热压工艺对刨花板质量的影响毕业论文.pdf

中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 东 北 林 业 大 学 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 东 北 林 业 大 学 毕业论文 论文题目：热压工艺对刨花板质量的影响 学生：闫莉 指导教师：程瑞香教授 学院：成人教育学院 专业年级：木材科学与工程 2011 年 6 月 热压工艺对刨花板质量的影响 摘 要 在刨花板的生产过程中，热压是最重要的关键工序,热压工艺对刨花板生产过程中质量 控制的影响主要体现在其板材的物理力学性能方面，它不仅关系到刨花板产品的质量、成 品率，而且关系到生产效率的问题。 关键词关键词： ；热压；工艺；刨花板；力学性能；质量 effect of hot-pressing process on the quality of particleboard the hot mat presses the influence of technology for particieboard quality abstract in tthe production in theof particieboard particleboardin the process , hot hot presses are is the most important crucial process., hot press tthe influence of hot-pressing technology for on the quality control in the particieboard production of particleboard mainly reflected inmajor embodiment is in the aspect of its physical and mechanics mechanical performance of the plate . it concerns the quality, yield rate and production efficiency that concernsof particlieboard product and concerns production efficiency problem. keywords ： hotpresses;process;particieboardparticleboard;mechanicals performance; quality 1 目录目录 摘要摘要 abstract 1 引言引言1 1.1热压工艺.1 1.2热压工艺方法.1 2 热压温度的影响热压温度的影响. 2 2.1加热的作用. 2 2.2热压时间温度曲线. .2 2.3影响热量在板坯内传递速度的因素2 3 热压时间的影响热压时间的影响4 3.1影响热压时间的主要因素4 3.1.1树种的影响.4 3.1.2胶种的影响.4 3.1.3热压板温度的影响.4 3.1.4板坯含水率的影响.4 3.1.5刨花板密度的影响.4 3.1.6固化剂的影响.5 3.1.7闭合时间的影响.5 3.2确定热压时间的标准5 3.3确定热压时间的方法5 3.3.1热压时间步骤.5 3.3.2常用的方法.5 3.4缩短热压时间的方法.5 4 热压压力的影响热压压力的影响6 4.1热压压力的作用.6 4.2热压压力的确定.6 4.3影响热压压力确定的因素.6 2 4.3.1树种.6 4.3.2板坯含水率.6 4.3.3施胶量.6 4.3.4刨花板密度.6 4.3.5刨花板厚度.6 4.3.6热压板温度.6 4.3.7闭合速度.7 5 热压时影响刨花板性能的因素热压时影响刨花板性能的因素8 5.1垂直于板面的密度分布曲线及其与板性能的关系8 5.2热压温度与板性能的关系8 5.3热压时间对板性能的影响8 5.4板坯含水率对板性能的影响 .8 5.5闭合速度与板性能的影响.8 5.6最大压强对板性能的影响9 6 结语结语11 参考文献 附录 致谢 东北林业大学毕业论文 1 热压工艺对刨花板质量的影响 1 引言 1.1 热压工艺 在刨花板的生产过程中，热压工序是最主要的工序之一，它与板材的力学性能有着密 切的关系。