（机械工程专业论文）国产化石膏刨花板生产工艺及主机设备研究.pdf

摘要 石膏刨花板是一种新型的绿色建材，近年来引起了国内外专家 对这种板材的生产技术和加工设备研究的重视。论文介绍了国内外石 膏刨花板生产技术的现状，分析了其未来的发展趋势。 论文着重对国产化石膏刨花板生产工艺的确定及各工段主要设 备的结构原理进行了深入研究。分析了利用本企业试验室设备制出的 石膏刨花板试样所测得的各项性能指标，根据实验数据及理论分析确 定生产线工艺及主机设备的主要参数、工作原理及结构形式。针对在 进口生产线上存在的成品板厚度偏差大、板坯断面粗细刨花分层次结 构现象，研究提出了解决这些问题的关键技术及方法。对研制出的石 膏刨花板成套设备工业化生产结果进行了分析。 本课题的研究对我国人造板工业走绿色、环保的发展方向有着重 要的意义。 关键词：石膏刨花板，试验分析，工艺及设备 i a b s t r a c t g y p s u mp a r t i c l e b o a r di s an e wt y p eo fg r e e na r c h i t e c t u r a lm a t e r i a l ， w h i c h d r a w sd o m e s t i ca n df o r e i g ne x p e r t s a t t e n t i o no np r o d u c t i o nt e c h n i q u e a n dp r o c e s s i n ge q u i p m e n tr e s e a r c h t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h es i t u a t i o no f d o m e s t i ca n df o r e i g ng y p s u mp a r t i c l e b o a r dp r o d u c t i o nl i n e ，a n da n a l y z e si t s f u t u r ed e v e l o pt r e n d s t h i sa r t i c l es t r e s s e so np r o c e s s i n gt e c h n i q u ea n ds t r u c t u r e & p r i n c i p l eo f m a i ne q u i p m e n to fg y p s u mp r o d u c t i o nl i n e a n a l y z ea l lt h es p e c i f i c a t i o n t e s t e df r o mg y p s u ms a m p l eb o a r d s ，w h i c ha r em a d eb yl a be q u i p m e n t a c c o r d i n gt o t h et e s t e dt e c h n i c a ld a t aa n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，w ec a n d e f i n e dp r o c e s st e c h n i q u eo ft h ep r o d u c t i o nl i n e ，m a i ne q u i p m e n td a t a ， w o r k i n gp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r et y p e s t u d y t h ek e yp r o b l e m sa n dt h e i r s o l u t i o n so fl a r g et h i c k n e s sd e v i a t i o no ft h eb o a r dm a d eb yi m p o r t e dl i n e ，a n d t h ep h e n o m e n o no fp a r t i c l e b o a r ds e c t i o ns t r a t i f i c a t i o n a n a l y z et h ei n d u s t r i a l p r o d u c t i o nc o n s e q u e n c eo ft h ed e v e l o p e dg y p s u