全 文 ：第 v|卷 第 t期
u s s v年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s v
制造工艺因素对刨花板吸水厚度膨胀率的影响
顾继友 高振华 谭海彦
k东北林业大学材料科学与工程学院 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 结合众多实验结果 o讨论了刨花板制造工艺中 tu个主要因素 ) ) ) 热压温度 !热压时间 !热压压力 !
板的密度 !刨花含水率 !施胶量 !施蜡量 !胶粘剂种类 !刨花形态 !刨花原料种类 !刨花预处理 !成板的二次压制
处理对刨花板吸水厚度膨胀率的影响 ∀结果表明 o降低刨花板的 uw «吸水厚度膨胀率要通过降低其不可逆
厚度膨胀率获得 o而降低不可逆厚度膨胀率的实质是尽量以非膨胀功耗能释放内应力 o减少粘弹性变形和胶
接点破坏 ∀研究还表明 o上述 tu个制板要素中 o除施蜡量外 o都对不可逆厚度膨胀率有很大的影响 o因此选择
合理的制板工艺因素对刨花板的尺寸稳定性很重要 ∀
关键词 } 刨花板 o厚度方向变形 o吸水厚度膨胀率 o不可逆厚度膨胀率
收稿日期 }usst p st p uw ∀
ΤΗΕ ΕΦΦΕΧΤΣ ΟΦ ΑΛΛ ΜΑΙΝ ΜΑΝΥΦΑΧΤΥΡΙΝΓ ΦΑΧΤΟΡΣ ΟΝ
ΤΗΕ ΤΗΙΧΚΝΕΣΣ Σ ΩΕΛΛΙΝΓ ΙΝ ΠΑΡΤΙΧΛΕΒΟΑΡ∆
Š∏¬¼²∏ Š¤² «¨ ±«∏¤ פ± ‹¤¬¼¤±
k ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Ενγινεερινγ Χολλεγε oΝορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ} …¤¶¨§²± °¤±¼ µ¨¶∏¯·¶©µ²° ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¶o·«¨ ³¤³¨µ§¬¶¦∏¶¶¨§·«¨ ©¨©¨¦·¶²©tu °¤¬±©¤¦·²µ¶²© °¤±∏©¤¦·∏µ¬±ª
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·¬°¨ o«²·2³µ¨¶¶¬±ª³µ¨¶¶∏µ¨ o§¨±¶¬·¼o°²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·²©³¤µ·¬¦¯¨ ¶oµ¨¶¬± ¦²±¶∏°³·¬²±oº¤¬¦²±¶∏°³·¬²±o¤§«¨¶¬√¨ ¶³¨¦¬¨¶o
³¤µ·¬¦¯¨ ª¨²°¨ ·µ¼o³¤µ·¬¦¯¨ ¶³¨¦¬¨¶o³¤µ·¬¦¯¨ ³µ¨2·µ¨¤·°¨ ±·¤±§§²∏¥¯¨³µ¨¶¶¬±ª©²µ³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§qŒ·¶«²º¨ §·«¤··«¨ µ¨§∏¦·¬²±
²©uw «ΤΣ ²©³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§¬¶¥¼ º¤¼ ²©µ¨§∏¦¬±ª¬·¶¬µΤΣ q„±§·«¨ ¶¨¶¨±¦¨ ²©µ¨§∏¦¬±ª¬µΤΣ¬¶·²µ¨¯¨ ¤¶¨ ·«¨ ¬±·¨µ±¤¯ ¶·µ¨¶¶
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³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§o¤¶¤µ¨¶∏¯·o¬·¬¶√¨ µ¼¬°³²µ·¤±··²¦«²²¶¨ ·«¨ µ¬ª«·¦²±§¬·¬²±¶©²µ°¤±∏©¤¦·∏µ¬±ª·«¨ ³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§º¬·«ª²²§
§¨ °¨ ±¶¬²±¶·¤¥¬¯¬·¼q
Κεψ ωορδσ} °¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§o⁄¨©²µ°¤·¬²±¬±·«¬¦®±¨ ¶¶o ΤΣ o¬µΤΣ
刨花板制造工艺中 tu个主要因素对板的吸水厚度膨胀率都有不同程度的影响 ∀在前文k顾继友
等 oussu¥l中 o讨论了 uw «吸水厚度膨胀率和不可逆厚度膨胀率之间的关系 o即 }除树种 !刨花形态 !刨花
预处理和板的密度 w个制造要素外 o其它制板因素都满足 }
uw «ΤΣ p ¬µΤΣ € Χ ktl
式中 }uw «ΤΣ为刨花板的 uw «吸水厚度膨胀率 ~¬µΤΣ为刨花板的不可逆厚度膨胀率 ~Χ为刨花板的可逆
厚度膨胀率 ∀此方程可用于指导制造满足使用要求的防水级刨花板 o或用于预测某些原料能否制得满
足使用要求的防水级刨花板 ∀
但是 o仅靠此尚不能制出性能优良的刨花板 ∀依据方程ktl o刨花板的可逆厚度膨胀率 Χo由制板用
原料种类 !刨花形态 !刨花预处理及板的密度决定 o这是内因 o难以或无法改变 ∀制造防水级刨花板的另
一关键问题是要使板的不可逆厚度膨胀率/¬µΤΣ0尽可能地小 o虽然原料种类等因素对其有一定的影响 o
但它受工艺因素影响较大 o是制造防水级刨花板的外因 ∀本文就影响刨花板不可逆厚度膨胀率的制板
