全 文 ：第 32 卷 第 4 期
2011 年 10 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of Inner Mongolia Agricultural University
Vol． 32 No． 4
Oct． 2011
沙柳塑料刨花板制造工艺的研究
*
高 峰， 张桂兰* ， 吴 彤
(1． 内蒙古农业大学职业技术学院，包头 014019;2． 内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院，呼和浩特 010018:
3． 乌兰察布市林业局，乌兰察布 012000)
摘要: 本研究以沙柳和热塑性塑料为原料，加入一定量的硅烷偶联剂，采用压制工艺，试制沙柳塑料刨花板。对影
响板材性能的主要因素:木塑比、偶联剂种类、偶联剂用量和热压时间进行分析讨论。试验结果表明:木塑比 70 /30、
偶联剂用量 6%、热压时间 1． 5min /mm，偶联剂种类为 KH550 时板材性能最好。
关键词: 沙柳; 塑料; 偶联剂; 沙柳塑料刨花板
中图分类号: TS653． 5 文献标识码: A 文章编号:1009 － 3575(2011)04 － 0242 － 06
RESEARCH ON MANUFACTURING PROCESS OF
SALIX PLASTIC PARTICLEBOARD
GAO Feng， ZHANG Gui － lan， WU Tong
(1． School of Vocational and Technical College，Inner Mongolia Agricultural University，Baotou 014019，China;
2． Material Science and Art Design College，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，China;
3． Wulancabu City Forestry Bureau;Wulancabu 01200，China)
Abstract: In this research using Salix and Thermoplastic as raw material，adding a certain amount of silane coupling agent，adopting
pressing technology was tried to make Salix plastic particleboard． The major factors which affect the function of particleboard such as ra-
tio of Salix and plastic，coupling agent types，coupling agent dosage and hot pressing time were analyzed and discussed． The experi-
mental results show that the optimum function of particleboard is ratio of Salix and plastic of 70 /30，coupling agent dosage of 6%，hot
pressing time of 1． 5min /mm，KH550 coupling agent．
Key words: Salix; plastic; coupling agent; salix plastic particleboard
木塑复合材料是以塑料为基体，木质材料为增
强材料，按一定比例和方法混合，再加入一定量的偶
联剂，采用多种复合途径制成的 1 种复合材料。该
材料不仅充分保留了木质材料与塑料的优点，而且
在很大程度上克服了木材的缺点，具有重量轻、吸水
吸湿性小、不易变形、体积稳定、抗虫蛀、耐腐蚀、强
度大、强重比小等一系列优良的物理力学性能。特
别是这种材料没有普通木质人造板的甲醛释放问
题，尤其适合在室内使用。
本研究以沙生灌木沙柳和聚乙烯农膜为原料，