mp a r t i c l e b o a r dc o m p l e t e l i n e t h e s t u d y o ft h i sa r t i c l ei s i m p o r t a n t f o rt h e g r e e n a n d e n v i r o n m e n t - p r o t e c t e dw o o d b a s e dp a n e li n d u s t r yo f o u rc o u n t r y k e yw o r d s ：g y p s u m p a r t i c l e b o a r d ，e x p e r i m e n ta n a l y s i s ，p r o c e s s t e c h n i q u e & e q u i p m e n t i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阕。本人授 权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或中英文摘要编入有关数据库进行检索。可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密囫。 学位论文作者签名：善午移 2 0 0 4 年多月j 口日 特溯虢身锄 2 0 0 4 年莎月沙日 扛苏大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 石膏刨花板生产工艺及设各的研究，对生产出市场能接受的石膏刨花板至关重 要。石膏刨花板是一种新型的人造板“1 。石膏刨花板越来越受到人们的重视是因为它 具有其独特的特点。这种板材兼有石膏和木材的性能，具有优良的物理力学性能，它 克服了石膏本身的过于脆性的缺点，在板材的各个方向都具有较高的抗弯强度及机械 强度，可进行各种机械加工如锯、铣、砂光、打孔、打钉等。还可进行表面二次加 工贴面装饰，喷涂。石膏刨花板还具有隔热、隔声、耐火性和不燃性。因此该板种可 应用于建筑、交通、通讯等工程中作为非承重的墙体材料，装修间壁墙、隔墙、吊顶、 室内地板材料、固定式家具、音响材料等。经过表面防水处理后，也可作轻墙板框架 结构的外墙板。 石膏刨花板的生产过程中无需烧结或蒸养，所以能耗低即生产成本低豳。加之该 板材是以无机物石膏为胶粘剂，因此无游离甲醛释放的公害问题。板材生产只用少量 的水，不产生污水，也不构成有害的排泄物。是一种较为理想的绿色建筑材料。 长期以来，我国的房屋建造，一直采用以粘土为主要原料的实心砖，即所谓“秦 砖汉瓦”的传统建筑材料，由于它是以破坏农田建设为代价的高耗能的建筑材料，国 家已明文规定少生产、少使用甚至不使用。早在1 9 9 0 年，国家建材局就提出建材墙 体材料改革工作的十点意见，应用系统工程方法，运用经济、法律、行政等手段，严 格限制实心粘土砖的生产和应用，大力扶持新型墙体材料的发展，新开工的房屋建筑， 使用新型墙体材料的建筑面积不少于总开工面积的2 0 。国家对新型墙体材料的开发 和应用， 给了一系列的优惠政策。石膏刨花板是属于新型墙体材料之一，是一种节 能、环保型建材。 石膏刨花板生产所用的原料主要是石膏、木质刨花( 或非木质纤维) ，其中石膏是 建筑上广泛应用的原料1 ，而刨花仅占1 3 1 4 的比例。 我国石膏资源丰富，已探明我国石膏储量约5 4 0 亿万吨，而石膏的开发利用只 l 江苏大学工程硕士学位论文 占4 3 ，用于深加工板材的用量则更少，国外工业发达的国家如日本、美国等，用 于建筑业的石膏约占总产量的7 嘣。因此，充分利用我国丰富的石膏资源优势，大力 开发多种石膏建筑制品( 包括石膏刨花板) 用于建筑业h ，不仅节地、节能，而且符合 我国建材产品的发展方向。 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，建筑及家具用材逐年增加，木材需 求激增，国家每年计划采伐3 0 0 0 万立方米木材，而实际消耗2 5 亿立方米。据专家 预测，到2 0 1 0 年我国木材总耗将达2 7 亿立方米，年缺口量将达6 0 0 0 万立方米，届 时我国人均年耗木材也只能从现在的0 2 2 立方米提高至o 3 1 立方米，而目前世界人 均年耗木材0 6 5 立方米，发达国家为1 1 6 立方米，发展中国家为0 4 7 立方米曙1 ，相 比之下，差距甚远，木材的供应远不能满足经济建设和社会需要的要求，木材依然是 国民经济中的短线物质。