工艺因素进行深入地探讨研究 o为提高刨花板的尺寸稳定性提供工艺依据 ∀
t 实验材料及方法
111 实验材料
大青杨k Ποπυλυσ υσσυριενσισl !兴安落叶松 k Λαριξ γ µελινιιl !柞木 k Θυερχυσ µονγολιχαl !红松 k Πινυσ
κοραιενσισl和白桦k Βετυλα πλατψπηψλλαl o购于哈尔滨木材市场 ~稻秸kµ¬¦¨ ¶·µ¤ºl和麦秸kº«¨¤·¶·µ¤ºl o购于哈
尔滨阿城 ∀胶粘剂分别为 }≠±2„异氰酸酯胶粘剂 !⁄‘2y脲醛树脂胶粘剂和 ⁄°2„酚醛树脂胶粘剂 ∀所
用刨花板及胶粘剂自制 ∀
112 实验方法
制板工艺中的固定因素 }板的名义厚度 tu °° o板的幅面 vws °° ≅ vys °° o热压工艺为三段加压法 ∀
对各类刨花板按 Š…Π×w{|z p |u测定板的静曲强度 !内结合强度 !密度和含水率 o按德国 ⁄Œ‘y{zyv
测定板的吸水厚度膨胀率 !湿内结合强度和不可逆厚度膨胀率 ∀
u 结果讨论
211 热压温度
热压温度是刨花板成板时保证胶粘剂固化和水分排除的必要条件 o它对刨花板不可逆厚度膨胀率
的影响主要考虑热压温度对变形的影响 ∀
木材的主要高聚物成分是纤维素 !半纤维素和木素 o它们的物态变化与水的存在有关 o可用玻璃化
温度 Τγ 衡量 ∀由于纤维素存在结晶区k约占 xx h l o水分影响很小 o但对半纤维素和木素的作用很大 ∀
水分对木材的各主要成分在干燥状态和湿润状态玻璃化温度的影响见表 tk陆文达 ot||vl ∀
表 1 水分对木材主要成分玻璃化温度的影响
Ταβ .1 Τηε εφφεχτ οφ ΜΧ ον τηε Τγ οφ µαιν χοµ πουνδσιν ωοοδ
木材主要成分
¤¬± ¦²°³²∏±§¶¬± º²²§
玻璃化温度 ΤªΠε
干燥状态 ⁄µ¼ 湿润状态 • ·¨
纤维素 ≤¨¯ ∏¯¯²¶¨ uvs ∗ uxv uuu ∗ uxs
半纤维素 ‹ °¨¬¦¨¯¯∏¯²¶¨ tyz ∗ utz xw ∗ twu
木素 ¬ª±¬± tvw ∗ uvx zz ∗ tu{
表 2 热压温度对厚度膨胀率的影响 ≠
Ταβ .2 Τηε εφφεχτ οφ ηοτ2πρεσσινγ τεµπερατυρε ον ΤΣ ανδ ιρΤΣ
热压温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨Πε
密度 ⁄¨ ±¶Π
k®ª#°pvl
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
tvs yxt tv qvs w q{s
tws yxx tw qu{ x qzs
txs yy{ tv qz| x qvy
tys yzv tw qyv x q{s
tzs y{x tw q{u y qz{
≠名义密度 ‘²°¬±¤·¨§ ⁄¨ ±¶¬·¼}yxs ®ª#°pv o刨花含水率 ΜΧ}
tu1y h o热压时间 ׬°¨ }v qx °¬±o≠±2„施胶量 ΡΧ}x h o施蜡量
ΩΧ}t h o杨木混杂刨花 ¬¬¨ § Ποπυλυ󦫬³¶q
通常刨花板的热压温度为 tws ∗ t{s ε o为
了提高热压效率有时也用到 uus ε o因此热压
温度一般高于木材中部分成分的玻璃化温度 o
在此状态下木材的力学性能将会明显地发生
变化 ∀热压时在压力作用下 o木材将明显地产
生流变现象 o使其在较短的时间内产生很大的
粘弹性变形和粘性变形 o并且随温度的提高而
增大 ∀用高聚物的松弛时间表征 o松弛时间
kΣl !温度k Τl和松弛活化能增量k∃ Εl的关系
可表示为 }
Σ€ Σs ∃¨ΕΠ• Τ kul
式中 oΣs 指参考温度下的松弛时间 ∀
据此 o提高热压温度 o将增加粘弹性变形
和粘性变形的变形量 o然而增加粘弹性变形对
板的尺寸稳定性不利 o最终它将释放出来 o产
生较大的不可逆厚度膨胀率 ∀对于弹性变形 o
由于成品板的密度是可人为控制的 o即取决于
板坯的压缩比 o但热压温度提高 o板坯的刚性
将有所下降 o有利于内应力的释放 ∀因此热压
温度对粘弹性变形和粘性变形的影响是互斥的 ∀实验结果表明 o热压温度对粘弹性变形的影响大于对
粘性变形的影响 o这是因为温度提高 o不可逆厚度膨胀率呈增大趋势 o见表 u ∀
在考虑热压温度的影响时还应注意板冷却后产生的收缩应力 ∀热压温度越高 o产生的体积膨胀越
大 o对应的体积收缩应力也越大 ∀并且由于胶粘剂胶接点的束缚作用和刨花间一定的交织作用 o会使胶
接点承受巨大的应力 o在环境变化时产生更多的胶接点破坏 o也会使不可逆厚度膨胀率提高 ∀
vvt 第 t期 顾继友等 }制造工艺因素对刨花板吸水厚度膨胀率的影响
因此制造刨花板时 o在能满足胶粘剂固化 !水分排出等热压要求时 o应尽量降低热压温度 o它有利于
降低不可逆厚度膨胀率 ∀按ktl式结果 o也就降低了 uw «吸水厚度膨胀率 ∀
212 热压时间
木材的粘弹性变形涉及其大分子链段的重排和分子链之间的滑移 o它们需要一定的时间 o即表现为
粘弹性变形的依时性 ∀而由高聚物的时温等效性原理 o升高温度和延长时间对木材的粘弹性变形是等