一是通过在加热和加压的情况下，将板坯压缩到预定的厚度，二是在保温和保 压的条件下，将板坯成型固化，并将板坯中部分水分变为水蒸气，从板边排出。 1.2 热压工艺方法 表表 1-1 热压工艺方法热压工艺方法 图图 1-1 热压工艺方法热压工艺方法 热压方法特点 按作用于压板上的压力分类平压法压力方向垂直于板坯表面 挤压法压力方向平行于板坯表面 按加热板坯的方法分类接触加热热压板直接接触板坯加热 高频加热在高频电场作用下，靠内部介质加热。 按板坯在热压机中运动情况分类周期式热压板坯进入压机后，在静止时加热，然后出压机，反复 循环进行 连续式热压板坯在运动中被加热，是连续不断地进行，入辊压机、 挤压机和连续式热压机等 东北林业大学毕业论文 2 2 热压温度的影响 2.1 加热的作用 热压温度是决定板内温度分布的基本条件，刨花板主要是木质纤维或其他植物纤维为 原料制成的板材。随着温度的升高，原料的塑性就越大，其原因是温度升高，使材料的内 能增加，从而有利于克服原料高分子主链段的运动势能，增加木材的可塑性，就可以减少 压缩时造成的刨花破碎和降低热压过程中刨花板所需的最大压力。热压时的温度越高，芯 层温度上升就越快，就会加快胶的固化速度，使胶迅速固化，因此提高热压板的温度是缩 短热压时间，提高产量的有效措施。 2.2 热压时间温度曲线 典型曲线如图 2-1 所示：表层很快达到接近压板温度；芯层升温分五段： （1）t1段 刨花板板坯开始受热和迅速升温到接近压板的温度，但芯层温度无变化。 （2）t2段芯层温度迅速上升，继续到水分开始蒸发为止。 （3）t3段芯层温度上升到 100。 （4）t4段芯层保持 100恒温，水变为蒸汽，不断从板边排出。 （5）t5段芯层温度开始超过 100，逐渐升高到接近热压板温度。 温度 时间 表层 芯层 t1t2t3t4t5 图图 2-1 板坯表层和芯层的升温曲线板坯表层和芯层的升温曲线 2.3 影响热量在板坯内传递速度的因素 （1）热压板温度：温度越高，热量传递越快，板坯中心层升温到 100 0c 的时间也越短。 因此提高热压板温度是缩短热压时间，提高产量的有效措施。 （2）刨花板厚度：芯层升温和达到 100 0c 的时所需时间随厚度增加而延长。 （3）刨花形状：不同形状和尺寸的刨花影响板坯内水分的移动和升温速度。如：短粗 的粒状刨花板坯热传递和水分移动比簿平刨花快。 东北林业大学毕业论文 3 （4）板坯含水率：不同表芯层含水率对时间温度曲线的影响：表层含水率高时，板歪 中心升温快。 （5）表面喷水：用这种方法可以加快热量传递，缩短芯层达到 100 0c 所需的时间。喷 水量与达到 100 0c 的升温时间以及与板材强度的关系。当喷水量高于 200g/m2时虽也缩短传 热时间，降低强度，故不宜过高。 （注：板厚：20mm，热压温度：155 0c，*50%100%表层破 坏） 表 2-1 热压时,板坯表面喷水量与闭合时间、升温时间和强度的关系表 2-1 热压时,板坯表面喷水量与闭合时间、升温时间和强度的关系 喷水量 g/m 2 闭合时间 /min 到达 100时间 /min 板密度 g/cm 3 表层密度 （1 ）g/cm 3 静曲强度n/ 2 n/ 2 平面抗拉强度 n/ 2 0 100 150 200 300 400 1.94 0.94 0.86 0.78 0.73 0.69 4.45 3.10 2.60 2.35 2.05 2.25 0.59 0.59 0.60 0.59 0.59 0.60 0.65 0.73 0.74 0.74 0.67 0.60 27.2 29.0 29.4 27.8 26.2 24.2 0.59 0.59 0.55 0.49* 0.37* 0.18* 图图 2-12-1 热压时热压时, ,板坯表面喷水量与闭合时间、升温时间和强度的关系板坯表面喷水量与闭合时间、升温时间和强度的关系 （6） 刨花板密度： 为密度 0.50-0.80g/cm 3四种板子的热压时间温度曲线,它表明 在密度很高(0.8g/cm 3)时,开始升温慢，然后逐渐加快,达到 1000c 后升温更快,随着板坯内 水分变为蒸汽并从板边排出,温度又逐渐下降。 （7）闭合速度：压板闭合速度快（闭合时间短） ，升温时间也短。 东北林业大学毕业论文 4 3 热压时间的影响 3.1 影响热压时间的主要因素 3.1.1 树种的影响 在同样的工艺条件下，ph 值和碱缓冲能力大的树种，所需的热压时间就会较长。 3.1.2 胶种的影响 不同类型胶粘剂的固化时间不同，一般酚醛树脂胶的热压时间要比脲醛树脂胶的热压 时间长；同一胶种因原料配比和制胶工艺不同，其固化时间也不同，如 e1 胶所需的热压时 间就会比 e2 胶的时间长，因为甲醛与尿素的克分子比的大小不一样会直接影响到胶的固化 速度，两者的克分子比越大，固化时间则越短， （如图3-1所示） ：固体含量低的树脂胶固化 时间比固含量高的树脂胶所需的固化时间要长,因为所需蒸发的水分不一样。 固100 化80 时60 间40 （秒）20 0 01.01.21.41.61.82.0 可克分子比 f/u 图 3-1 克分子比对脲醛树脂胶固化时间的影响图 3-1 克分子比对脲醛树脂胶固化时间的影响 3.1.3 热压板温度的影响 压板温度越高，热传递速度快，芯层达到 100的开温时间越短，胶固化越快；此外， 压板温度越高，板坯内水分从表面到中心，然后从中心向板边逸出的速度也越快，因此压 板温度越高，热压时间越短。 3.1.4 板坯含水率的影响 在平均含水率相同的情况下，表层含水率高的刨花板板坯所需的热压时间较短，胶固 化越快；此外，压板温度越高，板坯内水分从表面到中心、然后从中心向板边逸出的速度 也越快，在板坯表面适当喷水也能缩短时间，含水率过高的板坯热压时间高于含水率低的 东北林业大学毕业论文 5 板坯的热压时间。因此压板温度越高，热压时间越短。 3.1.5 刨花板密度的影响 密度越高的刨花板的热压时间越长。 3.1.6 固化剂的影响 为加速脲醛树脂胶的固化，通常在调胶或拌胶时施加一定量的氯化铵溶液做胶的固化 剂。适当增加固化剂用量可以缩短热压时间。 3.1.7 闭合时间的影响 闭合时间短，可以缩短热压时间。反之，则延长热压时间。 3.2 确定热压时间的标准 （1）板坯中心层树脂完全固化。 （2）板坯内水分已经降低到 8%以下 3.3 确定热压时间的方法 3.3.1 热压时间步骤 热压周期就是热压时间的总和，包括热压时间和辅助时问，即装板时间、闭合时间、 加压时间、启开时间和卸板时研加压时间又包括升压、保压和降压三部分。 (1)装板时间，即板坯装入压机的时间。闭合时间即开始闭合到全部闭合的时间。但板 坯未受压力。 (2)升压时间，即上、下压板压紧板坯后，压力上升到最高工作压力的时间。保压时间 即压力保持时间，在这段时间内板坯被压紧固化。这段时间占整个加压时间的大部份。 (4)降压时间，即胶料完全固化后，压力下降到零。这一段压力和时间的变化，与升压 段不一样。 (5)启开时间，即从压力为零到压板完全启开的时间。卸板时间，即热压后刨花板卸出 压机的时间。 加压时间，对刨花板质量(如板厚度、容重、表面质量和胶合强度等)的影响最大。适 宜的加压时间也就是说树脂的聚合固化程度适当，水分汽化恰当。刨花板在离开热压机时， 其含水率一般为 8 士 2%。国外生产刨花板，在热压温度为 162的多层压机中，每 1mm 厚 度的板其加压时间为 0.2-0.35mlm。在热压温度为 180-240的单层压机中，每 1 毫米厚度 的板加压时间为 0.1-0.2min。 3.3.2 常用的方法 （1）测板坯中心层及其含水率的方法。 （2）查表法。 （3）用经验公式确定法。 3.4 缩短热压时间的方法 （1）降低干刨花含水率。 （2）提高树脂的固体物质含量和缩短其固化时间。 （3）提高热压温度。 （4）提高压机的闭合速度。 （5）压制厚刨花时，预热板坯。 东北林业大学毕业论文 6 4 热压压力的影响 4.1 热压压力的作用 热压压力的作用是将板坯压缩到预定厚度，使刨花之间在紧密接触的情况下胶合在一 起，达到较高的结合强度。通过最大压强的确定，只有在最大压强达到一定值时才能保证 在较短时间内将很厚的板坯压缩到预定厚度，才能避免板坯表层胶的预固化和合理的密度 分布，从而保证产品的质量。 4.2 热压压力的确定 只有在最大压强达到一定值时才能保证在较短时间内将很厚的板坯压缩到预定的厚 度，才能避免板坯表层胶的预固化和合理的密度分布，从而保证产品的质量。