木材供需矛盾突出啪。另一方面，我国森林资源却处于下降 的趋势。使本来林业资源贫乏的我国，呈现林业资源危困的状况。为此，国家决定增 加林业投入，大幅度调减了木材用量。实施天然林保护工程后，将加剧我国木材供应 总量的不足，同时也更加剧了木材供需的结构性矛盾。但工业的发展和人民生活水平 的提高对板材需求的数量和质量的要求却在不断上升。如此供需矛盾的存在，迫使人 们急需寻找一种木材的替代品。石膏刨花板兼有石膏和木材的性能，具有优良的物理 力学性能。而它所需的刨花很少，还可用非木材类植物纤维替代木质刨花嘲口1 ，如棉 杆、麻杆、蔗渣等，它们的纤维可与木质刨花的纤维相比，其作用相同，用这些纤维 制作石膏刨花板不依靠供应日益短缺的木材原料，而使用每年都可更新的廉价且取之 不竭的原料。特别是蔗渣为糖厂榨过糖的甘蔗，利用它不仅可变废为宝，而且可减少 污染，废物利用，不仅对业主单位有很好经济效益，而且对我国人造板事业的发展有 深远的意义和良好的社会效益m ) 。 1 2 国内外现状及发展趋势 由于石膏刨花板有其优良的性能，因此引起愈来愈多国内外专家对这一生产技术 和加工设备研究的重视。八十年代初期，德国费劳霍夫( f r a u m h o f e r ) 木材工业研究所 2 江苏大学工程硕士学位论文 考萨兹教授和l e m p f e r 博士合作，发明了一种半干法生产石膏刨花板工艺即k o s s a l z 工艺，并获得德国专利州 i o o 该工艺在1 9 8 3 年德国汉诺威世界木工机械博览会上展 出引起了有关人员的注意。德国比松( b i s o n ) 公司于1 9 8 3 年开始研究该专利，于1 9 8 5 年1 1 月应用k o s s a l z 工艺在芬兰的s a a s t a n o i n e n 公司建成了世界首家年产3 万立方 米的石膏刨花板制造厂。1 9 8 7 年在挪威a r b o r a s 公司建成了另一家年产6 万立方米 的石膏刨花板。此后又在荷兰、意大利、美国等地相继建成了石膏刨花板厂。我国在 九十年代初期，也对石膏刨花板进行了研究，并于九十年代中期在我国的山东省苍山 市、山西省候马市先后耜继引进了德国比松( b i s o n ) 公司年产3 万立方米的石膏刨花 板生产线。但是由于进口设备价格昂贵，使得石膏刨花板生产在国内的发展受到限 制。国内一些科研院校、人造板设备生产厂家也在对石膏刨花板生产工艺及设备进行 深入研究。 我国木材需求问题是处在经济高速发展和生态环境恶化双重压力之下。近1 0 年 来，我国国民经济高速发展，必然拉动木材消费市场。特别是住房制度改革以后，对 建筑装饰材料和家具的需求迅猛释放，势不可收。而另一方面，我国的森林资源承担 着生态和供给木材的双重任务，不可能再增加木材采伐量，近几年来全国木材采伐量 维持在6 5 0 0 万立方米左右，而实施天然林保护工程后，采伐量还在逐年下降。因此 我国人造板工业的高速发展，是保护天然林资源满足市场对木材和木制品的需求的主 要措施。今后这个发展势头还会保持下去。 从整体而言我国木材的需求量和木材的供应量之间存在很大的缺口，预测到 2 0 1 0 年木材供需缺口将保持在6 5 0 0 万立方米左右。这一缺口主要靠发展人造板和进 口木材中得到补足。 根据抽样调查，目前我国的人造板主要应用于家具和建筑装修，其中用于家具约 占总量的5 9 6 ，用于建筑业约占3 0 4 。其余交通，包装等用量较少。 随着我国人民生活水平的提高，特别是住房条件改善之后，对家具的需求也将以 每年1 5 的速度增长嘲。 3 江苏大学工程硕士学位论文 我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，带来了建筑业空前的繁 荣。有数据统计，2 0 1 0 年我国人均住房面积由1 9 9 5 年的8 平方米提高到1 5 1 8 平方 米叭1 。建设部预测，我国“十五”期间2 0 1 0 年年建筑竣工面积预测为1 6 亿平方米n “。 见表1 1 。墙体面积与建筑面积之比一般为2 5 ：1 。从国外的发展趋势和我国的国情 来说，禁用传统的粘土砖势在必行。人造板用作墙体材料是最合理的措施。有数据介 绍，目前人造板用作墙材的比例是：日本6 4 ，美国4 7 ，德国4 1 ，中国约3 “。 由此可见，跨世纪我国建筑业蓬勃，快速发展需要大量的新型建筑材料，这为石膏刨 花板的发展提供了一个千载难逢的机遇。 