張 晶 王春霞 崔立東

制造工藝對(duì)松子殼楊木刨花復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響*

張 晶 王春霞 崔立東

（黑龍江省木材科學(xué)研究所，國(guó)家林業(yè)局制材研究實(shí)驗(yàn)室，省木材綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150081）

采用正交設(shè)計(jì)方法，以松子殼和楊木刨花為主要原料制備復(fù)合板，并對(duì)其進(jìn)行內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試，以探討制造工藝對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)楊木刨花與松子殼的原料比例為50∶50、施膠量為5%、熱壓溫度為190℃、熱壓時(shí)間為20 min時(shí)，可獲得內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度良好的松子殼楊木刨花復(fù)合板。

松子殼；楊木刨花；復(fù)合板；制造工藝；內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

松子殼是松仁加工生產(chǎn)時(shí)的剩余物，在東北地區(qū)擁有廣泛的資源，且價(jià)格低廉。本研究采用松子殼和楊木刨花為原料生產(chǎn)復(fù)合人造板，此復(fù)合板可鋸割后作為木托盤(pán)的墊腳組件。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度是反映墊腳內(nèi)部楊木刨花與松子殼之間膠合質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素。本文采用正交試驗(yàn)方法，對(duì)松子殼楊木刨花復(fù)合板進(jìn)行內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

松子殼，為紅松松子殼，產(chǎn)自小興安嶺伊春市，密度為0.72 g/cm3，經(jīng)粉碎后取4～6目之間的松子殼碎料待用；楊木刨花，購(gòu)于黑河，尺寸為4-目～20+目，含水率控制在7%～9%；膠粘劑采用了異氰酸酯，市售工業(yè)品，購(gòu)于哈爾濱賀祥木業(yè)。

主要儀器設(shè)備包括：粉碎機(jī)（MCXHLYCLJ），中國(guó)；熱壓機(jī)（KU-HPD-1515），日本；精密橫截鋸（SZ3-600D），日本；恒溫干燥箱（DX-58），日本；電動(dòng)拌膠機(jī)（VR-22），德國(guó)；萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（UTM-10T-PL），日本；電子天平（Mettler pe1600），中國(guó)；模具，自制，幅面400 mm×400 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合板制備工藝

將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的松子殼碎料與楊木刨花按計(jì)量比稱(chēng)量，倒入攪拌倉(cāng)中，采用邊攪拌邊噴膠霧的方式對(duì)其進(jìn)行噴膠；膠液噴完之后，攪拌機(jī)仍需持續(xù)攪拌3～5 min，使得松子殼碎料與楊木刨花充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，倒出原料，?zhǔn)備鋪裝。

將脫模劑均勻地噴涂在模具內(nèi)部表面，采用手工鋪裝方式，將計(jì)量好的施膠刨花與松子殼碎料混合物均勻鋪裝于幅面為400mm×400 mm的模具內(nèi)，置于熱壓機(jī)上，準(zhǔn)備模壓成型。

在熱壓機(jī)上設(shè)定熱壓壓力，利用厚度規(guī)控制板胚的目標(biāo)厚度在50 mm。熱壓成型后，將復(fù)合板置于溫度為25℃、相對(duì)濕度為50%的恒溫恒濕箱中，盛放48 h后取出，按照試驗(yàn)需要割據(jù)成所需要的試件尺寸備用。

1.2.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)選用正交試驗(yàn)方法，研究楊木刨花與松子殼之間的比例（A）、施膠量（B）、熱壓溫度（C）和熱壓時(shí)間（D）對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度（IB）的影響。試件的裁制及測(cè)試方法，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4879-2017《刨花板》的要求進(jìn)行。試驗(yàn)方案獨(dú)立重復(fù)實(shí)施2次。

2 結(jié)果與討論

按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)各因子進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表2 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度極差分析

表3 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度方差分析

據(jù)表2所示，由于極差結(jié)果大小排序?yàn)镽A＞RC＞RB＞RD，因此可以判斷因素A是影響試驗(yàn)指標(biāo)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的主要因素，然后依次是C、B、D因素。表3中方差分析結(jié)果顯示，刨花與松子殼的比例對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響最為顯著，熱壓溫度的影響呈較為顯著，而熱壓時(shí)間與施膠量對(duì)IB的影響最小。