因此，合理 的最大压强是一个重要参数。 （1）最大压强的确定原则，必须在 30s 内将板坯压缩到预定厚度。 （2）最大压强与有关工艺参数的关系： 4.3 影响热压压力确定的因素 4.3.1 树种 树种不同，刨花的堆积密度有很大差异。例 m 3如压制 20.5mm 厚、密度 0.70g/ m3的三 层结构刨花板时，铺松木刨花的堆积密度为 0.128g/ m 3，而铺山毛榉刨花时则为 0.15g/ m3. 因此，如果要求用同样的闭合时间压制这两种不同树种的刨花板，所需的最大压强必然不 同；密度小的树种（如山毛榉）要求较高的压强。 4.3.2 板坯含水率 含水率越高，板坯的可压缩性越好，加压的反弹力就越小，热压时所需的最大压强也 越小。 4.3.3 施胶量 在板坯含水率相同的情况下，施胶量增加，刨花表面之间的粘合力增加，可压缩性改 善，所需最大压强减小。 4.3.4 刨花板密度 热压时所需最大压强随刨花板密度提高而提高。 4.3.5 刨花板厚度 热压时所需最大压强随板厚度增加而提高。 4.3.6 热压板温度 东北林业大学毕业论文 7 温度越高，板坯易塑化，所需最大压力减小。但温度过高时，因胶粘剂发生预固化， 所需最大压力反而有所提高。 4.3.7 闭合速度 如要求闭合速度越快，即要求闭合时间越短，则所需最大压强也越高。 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 306090120150秒 图 4-1 闭合时间与最大压强的关系图 4-1 闭合时间与最大压强的关系 密度 0.83g/cm3 0.50g/cm3 0.73g/cm3 0.65g/cm3 0.58g/cm3 东北林业大学毕业论文 8 5 热压时影响刨花板性能的因素 5.1 垂直于板面的密度分布曲线及其与板性能的关系 （1）剖面密度，如果按厚度方向将刨花板试件锯成薄片，所测定薄片层的密度就叫剖 面密度。 （2）板厚度方向的剖面密度分布曲线，在热压时热量主要是靠水分传递；先从板表面 传递到中心，然后从中心扩散到板的四边，最后从板边逸出。因此，从板的表面到中心形 成从高到低的温度分布，各部分刨花的可塑性和受到的压缩力均不一致，这就使厚度方向 的各剖面密度不一致。若以板厚度为横轴，以密度为纵轴，可以画出沿厚度方向的剖面密 度分布曲线。 （3）剖面密度分布与板性能的关系，从力学知识可以知道，弯曲应力主要由板表层承 受。在保持板材平均密度不变的情况下，若提高板表层的密度，就将降低板芯层的密度， 因而可以得到较高静曲强度和弹性模量、低内结合强度的板材。反之，若降低板表层密度， 使之接近于芯层密度，就将得到较高内结合强度和较低静曲强度的板材。因此在实际生产 中，我们可以利用这个原理，通过改变热压或其它工艺条件，例如提高或降低热压温度， 缩短或增加闭合时间，提高或降低表层刨花含水率等，来改变板表层和芯层密度，即改变 板材厚度方向的剖面密度分布，可以得到所要求的板材性能。 5.2 热压温度与板性能的关系 热压温度的高低，对刨花板的强度指标有着直接的影响，在生产过程中，热压时热压 板的温度越高，刨花的可塑性就会越好，闭合速度快，就会增加板子的静曲强度；热压时 热压板的温度越高，刨花板坯内胶的固化速度就会加快，在热压时间一定的情况下，其板 坯内的胶就会得到与固化剂的充分反应，减少游离醛的挥发数量，使刨花板的甲醛释放量 就会大大降低。 5.3 热压时间对板性能的影响 延长热压时间可以提高平面抗拉强度和降低甲醛释放量，但对静曲强度影响不明显。 5.4 板坯含水率对板性能的影响 板坯中水分起热传递和软化木材刨花的作用。因此，板坏中水分的变化影热传递速度、 最大压强值、闭合时是和热压时间等，从而影响板的性能，适当的板坯含水率可以提高静 曲强度和缩短热压时间，而且又能保证一定的内结合强度。简单地说：适当提高表层板坯 含水率使表层刨花易于塑化，板表层密度提高；同时也加快热量传递，使芯层升温较快。 这有利于提高静曲强度和缩短热压时间，而且又能保证一定的平面抗拉强度。但是过多的 表层水分会造成不利的影响，如导致芯层密度偏低、平面抗拉强度达不到要求，甚至发生 分层或鼓泡等现象。 东北林业大学毕业论文 9 5.5 闭合速度与板性能的影响 闭合时间短，可以缩短热压时间，提高生产效率。