表1 i2 0 1 0 年年建筑竣工面积预测单位：亿平方米 建筑城市公 城市生城市住农村住村镇公农村产 共计 类型共建筑 产建筑宅建筑宅建筑共建筑业建筑 竣工 1 52 o3 55 o 2 o 2 ，01 6 面积 ， 总之，石膏刨花板是墙体改革的理想材料之一，适合当前人造板工业走绿色产业 之路政策，因此石膏刨花板生产设备的研究和开发应用具有广泛的发展前途。 1 3 本课题研究的主要内容 石膏刨花板作为一种新型人造板与传统的人造板相比有以下明显区别：一是板坯 由两种性质完全不同的原料( 石膏、刨花) 组成，二是成型方式完全不同( 冷压，没 有厚薄规) 。由于以上区别，石膏刨花板的生产工艺与普通刨花板有很大的区别，进 而对设备的技术性能也提出了更高的要求。石膏刨花板生产各工段中主要设备的结构 原理及性能参数对生产出的石膏刨花板的性能、质量起着重要的作用。目前进口设备 生产的石膏刨花板，存在板坯的断面租细刨花分层次结构现象和成品板厚度偏差大的 问题。所以着重国产化石膏刨花板生产工艺的确定及各工段主要设备的结构原理深入 研究。本课题研究的内容包括以下几个部分： 1 3 1 分析研究石膏刨花板对石膏及刨花特陛的要求，在充分吸取国外先进国家石 4 江苏大学工程硕士学位论文 膏刨花板生产线及其它人造板生产线工艺和设备优点的基础上，结合中国国情，提出 符合我国国情的国产化石膏刨花板生产线工艺方案。 1 3 2 针对确定的工艺方案，研究对生产设备的要求。利用本企业现有试验室设备 进行该板种生产的可行性试验。并将制出的石膏包i j 花板试样，进行各种性能测试。为 生产线主机的主参数确定提供第一手资料。 1 3 3 根据试验室实验数据及理论分析，研究确定生产线主机设备( 如搅拌机、铺 装机、压机、干燥机等) 的主参数、工作原理及结构形式，用c a d 绘图设计出设备的 总体方案及主要部件结构，论证后进行设备的具体设计。研制出生产线设备。 1 3 4 对研制出的生产线设备进行工业化生产试验( 在用户现场进行) ，对试验结 果进行数据处理、分析、总结。完成实验设计方案。 5 江苏丈学工程硕士学位论文 第二章石膏刨花板生产工艺研究 2 1 石膏刨花板用原材料 用于生产石膏刨花板的原料主要有石膏、刨花和化学添加剂。 刨花在石膏刨花板中的作用既起到作为石膏结晶体的增强材料作用，又作为水分的载 体作用。石膏刨花板生产中所用的刨花原料与普通刨花板的基本相同，除少数树种因 木材内含物( 如水解丹) 对石膏的凝固有较大影晌丽不能使用外。大多数均可使用嘲。 刨花的来源不但可是木质刨花，也可是非木质刨花。 石膏刨花板生产中所用的石膏一般采用建筑用石膏( 亦称b 一石膏) ，即天然石膏或化 学石膏( 磷石膏、脱硫石膏) 。叼。天然石膏不同产地的性能差异很大，对制成的石膏刨 花板的强度影响也很大，因此要求石膏刨花板生产中所用的石膏其质量应符合 g b 9 7 7 6 - 8 8 建筑石膏标准，同时要求建筑石膏中半水石膏( c a s 0 4 i 2 h 2 0 ) 的比例应 在7 5 以上“1 。半水石膏在较短的时问内水化成二水石膏，符合石膏刨花板生产工 艺，所以半水石膏的含量越高，石膏的品位越高，制成的板强度越高。为了进一步提 高石膏刨花板的强度，也可掺入3 0 左右的高强石膏( 称a 一石膏) 。实际使用的性 能见表2 1 表2 1石膏粉性能 标准稠度0 2 m m 方孔凝结时间( 时：分)抗折强度抗压强度 用量筛余量初凝终凝 m p a m p a 相对于石膏 4 0 ：l o0 ：2 03 46 o 重量6 5 根据石膏刨花板生产工艺要求，搅拌铺装成型后的板坯在加压定型前需一定的停 放时间。也就是从各种原料混合搅拌、铺装到压制有一个时间周期，为防止板坯在无 压下凝固，影响板的强度，需加入适量缓凝剂。 6 江苏大学工程硕士学位论文 2 2 石膏刨花板生产工艺流程 石膏刨花板是以石膏、刨花为主要原料，加入适量水和添加剂，采用半干法生产工 艺，经搅拌、铺装、加压、干燥等工序而制成的板材“分析国外石膏刨花板生产线使 用情况，结合我国国情。拟考虑采用的主要生产工艺方案如下： 生产线分七个工段； 刨花制备工段： 石膏粉制备工段； 添加剂、水、刨花、石膏计量搅拌工段； 铺装成型工段； 加压养护工段： 干燥、锯边工段： 砂光工段。 因刨花制备工艺，随原料不同而有多种形式，所以单独叙述。石膏粉制备工艺与标准 建筑石膏制备相同，所以此处略。即石膏刨花板生产工艺流程如图2 1 所示。 2 2 1 刨花的制备 2 2 1 1 木质刨花 石膏刨花板生产中，木质刨花的制备工艺与普通刨花板的刨花制备工艺相似，为 了使刨花在石膏中起到加强筋作用，得到高强度的石膏刨花板，刨花厚度应控制在0 2 0 4 唧左右。