邱學(xué)海， 梁星宇， 林雨斌， 朱兆龍， 那 斌， 郭曉磊

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

研究與設(shè)計(jì)

兩種壓制方法對(duì)楊木重組木性能的影響

邱學(xué)海， 梁星宇， 林雨斌， 朱兆龍， 那 斌*， 郭曉磊

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

采用冷壓熱固化法和熱壓法兩種不同壓制工藝制備楊木纖維化單板重組木，并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性分析，測(cè)量重組木在不同密度下力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性的變化，探討兩種壓制工藝對(duì)楊木纖維化單板重組木性能的影響，為改善重組木生產(chǎn)工藝提供技術(shù)支持。研究結(jié)果表明：冷壓熱固化法相對(duì)于熱壓法制備的重組木在力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性方面都有顯著提升，但隨著密度的增大其優(yōu)異性不明顯。因此，在滿足各項(xiàng)力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性的情況下，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)推薦使用熱壓法。

楊樹重組木；熱壓工藝；力學(xué)性能；尺寸穩(wěn)定性

重組木是一種新式的人造板材料，其原料來源于木材加工剩余物、小徑級(jí)劣質(zhì)木材及間伐材等。新式纖維化重組木是通過對(duì)單板條進(jìn)行纖維化處理，再經(jīng)過干燥、鋪裝、施膠、預(yù)壓和熱壓等一系列的加工工序制備而成的。重組木既保留了天然木材的優(yōu)良性能，還具有一些天然木材無法比擬的特點(diǎn)。重組木強(qiáng)度大，加工利用率高，開裂等木材缺陷少，但存在橫向強(qiáng)度偏低，表面質(zhì)量不易控制等缺點(diǎn)。問題主要出在壓制工藝上，熱量傳導(dǎo)主要是通過木素中所含的水分來傳遞，然后再把熱量傳出去，由于生產(chǎn)設(shè)計(jì)的板坯厚度大，在干燥過程中必須嚴(yán)格控制水分，而干燥過程中板坯的含水率分布很難控制均勻，最終將導(dǎo)致重組木在材質(zhì)分布上出現(xiàn)問題。

本研究采用兩種不同的重組木壓制工藝，通過測(cè)量重組木在不同密度下力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性的變化，探討兩種壓制工藝對(duì)楊木纖維化單板重組木性能的影響，旨在為改善重組木生產(chǎn)工藝提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所采用的試驗(yàn)材料均為楊木單板條，試件尺寸為300 mm×50 mm×15 mm，氣干密度0.6 g/cm3。采用水溶性酚醛樹脂膠浸漬。將楊木旋切成厚度為4 mm的單板，并裁成寬度為200 mm的單板條。通過調(diào)節(jié)專用疏解機(jī)疏解輥上疏解齒之間的間隙，在單板表面產(chǎn)生一系列點(diǎn)狀或線段狀裂紋，制備出縱向纖維不斷裂、粗細(xì)較均勻的纖維化單板。浸膠前單板含水率需保持為5%～8%，以便使浸膠更均勻。浸膠后用網(wǎng)帶干燥機(jī)干燥，含水率需控制為12%～15%。重組木設(shè)定5個(gè)密度級(jí)別，分別為0.6 g/cm3、0.7 g/cm3、0.8 g/cm3、0.9 g/cm3、1.0 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)儀器設(shè)備主要有旋切機(jī)、疏解機(jī)、浸膠槽、冷壓機(jī)、連續(xù)式隧道固化設(shè)備、熱壓機(jī)、萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等。

1.3 制備工藝

冷壓熱固化工藝的工藝流程如下：原木→旋切→裁剪→單板(條)→疏解→纖維化單板→功能化處理→干燥→浸膠→干燥→計(jì)量→裝?！鋲撼尚汀鸁峁袒鋮s→脫?！B(yǎng)生→裁邊→砂光→方材→包裝入庫。

熱壓工藝的工藝流程如下：原木→旋切→裁剪→單板(條)→疏解→纖維化單板→功能化處理→浸膠→干燥→計(jì)量→組坯→熱壓→養(yǎng)生→裁邊→砂光→板材→包裝入庫。

1.4 試驗(yàn)方法

采用GB/T 17657《人造板及其飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》對(duì)材料的靜態(tài)物理力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，其中包括內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)、靜態(tài)彈性模量(MOE)、靜曲強(qiáng)度(MOR)、24 h吸水厚度膨脹率(24 h TS)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在上述試驗(yàn)方法下，兩種不同壓制工藝制備的楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性見表1，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的變化曲線如圖1所示。

由圖1可以看出，對(duì)于同一壓制工藝制備的重組木，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)隨著密度的增大而增大。在內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)上，相同密度下冷壓法制取的重組木比熱壓法制取的重組木在性能上更加優(yōu)異。例如：取兩種工藝方法制造的密度為0.8 g/cm3的試件數(shù)據(jù)，熱壓法制取的試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)為0.39 MPa，而冷壓法為0.42 MPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高7.7%。冷壓法試件平均內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)約為0.41 MPa，而熱壓法試件約為0.39 MPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高5.1%。

表1 兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性

密度/(g·cm-3)IB/MPa冷壓熱固化法熱壓法MOE/MPa冷壓熱固化法熱壓法MOR/MPa冷壓熱固化法熱壓法24hTS/%冷壓熱固化法熱壓法060370351031296849027984154260704037116011112110599784094180804203912864124621196112639640209043042140261371912391193376381044043150231487312611231368372平均值04103912770123701131410652393400

