桉木膠結膠工藝研究

1速生桉樹人工林桉樹是我國最重要的快速人工林樹種之一。它可以在一年內完成，三年內完成，五年內可以在任何時候使用。桉樹具有很大的商業價值,因其具有品種多、適應性廣、生長快、經濟效益高等優勢,為世界各地普遍引種栽培。現已有120多個國家和地區引種栽培,其栽培面積占全世界人工林總面積的13%。近年來,我國成功地改良、培育出適合華南地區的速生桉樹新品種,加快了我國桉樹的發展,現已成為我國南方最重要的工業人工林樹種,在我國素有南桉北楊之稱。目前種植面積已達150萬公頃,約占全國現有森林種植面積的5%,主要分布在廣東、廣西、海南、云南、福建等省區,其中地處雷州半島的廣東省湛江市已發展桉樹17萬公頃,是全國最大的桉樹生產基地。桉樹木材長期以來主要是用于木片和紙漿的生產,桉樹硬質纖維板和刨花板的生產也具有相對較長的歷史,而大量利用速生桉樹人工林生產單板和鋸材只是在近十幾年才得到迅速發展。隨著森林資源日漸減少,并且為了保護現有的天然林不遭破壞,作為膠合板行業的主要原材料—天然大徑級木材越來越受到使用限制。為了彌補森林資源的不足,減緩木材需求的緊張趨勢,我國在各地都大量栽培了速生人工林。其中桉木為我們膠合板行業提供了廣泛的原材料來源。桉木具有分布廣、生長快、密度高等優點,目前企業已經廣泛使用桉木來制作膠合板,但是目前桉木還缺乏在試驗室的研究,本研究就是在試驗室與工廠相結合的情況下做出的桉木膠合板的熱壓工藝參數研究,希望通過此研究,為廣大的企業提供一個科學的、合理的理論參考。2材料和方法2.1阻燃雙樹脂膠的制備桉木單板:由廣西南寧創錦膠合板有限公司提供,名義厚度為1.8mm,含水率在7%以下。三聚氰胺改性脲醛樹脂膠(MUF):由山東臨沂泰爾有限公司提供,為乳白色粘稠狀液體,按照GB/T14074—2006《木材膠黏劑及其樹脂檢驗方法》進行檢測,其中膠的粘度為27s(涂-4杯,23℃),固體含量為54.26%,固化時間為3min,pH值為9.2。其他:面粉,購于食品市場,添加量是20%。2.2hm8—儀器與設備平板硫化壓機,青島匯材機械制造有限公司生產;HM8—WS13型探針式木材測濕儀,奧地利生產;CMT5504型萬能力學試驗機,深圳市新三思材料檢測有限公司生產。2.3測試方法2.3.1雙面涂膠量正交試驗在本試驗中,以熱壓溫度、熱壓壓力、熱壓時間、雙面涂膠量為因素,各取4個水平安排在L16(45)正交表中(見表1)。以膠合強度、彈性模量、靜曲強度為正交表中每個實驗結果的檢測指標。2.3.2性能測試方法試驗的工藝流程為:桉樹原木→旋切→單板干燥→單板分等→涂膠→組坯→陳放→預壓→熱壓→24小時陳放→性能測試。將單板剪裁為600mm×600mm規格,然后通過輥筒干燥機,干燥到含水率為7%左右。單板冷卻以后,選擇1.8mm厚的單板,單板層數為7層,按照正交表的設計進行雙面手動涂膠,按照組坯規則進行組坯,陳放30min左右,待含水率在15%左右時進行預壓、熱壓。2.3.3復合板性能檢測熱壓后的板材經24h自然堆放后裁邊,按國家標準GB/T17657—1999《人造板及飾面人造板理化性能檢測方法》進行膠合強度、靜曲強度和彈性模量的性能檢測。在檢測膠合強度時,按GB/T17657—1999Ⅱ類膠合板的要求,試件放在63±3℃的熱水中浸漬3h,取出后在室溫下冷卻10min,再測量膠合強度。3結果處理和結果分析3.1膠合強度的影響因素的確定本項研究的試驗結果如表2所示:表中分別列出了每個試驗的膠合強度、彈性模量、靜曲強度。表3為極差表,其中K1、K2、K3、K4分別表示表2各列4個水平的總和,將各列中最大的K值減去最小的K值,然后再除以4,得到各列的極差,極差越大,其水平變化對指標影響最大,即是影響指標的主要因素。在進行極差分析時,首先比較各極差的大小,然后根據K值的大小,確定各因素所取的水平。從表3可以看出影響膠合強度的因素主次是D>A>C>B,然后根據表3中K值的大小,確定各因素所取的水平。通過極差表可以看出,以膠合強度為指標時,各因素組合是D2A1B1C4;用同樣的方式可以分析出影響彈性模量的因素主次是B>D>A>C,然后根據表3中K值的大小,可以確定以彈性模量為指標時,各因素的組合是B4D1A2C1;同樣可以看出影響靜曲強度的因素主次是B>D>A>C,以靜曲強度為指標時,各因素的組合是B4D2A2C4。3.2熱壓期間板坯水分變化四因素對膠合強度的影響:通過圖1可以看出熱壓溫度對膠合強度的影響是從110℃到125℃時,膠合強度呈下降趨勢,原因是膠黏劑的最佳反應溫度在110℃~115℃之間,提高溫度可以縮短熱壓時間,有利于提高熱壓機的生產效率,但溫度過高,產品就會產生較大的熱壓應力,容易造成桉木膠合板的變形,因此,當只考慮膠合強度為指標時,110℃是比較合適的。