其备料型式大致有三种：一种是以刀轴式刨片机或刀环式刨片机直接刨出 刨花作为刨花制备的第一道工序( 图示2 2 ) ，第二种是以盘式刨片机直接刨出刨花作 为刨花制备的第一道工序( 图示2 3 ) ，第三种是以先削片再刨片的型式( 图示2 _ 4 ) 。 第一种及第二种型式所制得的刨花厚度薄且均匀。最适应石膏刨花板对刨花的需求。而 第三种型式制得刨花厚度大，不均匀且误差大，不是最理想的石膏刨花板生产中刨花的 制备型式。但它有利于木材的综合利用n 8 1 ，成本低。由前两种型式制成的刨花都要经锤 7 江苏大学工程颈士学位论文 式再碎机在宽度方向将刨花再碎成细长形，然后到筛选杌。筛出的不合格刨花再到打磨 圈2 1 石膏刨花板生产工艺流程 8 江苏大学工程硕士学位论文 机打磨合格后与筛下的合格刨花一起送入刨花料仓贮存第三种型式制成的刨花经筛 选机筛选，不合格的刨花到打磨机打磨合格后与筛下的合格刨花一起送入刨花料仓贮 存。 三种木质刨花制备工艺流程图 臣亟受j 圃一 夏垂亟豆匦匦 一 互蔓j 口一 夏重习 图2 2 刨片机直接制刨花 二亘酊一 二耍二妇一 j 萋匿霞互亟 一 j 曩西【 一 if j j 爱e 图2 3 刨片机直接制刨花 蔓习 i 匝区圃 】委 l 臣亘夏圃 匝歪耍疆亘匦玉匡圈一 疆匝墨( 一 二二玉匝噩叠 一 j 耍野叵 一 t j 亘塑五 2 2 1 2 非木质刨花 图2 4 削片后再制成刨花 玉砸蜀 i 亘互 因为农作物植物纤维中含有髓，如蔗渣的髓体积比占7 4 ，棉杆的髓体积比占 1 5 9 5 ，麻杆的髓体积比占1 2 “如洲乜“。面这些髓对石膏刨花板的强度及吸水厚度膨 胀有不利的影响例。因此应该进行除髓处理，可采用风选除髓，通过调节风量、风速 及特制的旋风将其分离出去。 三种非木质刨花制备的工艺流程如下： 9 江苏大学工程硕士学位论文 蔗渣包( 糖厂榨过糖，除去髓的蔗渣) 由皮带运输机送往解包机解包后，通过输送 系统将蔗渣送入料仓贮存后，再送入锤式再碎机再碎。再碎后的蔗渣由风送系统送入 风选机分选髓及过大料，髓废弃，过大料再经打磨机打磨后与合格的蔗渣都送入合格 料仓贮存( 图示2 5 ) 。 棉杆、麻杆经削片机削片后送入料仓贮存，再由贮存料仓输送到刨片机刨片后由 风送系统送入风选机分选髓废弃，过大的经打磨机打磨后与合格的刨花都送入合格料 仓贮存( 图示2 6 ) 。 竹材经削片机削片后送入料仓贮存，再由贮存料仓输送到包# 片杌刨片后输入筛选机筛 选过大的刨花经打磨机打磨合格后与筛出的合格刨花都送入合格料仓贮存1 ( 图示2 7 ) 。 三种非木质刨花制备的工艺流程图 匝亟四一暖萤驷一匝蜀一臣垂薹豆圃一臣雯鲴一 王圈 t i 打磨机l j 图2 - - 5 蔗渣制各工艺 匝堑匝圈一匪囹一匝圜一匪亟圃一匝耍函 二塑如 ! f i 打磨机i 一 图2 - - - 6 棉杆、麻杆制备工艺 臣圃一匪堑圃一口叵习一 墅困一臣委圃一 】囵 lt i 打磨机i _ j 图2 - - - 7 竹材制各工艺 2 2 2 添加剂、水、刨花、石膏计量搅拌工段 添加剂( 缓凝剂) 、水、刨花、石膏的用量在进入搅拌机前必须进行计量，以保证 石膏刨花板各种原料的比例正确，这是确保石膏刨花板质量性能的前提。由于生产中 缓凝剂的用量很少，所以首先应制成缓凝荆水溶液，以便缓凝剂能均匀地分布在刨花 上。将经准确计量过的缓凝剂溶液、水及已测定过含水率并经过计量的刨花送入搅拌 机，在搅拌下加入经计量过的石膏粉。搅拌机中务必使刨花界面充分被缓凝剂和石膏 包裹住。加入最后一种成分石膏后，几种原料一起搅拌的时间为1 分钟左右，本工段 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 采用的混合搅拌机为周期式，根据生产线的生产能力，可调整搅拌周期。如年产3 万 立方米的生产线，其搅拌周期为4 0 0 秒钟。一般刨花，石膏搅拌后的混合料使用周期 应大于9 0 分钟。搅拌好的混合料输送到过渡料仓再到计量料仓。 2 2 3 铺装成型工段 刨花与石膏半干性混合料通过铺装机铺装成所要求的一定厚度的板坯。实践证 明，用于石膏刨花板铺装的为一种新型机械式铺装机效果最佳，它能形成板材表面为 细腻均匀的表层，芯材为增强的粗纤维，板材的厚度是靠铺装机的下料量、板坯的输 送速度及测厚计量称重来调节的。铺装机用连续铺装连续计量，混合料由铺装机铺撤 在搭接的垫板上，当垫板被运输到加速皮带运输机上时，捂接的垫板被拉开，连续的 板坯被拉断，成了一张张板坯。张张板坯通过计量称重、齐边后运到堆垛装置堆垛。 