全 文 ：第 31卷　第 3期
2010年 7月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
JournalofInnerMongoliaAgriculturalUniversity
Vol.31　No.3
Jul.2010
E1级沙柳材刨花板研制及效益分析＊
于晓芳 , 　王喜明
(内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院 ,呼和浩特　010018)
摘要:　本试验以生长在内蒙古西部沙漠地区的沙柳为原材料 , 以脲醛树脂胶(UF)和环保阻燃胶(KF)为胶粘剂 ,通
过调整施胶量 、胶液配比(KF/UF)、热压温度 、热压时间等因素制取 E1级沙柳材刨花板 , 并对刨花板的性能和效益
进行分析。通过本次试验得出的生产 E1级沙柳材刨花板的最佳施胶量 9%, 胶液配比(KF/UF)2:10, 热压压力为 1.
5MPa,热压温度为 180℃, 热压时间为 300s。所研制的 E1级沙柳材刨花板生产成本低 ,各项性能良好。
关键词:　E1级;　沙柳;　刨花板;　研制;　效益
中图分类号:　TS653.5　　　文献标识码:　A　　　文章编号:1009-3575(2010)03-0236-04
DEVELOPMENTOFCLASSE1SALIXPARTICLEBOARDANDBENEFITANALYSIS
YUXiao-fang, 　WANGXi-ming.
(ColegeofFMaterialScienceandArtDesign, InnerMongoliaAgriculturalUniversity, Huhhot　010018 China)
Abstract:　UsingSalixtrunkindesertofthewesternInnerMongoliaasrawmaterialandureaformaldehyde(UF)andBL-formalde-
hydeScavenger(KF)asadhesive, thispaperstudiedontheclassE1SalixParticleBoardbymeansofadjustingrateofspreading, ratio
ofonekindofgluetotheother, namelyKFtoUreaformaldehyde, pressingtemperature, pressingtimeandetc.Wemainlymakere-
searchontheeffectofrateofspreading, ratioofdiferentglue, thatssay, theratioofKFtoUreaformaldehyde, pressingtemperature,
pressingtimeonfreeformaldehydecontent, modulusofrupture, internalbondandfire-proofingpropertyofboardintheexperiment.
AsfarastheproductionofclassE1boardisconcerned, thebestfigureofrateofspreadingandratioofdiferentglueis9 percentand
20 percentrespectively.Also, thebesthot-pressingconditionincludespressingforceof1.5MPa, pressingtemperatureof180℃ and
pressingtimeof300s.ThedevelopmentoftheE1 classSalixparticleboardproductioncostislow, theperformanceisgood.
Keywords:　ClassE1;　salix;　particleboard;　benefit
　　沙柳是广泛生长在内蒙古西部沙漠地区的沙生
灌木 ,具有保持水土 ,防风固沙 、平茬复壮的生物学
特性 ,从上世纪 90年代开始 ,相继有十余家以沙柳
为原材料的生产企业在我区投产 ,年加工生产刨花
板和中密度纤维板超过 10万 m3 ,消耗沙柳 14万 t
左右。沙柳刨花板的成功研制 ,不仅为我国的人造
板企业找到新的生产原料 ,而且也是对钱学森教授
倡导的 “沙产业”的 1个继承和发展。目前 ,沙柳材
刨花板和沙柳材中密度纤维板以其优良的物理 、力
学性能及以及较低的生产成本 ,在人造板市场中占
有越来越大份额 ,发展前景良好 。目前制约沙柳材
人造板发展的主要障碍 -板的游离甲醛含量偏高。
为应对 GB18580-2001《室内装饰装修材料人造板
及其甲醛释放限量 》强制性标准 、GB18583 -2001
《室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量 》等国家
标准 , 发展环保型 、低成本的沙柳材刨花板势在必
行 。
人造板释放甲醛的原因大致有以下几个方
面 [ 1] :树脂合成时 ,反应不充分而余留的游离甲醛;
树脂合成时已参与反应的甲醛 ,由于形成了不稳定
的基团 ,它们在热压和成板使用过程中 ,又释放出已
结合的甲醛;在制板过程中 ,加入固化剂 ,电解质的
＊ 收稿日期:　2010-01-08作者简介:　基金项目:国家自然科学基金项目(30160076)作者简介:　于晓芳(1976-),女 ,硕士研究生 ,讲师 ,主要从事木材与非木材人造板新技术.
