滴尺寸细小、均匀。在实际生产中，直径35μm的胶滴比较有效，如果采用气流喷嘴，喷射胶液的粘度为150—600厘泊，液压为0.7—2.8Kg/cm2，气压为2.1—3.5Kg/cm2，胶滴的直径约为10—50μm。在刨花板生产成本中，胶黏剂占30—40%，而胶黏剂的用量能改变刨花板物理力学性能。所以研究耗胶率是很有意义的。2.6板坯的铺装在胶压以前，拌胶刨花用一定的方法，按规定重量铺成均匀的、松散的板坯，这道工序叫做铺装。2.6.1铺装的工艺要求铺装时工艺要求拌胶刨花铺成的板坯很均匀，压出的刨花板才能容重一致，刨花板内部各部分膨胀和收缩能趋于一致，避免或减少翘曲变形。拌胶刨花的大小和厚度不一样，而铺装时在厚度方向上，对称层的刨花规格应该是一样的。刨花板的结构平衡是避免翘曲变形很重要的关键。不论是哪种铺装方法，都应满足上述要求。2.6.2铺装方法手工铺装铺装方法间歇式铺装机械铺装连续式铺装间歇式铺装：将一定数量的刨花，按开—停—开的方式铺撒在垫板上。在准确的操作过程中，称量下一块的刨花时，铺装机将前一块板坯铺好。在一块板坯铺装完毕以后，另一块板坯已称量好的刨花，便卸到铺装机的铺装位置上。连续式铺装：工序的规模比较大，自动化程度高。所有铺装机应能将计量的拌胶刨花均匀地铺在一定的面积上，使铺出的板坯很均匀。连续式铺装，刨花不中断的连续铺装，从铺装机里面出来的是连续的板坯带。2.7刨花板热压2.7.1热压曲线热压温度热压曲线热压压力热压时间热压温度：热量经过热压板板面传递给垫板，垫板再传递给刨花板板坯表层，然后再逐步传递到板坯芯层。热压压力：刨花板坯热压时，压力使刨花互相接触，制成一定容重和厚度的刨花板。压力的大小影响到刨花之间的接触面积、刨花板容重、板坯压缩特性、刨花板厚度、胶层厚度和刨花之间胶的传递能力。用厚度规时推想的加压图热压时间：主要加压时间是