计量称重不合格的板坯通过倾斜卸料装置，回收运送到过渡料仓中重新回收使用，垫 板运送到垫板回送线，通过垫板清扫，垫板称重，垫板叠加到铺装机下使用。 2 2 4 加压养护工段 板坯通过堆垛装置将其叠放在下锁模具上，根据板坯不同厚度堆到一定张数后， 通过重型辊台运输机运进压机，进行加压锁模，使其达到要求的厚度。由于生产工艺 采用板坯堆叠式加压。所以压机为大开档的单层压机，其公称压力为1 3 5 姗，即单位 压力为3 o m p a 。锁模的目的是维持在受压的状态下完成石膏的水化固结。这样既解决 了石膏刨花板需加压时间长，让板垛在锁模具中固定，使之达到所需的加压时间，提 高压机的生产效率，又不致因压的时间缩短而使刨花产生回弹，使板材的结构变化而 影响板材的性能。 由半水石膏水化转化成二水石臂形成硬化强度一般只需2 0 分钟左右，但由于工 艺时问要求，生产中使用了缓凝剂，再加上刨花材料的木糖阻凝作用使得石膏水化终 点时间延长。因此，石膏刨花板保证在受压的状态下形成硬化强度一般嚣2 3 小时， 所以锁模后的一摞板坯必须运出压机，养护形成强度后再由辊台运输机送入压机进行 开模。开模后的一摞板坯运到拆垛装置拆垛，即将板材与垫板分离，板材由输送机运 到升降装置再送入干燥机，垫板通过垫板回送线经垫板清扫，垫板称重，垫板叠加到 铺装机使用。 l l 江苏大学工程硕士学位论文 2 2 5z f 燥、锯边工段 为减少板材的含水率，避免使用过程中的收缩和变形，必须对拆垛后的板材进行 干燥。进入干燥机以前的板材含水率一般在1 5 - - 2 5 ，应将其干燥到3 左右。干燥 机的型式可以有多样，但必须严格控制干燥过程的干燥温度、干燥时间及板材终含水 率，否则将影响板材质量。板材通过升降装置送入干燥机干燥，干燥后的板材经升降 装置等输送到纵横锯，锯成定规格的板，通过称重，测厚分等堆垛，分别运走。 2 2 6 砂光工段 由于生产过程中垫板缺陷，铺装的均匀性、特殊的加压工艺及石膏刨花板的弹性 恢复等多方面因素的影响，使得最终的石膏刨花板的厚度不均，板面不平，因此对锯 过边的板材可进行进一步砂光处理，以达到板厚一致，表面平整。砂光的型式可一次 砂，也可二次砂，砂光面可单砂，也可双面砂。砂光的原则是尽量控制砂光量，不要 将刨花砂露出表面，以避免刨花吸水而导致板材翘曲变形。板材经输送到砂光线砂光 后堆垛入库包装。 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 第三章主要设备的试验研究 3 1 试验设备的确定 针对以上工艺方案，研究对生产设备的要求。利用本企业现有试验室设备或适 当改制或模仿原理制作简易设备进行该板种生产的可行性试验。 根据石膏刨花板对刨花的要求，本企业试验室内普通刨花板刨花制备的削片机、 刨片机可直接使用。打磨机可通过更换筛网来达到制备出合格刨花的要求。添加剂、 水、刨花、石膏计量搅拌的计量采用试验室的台秤及磅秤来秤量各种原料，自制搅拌 装置。将各种原料拌成半干状混合料。用手工铺装半干状混合料，力求铺得均匀厚度 一致。采用试验室小幅面压机压板，板的干燥用试验室的烘干箱，锯边采用普通木工 锯。 3 2 试验设备确定的依据 削片试验设备用b x 2 1 6 鼓式削片机：刨片试验设备用b x 4 6 6 双鼓轮刨片机；刨花 打磨试验设备用b x 5 6 6 筛环式打磨机。 木片形态，主要取决于所采用的削片机的性能好坏及原料的含水率等因素“”， 由于石膏刨花板对刨花形态的要求比较高，所以在木片制备时，就应首先控制木片的 质量。b x 2 1 6 鼓式削片机削出的木片，其形态较均匀，碎料和大片占的比重较小，分 别为4 5 和6 5 ，现以鼓式削片机削片原理加以分析，图3 - i 是鼓式削片机削片原 理图，由装在刀鼓上的飞刀和装在底刀座的底刀组成切削机构，其削片过程可看成剪 切过程，但按木材切削原理属于铣削。在削片过程中，飞刀在接触弧上任意一点m 的遇角巾为 ( b = 9 0 - a f c s i n h - 一h = ( 3 一1 ) “ 式中：一刀鼓轴线到进料槽底面的垂直距离： 圮一接触弧上任意一点m 到进料槽底面的垂直距离 厅一飞刀的切削圆半径； 由图3 一l 和式( 3 - 1 ) 可见，遇角在一定范围内变化，即飞刀的切削平面随飞刀 运动而变化。飞刀在接触弧上任意一点i n 对原料的切削力p 可以分解为两个分力，法 1 3 扛苏大学工程颈士学位论文 向分力r 和切削分力p 。，p t 即为圆周力；也可把切削力分解为沿进给方向的分力n 和垂直于迸给方向的分力r 。 图p l 鼓式削片机削片原理图 设力p 和p 。之间的夹角为，则进给方向的分力r 为： p 。