作用下 ,树脂胶粒周围已形成的具稳定性的吸附双
离子层遭到破坏 ,从而释放出甲醛并导致树脂凝固;
在高温 、湿度大的环境下 ,由于木材中的半纤维素分
解 ,也会释放甲醛。所以甲醛的释放原因是复杂且
不可避免的 。目前降低人造板甲醛释放量主要有以
下几种方法:①从胶黏剂着手 ,采用低摩尔比的脲醛
树脂胶 、改进合成工艺 ,对脲醛树脂胶黏剂进行改性
处理以及研制环保型的胶黏剂等方法。树脂中甲醛
与尿素的摩尔比越高 ,树脂中游离甲醛越多 [ 2] ,板中
甲醛释放量就越大 ,当甲醛与尿素的摩尔比由 1.8
降至 1.3时 ,甲醛释放量降低 2/3。胶粘剂中游离甲
醛含量由 0.9%降为 0.3%;在合成树脂的过程中调
整合成工艺 ,采取尿素多次加入的方式 ,加入适量的
三聚氰胺 、苯酚 、聚乙烯醇等改性剂 [ 3 ～ 5] ,均可降低
胶黏剂的游离甲醛含量。 ②从人造板制造方面考
虑 ,可在调胶的过程中加入三聚氰胺 、尿素 、栲胶 、树
皮粉等甲醛捕捉剂;控制施胶量;调整热压工艺参
数;对板材进行陈放处理 [ 6, 7] 。 ③后期处理 ,对制成
的板材可以采取吸附剂吸附法;涂料封闭法;使用补
醛材料装饰;加强自然通风 [ 8, 9] 。
本文以沙柳为原料 ,以脲醛树脂胶(UF)和环保
阻燃胶(KF)为胶粘剂 ,生产 E1级(游离甲醛 2mg/
100g以上 , 9mg/100g以下)沙柳材刨花板 ,考察板的
性能 ,分析板的经济效益 ,以期为环保型沙柳材刨花
板生产提供一种可行的生产方案。
1　材料与方法
1.1　实验材料
试验所用的沙柳刨花取自内蒙古鄂尔多斯市胜
佳人造板厂 ,分表 、芯层刨花 ,质量较好 。试验所用
的脲醛树脂胶(UF)取自呼和浩特市海兴人造板有
限公司 ,性能指标为:固含量:58%,固化时间(涂 4
杯 20℃):58 ～ 60s, pH值:7.5,粘度:35s。试验所用
的环保阻燃胶(KF)取自北京林业大学 ,性能指标
为:固含量:52%,固化温度:180℃, pH值:6.5 ,粘度
(涂 4杯 20℃):11 ～ 13s。
1.2　实验设备
①万能试验压机 ,型号:BY602×2 /2 150T;苏州
新协力企业发展有限公司;②干燥箱 ,型号:101A-
2,上海市实验仪器总厂生产;③搅拌机 ,自制;④液
压式人造板多功能实验机 ,型号:BT-5000A,北京
华海有色金属加工厂生产⑤穿孔萃取仪 ,中国林业
科学研究所;⑥称重及其尺寸测定仪 。
1.3　实验方法
1.3.1　试验设计　本次试验是在参照普通沙柳材
刨花板生产工艺的基础上 ,调整施胶量 、胶液配比
(KF/UF)、热压温度 、热压时间等参数来达到制取
E1级沙柳材刨花板的目的。试验考察 4个工艺因
子(施胶量 、胶液配比(KF/UF)、热压温度 、热压时
间)对沙柳材刨花板性能的影响 。采用正交表 L9
(34)(表 1)进行试验 ,用方差 、极差分析法确定各工
艺因子对材料性能影响的显著性以及因子间的水平
差异。
1.3.2　性能测试　静曲强度按 GB/T17657-1999
进行测试。
内结合强度按 GB/T17657-1999进行测试 。
游离甲醛含量按 GB/T17657-1999进行测试。
2　研究结果
2.1　游离甲醛含量 、静曲强度 、内结合强度的试验
结果
E1级沙柳材刨花板的密度 、含水量 、静曲强度 、
内结合强度 ,游离甲醛含量测试结果见表 2,工艺因
子极差 、方差及显著性分析见表 3、表 4。
表 2表明 ,目标密度为 0.75g/cm3的 E1级沙柳
材刨花板游离甲醛含量均值为 10.11mg/100g,静曲
强度均值为 23.60MPa,内结合强度为 0.62MPa。可
见 ,通过本试验设计的板材性能良好 。
2.1.1　工艺因子对游离甲醛含量的影响　施胶量
对板的游离甲醛含量有显著的影响(见表 4),从工
艺因子的极差分析(见表 3)可知 ,施胶量为 11%时 ,
板的游离甲醛含量为 11.02mg/100g,施胶量为 10%
和 9%时 ,板的游离甲醛含量分别为 10.47mg/100g、
8.83mg/100g。即随着施胶量的增加 ,板的游离甲醛
含量呈上升趋势 。这是因为施胶量增加 ,混合胶液