闭合速度与刨花板性能的关系，压 机闭合速度快，板的最高密度层靠近板表面，最高密度与最低密度层的密度差值也大。因 此，静曲强度高，平面抗拉强度低。但是当压机闭合速度高于 40m/min 时，闭合速度的影 响就不明显了；反之，静曲强度下降，平面抗拉强度提高，如果闭合速度很慢，在闭合时 间长于 30s 时，将不仅明显降低静曲强度，而且明显降低表面结合强度（表层胶预固化） ， 从而影响表面装饰质量。闭合速度快，还使板中心层达到 100的时间缩短。注：影响程度 分：大、较大、有一定影响三级。 表 5-1 影响压机闭合速度的因素表 5-1 影响压机闭合速度的因素 因素因素变化情况闭合时间变化对闭合时间影响程度 最大压强 压板温度 刨花板密度 木材密度 刨花形状 刨花含水率 刨板板厚度 施胶量 提高 升高 增大 增大 厚度增加 增加 增加（1020 ） 增加（6%20%内） 缩短 缩短 延长 延长 延长 缩短 延长 缩短 大 有一定影响 大 较大 较大 较大 有一定影响 有一定影响 图图 5-15-1 影响压机闭合速度的因素影响压机闭合速度的因素 5.6 最大压强对板性能的影响 （1）对板厚度影响，当压强小到低于 1.0mpa 时，压板达不到厚度规而使板厚度增加； 只有当压强高于 2.03.0mpa 时，厚度才能达到预定厚度。 （2）对板密度的影响，当压强较小时，板厚度增加，致使板平均密度减小，表层和芯 层密度差也减小。只有当压强大于 2.0mpa 时，平均密度才能接近预定密度。表层密度和芯 层密度差随压强的提高而增加。 （3）对强度的影响，静曲强度、平面抗拉强度和表面结合强度随最大压强的增加而提 高。 表 5-2 最大压强与板性能的关系表 5-2 最大压强与板性能的关系 东北林业大学毕业论文 10 树种山毛榉松木 最大压强，mpa1015203010152030 板厚，mm 板 表 层 密 度， / （g/cm 3） 板 芯 层 密 度， / （g/cm 3） 板 平 均 密 度， / （g/cm 3） 静曲强度 ，/mppa 平面抗拉强度 ，/mppa 表面结合强度 ，/mppa 229 070 054 063 202 058 087 208 077 061 069 232 075 113 204 080 058 070 254 078 117 201 087 058 071 288 080 129 224 074 052 064 270 069 96 206 082 055 067 314 077 101 203 090 053 069 340 080 103 201 094 055 071 345 078 099 图图 4-14-1 最压强与板性能的关系最压强与板性能的关系 达到最大压强的闭合速度 820 /min ，热压时间为 10 min ，板公称厚长为 20 ， 公称密度为 0.70 g/cm 3. 东北林业大学毕业论文 11 6 结论 （1）热压温度高，刨花塑性好，静曲强度高，加快胶的固化速度，甲醛释放量降低。 （2）延长热压时间可以提高内结合温度和降低甲醛释放量，但对静曲强度影响不明显。 （3）随着最大压强的提高而使板的静曲强度、内结合强度、表面结合强度而有所增加。 （4）适当的板坯含水率可以提高静曲强度和缩短热压时间，而且又能保证一定的内结 合强度。 （5）压机闭合速度快，静曲强度高，平面抗拉强度低。反之，静曲强度下降，平面抗 拉强度提高， 东北林业大学毕业论文 12 东北林业大学毕业论文 8 参考文献 参考文献按顺序编码制组织，即各篇文献按正文部分标注的序号依次列出。 1 汪华福,葛仁滋,张熙中.木材工业实用大全 刨花板卷m.北京： 中国林业出版社， 1998.167192 2 顾继友，胡英成，朱丽滨.人造板生产技术与应用m.北京：化学工艺出版社，2009. 244272 3 朱典想，王正.连续平压热压的进展j.林产工业，2003,5：1418 4 陆仁书.刨花板制造学m.北京：中国林业出版社，1994. 196199 5 成俊卿.人造板生产工艺学m.北京：中国林业出版社,1981.169175 6 陆仁书.人造板科学与技术m.哈尔滨：东北林业大学出版社, 2002.142148 7 王侠.再生刨花板制造技术