加入一定量的硅烷偶联剂，采用压制工艺制造沙柳
塑料刨花板，并对其工艺和性能进行分析讨论。该
产品的开发不仅为沙柳利用开辟了一条新途径，而
且对于环境保护和生态建设具有十分重要的现实意
义。
1 材料与方法
1． 1 主要原材料与设备
1． 1． 1 试材沙柳 采自位于毛乌素沙地的内蒙古
鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，属于干旱、半干旱地
区。在沙柳林选择采集生长发育良好的枝条，在伊
金霍洛旗乌兰集团刨花板厂加工成刨花，干燥后含
水率为 5% －6%。
1． 1． 2 热塑性塑料 来自市场购买的聚乙烯塑料
* 收稿日期: 2011 － 07 － 18
作者简介: 高峰(1968 －) ，男，工程硕士，主要从事人造板方面的研究．
* 通讯作者:
农膜，主要成分为聚乙烯(PE) ，密度为 0． 9g /cm3，熔
融温度为 125． ℃ －135℃。
1． 1． 3 偶联剂 采用 3 种不同种类的硅烷偶联剂，
均来自北京市申达化工有限公司。
①y －氨丙基三乙氧基硅烷(KH550) ，无色透明
液体，
②y －缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，无色透
明液体。
③y －(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，无色
透明液体。
1． 1． 4 脱模剂 使用三甲基硅油，来自天津市化学
试剂三厂。用于防止热压时板柸与垫板粘连。
1． 1． 5 试验设备及仪器 主要有电子天平、物理天
平、万能试验热压机、冷压机、微机控制电子万能力
学试验机、干燥箱等。
1． 2 试验方法
先将固体状态下的热塑性塑料和沙柳刨花与偶
联剂相混合，并铺装成板柸。然后放入热压机加热
到一定温度，使塑料熔融，刨花软化，并在一定压力
作用下，热压成板，再移入冷压机冷却定型。
试验中采用 L9［34］正交表安排实验，重点考察
工艺因素、木塑比、偶联剂种类、偶联剂用量和热压
时间对板材静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、内
结合强度(IB)和 2 小时吸水厚度膨胀率(TS)的影
响，并通过极差和方差分析影响板材物理力学性能
的因素。各因素的水平安排见表 1。正交试验设计
见表 2。
表 1 因素水平表
Tab． 1 Table of Factor level
水平
因素
木塑比(木 /塑) 偶联剂种类 偶联剂用量(%) 热压时间(min /mm)
1 90 /10 KH550 0 1． 0
2 80 /20 KH560 3 1． 2
3 70 /30 KH570 6 1． 5
表 2 正交试验设计表
Tab． 2 orthogonal experimental design
试验号 木塑比(木 /塑) 偶联剂种类 偶联剂加量(%) 热压时间(min /mm)
1 1(90 /10) 1(KH550) 1(0) 1(1． 0)
2 1(90 /10) 2(KH560) 2(3) 2(1． 2)
3 1(90 /10) 3(KH570) 3(6) 3(1． 5)
4 2(80 /20) 1(KH550) 2(3) 3(1． 5)
5 2(80 /20) 2(KH560) 3(6) 1(1． 0)
6 2(80 /20) 3(KH570) 1(0) 2(1． 2)
7 3(70 /30) 1(KH550) 3(6) 2(1． 2)
8 3(70 /30) 2(KH560) 1(0) 3(1． 5)
9 3(70 /30) 3(KH570) 2(3) 1(1． 0)
注:每组试验重复做 3 次;木塑比为木质材料和塑料的质量比;偶联剂用量为偶联剂的质量与总质量的百分比。
1． 3 试验工艺
在多次预备试验的基础上，本试验选择的固定
工艺参数是;沙柳刨花含水率 5%，板材设计密度0． 7
g /cm，尺寸为 350mm × 350mm × 8mm，热压压力
4MPa，热压温度 165℃。试验采用的工艺流程见附
图。
1． 3． 1 原料准备 为了便于原料均可匀混合和塑