中脲醛树脂胶的比例相对增大 ,而脲醛树脂胶是人
造板产生游离甲醛的根本原因 。从生产沙柳材刨花
板的角度考虑 ,选择施胶量为 9%时(板的游离甲
醛 , 8.83mg/100g)较合适。
胶液配比(KF/UF)对板的游离甲醛含量有显著
的影响(见表 4),从工艺因子的极差分析(见表 3)可
知 ,胶液配比(KF/UF)为 2:10时 ,板的游离甲醛含
量为 9.11mg/100g,胶液配比(KF/UF)为 1.5:10和
1:10时 , 板的游离甲醛含量分别为 9.70mg/100g、
11.52mg/100g。即随着胶液配比(KF/UF)的增加 ,
板的游离甲醛含量呈下降趋势 。分析原因:在施胶
量一定的情况下 ,当胶液配比(KF/UF)增加时 ,胶液
中的环保阻燃胶的成分相对增大 。环保阻燃胶是一
237第 3期　　　　　　　　　　　　　于晓芳等:　E1级沙柳材刨花板研制及效益分析
种无毒无害的胶 ,它在压制和使用的过程中 ,都不产
生游离甲醛 。另一方面 ,环保阻燃胶有降低板的游
离甲醛的功效 ,即环保阻燃胶在压制的过程中会释
放出氨气 ,氨气可捕捉脲醛树脂胶在热压过程中产
生的甲醛 ,两者发生化学反应 ,生成一种无毒无害的
物质 -六次甲基四胺 ,从而减少了板中残留的甲醛。
当施胶量为 9%, ,热压温度为 190℃、180℃,热压时
间为 270s、 300s时 , 板的游离甲醛含量分别为
7.74mg/100g, 8.27mg/100g,达到 E1级人造板的要
求 ,综合考虑板的力学性能和板的生产成本 ,选择胶
液配比(KF/UF)为 2:10较合适 。
热压温度对板的游离甲醛含量有显著的影响
(见表 4),从工艺因子的极差分析(见表 3)可知 ,热
压温度为 190℃时 ,板的游离甲醛含量为 9.24mg/
100g,热压温度为 185℃和 180℃时 ,板的游离甲醛
含量分别为 10.09mg/100g、10.99mg/100g。即随热
压温度的升高 ,板的游离甲醛含量降低 。这是因为
温度升高 ,脲醛树脂胶和环保阻燃胶能充分固化 ,即
环保阻燃胶在压制过程中产生的氨气能最大限度地
捕捉脲醛树脂胶在压制过程中产生的甲醛 ,从而使
板游离甲醛含量降低;另一方面 ,温度高 ,板坯在压
制过程中蒸发的水汽较多 ,脲醛树脂胶压制过程中
产生的甲醛随着水汽的排出而大量地散发到大气
中 ,这时板内的残留甲醛减少 ,即板的游离甲醛含量
降低。
热压时间对板的游离甲醛含量影响不显著(见
表 4),从工艺因子的极差分析(见表 3)可知 ,热压时
间 270s时 ,板的游离甲醛含量为 10.29mg/100g,热
压时间为 300和 330时 ,板的游离甲醛含量分别为
9.66mg/100g、10.37mg/100g,即随着热压时间的延
长 ,板的游离甲醛含量先降低然后升高 。降低的原
因:随着热压时间的延长 ,氨气捕捉甲醛和水汽和甲
醛排出的程度都延加长 ,从而板内的甲醛含量减少。
但如果热压时间过长 ,原料中的半纤维素会发生分
解 ,释放出游离甲醛 ,从而使板的游离甲醛含量升
高 。
表 1　正交试验设计
Tab.1 Orthogonalexperimentaldesign
试验号 施胶量(%) 胶液配比(KF/UF) 温度(℃) 时间(S)
1 1(11) 1(1/10) 1(180) 1(270)
2 1 2(1.5/10) 2(185) 2(300)
3 1 3(2/10) 3(190) 3(330)
4 2(9) 1 2 3
5 2 2 3 1
6 2 3 1 2
7 3(10) 1 3 2
8 3 2 1 3
9 3 3 2 1
　　注:工艺参数:刨花含水率 7%, 热压压力 1.5MPa,设计密度 0.75g/cm3 , 板厚 16mm, 幅面规格 350mm×350mm, 每个条件
重复 3次
表 2　试验结果
Tab.2Testresults
密度
g/cm3
含水率
%
游离甲醛含量
mg/100g
静曲强度
MPa
内结合强度
MPa
1 0.77 6.53 13.50 33.05 0.84
2 0.79 6.89 10.15 33.03 0.79
3 0.80 7.52 9.42 29.02 0.64