效的 ∀实验表明 }在较短的热压时间ku ∗ w °¬±l内 o趋势上基本满足时温等效规律 o即热压时间越长 o其
不可逆厚度膨胀率越大 o见表 v ∀但是热压时间再延长 o其不可逆厚度膨胀率反而又有所减少 ∀这可能
是由于板在更长的热压时间作用下 }tl使较多的粘弹性变形转化为粘性变形 o尤其是在与垫板接触的表
层 o其塑化作用很明显 o表层密度较芯层大的多 ~ul因时间的延长 o水分作用明显 o使得体系发生复杂的
物理化学变化而影响不可逆厚度膨胀率 ~vl对异氰酸酯胶粘剂 o当热压温度为 tzs ε 时 o实验表明其固
化时间在 t1x °¬±左右就足够 o当胶粘剂的固化完成后 o再延长热压时间 o起到二次压制的作用 o使内应
力得以适当的释放 o从而降低不可逆厚度膨胀率 ∀
表 3 热压时间对厚度膨胀率的影响 ≠
Ταβ .3 Τηε εφφεχτ οφ ηοτ2πρεσσινγ τιµε ον ΤΣ ανδ ιρΤΣ
热压时间
׬°¨ Π°¬±
密度 ⁄¨ ±¶Π
k®ª#°p vl
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
u qs yuv tt qyx v q|u
v qs yv| tu qtt w quy
w qs yxu tu q{t x qsv
x qs yy| tu qyx v q|u
y qs y|v tu qv{ v qzz
≠刨花含水率 ΜΧ}tx q{ h o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }
tzs ε o其它同表 u ׫¨ ¨¯¶¨ ¤µ¨ ·«¨ ¶¤°¨º¬·«×¤¥qu q
因此 o为了降低不可逆厚度膨胀率 o热压时间在
满足热压要求的前提下应尽量缩短 ∀当然如果不考
虑热压效率 o胶粘剂固化后再延长热压时间 o主要是
保持在低压的时间延长些 o也有利于降低不可逆厚
度膨胀率 ∀
213 热压压力和板的密度
热压压力是控制板密度的重要因素 o板的密度
是确保板性能的主要因素 ∀
当板的密度较大时 o刨花在热压开始时 o初始压
力大 o压缩变形产生快速k一般在 u ∗ ts¶l o因此会造
成较大的内部空隙压缩和结构位移 o甚至细胞压溃 o使得体系内的部分载荷作用消失 o而转移到厚度规
上k为了制造一定密度k厚度l的板 o通常使用厚度规或其它控制仪器以保持两板间的距离l o因此会相对
减少粘弹性变形和被锁定的弹性变形的产生 o但仍较大 ∀另外 o因为密度大 o压缩率大 o板相对密实 !水
分进入人造板以及在板中的扩散变慢等原因 o板的松弛时间系数大k顾继友等 oussu¤l o板的变形恢复没
有完全体现 o但其所贮有的应力依然存在 o只是释放更依赖于时间 o也即 o板的应力释放和粘弹性变形恢
复变慢 o胶接点破坏少 o因而高密度板表现出相对的尺寸稳定性 ∀但是它的压缩率毕竟大 o尤其是对材
质较硬的木材 o体系内的粘弹性变形和被锁定的弹性变形的绝对量相对大 o只要给予足够的时间作用 o
各厚度膨胀率的绝对值还是随密度增加而增大 o密度大时 o最终造成的变形大 o不可逆厚度膨胀率大 o见
表 w ∀
当板的密度较小时 o板的压缩率小 o板内的空隙大 o水分易进入并易于扩散 o松弛时间短 o但粘弹性
变形和被锁定的粘性变形小 o最终的变形恢复量小 o不可逆厚度膨胀率小 o见表 w ∀然而 o板的压缩率过
小 o热压时刨花间载荷作用小 o其间隙相对大 o造成传热不良 o影响胶粘剂固化 o及胶粘剂的有效胶接点
面积小 o最终影响胶接效果 o对板的力学性能极不利 o各项强度很低 o难以达到使用要求 ∀
因此 o随密度增大 o尺寸稳定性下降 o当密度达到一定程度时 o又有所改善 ∀对板的力学性能 o基本
上随密度的增大而增大 o见表 x所示 ∀因此在满足板使用性能的前提下 o应降低板的密度 ∀在需要高强
度且要求板的尺寸稳定性时 o提高密度可获得尺寸稳定性相对较好的板 ∀
214 刨花的含水率
木材是一种吸湿性材料 o因此当水分存在时 o表现出一般高聚物所没有的特性 ∀水分在热压时对板
的影响主要是降低木材部分组成物质的玻璃化温度 o如表 t所示 ∀据此 o水分影响木材在热压时的力学
性质和压缩性能 o进而影响刨花板的各项性能 ∀
wvt 林 业 科 学 v|卷
表 4 不同密度杨木 !落叶松刨花板在不同吸水时间的不可逆厚度膨胀率和增重率 ≠
Ταβ .4 ΤηειρΤΣ ανδ ωειγητ ινχρεασε οφ παρτιχλεβοαρδ ωιτη διφφερεντ δενσιτψιν τηε διφφερεντ τιµεσ k®ª#°pvl
时间
׬°¨ Π«
杨 o密度 vzv
Πo⁄¨ ±¶qvzv
杨 o密度 yt{
Πo⁄¨ ±¶qyt{
杨 o密度 z{w
Πo⁄¨ ±¶qz{w
松 o密度 ywt
Λo⁄¨ ±¶qywt
松 o密度 zwz
Λo⁄¨ ±¶qzwz
松 o密度 {uy
Λo⁄¨ ±¶q{uy
¬µΤΣ ΩΙ ¬µΤΣ ΩΙ ¬µΤΣ ΩΙ ¬µΤΣ ΩΙ ¬µΤΣ ΩΙ ¬µΤΣ ΩΙ
tu qtv v qxv tts qz{ y quw zw qt| p s qvs uv qxz u qxv vt qwv u q|x uv qwu v qzv uu qzx
ux qss v qvs tvx q|u z qsv {{ qux s q{w vv qz{ x qwu wv quu z qsw vu qsy z qvt vt qww