= p c o s ( 由f i - )( 3 - 2 ) 垂直于进给方向即作用于迸料槽底面的分力p 。为： p = p s i n ( 巾+ )( 3 3 ) 从式( 3 - 2 ) 可见，原料在进给方向所受的力p u 随遇角由的变化而变化，当m + 9 0 。时，r o ，当中+ e = 9 0 。时，p 为最大。 b x 2 1 6 鼓式削片机名义切削角选为4 5 。，这一方面使所耗的切削功较小，另一 方面又提高了木片质量。如投入角过小，虽然能降低所耗的切削力，但由于接近于纵 向切削，容易产生过大木片，影响削片质量。其次，飞刀与底刀之间的间隙大小，对 木片的形态有很大的影响，闯隙过大也会产生过大木片，且断口不平整，形态差。本 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 次试验飞刀与底刀之间间隙调为0 5 - l m m 之间，本人认为是比较合适的。 据资料介绍渊，刨花的形状和尺寸，特别是刨花的厚度对刨花板质量影响很大 按普通刨花板板生产工艺要求，刨花厚度应控制在0 3 o 8 m m 的范围为宜。而石膏 刨花板对刨花的要求则更高，要求控制在0 2 o 4 m m 。b x 4 6 6 双鼓轮刨花机刨出的竹 片刨花形态较好，厚度也较为均匀。刨花宽度筛分比最大值都在筛网2 5 2 5 5 5 m m 之间。 在试验中，我们也发现，刨片机的工艺参数( 如刀门间隙、伸也量、叶片飞刀 问间隙等) 对刨花质量有很大影响，一般调整，伸刀量为0 5 m m ，刀门间隙为2 3 m m ， 叶片与飞刀间隙为l 1 - 5 m m 较为合适。 打磨后的碎料主要用作板的表层，按石膏刨花板刨花板的工艺要求，打磨后细 刨花形态为细针状较为合适。b x 5 6 6 筛环式打磨机将过大刨花打磨后的碎料平均长度 约为3 m m 。为适应非木质刨花蔗渣的制备工艺要求，将其筛网网孔制成3 x 3 0 ( r a m ) ， 能制出符合石膏刨花板生产的非木质刨花。 3 3 试验设备技术参数 ( 1 ) b x 2 1 6 鼓式削片机 a 刀鼓直径 6 5 0 m m b 飞刀数量2 片 c 刀辊转速5 9 0 r m i n d 进料速度 3 5 m m i n e 理论肖0 片长度 3 0 m m f 主电机功率 5 5 k w ( 2 ) b x 4 6 6 双鼓轮刨片机 a 刀环直径 6 0 0 m m b 刀环转速 5 0 r m i n c 飞刀数量2 1 片 1 5 江苏大学工程硕士学位论文 d 飞刀长度 2 2 5 m m e 叶轮转速 1 9 6 0 r m i n f 叶片数量9 片 g 刨花厚度0 4 m m 左右( 调整飞刀伸出量得到) ( 3 ) b x 5 6 6 筛环式打磨机 a 磨环直径6 0 0 9 u n b 筛环宽度3 5 0 m m c 叶轮转速 2 9 7 0 r m i n d 筛网网孔由3 m m 斜孔均布 3 3 0 ( 姗) ( 改制用于非木质刨花) ( 4 ) 混合搅拌机( 自制简易) a 搅拌简直径高度6 0 0 9 0 0 ( 姗) b 有效容积 o 2 2m 3 c 搅拌器转速 3 5 0 r m i n d 搅拌电机功率5 5 k w ( 5 ) 试验室小压机 a 总压力l o o t b 幅面5 0 0 5 0 0 ( m m ) 3 4 试验室模拟制样板 3 4 1 试验条件 a 首先用b x 2 1 6 鼓式削片机、b x 4 6 6 双鼓轮刨片机、b x 5 6 6 筛环式打磨机将木 料加工成长5 3 0 咖，厚0 2 - - - 0 4 m m 的刨花若干备用。 b 用试验室烘箱干燥刨花并测其含水率。 c 外购建筑石膏( c a s o 。1 2 h 。o ) d 外购缓凝剂( 柠檬酸) 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 3 4 2 试验过程及步骤 a 将刨花、石膏粉、缓凝剂分别称量好。其重量分别为：刨花1 2 k g ( 相对含水 率2 0 ) ，石膏粉5 0 k g ，缓凝剂6 0 9 ，并将缓凝剂调制成水溶液共1 3 k g 。 b 将刨花倒入自制简易的搅拌机内。慢慢加入缓凝剂水溶液搅徉2 分钟，再倒 入石膏粉。几种原料一起搅拌1 5 分钟。取出刨花与石膏的半干性混合料。 c 用手工将半干性混合料铺撤在长度宽度为5 0 0 m m x5 0 0 r i o n 的涂过防粘剂的垫 板上，铺撤尺寸长度宽度为3 8 0 r a m x3 8 0 m m 。