2.1 楊木刨花與松子殼比例對(duì)復(fù)合板IB的影響

楊木刨花與松子殼比例對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響（圖1）顯示，隨著墊腳中楊木刨花含量的增加，IB呈遞增趨勢(shì)。這是由于松子殼密度較大、質(zhì)地硬、表面光滑，材料之間不易產(chǎn)生膠合點(diǎn)，在熱壓過(guò)程中難以形成化學(xué)鍵，使得墊腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，松子殼之間的相互作用力較弱。楊木刨花利用其自身彈性形變好的特點(diǎn)，填充了由松子殼在熱壓過(guò)程中所存在的空間間隙，使得楊木刨花亦能與松子殼充分接觸，增大了復(fù)合板的密實(shí)程度，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度得以提高。當(dāng)楊木刨花比例為50%時(shí)，復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度比較理想。

2.2 施膠量對(duì)復(fù)合板IB的影響

圖1 楊木刨花比例對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

施膠量對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響（圖2）表明，隨著施膠量的增大，復(fù)合板內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度也隨之增加，當(dāng)施膠量為5%時(shí)，復(fù)合板的IB最大。膠粘劑用量適當(dāng)?shù)脑黾?，單位面積中膠粘劑與楊木刨花以及松子殼之間的膠接點(diǎn)也隨之增多，結(jié)合面積增大，能夠形成更多的化學(xué)鍵，增強(qiáng)分子間的作用力，從而提高了復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。

圖2 施膠量對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

2.3 熱壓溫度對(duì)復(fù)合板IB的影響

熱壓溫度對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響（圖3）表明，隨著溫度的升高IB呈現(xiàn)出先增大、后逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)溫度為190℃時(shí)IB最大。溫度的升高有利于復(fù)合板內(nèi)部化學(xué)鍵的形成與穩(wěn)定，增加復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，復(fù)合板表面，甚至內(nèi)部的楊木刨花和松子殼會(huì)發(fā)生部分糊化，使得其糊化部分化學(xué)鍵合不穩(wěn)定，分散了材料內(nèi)部之間的相互作用力，從而使得內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低。

圖3 熱壓溫度對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

2.4 熱壓時(shí)間對(duì)復(fù)合板IB的影響

熱壓時(shí)間對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響（圖4）顯示，隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，IB值升高。這是因?yàn)闊釅簳r(shí)間的延長(zhǎng)，使異氰酸酯中的活性基團(tuán)能夠與楊木刨花以及松子殼中的羥基、羰基等活性基團(tuán)有更充分的時(shí)間接觸反應(yīng)，復(fù)合板內(nèi)部各成分之間的空間結(jié)構(gòu)能夠更均勻、更密實(shí)分布，使復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度提高。由于熱壓時(shí)間是影響復(fù)合板IB的最不顯著因素，綜合考慮，確定復(fù)合板的熱壓時(shí)間為20 min。

圖4 熱壓時(shí)間對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

3.1 楊木刨花與松子殼的比例對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響最為顯著，熱壓溫度的影響次之。主要表現(xiàn)為復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨著楊木刨花比例的增加而增大，隨著熱壓溫度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。

3.2 當(dāng)各因素做如下選取：楊木刨花與松子殼比例50%、施膠量5%、熱壓溫度190℃、熱壓時(shí)間20 min時(shí)，所制得的松子殼楊木刨花復(fù)合板在生產(chǎn)效率與生產(chǎn)成本兼顧的條件下，可獲得良好的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。

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Effects of Process Parameters on Internal Bond Strength of the Pine Nut Shell/Poplarflakes Composite Board

ZHANGJing
（Heilongjiang Wood Science Research Institute,Harbin 150081）

Based on orthogonal design method,the paper used pine nut shell and Poplarflakes as raw materials for the internal bond strength of the composite board,and reached the effects of process parameters on internal bond strength.The optimal pine nut shell/Poplarflakes composite board could be obtained when proportion of the aspen shavings and pine nut shell is 50∶50,resin charge blended was 5%,hot-pressing temperature was 190℃,hot-pressing time was 20 min.

Pine nut shell;Poplarflakes;Composite board;Process parameters;Internal bond strength

TS653.3,S781.21

A

1001-9499（2017）06-0044-03

* 黑龍江省財(cái)政自擬課題（HCZ201302）

第1作者簡(jiǎn)介：張晶（1983-），女，碩士，助理研究員。 主要研究方向：木材科學(xué)與加工。

2017-07-20

（責(zé)任編輯：潘啟英）