4 0.75 3.00 10.49 23.67 0.68
5 0.73 3.75 7.74 11.87 0.36
6 0.72 4.25 8.27 18.15 0.42
7 0.71 4.71 10.57 19.10 0.79
8 0.75 5.70 11.21 24.32 0.57
9 0.71 6.70 9.63 20.15 0.48
平均值 0.75 5.45 10.11 23.60 0.62
　　注:表中的数据均为均值
238 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报　　　　 　　　　　　　　2010年
表 3　工艺因子水平指标的极差分析
Tab.3 TechnologyFactoranalysisofindicatorsofpoor
工艺因子 水平值 施胶量 胶液配比 温度 时间
游离甲醛含量
1 11.02 11.52 10.99 10.29
2 8.83 9.70 10.09 9.66
3 10.47 9.11 9.24 10.37
极差 R 2.19 2.41 1.75 0.71
静曲强度
1 31.70 25.27 25.17 21.69
2 17.90 23.07 25.62 23.43
3 21.19 22.44 20.00 25.67
极差 R 13.80 2.83 5.62 3.98
内结合强度
1 0.76 0.77 0.61 0.56
2 0.49 0.57 0.65 0.67
3 0.61 0.51 0.60 0.63
极差 R 0.27 0.26 0.05 0.11
表 4　工艺因子水平的方差分析及显著性检验
Tab.4Processfactorlevelanalysisofvarianceandsignificancetest
性能 工艺因子 离差平方和 自由度 F值 显著性
游离甲醛含量
施胶量 15.544 2 57.72 ＊＊
胶液配比 18.986 2 70.51 ＊＊
热压温度 9.191 2 34.13 ＊＊
热压时间 1.790 2 6.65 ＊
静曲强度
施胶量 635.356 2 97.68 ＊＊
胶液配比 28.987 2 4.46 ＊
热压温度 119.31 2 18.34 ＊＊
热压时间 45.055 2 6.93 ＊
内结合强度
施胶量 0.221 2 20.03 ＊＊
胶液配比 0.220 2 20 ＊＊
热压温度 0.008 2 0.72
热压时间 0.342 2 3.11
　　注:＊＊表示 α=0.001非常显著 , ＊表示 α=0.05显著。
2.1.2　工艺因子对静曲强度和内结合强度的影响
　施胶量对板的静曲强度和内结合强度有显著的影
响(见表 4),从工艺因子的极差分析(见表 3)可知 ,
施胶量为 11%时 ,板的静曲强度为 31.70MPa,内结
合强度为 0.76MPa;施胶量为 10%,板的静曲强度为
21.19MPa、内结合强度为 0.61MPa;施胶量为 ,板的
静曲强度为 17.90MPa,内结合强度 0.49MPa,除了 ,
静曲强度较刨花板一级板低 0.1MPa外 ,其余的板材
静曲强度和内结合强度均达到刨花板一级板(静曲
强度大于 18MPa,内结合强度大于 0.4MPa)的标准。
考虑到板的环保性能和板的成本 ,选择为 9%的施胶
量比较合理 。
胶液配比(KF/UF)对板的静曲强度和内结合强
度影响显著(见表 4),从工艺因子的极差分析(见表
3)可知 ,胶液配比(KF/UF)为 1/10时 ,板的静曲强
度为 25.27MPa,内结合强度为 0.77MPa;胶液配比
(KF/UF)为 1.5/10时 ,板的静曲强度为 23.07MPa、
内结合强度为 0.57MPa;胶液配比为 2 /10时 ,板的
静曲强度为 22.44MPa,内结合强度为 0.51MPa,均
达到刨花板一级品的要求 。试验中发现随着胶液配
比的增加 ,板的静曲强度和内结合强度均呈下降趋
势 。这是因为在施胶量一定的情况下 ,随着胶液配
比(KF/UF)的增加 ,胶液中环保阻燃胶的成分增大 ,
脲醛树脂胶的相对量减小 。环保阻燃胶作为胶粘
剂 ,它的优点是压制过程中不释放游离甲醛并可捕