熱壓壓力對產品力學性能影響顯著,壓力的作用是保證單板之間膠合面緊密接觸,增加分子引力和分子擴散,提高產品膠合強度。從圖1可以看出熱壓壓力為0.8MPa時,膠合強度較好。從圖1可知,熱壓時間為1.9min/mm時,產品膠合強度最佳。熱壓時間與板坯的含水率關系極大,試驗中單板含水率一般控制在6%~10%之間,涂膠后,板坯含水率超過上述值,若熱壓時間過短,熱壓結束時板坯中仍會有較多水分未蒸發掉,這些水分使膠層不能達到完全固化而影響到膠合強度。從試驗結果看,桉木膠合板單板涂膠量為290g/m2效果較佳。若涂膠量不足,在單板表面形不成連續膠層而使膠合強度降低,但是,涂膠量超過290g/m2以上時,產品的膠合強度不僅沒有提高,反而降低,這是由于用膠量增加,使單板之間一些部位膠層厚度增大,特別在涂布不均勻時更會出現這種情況,膠層增厚,應力增大引起膠合強度下降,另外固化的膠層本身強度不高,而造成產品膠合強度下降;其次涂膠量增加,相應會增大板坯的含水率,在熱壓時間不變情況下,當熱壓結束時,板坯中還保留著來不及蒸發掉的水分而使膠層得不到充分固化,因此影響產品的膠合性能。四因素對彈性模量和靜曲強度的影響,如圖2與圖3所示。木材的主要力學性能有靜曲強度和彈性模量。彈性模量就是表示材料剛度的性能指標,它表示材料在受力線性應變范圍內的應力與應變間的關系。靜曲強度是木材做結構件的重要性能,它是表示板材抵抗彎曲外力不被破壞的最大能力,木板材部件應有足夠的抗彎強度。膠合板的主要力學性能彈性模量和靜曲強度,其主要影響因素是其所用單板的力學性能及木材本身的彈性模量和靜曲強度。從圖2和圖3可知,熱壓溫度對彈性模量和靜曲強度的影響趨勢較一致,熱壓溫度為115℃時,彈性模量和靜曲強度都能達到較好的狀態,隨著熱處理溫度升高,靜曲強度和彈性模量均表現為先升高然后降低的趨勢,熱壓溫度過高,木材的化學結構也發生了變化,導致木材變脆和強度下降。所以只考慮彈性模量和靜曲強度為指標時,熱壓溫度取115℃較合適。從圖2和圖3可看出,熱壓壓力對彈性模量和靜曲強度的影響趨勢很接近,隨著熱壓壓力的增加,彈性模量和靜曲強度都逐漸增大,在單位壓力為1.4MPa時,彈性模量和靜曲強度達到最大,因為隨著壓力的增大,木材壓縮率越大,從而木材變得更密實,因此彈性模量和靜曲強度增大。從圖2可知,熱壓時間為1.0min/mm時,彈性模量最大,在從1.0min/mm~1.6min/mm時,彈性模量變化很小,從1.6min/mm到1.9min/mm時,彈性模量下降很大,說明此刻已經遠遠超過材料的彈性極限范圍。從圖3可知熱壓時間為1.9min/mm時靜曲強度最大,隨著時間的增加,膠合板密度變大,從而靜曲強度增大。從圖2和圖3可知,涂膠量對彈性模量和靜曲強度的影響趨勢較相似,涂膠量在320g/m2時,彈性模量最大,涂膠量在290g/m2時,靜曲強度最大。3.3試驗的結果分析通過極差分析與討論,我們只能確定用一個指標所設置的正交分析,但是作為膠合板,膠合強度、彈性模量和靜曲強度都是其主要的性能,所以此試驗運用了三個指標,需要用方差進行分析,并且需用F值進行檢驗,如果試驗分析的F值比查表的F值大,就說明試驗顯著,即該因素對本試驗的指標影響大,如果F值比查表得到的F值小,就說明此因素對試驗指標影響不顯著,即對試驗結果影響不大。表4是試驗的方差分析表,通過表4可以得到如下結論:以膠合強度為指標時,只有D顯著,其他均不顯著,根據極差分析結果其影響次序為D2A1B1C4,即可以確定涂膠量的大小為290g/m2;以彈性模量為指標時,只有B顯著,其他因素均不顯著,根據極差分析結果,其影響次序為B4D1A2C1,即可以確定熱壓壓力為1.4MPa;以靜曲強度為指標時,ABD顯著,C不顯著,根據極差分析結果其影響次序為B4D2A2C4,可以確定熱壓溫度為115℃,熱壓壓力是1.4MPa,涂膠量是290g/m2。再由表4可以看出,熱壓時間對靜曲強度的影響大于對膠合強度和彈性模量的影響,所以最終C取C4,即熱壓時間是1.9min/mm。故本試驗的最佳工藝參數組合是A2B4C4D2,即熱壓溫度為115℃,熱壓壓力為1.4MPa,熱壓時間為1.9min/mm,涂膠量是290g/m2。根據試驗研究出的最優工藝組合參數,按照膠合板的生產工藝,取1.8mm厚的桉木單板,壓制7層厚的桉木膠合板,然后進行性能檢測。在最優工藝參數情況