vy qv{ v qyu txw q{x z qtt |y qtx u qzw wt q{| z qst xu qvy { qvz v| quz | qyv v{ qut
xt qwu v q{{ tyu qxu z qty |{ qxu x quv wz qs{ { quz yw qxt | qwu wz qsx tv q{{ wx qz|
|z qwx v q|x tzu qxt z quy tss qyu x quz xw qxz ts quv zu qv{ tt qtv xv qw| ty qs| xx qtv
≠制板工艺条件和实验方法参见陆文达kt||vl ∀ ׫¨ ·¨¦«±²¯²ª¬¦¤¯ ¦²±§¬·¬²±¶¤±§ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¤¯ °¨ ·«²§¤µ¨ ·«¨ ¶¤°¨º¬·«·«¤·¬± ∏ • ±¨§¤kt||vl q
增重率k ΩΙl指刨花板试件在水浸一定时间后增加的重量与原重的比 o并用百分数表示 ∀ ׫¨ ΩΙ µ¨©¨µ¶·²·«¨ • ¬¨ª«·Œ±¦µ¨¤¶¨ ³¨µ¦¨±·¤ª¨ ²©
³¤µ·¬¦¯ ¥¨²¤µ§¶¤°³¯ ¶¨¥¤¶¨§²± ²µ¬ª¬±¤¯ º ¬¨ª«·¤©·¨µ¬°° µ¨¶¬±ª¬±·² º¤·¨µ©²µ¶²°¨·¬°¨ q׫¨ ¯¨ ·¨µ Π ¤±§ Λ µ¨©¨µ¶·² ³¤µ·¬¦¯ ¥¨²¤µ§²© Ποπυλυσ ¤±§ Λαριξ
µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯¬± פ¥qw o¤±§·«¨ ±∏°¥¨µ¥¨«¬±§·«¨ °¤µ®²© ⁄¨ ±¶q¬¶·«¨ §¨±¶¬·¼ √¤¯∏¨ º¬·«∏±¬·®ª#°pv q
表 5 成板密度对板各主要性能的影响 ≠
Ταβ .5 Τηε εφφεχτ οφ δενσιτψ ον τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΟΡΠ
°¤
ΜΟΕΠ
Š°¤
ΙΒk ∆lΠ
°¤
ΙΒk ΩlΠ
°¤
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
wus v q{y s quu s qs{ s qsy tt q|s w qwx
xv| ty qsw t qyt s qwt s qt{ tu q{| x q{z
yw| uz qxu v qss s q{v s qvv tw qwu z qt{
zxu vu qzv v qzv s q|z s qwx tw qww z qvx
z|z vv q|u v qyu s qzw s qxu ts qyw v qxv
≠杨木混杂 ¬¬¨ § Ποπυλυ󦫬³¶o刨花含水率 ΜΧ}ut qu h o其它同表 w ׫¨ ¨¯¶¨ ¤µ¨ ·«¨
¶¤°¨ º¬·«×¤¥qw q
王培元通过研究白杨的横纹
压缩流变性能认为 }试件绝干时 o
温度的升高 o其弹性柔量和推迟
弹性柔量只有少量的增加 ~当试
件的含水率提高时 o温度的升高 o
两种柔量的增加却很多 ~当蒸气
通过试件时 o横纹粘弹性变形量
大幅度增长k王培元 ot|{z¤l ∀白
杨在低恒压应力范围内粘性变形
会出现一个转折点 o即应力超过
某一水平时 o塑性变量随应力的
增大而迅速增大 ~当试件的温度
和含水率提高时 o转折点向低应力方向移动k王培元 ot|{z¥l ∀因此木材在一定的热压压力 !热压温度和
热压时间作用下 o含水率提高 o弹性变形降低 o而粘弹性变形和粘性变形增加 o这导致板内留存的残余应
力下降 ∀虽热压中粘弹性变形量有所增加 o但板在应用中的粘弹性变形恢复时间将延长 o即板的尺寸稳
定性有所提高 o在一定测量时间内的不可逆厚度膨胀率将下降 ∀另外 o板内的残余内应力下降 o使得在
应用时 o其应力释放量下降 o由此将产生较少的胶接点破坏 o有利于不可逆厚度膨胀率的改善 ∀这些都
符合实验结果 o即随刨花含水率的提高 o不可逆厚度膨胀率呈下降趋势 o见表 y ∀
表 6 刨花含水率对板主要性能的影响 ≠
Ταβ .6 Τηε εφφεχτσ οφ µοιστυρε χοντεντ ον τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ
含水率
ΜΧΠh
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΟΡΠ
°¤
ΜΟΕΠ
Š°¤
ΙΒk ∆lΠ
°¤
ΙΒk ΩlΠ
°¤
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
t qy x|w tx qvt t q{v s qwx s qtt uv q{u ty q{z
y q{ yvt uz qzu u q|z s q|| s qvu us qt{ tu qs|
ts q{ yv| uy q|t u q|u t qsw s qu{ tz qx{ ts q{|
ty qv yvw ux qxz u qyt s q{x s qt| tz q|z tt qyw