捉部分的游离甲醛 ,缺点是单纯用该胶制成的板 ,板
的力学性能远远低于用纯脲醛树脂胶制成的板 ,因
此 ,当胶液中该胶的成分较大时即胶液配比增加时 ,
板的力学性能降低。
热压温度对板的静曲强度影响显著 ,对内结合
强度影响不显著(见表 4),从工艺因子的极差分析
(见表 3)可知 ,热压温度为 180℃时 ,板的静曲强度
239第 3期　　　　　　　　　　　　　于晓芳等:　E1级沙柳材刨花板研制及效益分析
为 25.17MPa,板的内结合强度为 0.61MPa;热压温
度为 185℃,板的静曲强度分别为 25.62MPa,板的内
结合强度 0.65MPa;热压温度为 190℃时 ,板的静曲
强度和内结合强度分别 20.00MPa为 0.60MPa, 。板
的力学性能随着热压温度的升高 ,先升高再降低。
原因是高温下 ,胶粘剂能充分固化 ,木材中的木素能
在高温下能发生玻璃化转变 ,形成一种类似胶粘剂
的粘稠物质 ,同时高温下 ,刨花的塑性增强 ,刨花紧
密接触 ,板的密度增加 ,从而使板的力学性能增加。
但热压温度过高时 ,会使板的表层形成一层预固化
层 ,从而使静曲强度降低。热压温度过高 ,会使压机
的闭合时间缩短 ,芯层密度减小 ,从而内结合强度下
降 。综合考虑板的力学性能 、环保性能和生产成本 ,
选择 180℃的热压温度较合适 。
热压时间对板的静曲强度影响显著 ,对内结合
强度影响不显著(见表 4),从工艺因子的极差分析
(见表 3)可知 ,热压时间为 270s时 ,板的静曲强度为
21.69MPa,板的内结合强度为 0.56MPa;热压时间为
300s,板的静曲强度为 23.43MPa、0.67MPa;热压时
间为 300s和 330s时 25.67MPa,板的内结合强度为
0.63MPa,均达到刨花板一级品的要求。试验中发
现 ,随着热压时间的延长 ,板的力学性能先升高 ,但
时间过长 ,原料中的基体物质半纤维素与木素会发
生降解 ,反而使板的力学性能降低 。综合考虑板的
力学性能和环保性能 ,选择 180℃的热压温度较合
适 。
3　经济效益分析
为了分析使用环保阻燃胶(KF)生产 E1级沙柳
材刨花板产生的经济效益 ,我们以 16mm厚普通沙
柳材刨花板(4×8)和 16mm(4×8)厚 E1级沙柳材
刨花板为例来加以说明 。目前环保阻燃胶(KF)的
市场价为 2500元 /t,脲醛树脂胶黏剂的市场均价为
2000元 /t, 以刨花板施胶量为 160kg/m3(行业标
准),环保阻燃胶(KF)的加入量为 10% ～ 20%时 ,施
胶成本分别增加 50元 /t～ 100元 /t,即每立方米板的
成本增加 8元 ～ 16元 ,每块板的成本增加 0.38元 ～
0.76元 。而目前市场上的各种环保人造板产品均比
普通的人造板产品价格高 12元 /张 ～ 25元 /张 ,从这
里我们可以看出用环保阻燃胶(KF)生产 E1级沙柳
材刨花板经济效益是非常可观的 。加之沙柳材刨花
板本身的低成本 ,高性能 ,因此本实验得出的 E1级
沙柳材刨花板是可行的 ,而且本方法研制的环保型
沙柳材刨花板具有广阔的市场前景。
4　结论
本试验采取脲醛树脂胶和环保阻燃胶混合胶黏
剂的方式 ,通过调整施胶量 ,胶液配比(KF/UF),热
压温度 ,热压时间等手段来制取 E1级沙柳材刨花
板 ,试验结果如下 。
4.1　施胶量和胶液配比(KF/UF)是影响板的游离
甲醛含量的两个主要因素 ,适当地降低施胶量 、提高
胶液配比(KF/UF),板材的游离甲醛含量可达到 E1
级标准 。
4.2　热压温度和热压时间是影响板的游离甲醛含
量的两个因素 ,随着热压温度的升高 、热压时间的延
长 ,板的游离甲醛含量降低 。但热压温度不能超过
185℃,热压时间不能超过 300s。
4.3　E1级沙柳材刨花板的最佳生产工艺:施胶量
为 9%, 胶液配比 (KF/UF)为 2:10;热压压力为
1.5MPa,热压温度为 180℃,热压时间为 300s。
4.4　本实验研制的 E1级沙柳材刨花板经济实用 ,
各项性能良好。
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