料快速熔融，应先将塑料薄膜剪成 4mmx4mm 的碎
片。刨花含水率过高会影响板材的性能，应将沙柳
刨花的含水率控制在 5% －6%。
1． 3． 2 原料混合 先将偶联剂均匀喷洒在沙柳刨
花表面，然后将沙柳刨花和塑料碎体在室温下均匀
混合。
附图 实验工艺流程图
Fig． The experiment process flow diagram
1． 3． 3 铺装 在上下垫板表面涂上三甲基硅油脱模
剂，再 将 混 合 原 料 铺 装 在 下 垫 板 上，形 成
350mmx350mmx8mm的板柸，放上厚度现，盖好上垫板。
342第 4 期 高 峰等: 沙柳塑料刨花板制造工艺的研究
1． 3． 4 热压 将铺装好的板柸放入热压机进行热
压，热压时采用 1 段加压;为防止卸压时板柸的蒸汽
将板柸冲破，降压时采用 3 段降压。
1． 3． 5 冷压 热压成板后，由于热塑性塑料仍然处
于熔融状态，板柸虽然成型，但没有强度，这时将板
柸连同垫板一起从热压机送入冷却机进行冷压。冷
压用 1 段加压和 1 段降压
2 实验结果与分析
2． 1 实验结果与计算
2． 1． 1 实验结果 冷压后的板材在室温下放置 24h
后，参照木质人造板国家标准 GB /T1765 － 1999 的要
求，对板材进行取样和性能测试。测试结果见表 3。
表 3 沙柳塑料刨花板物理力学性能实验结果
Tab． 3 The physical and mechanical properties of salix plastic particleboard
实验号
密度
(g /cm3)
静曲强度
(MPa)
弹弹性模量
(MPa)
内结合强度
(MPa)
吸水厚度
膨胀率
(%)
1 0． 71 7． 62 849． 38 0． 14 8． 09
2 0． 71 12． 73 1 633． 83 0． 50 6． 74
3 0． 68 14． 71 1 844． 83 0． 66 4． 05
4 0． 71 15． 42 1 788． 00 1． 02 3． 98
5 0． 68 11． 79 1 523． 33 0． 70 7． 34
6 0． 70 11． 53 1 125． 50 0． 48 7． 40
7 0． 72 15． 85 1 578． 33 1． 07 3． 42
8 0． 71 12． 64 1 063． 68 0． 63 6． 93
9 0． 70 12． 14 1 002． 23 0． 64 6． 85
平均值 0． 70 12． 71 1 378． 79 0． 65 6． 11
2． 1． 2 试验结果计算 试验结果计算见表 4
表 4 试验结果计算
Tab． 4 Calculation of test results
性能 水平
工艺因子
木塑比 偶联剂种类 偶联剂加量 热压时间
1 11． 686 6 12． 963 3 10． 596 7 10． 516 6
静曲强度 2 12． 913 3 12． 386 6 13． 430 0 13． 370 0
(MPa) 3 13． 543 3 12． 793 3 14． 116 7 14． 256 6
极差 1． 856 7 0． 576 7 3． 520 3． 740 1
1 1 442． 68 1 405． 24 1 012． 85 1 124． 98
弹性模量 2 1 478． 94 1 406． 94 1 474． 69 1 445． 89
(MPa) 3 1 214． 74 1 324． 19 1 648． 83 1 565． 5
极差 264． 2 82． 75 635． 98 440． 52
1 0． 432 8 0． 745 2 0． 416 5 0． 491 9
内结合强 2 0． 731 5 0． 609 6 0． 719 3 0． 685 1
度(MPa) 3 0． 780 6 0． 590 2 0． 809 1 0． 768 0
极差 0． 347 8 0． 155 0． 3926 0． 276 1
1 6． 36 5． 16 7． 473 3 7． 426 6
吸水厚度膨胀率 2 6． 24 7． 003 3 5． 853 3 5． 853 3