圖1 兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的靜態(tài)彈性模量變化曲線如圖2所示。由圖2可以看出，對(duì)于同一壓制工藝制備的重組木，其靜態(tài)彈性模量(MOE)隨著密度的增大而增大。很顯然，在靜態(tài)彈性模量(MOE)上，相同密度下冷壓法制取的重組木比熱壓法制取的重組木在性能上更加優(yōu)異。例如：取兩種工藝方法制造的密度為0.8 g/cm3的試件數(shù)據(jù)，熱壓法制取的試件靜態(tài)彈性模量(MOE)為12 462 MPa，而冷壓法為12 864 MPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高3.2%。冷壓法試件平均靜態(tài)彈性模量(MOE)約為12.77 GPa，而熱壓法試件約為12.37 GPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高3.2%。

圖2 兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的靜態(tài)彈性模量

兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的靜曲強(qiáng)度變化曲線如圖3所示。由圖3可以看出，對(duì)于同一壓制工藝制備的重組木，其靜曲強(qiáng)度(MOR)隨著密度的增大而增大。取兩種工藝方法制造的密度為0.8 g/cm3的試件數(shù)據(jù)，熱壓法制取的試件靜曲強(qiáng)度(MOR)為112.6 MPa，而冷壓法為119.6 MPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高6.2%。冷壓法試件平均靜曲強(qiáng)度(MOR)約為113.14 MPa，而熱壓法試件約為106.52 MPa，冷壓法試件比熱壓法試件約提高6.2%。

圖3 兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的靜曲強(qiáng)度

兩種不同壓制工藝下楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)24 h吸水厚度膨脹率的變化曲線如圖4所示。由圖4可以看出，對(duì)于同一壓制工藝制備的重組木，其24 h吸水厚度膨脹率(24 h TS)隨著密度的增大而減小，即其尺寸穩(wěn)定性隨著密度增大而增大。取兩種工藝方法制造的密度為0.8 g/cm3的試件數(shù)據(jù)，熱壓法制取的試件24 h吸水厚度膨脹率(24 h TS)為4.02%，而冷壓法為3.96%，冷壓法試件比熱壓法試件約提高1.5%。冷壓法試件平均24 h吸水厚度膨脹率(24 h TS)約為3.93%，而熱壓法試件約為4%，冷壓法試件比熱壓法試件約提高1.8%。

圖4 兩種不同壓制工藝楊木纖維化單板重組木密度不同時(shí)的24 h吸水厚度膨脹率

冷壓熱固法與熱壓法相比，由于固化時(shí)間長，而且平衡時(shí)間更是達(dá)到4～5天，所以板材內(nèi)的游離酚含量高，膠液滲透更均勻，并且在冷壓時(shí)由于受到90 MPa以上的高壓，板內(nèi)結(jié)合也相當(dāng)緊密，因此內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度更高；在遇到彎矩的作用時(shí)能更好地分散載荷，減少應(yīng)力集中，能更好地抵抗變形和斷裂破壞，故具有較高的靜態(tài)彈性模量和靜曲強(qiáng)度；水分不容易進(jìn)入板材內(nèi)部，吸水膨脹后由于具有較高的膠合強(qiáng)度，在板材的內(nèi)力作用下也不易發(fā)生變形。

3 結(jié)論

(1)本試驗(yàn)在5組不同密度情況下，冷壓熱固法壓制的重組木在各項(xiàng)力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性上均優(yōu)于熱壓法。

(2)隨著密度的不斷增大，其逐漸成為內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜態(tài)彈性模量、靜曲強(qiáng)度和24 h吸水厚度膨脹率大小的主導(dǎo)因素，由工藝所帶來的差距逐漸縮小。

(3)冷壓法雖然在性能上表現(xiàn)優(yōu)異，在一定程度上彌補(bǔ)了熱壓方法的不足，但其容易產(chǎn)生廢板，反而使生產(chǎn)成本偏高，并且生產(chǎn)周期也明顯大于熱壓法，所以從工廠生產(chǎn)的角度上看還是熱壓法具有更高的性價(jià)比，如追求更高的性能要求可從材料上入手。

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(責(zé)任編輯 張雅芳)

Effects of Two Pressing Methods on Properties of Poplar Reconstituted Wood

QIU Xue-hai， LIANG Xing-yu， LIN Yu-bin， ZHU Zhao-long， NA Bin*， GUO Xiao-lei

(College of Materials Science and Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037，China)

Two different pressing processes，i.e.the cold pressing and thermal cure process and the hot pressing process，are used to prepare poplar fibrous veneer scrimber wood，whose mechanical properties and dimensional stability are analyzed，and whose changes in terms of mechanical properties and dimensional stability are measured under different densities.The effects of two pressing processes on poplar fibrous veneer scrimber wood are discussed with the aim to provide technical support for improving the production process of reconstituted wood.The research result shows that compared with the hot pressing method，the cold pressing and thermal cure technology can significantly improve the mechanical properties and dimensional stability of poplar fibrous veneer scrimber.However，with the increase in density，the advantage become increasingly unobvious.Therefore，under the conditions of meeting various mechanical properties and dimensional stability of，the hot pressing process is recommended in actual production.

poplar scrimber；hot pressing method；mechanical properties；dimensional stability

2016-11-23

江蘇省前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015006-04)；林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣項(xiàng)目(2015-18)

邱學(xué)海(1994-)，男，泰州人，南京林業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)槟静募庸ぱb備工程，E-mail：635924729@qq.com。

*通訊作者：那 斌(1971-)，男(滿族)，南京人，南京林業(yè)大學(xué)教授，博士，主要從事木材加工裝備，E-mail：nabin8691@126.com。

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A

2095-2953(2017)03-0040-04