t| q| yu| uu quw u qu| s qyy s qt| tw qx| z qz|
ux qw yvv uu qu{ u qux s qyx s quu tv q|| z qvw
u| qz yx| uu qvt u qus s qyw s qux tv qv{ y q{{
≠名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}yss ®ª#°pv o其它同表 w ׫¨ ¨¯¶¨ ¤µ¨ ·«¨ ¶¤°¨º¬·«×¤¥qw q
xvt 第 t期 顾继友等 }制造工艺因素对刨花板吸水厚度膨胀率的影响
但是 o当含水率较高时 o刨花板热压过程中将发生复杂的物理化学变化 o在胶粘剂固化后水分排出
所需时间也长 o热压后含水率过高的板其变形也较大 o由此会影响刨花板的热压效率及板的最终性能 ∀
因此 o含水率对热压过程的影响和板的性能影响较复杂 o但一般来讲 o在能满足热压要求和板性能要求
时 o尽量提高刨花的含水率 o将有利于降低不可逆厚度膨胀率 ∀实验经验表明 o施胶后的刨花含水率在
ts h ∗ ty h时为宜 o板将具有较好的综合性能及热压效率 ∀
215 胶粘剂种类
人造板是靠胶粘剂的胶接作用将木材结构单元胶接在一起 o从而获得优良的力学性质 ∀胶粘剂对
刨花板不可逆厚度膨胀率的一个显著影响 o实质是胶粘剂的胶接性能和固化后胶粘剂的刚柔性的差异 ∀
u1x1t 胶粘剂的胶接性能 胶粘剂的胶接性能和刚柔性由胶自身的特性决定 ∀目前在刨花板制造上
常用的胶粘剂主要是脲醛树脂胶粘剂 ˜ƒ !酚醛树脂胶粘剂 °ƒ和近年刚发展起来的异氰酸酯胶粘剂 Œ¶∀
前两种胶的胶接机理相近 o一般都认为主要是机械结合和扩散理论等的弱化学键的胶接作用 ~对异氰酸
酯胶粘剂 o体系中存在高反应活性游离异氰酸酯基 o因此主要是形成强有力的化学键结合 o而反应后的
产物 o存在相当量的酯基和亚胺基等极性较大的基团 o因此胶接中也能形成第二类化学键 o许多学者
k≤¤µ¯ ετ αλqot|{v ~≤²¯ °¨¤± ετ αλqot|{yl在研究中都发现氢键的存在 ∀一般认为上述三种胶粘剂的胶接
作用和综合性能的优劣顺序为 }Œ¶∴°ƒ  ˜ƒ o实验结果也说明这一点 o见表 z ∀
表 7 胶种实验中各板的主要性能 ≠
Ταβ .7 Τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ ιν αδηεσιϖεσπεχιεσεξπεριµεντ
胶种
„§«¨¶¬√¨
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΟΡΠ
°¤
ΜΟΕΠ
Š°¤
ΙΒk ∆lΠ
°¤
ΙΒk ΩlΠ
°¤
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
˜ƒ ysv t{ q|v u qsz s qxt s vu qty ut qzy
°ƒ ys{ ux qvy u qyw s qzt s qu{ uw qxs tw quu
Φ ytu uy qu| u q|x s q{v s qv{ ut qvt | qz{
≠ 名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}yss ®ª#°pv o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }t{s ε o热压时间 ׬°¨}y °¬±o杨木刨花 Ποπυλυ󦫬³o施胶后含水率 ׫¨ ΜΧ
¤©·¨µ¥¯ ±¨§¬±ªµ¨¶¬±}{ qs h ∗ | qz h o施胶量 ΡΧ}≠±2„ w qx h !°ƒ ts h !˜ƒ tu h o施蜡量 ΩΧ}t h q
u1x1u 胶粘剂的刚柔性 胶粘剂的刚柔性其实质是反映分子链由于内旋转不断改变其构象的能力 o它
由胶粘剂分子的自身结构决定 ∀胶粘剂链段的柔性增加 o其玻璃化温度相对低些 o因此在胶接过程中 o
有利于链的旋转和构象改变 o则有利于应力释放 ∀但是胶粘剂的柔性增加在一定程度时将影响胶接体
系的其它性能如力学强度 !耐水性等 o过多的引入 o还会造成胶接点强度下降 o反而引起较多的胶接点的
破坏 o不可逆厚度膨胀率又增大 ∀以异氰酸酯预聚体胶粘剂 ≠±2„为基础 o分别引入不同量的聚乙二
撑k ) ≤‹u ≤‹u ’ ) l链段 o取代 ≠±2„ 中的多元醇链段 o以提高其体系的柔性 o用粘度 Γ表征k涂2w杯 o
ux ε l o其实验结果见表 { ∀
表 8 不同柔性的异氰酸酯胶粘剂制得的板的主要性能表 ≠
Ταβ .8 Τηε µαιν περφορµανχεσ οφτηε βοαρδ ωιτη διφφερεντ φλεξιβλεισοχψανατε ρεσινσ
取代量
°¨ µ¦¨±·Πh
粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼Π¶
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΟΡΠ
°¤
ΜΟΕΠ
Š°¤
ΙΒk ∆lΠ
°¤
ΙΒk ΩlΠ
°¤
uw «ΤΣΠ
h
¬µΤΣΠ
h
s w{ qz zuy v| qvv u quz t qvu s qyt tw q{t x q{v