(%) 3 5． 733 3 6． 17 5． 003 3 5． 05
极差 0． 627 1． 84 2． 47 2． 376 6
442 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2011 年
2． 2 试验结果分析
通过实验分析，探讨工艺因素变化对板材性能
的影响趋势，找制板的最佳工艺条件，实现通过控制
工艺因素达到提高板材性能的目的。根据试验结
果，进行方差分析和显著性检验，其结果见表 5。
表 5 方差分析及显著性检验
Tab． 5 The Variance analysis and significance test
性能 工艺因子 自由度 偏差平方和 平均偏差平方和 F值 显著性
木塑比 2 32． 043 84 16． 021 92 7． 19 ＊＊
偶联剂种类 2 3． 161 19 1． 580 60 0． 71
静曲强度 偶联剂加量 2 125． 275 92 62． 637 96 28． 10 ＊＊
热压时间 2 137． 436 23 68． 718 11 30． 83 ＊＊
误差 18 40． 120 21 2． 228 9
总计 26 338． 037 38
木塑比 2 738 435． 871 48 369 217． 935 74 25． 67 ＊＊
偶联剂种类 2 80 522． 960 37 40 261． 480 19 2． 80
弹性模量 偶联剂加量 2 3 888 577． 482 59 1 944 288． 7413 0 135． 20 ＊＊
热压时间 2 1 868 052． 762 59 934 026． 381 30 64． 95 ＊＊
误差 18 258 863． 788 33 14 381． 321 57
总计 26 6 834 452． 865 37
木塑比 2 1． 757 68 0． 878 84 6． 85 ＊＊
偶联剂种类 2 0． 313 76 0． 156 88 6． 85 ＊＊
内结合强度 偶联剂加量 2 1． 365 20 0． 682 60 29． 81 ＊＊
热压时间 2 0． 193 11 0． 096 56 4． 22 *
误差 18 0． 412 71 0． 022 9
总计 26 4． 042 46
木塑比 2 0． 671 4 0． 335 7 3． 40 *
偶联剂种类 2 3． 294 6 1． 647 3 16． 71 ＊＊
2h吸水厚度膨胀率 偶联剂加量 2 9． 447 9 4． 724 0 47． 91 ＊＊
热压时间 2 8． 800 8 4． 400 4 44． 63 ＊＊
误差 18 1． 774 9 0． 098 6
总计 26 23． 989 6
F0． 01(2 18)= 6． 01 ＊＊ F、(2 18)= 3． 55 *
2． 2． 1 各因素对板材静曲强度影响的分析 从表 4
看出，静曲强度极差值最大的是第 4 列，其次是第 3
列，第 1 列极差值较小，第 2 列极差值最小。说明热
压时间和偶联剂用量对静曲强度的影响较大，木塑
比影响较小，偶联剂种类影响最小。同时也看出，静
曲强度随塑料用量，偶联剂用量和热压时间增大而
增加，到第 3 水平时值最大。表 5 也表明，热压时
间、偶联剂用量和木塑比对静曲强度的影响高度显
著。因此得出影响静曲强度的较优工艺条件是;木
塑比 70 /30，偶联剂用量 6%，热压时间 1． 5min /mm。
偶联剂种类对静曲强度影响不显著，暂不确定。
2． 2． 2 各因素对板材弹性模量影响的分析 从表 4
看出，第 3 列和第 4 列的弹性模景极差值很大，第 1
列和第 2 列的弹性模景极差值相对较小。说明，偶
联剂用量和热压时间对弹性模量的影响大，偶联剂
种类和木塑比对弹性模量的影响较小，而且弹性模
量随偶联剂用量和热压时间的增加而增大，在第 3
水平时值增大，又随木塑比和偶联剂种类由第 1 水
平变化到第 2 水平而少量增加，后又随其变化到第 3
水平而减少，在第 2 水平下，其值最大，表 5 也显示，
木塑比、偶联剂用量、热压时间 3 个因素对弹性模量
的影响高度显著。因此得出，影响弹性模量的较优
