張興華

(長白山森工集團和龍人造板有限公司，吉林 延邊 133500)

利用改性劑加入人造板中使其具有環(huán)保價值，是目前人造板研究和新產(chǎn)品開發(fā)的重要發(fā)展方向之一，而改性劑添加后對人造板性能是否產(chǎn)生嚴(yán)重影響，一直受到國內(nèi)外企業(yè)的重視[1～4]。目前，在難燃中密度纖維板生產(chǎn)過程中，因改性劑的成分影響(大部分為化學(xué)改性劑)，導(dǎo)致成品板的力學(xué)性能下降或達(dá)不到綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(甲醛釋放量)是我國人造板行業(yè)存在的普遍問題[5～8]。為此，作者以粉狀和膏狀動物蛋白為改性劑，研究探討了不同添加量對中密度纖維板靜曲強度的影響，旨在為中密度纖維板生產(chǎn)提供參考。

1 研究方法及原料與設(shè)備

1.1 試驗原理

圖1 三段式熱壓曲線

選取三段式熱壓曲線(見圖1)，固定最高壓力、熱壓時間、熱壓溫度等熱壓參數(shù)不變壓出添加了不同改性劑及不同添加量的纖維板，進行靜曲強度測定。目的是掌握動物蛋白改性劑及其添加量對板坯性能的影響規(guī)律，獲得控制板材最佳性能的參數(shù)。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)生產(chǎn)線實際情況，確定熱壓壓力、熱壓時間、熱壓溫度、壓板閉合速度、纖維含水率等影響板材質(zhì)量的主要因素。具體參數(shù)為：熱壓壓力1.5～7.0 MPa，熱壓時間225 s，熱壓溫度160℃，壓板閉合速度4.83 mm·s-1，纖維含水率10%。詳細(xì)的設(shè)計方案見表1。

1.2.1單因素試驗設(shè)計

以12 mm地板基材為試驗對象，確定改性劑不同添加量(D1-5，W1-5)對板材力學(xué)性能的影響規(guī)律，在最佳綜合性能下確定最佳工藝參數(shù)。

表1 試驗設(shè)計方案

圖1 試驗用壓機

1.2.2對比實驗設(shè)計

為了確定動物蛋白改性劑對板材的影響，每種處理選取5個試件，取其平均值與未加改性劑的板材性能進行比較，以確定改性劑對板材的影響。

1.3 實驗主要原料

木材纖維：硬雜木纖維，長白山森工集團和龍人造板有限公司生產(chǎn)。

膠黏劑：脲醛膠。

固化劑：氯化銨。

改性劑：動物蛋白膠(膏狀、粉狀)。

阻燃劑：A系列阻燃劑。

1.4 試驗儀器與設(shè)備

試驗中使用的儀器與設(shè)備見表2。

試驗中使用的壓機見圖1。

1.5 試驗步驟

①從長白山森工集團和龍人造板有限公司生產(chǎn)線上取出硬木混合纖維。

②計算所需纖維的質(zhì)量m(g)，公式：

m=ρ×d×A(1-φ1)(1-φ2)

式中：ρ——板材的目標(biāo)密度(g·mm-3)；

d——板材的目標(biāo)厚度(mm)；

A——模具面積(mm2)；

1-φ1——成板的含水率；

1-φ2——纖維的初含水率。

③根據(jù)試驗要求，將纖維調(diào)濕至規(guī)定的含水率。計算壓制一張板的纖維施水量m水(g)，公式：

m水=m/φ2×(φ-φ2)

式中：m水——纖維的質(zhì)量(g)；

φ——相應(yīng)調(diào)制的含水率。

④進行纖維施膠，施膠量為150 kg·m-3。

⑤將纖維放入400 mm×400 mm的成型框中鋪裝成板坯。

⑥把板坯置于熱壓機上按選定的熱壓參數(shù)進行熱壓。

⑦按國標(biāo)GB/T17657-1999制作試件，并在萬能力學(xué)試驗機上測試其力學(xué)性能。

本試驗的重點是壓制出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的難燃中密度纖維板，然后按照國家標(biāo)準(zhǔn)的方法測量相關(guān)力學(xué)性能。

3 試驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)線實際情況，確定熱壓參數(shù)后，將動物蛋白改性劑的添加量定為單一變量進行試驗，目的是確定改性劑添加量對中密度纖維板板材靜曲強度的影響規(guī)律。試驗方案及試驗結(jié)果見表3。

表2 主要儀器設(shè)備

表3 靜曲強度單因素試驗表

3.1.1單因素試驗結(jié)果

①粉狀改性劑添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度的影響

添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度的影響見圖2。

圖2粉狀改性劑添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度的影響

從圖2中可以看出，添加了粉狀改性劑的板材試件(D1 ～D5)中，隨著改性劑添加量的增加，板材的靜曲強度表現(xiàn)為D1

②膏狀改性劑添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度的影響

膏狀改性劑添加量對纖維板靜曲強度的影響見圖3。

圖3膏狀改性劑添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度的影響

從圖3中可以看出，添加了膏狀改性劑的板材試件(W1 - W5)中，隨著改性劑添加量的增加，板材的靜曲強度先下降再回升，不符合常理，其原因可能是自制施膠機導(dǎo)致的板坯膠黏劑分布不均勻造成的，但整體上呈下降趨勢。試件的靜曲強度表現(xiàn)為W3

綜合以上試驗結(jié)果，試件的靜曲強度表現(xiàn)為 D4>W1>D5>W2>D3>W5>D2>W4>W3>D1，確定最優(yōu)方案為D4，其次為W1、D5和W2。

3.1.2對比試驗結(jié)果 每個處理選取5個試件進行測試，取其平均值，并與未添加改性劑板材的靜曲強度進行比較，結(jié)果見圖4。

圖4改性劑添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度影響的對比結(jié)果

從圖4中可以看出，添加了動物蛋白改性劑板材的靜曲強度都高于未添加改性劑板材(N)的靜曲強度，其中，添加了粉狀改性劑板材(D)的靜曲強度略高于添加了膏狀改性劑板材(W)的靜曲強度，表現(xiàn)為N

4 結(jié)論

動物蛋白改性劑及其添加量對難燃中密度纖維板靜曲強度影響的試驗結(jié)果表明：添加粉狀動物蛋白改性劑，在一定范圍內(nèi)隨著添加量的增加，可以使難燃中密度纖維板的靜曲強度數(shù)值得到提高，最佳添加量為8%；添加膏狀動物蛋白改性劑，最佳添加量為2%，隨著添加量的增加，會導(dǎo)致難燃中密度纖維板的靜曲強度降低。在提高難燃中密度纖維板靜曲強度性能上，粉狀動物膠改性劑優(yōu)于膏狀動物膠改性劑。

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