us wu qw ztz vw q|z u qts t quv s qx| tw qst w q{y
xs v| qw zus vv qsw u qtw t qu| s qxy tv q{w w qsx
{s vw qv zs| vs qtv u qst t quu s qw| tz qyy z qxu
tss vt qz y{w u{ qyv t q{y t qtz s qw{ t| quy ts qys
≠名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}zss ®ª#°pv o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }txs ε o热压时间 ׬°¨ }v qx °¬±o杨木刨花 Ποπυλυ󦫬³o施胶后含水率 ׫¨
ΜΧ¤©·¨µ¥¯ ±¨§¬±ªµ¨¶¬±}tt qz h o施胶量 ΡΧ}x h o施蜡量 ΩΧ}t h q
因此 o胶粘剂自身特性也将在一定程度上影响板的尺寸稳定性 ∀胶接机理的不同 o胶接强度不同 o
yvt 林 业 科 学 v|卷
在环境条件变化时 o会引起不同程度的胶接点破坏 o产生某种程度的不可逆厚度膨胀率 ∀在刚性较大的
胶粘剂中适当的引入软段 o因为它有利于板的应力释放 o又不至使胶接点强度下降过大 o可很好的降低
不可逆厚度膨胀率 ∀
216 施胶量
在其它条件一定的前提下 o刨花板的施胶量决定了板内胶接点的数目 ∀施胶量提高 o将增加胶接点
数目 o使得体系能够承受更大的内应力作用 o而不致使过多的胶接点产生破坏 o因而降低因胶接点破坏
所产生的不可逆厚度膨胀率 o使其它性能也大大提高 o见表 | ∀但是施胶量的提高 o将使刨花板的成本
相应提高 o因此对于一般用途的刨花板 o利用提高施胶量来改善尺寸稳定性的办法不可取 ∀
表 9 施胶量梯度实验中各板的主要性能 ≠
Ταβ .9 Τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ ιν ρεσιν χονσυµπτιον εξπεριµεντ
施胶量
ΡΧΠh
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
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x ytx u{ qsx v qsv s qzy s qvt tv qvt y qtz
y yy| u{ qxw v qtt t qut s qvw tt qx| w qxv
≠ 名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}yss®ª#°pv o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }tzs ε o热压时间 ׬°¨}y °¬±o杨木混杂刨花 ¬¬¨ § Ποπυλυ󦫬³o≠±2„ o刨花
含水率 ΜΧ}tu qw h o施蜡量 ΩΧ}t h q
217 施蜡量
通常都认为 o在人造板制造过程中 o施加一定量的石蜡 o将有利板的尺寸稳定性 ∀但是实验表明 o施
加一定量的石蜡 o只有利于刨花板的 u «吸水厚度膨胀率 o而对于 uw «吸水厚度膨胀率或不可逆厚度膨
胀率并无明显改善作用 o见表 ts ∀因为石蜡的憎水性 o使得它能在一定时间内 o阻碍水分进入板内 o而
表 10 施胶量梯度实验中各板的性能 ≠
Ταβ .10 Τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ ιν ωαξ χονσυµπτιον εξπεριµεντ
施蜡量
ΩΧΠh
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΟΡΠ
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s ytv u| qvv u q|w t qvu s qwy y qtv tw qvz x q|v
t ysz uz qvx u q{v t quw s qvz x qyx tw qxu x q{z
u ytx uz qyz u q{{ t quu s qvu x qsv tw q{s x q|x
v yt| uz qtv u qzy t quz s qvv x qsx tw q{t x qz{
≠名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}yss ®ª#°pv o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }txs ε o热压时间 ׬°¨}v qx °¬±o杨木刨花 Ποπυλυσ ¦«¬³o刨花含水率 ΜΧ}
tw1| h o≠±2„施胶量 ΡΧ}x h q
在长时间的水浸泡测试时 o水最终在刨花板内充分扩散 ∀另外 o为了不影响胶粘剂对刨花的胶接 o石蜡
的添加量很有限 o一般在 t1s h左右 o它无法包裹具有巨大表面积的刨花 o而是和胶粘剂一样 o以点状分
布于刨花表面 ∀然而在施胶时添加石蜡 o可能造成胶接界面污染 o影响胶粘剂的胶接效果 o从而增加胶