工艺条件是:木塑比 80 /20，偶联剂种类 KH560、偶联
剂用量 6%、热压时间 1． 5min /mm。偶联剂种类对
弹性模量的影响较小，可根据对其他性能的影响进
行调整。
2． 2． 3 各因素对板材内结合强度影响的分析 从
表 4 看出，第 1 列和第 3 列的内结合强度极差值较
大，第 2 列、第 4 列的内结合强度极差值相对较小。
说明木塑比和偶联剂用量对内结合强度影响较大，
偶联剂种类和热压时间对内结合强度的影响较小。
而且，内结合强度随塑料用量，偶联剂用量和热压时
542第 4 期 高 峰等: 沙柳塑料刨花板制造工艺的研究
间的增加而增大，到第 3 水平时值最大。又随偶联
剂种类由第 1 水平变化到第 3 水平变化而减少，第 1
水平时，内结合强度值最大。表 5 显示，木塑比、偶
联剂种类、偶联剂用量对内结合强度的影响高度显
著，热压时间的影响显著。因此得知，仅考虑内结合
强度的较优工艺条件是:木塑比 70 /30、偶联剂种类
KH550、偶联剂用量 6%、热压时间 1． 5min /mm。
2． 2． 4 各因素对板材吸水厚度膨胀率影响的分析
表 4 显示，第 3 列和第 4 列的吸水厚度膨胀率极
差值较大，第 1 列和第 2 列的吸水厚度膨胀率极差
值较小。说明，偶联剂用量和热压时间对吸水厚度
膨胀率的影响大，木塑比和偶联剂种类对吸水厚度
膨胀率的影响小。而且，吸水厚度膨胀率随塑料用
量，偶联剂种类和热压时间的增加而明显减小;又随
偶联剂种类由第 1 水平变化到第 2 水平时增加，后
又随其变化到第 3 水平而下降。在第 1 水平时，吸
水膨胀率最小。从表 5 看出，偶联剂种类、偶联剂用
量和热压时间对吸水厚度膨胀率的影响高度显著，
木塑比的影响显著。因此得出，影响吸水厚度膨胀
率的较优工艺条件是:木塑比 70 /30、偶联剂种类
KH550、偶联剂加量 6%、热压时间 1． 5min /mm。
2． 2． 5 最优工艺条件确定 根据试验结果分析汇
总如表 6
表 6 影响各性能指标的较优工艺条件
Tab． 6 Superior technological conditions influence on each performance index
因素、水平、显著性
性能指标
静曲强度 弹性模量 内结合强度 吸水厚度膨胀率
木塑比(木 /塑) 70 /30＊＊
80 /20＊＊
(影响较小)
70 /30＊＊ 70 /30*
偶联剂种类 (影响较小) KH560 KH550＊＊ KH550＊＊
偶联剂用量(%) 6＊＊ 6＊＊ 6＊＊ 6＊＊
热压时间(min /mm) 1． 5＊＊ 1． 5＊＊ 1． 5＊＊ 1． 5＊＊
表 7 正交试验的最优工艺条件
Tab． 7 The optimum technological condition of orthogonal experiment
工 艺 条 件
木塑比(木 /塑) 偶联剂种类 偶联剂加量(%) 热压时间(min /mm)
70 /30 KH550 6 1． 5
表 8 最优工艺条件下的验证试验结果
Tab． 8 Confirmatory test result under the optimum technological condition
密度 g /cm3 静曲强度(MOR)Mpa 强性模量(MOE)Mpa 内结合强度(IB)Mpa 吸水厚度膨胀率(TS)%
0． 7 14． 64 1 676 0． 65 5． 47
根据表 6，结合板材对各性能指标的要求及各因
素对性能指标的影响大小，筛选出本试验的最优工
艺条件见表 7．
2． 3 最有工艺条件下的验证试验，按照正交试验最
优工艺条件，进行六次重复试验，表中各值为六次试
验的平均值，试验结果见表 8
从表 8 明显看出，在最优工艺条件下，制成的
板材各项性能指标均达到了优化效果。
3 试验讨论
通过试验讨论，探讨工艺因素对板材性能的影
响原因。
3． 1 木塑比对板材性能的影响
从表 6 看出，木塑比是影响板材性能的重要因
素。木塑比对板材的静曲强度、弹性模量、内结合强
度的影响高度显著，对吸水厚度膨胀度的影响显著，
随着塑料用量增加，板材静曲强度和内结合强度增
大。原因是在沙柳塑料刨花板中，塑料发挥着胶粘
剂的作用。在其他条件不变的情况下，随着塑料用
量增加，刨花表面的塑料覆盖率增加，渗入到刨花内
部的塑料也增多，塑料与刨花表面之间形成的结合
力就增大，当然静曲强度和内结合强度也增加，随塑
料用量增加，板材弹性模量变化趋势的原因是:弹性
模量是表示板材刚度的性能指标，在一般情况下，木
塑比对静曲强度和弹性模量的影响相同，但由于塑
料的弹性模量比木质材料的小，所以当塑料用量增
加到一定数量时，板材的静曲强度就呈下降趋势了。
642 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2011 年
随塑料用量增加，板材的吸水厚度膨胀率下降的原
因是因为塑料具有很强的憎水性，在板材中塑料分
布在刨花之间，阻断了板材的吸水通道，而且在热压
过程中，熔融后的塑料较均匀的覆盖在刨花表面，有
效地减少了刨花的吸水、吸湿能力，从而板材的吸水
厚度膨胀率下降。
3． 2 偶联剂种类对板材性能的影响
由表 6 可以看出，偶联剂种类对板材性能影响
最小。这并不是说偶联剂本身对板材性能影响不
大，只是说明本试验所采用的 3 种不同类型偶联剂
对板材性能的影响程度相差较小。实际上每种偶联
剂对板材性能的影响程度都很大，这可以从偶联剂
用量对板材性能的影响中看出来。
3． 3 偶联剂加量对板材性能的影响
从表 6 看出，偶联剂用量是影响板材性能的重
要因素。对板材四项性能指标的影响全部高度显
著。在实验水平范围内，随着偶联剂用量增加，板材
的静曲强度，弹性模量和内结合强度显著提高，板材
的吸水厚度膨胀率明显下降。说明，偶联剂可以大
大提高板材的性能。这是因为偶联剂是 1 种 1 端含
有极性基团，而另 1 端含有非极性基团的化合物。
在沙柳塑料刨花的制造过程中，其极性 1 端能够和
极性的木质刨花部分相容，而非极性的 1 端则能与
非极性的塑料部分相克，在刨花和塑料之间起到 1
个桥梁作用。大大改善了刨花和塑料之间的相容
性，促进了塑料在刨花之间均匀渗透。使原本差相
容性的刨花和塑料两界面紧密结合起来。从而大大
提高了沙柳塑料刨花板的性能［11］。
3． 4 热压时间对板材性能的影响
从表 6 看出，热压时间是影响板材性能的主要
因素。对板材的静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨
胀率的影响高度显著，对内结合强度的影响显著。
在本试验水平范围内，热压时间延长，有助于塑料熔
融。充分熔融的塑料，其流动性大大增加，不但有利
于塑料在刨花表面流展和均匀分布，而且可以促进
塑料更多，更深地渗入到刨花内部，使塑料和刨花之
间的结合更加紧密、牢固，从而使板材的各项力学性
能都得到提高。随着热压时间延长，板材的吸水厚
度膨胀率呈明显下降趋势。其原因是热压时间延
长，充分熔融的塑料不但能够均匀流展在刨花表面，
而且更多塑料会更深地渗入到刨花内部，不仅减少
了刨花表面吸水性游离羟基的数量，同时又阻塞了
水份的传输通道。从而使板材的吸水量减少。
4 结论
4． 1 以沙柳抛花和聚乙烯塑料为原料，加入一定量
的硅烷偶联剂，在常温下，将刨花、塑料和偶联剂搅
拌均匀，铺装成型，采用热压后冷压的方法，可以制
成合格的沙柳塑料刨花板。
4． 2 沙柳塑料刨花板的最优工艺条件是;木塑比
70 /30，偶联剂加量 6%，热压时间 1． 5min /mm，偶联
剂种类 KH550。
4． 3 在制板中，加入一定量的硅烷偶联剂可以改善
刨花与塑料界面的相容性，提高板材性能，实验中 3
种偶联剂对板材性能的影响差不多，应用时可根据
价格灵活选用。
4． 4 在本实验水平范围内，随着 3 个工艺因素木塑
比、偶联剂用量和热压时间由第 1 水平变化到第 3
水平，板材性能明显提高，到水平上限时，性能最好。
因此，可在 3 因素第 3 水平以上选定新的水平，继续
进行研究。
4． 5 在最优工艺条件下制成的板材的各项性能指
标均达到了优化效果，证明，通过调整工艺条件可以
改善板材性能。
参 考 文 献:
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742第 4 期 高 峰等: 沙柳塑料刨花板制造工艺的研究