接点破坏引起的不可逆厚度膨胀率 ∀因此石蜡的添加并不能有效的降低刨花板的不可逆厚度膨胀率 ∀
218 刨花形态和刨花种类
须田久美kt|{zl曾研究了 uw种形态刨花与低密度刨花板性能的关系 ∀结果表明 o刨花板厚度方向
的尺寸稳定性随着刨花宽度和长度的减小而提高 ~而刨花板长宽方向的尺寸稳定性则随着宽度的减小
以及刨花长度的增大而提高 ∀对刨花长度分布不同的刨花 o若刨花长度的平均值相同的话 o对板的尺寸
稳定性无影响 ∀
刨花的材料种类不同 o由于材料自身的结构特性 !物理性能和化学成分存在差异 o它们在很大程度
上决定板的各项性能 ∀在材料的结构特性上 o尤其是它们的细胞腔大小 o会影响胶粘剂在刨花表面上的
zvt 第 t期 顾继友等 }制造工艺因素对刨花板吸水厚度膨胀率的影响
分布情况 ∀若细胞腔大 o施胶时 o不免有较多胶粘剂过度渗透到细胞腔内 o而刨花板制造希望胶粘剂尽
可能在刨花表面形成胶接 o由此产生更大的胶接面积 o以减少胶接点破坏 ∀另外细胞腔大 o在热压压力
作用下 o会有较多的细胞腔被压溃 o因此可以制得相同密度的板 o却有较小的内应力锁定于板内 o使刨花
板存在较小的变形恢复 ∀
材料密度和材质的软硬主要影响压缩率和压缩难易程度 o进而影响板在热压中的流变程度 ∀压缩
率不同意味着刨花在热压流变时的受载荷大小不同 o因而影响各种变形的成分和木材在热压压力下的
压溃程度 ∀材料的软硬决定刨花的可压缩性 o刨花的可压缩性差 o将产生较大的弹性变形 o最终使得锁
定在板内的内应力增大 o增加恢复厚度膨胀率量 ∀材料的密度大 o使得在制造相同密度的板时 o刨花的
表面积将有所下降 o而在施胶时 o原则上是按板的表面积分配分布 o则此时用密度较大的材料在相同施
胶量制板时具有提高施胶量的效果 ∀
材料的化学成分差异对板尺寸稳定性的影响主要是在胶接界面物理化学特性和抽提物的影响 ∀如
果界面上存在过多的弱界面物质 o会隔离胶粘剂与刨花基材的有效作用 o最终造成较多的胶接点破坏 ∀
如用密度和软硬相近的红松和杨木制板 o红松因含较多的树脂 o其不可逆厚度膨胀率远大于杨木 ∀有些
弱界面物质 o如蜡类和硅化合物 o它会大大降低刨花表面的表面自由能 o使得一般的胶粘剂无法均匀分
布及有效胶接 ∀如稻草若不经硅化合物处理后 o脲醛树脂胶粘剂即使提高施胶量也难以对其有效胶接 ∀
因此材料种类对刨花板的尺寸稳定性影响微妙又复杂 o而种类又多 o难以一一验证或得出肯定的定
论 o最终以一组有关材料的实验数据说明它们影响的矛盾性 o见表 tt ∀
表 11 材料单因子实验中各板的主要性能 ≠
Ταβ .11 Τηε µαιν περφορµανχεσ οφ βοαρδ ιν διφφερεντ µατεριαλσεξπεριµεντ
树 种
≥³¨¦¬¨¶
密度 ⁄¨ ±¶qΠ
k®ª#°pvl
ΜΧΠ
h
ΜΟΡΠ
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ΜΟΕΠ
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ΙΒk ∆lΠ
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ΙΒk ΩlΠ
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u «ΤΣΠ
h
uw «ΤΣΠ
h
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稻秸 ≥·µ¤º • zxy z qxs u{ qxu t q{{ s qwt s qtw | qtt us qyw | qvv
麦秸 ≥·µ¤º • y|w z qvy vx qu| u qsz s qwx s qty y q|| ty qwy x qz{
杨木 Ποπυλυσ zxt y qvt wt qst u qtx t qtw s qwy { qvu tx qw| y qts
桦木 Βετυλα zu{ y qvv vv qxv u qst s qy| s qut ut qyv uw q|w tx q|s
落叶松 Λαριξ zvy z qs{ uz qsx t q{z s qwz s quw t{ qxs uy qz{ t{ qxv
红松 Πινυσ zxt y qws vx quz u qst s q|u s qu{ ty qz| us qwy tt qtt
柞木 Θυερχυσ zu{ y q|x vt quu t q|| s qxv s qt| t| quu ut qvs tu qwz
≠名义密度 ‘²°¬±¤·¨§§¨±¶¬·¼}zss ®ª#°pv o热压温度 × °¨³¨µ¤·∏µ¨ }tzs ε o热压时间 ׬°¨}x °¬±o刨花含水率 ΜΧ}t{ h ∗ ut h o≠±2„施胶量
ΡΧ}x h o施蜡量 ΩΧ}s q
219 刨花预处理
刨花预处理是在刨花板施胶热压前 o经一定的物理化学处理 ∀理论上对刨花的预处理方法很多 o只
要不明显影响刨花胶接性能却又能改善木材尺寸稳定性的办法都可用作对刨花的预处理 ∀如乙酰化处
理 !热处理 !蒸气预处理 !甲醛处理 !°∞Š处理 !低分子酚醛或脲醛树脂处理 !酐类或环氧类化合物处理 !
酸处理 !碱处理等 ∀但是考虑到刨花板生产的效益 !效率及工艺处理难度 o将来有应用可能的是蒸气预
处理 !酸处理和碱处理等 ∀
不少研究证据证明 o蒸气预处理可使刨花板的厚度膨胀率明显减少 o还可使木材的可压缩性提高 o
降低木材的回弹 o即减少木材的可逆厚度膨胀率 ∀其原因主要是 }tl半纤维素 o尤其是多糖醛酸类发生
物理化学变化 o而生成弱吸湿性聚合物 o或部分半纤维素水解成低分子化合物 o而降低半纤维素的含量 o
使得木材的可压缩性提高 o减少木材的回弹和刨花板在热压时的内应力 o有效降低不可逆厚度膨胀率 ~
ul木素经蒸气预处理 o虽结构无明显变化 o但能够引起部分木素分子量的降低 o而使木素在热压时的软
化点下降 o有利于木材的塑性流动 o降低成板的内应力 ~vl经蒸气预处理的木材 o其纤维素的结晶度有可
能下降 o同时羟基含量减少 o降低了木材的吸湿性和热压软化点 ∀因此蒸气预处理对改善木质基复合材
{vt 林 业 科 学 v|卷
料的体积稳定性非常有效k李坚 ot|{| ~t||ul o一般蒸气预处理时间越长 o板的尺寸稳定性越好 ∀
刨花的酸碱预处理也是通过改变木材的结构和成分实现板的尺寸稳定 ∀在较高浓度碱存在下 o木
材细胞内的半纤维素和木素产生较大程度降解 o结构发生一定的变化 o导致刨花板在热压时可压缩性提
高 o有利于板的内应力释放 o降低板的不可逆厚度膨胀率 ∀一般碱的浓度越高 o板的不可逆厚度膨胀率
下降越大 o当碱的浓度达到 t h k³‹ 约 tu1{l时 o不可逆厚度膨胀率可降到 s1w h o基本上可忽略不记
k…¤¨¦«¨µot|xw ~• ¤±ª∏¤µ§ot|yyl ∀在酸性条件下 o主要是木材细胞成分中的半纤维素发生明显的降解 o降
低了板的不可逆厚度膨胀率 ∀酸的浓度越高 o板的不可逆厚度膨胀率越小 o但效果不如碱处理的明显 o
因为碱可使木材的软化点有所降低 o有利于板的内应力释放 o但也不能忽视由于胶种改变引起的变化 ∀
2110 成板的二次压制处理
实践表明 o热压后刨花板的热堆放或进行二次压制可有效的提高板的尺寸稳定性 ∀其原理主要是
在热作用下 o板热压后残留于体系内的内应力 o以非膨胀功耗能释放 o同时较高的温度使板的松弛时间
和蠕变推迟时间下降 o致使应力释放更快更有效 ∀还有一个主要原因是当板刚热压后 o其含水率较高 o
在热堆放或进行二次压制中 o由于体系仍处于较高温度 o水分仍然要进一步外排 ∀在受载荷作用的木质
材料k此处是热压后的残余内应力l o如果存在含水率梯度变化 o会发生机械吸附蠕变现象k王逢瑚 o
t||vl o此现象在较高的温度下会很快进行和完成 o由此产生的变形是永久性变形 o不会恢复 o对板的尺
寸稳定性有积极意义 ∀因此热堆放或二次压制提高刨花板尺寸稳定性是因为内应力以非膨胀功耗能有
效释放和机械吸附蠕变的永久性变形的产生 o二次压制处理时间越长 o板的不可逆厚度膨胀率越低 ∀
v 结论
要降低刨花板的 uw «吸水厚度膨胀率或提高其尺寸稳定性 o关键是降低其不可逆厚度膨胀率 ∀因
为厚度膨胀率平行性现象 o使得 uw «吸水厚度膨胀率与不可逆厚度膨胀率的差值相差不大 ∀
降低刨花板不可逆厚度膨胀率的实质是尽量以非膨胀功耗能释放热压锁定的内应力 o减少热压后
粘弹性变形的恢复及胶接点的破坏 ∀
在尽可能低的热压温度 !尽可能短的热压时间或延长低压时间 !适当的密度 !适当的含水率 !选用合
适的胶粘剂 !提高施胶量 !尽量降低施蜡量 !应用合适的刨花种类和形态 !对刨花进行预处理及成板后进
行二次压制或热堆放 o能有效降低板的不可逆厚度膨胀率 o提高板的尺寸稳定性 ∀
参 考 文 献
顾继友 o高振华 o王逢瑚等 q刨花板厚度方向变形研究 ¶ q刨花板厚度方向变形模型与规律的确定 q林业科学 oussu¤ov{kwl }tvw ∗ tws
顾继友 o高振华 o谭海彦等 q刨花板的厚度膨胀率平行性现象 o林业科学 oussu¥ov{kxl }tu{ ∗ tvw
陆文达 q木材改性工艺学 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 ot||v }xu ∗ xx
李 坚 q蒸汽预处理改善木质基复合板的体积稳定性 q北京木材工业 ot|{| ow }uv ∗ uy ou|
李 坚 q木质人造板的尺寸稳定化 q中国木材 ot||u ow }tw ∗ tz
王逢瑚 q生产优质酚醛刨花板新途径 ) ) ) 双重压制 q木材工业 ot||v owkzl }v ∗ z
王培元 q白杨木材横纹压缩流变性能 ´ q粘弹性 q林业科学 ot|{z¤ouvkul }t{u ∗ t|s
王培元 q白杨木材横纹压缩流变性能 µ q塑性 q林业科学 ot|{z¥ouvkvl }vxy ∗ vyv
须田久美 q低比重 ± } ƒ f r ® … } Œ Ν制造技术k第 v报l ) ) ) … } Œ Ν材质 ϑ ϑ ∴ 9 ± p ƒ f r ® Ν形状效果 q木材学会志 ot|{z ovv
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…¤¨¦«¨µ• ‹ q• ²²§¬± ¦«¨ °¬¦¤¯ ±¨ª¬±¨ µ¨¬±ª¦²±¶·µ∏¦·¬²±q²∏µq°µ²§q• ¶¨²¦qot|xw owx }vvu ∗ vvy
≤¤µ¯ … o• ¤±ªƒ o≥·∏¤±·≤ q׫¨ ®¬±¨ ·¬¦¶²©«¼§µ²¯¼¶¬¶¤±§¥²±§¬±ª²©¬¶²¦¼¤±¤·¨ q ¤¦µ²°²¯ ¦¨∏¯ ¶¨ot|{v oty }zzx ∗ z{
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|vt 第 t期 顾继友等 }制造工艺因素对刨花板吸水厚度膨胀率的影响