然后用板刮平至板坯厚度为3 6 m m 。 d 将铺有板坯的垫板放入试验室小压机加压到5 0 t 时系统保压，此时算得板坯 单位压力是3 4 6 m p a 。板坯在压机内放置保压3 小时后取出。压制的板厚度为1 2 m m 。 e 此时的板已具有一定的强度。可用手两侧抬起。由于没有机械干燥机，所以 在日下晒半天后，再放入烘箱烘干至含水率3 ) 左右。 3 5 石膏刨花扳试样板性能指标 3 5 1 取样及试件尺寸规定 3 5 1 1 量具 ( l ) 。千分尺，精度0 。0 l 溉； ( 2 ) 游标卡尺，精度0 1 m m ； ( 3 ) 钢卷尺，精度1 o m m 。 3 5 1 2 方法 将试验室模拟制得的样板锯割成3 5 0 x 3 5 0 试样，每块试样按图3 2 及表3 1 规 定锯割试件。在锯割试件时，如遇有缺陷时，可适当移动试件的制取位置，试件的边 棱应平直，相邻两边须成直角。 试件置于空气相对湿度( 6 5 5 ) 和温度( 2 0 2 ) 的环境中至恒重，然后再进行 有关的测试( 含水率试件测定除外) 。 说明：恒重是指前后相隔2 4 h ， 两次称量所得结果其差数不得超过试件质量的 0 1 。 1 1 江苏大学工程硕士学位论文 口3 5 0 x 3 5 0 图3 2 石膏刨花板试件制作图 表3 1 试件的尺寸、数量及编号 试件尺寸试件数量试备注 测试项目 ( 栅)( 个) 件编 号 一个试件上同时测定密 密度、含水率 l o o l o o3 度和含水率 静曲强度 弹性模量 2 5 0 5 04 内结合强度 5 0 5 04 吸水厚度膨胀率 5 0 5 04 垂直板面握螺钉力 1 5 0 5 03 3 5 2 性能测定 1 8 江苏大学工程硕士学位论文 石膏刨花板性能测定参照国家标准的有关规定“1 进行 3 5 2 1 密度测定 密度测定即确定试件质量与其体积之比。测定所用仪器有： a 干分尺，精度0 0 1 r a m ； b 游标卡尺，精度0 1 r m ； c 天平，感量0 o l g 。 首先称量每一试件质量，精确至0 o l g ，再用千分尺在试件的四边向内2 5 n - n 的 四角共四点测量试件的厚度，试件的厚度为四点厚度的算术平均值，精确至0 o l n 喊n 。 则试件的密度按下式计算，精确至0 0 1 9 c m 3 p = 警一1 0 0 0 ( 3 4 ) 口x f 式中p 试件的密度，g c m 3 ：m 廊试件的质量，g ； a 试件长度，i f l m ； b 试件宽度，l l l l l ； h 试件厚度，h i m 。 一张板的密度是同块板上全部试件密度的算术平均值，精确至0 o l g c m 3 。 3 5 2 2 含水率测定 含水率测定即确定试件在干燥前后质量之差与干燥后质量之比。测定所用仪器 有： a 天平，感量0 0 1 9 - b 空气对流干燥箱，温度可控范围( 4 0 2 ) ： c 干燥器。 试件在取样后立即进行称量，精确至0 0 1 9 。试件在温度( 4 0 2 ) 条件下干燥 至恒质。干燥后的试件置于干燥器内冷却，防止从空气中吸收水分，冷却后称量， 精确至0 0 1 9 。 说明：前后间隔6h 两次称量所得的含水率差小于0 1 即视为恒质。 1 9 江苏大学工程硕士学位论文 试件的含水率以百分数表示，精确至0 1 ，计算公式如下： h：m。-，mo100(3-5) m ， 式中试件的含水率，。 能广一试件干燥前的质量，g 。 肌试件干燥后的质量，g 。 一张板的含水率是同一张板内全部试件含水率的算术平均值，精确至0 1 。 3 5 2 3 吸水厚度膨胀率测定 吸水厚度膨胀率测定即确定试件吸水后厚度的增加量与吸水前厚度之比。测定所 用仪器有： a 水槽； b 千分尺，精度0 0 1 m m 。 试件在( 2 0 2 ) ，相对湿度( 6 5 - - + 5 ) 条件下放至质量恒定后，测定试件两对角 线交点处厚度h l 。 将试件浸于p h 值为7 - - + 1 ，温度为( 2 0 - + 2 ) 的水槽中，试件垂直于水平面并保 持水面高于试件，且水槽底部与试件之间有一定间隙，使试件可自由膨胀。试件浸泡 2 4 h 取出， 擦去表面附水，在原测量点测其厚度h 2 。测量工作须在3 0 m i n 内完成。 试件的吸水厚度膨胀率按下式计算，精确至0 1 。 丁：生j l o o ( 3 - 6 ) ，彳l 式中，吸水厚度膨胀率，： h r - - - - 浸泡前试件厚度，姗； r 浸泡后试件厚度，栅。 张板的吸水厚度膨胀率是同一张板内全部试件吸水厚度膨胀率的算术平均值， 精确至0 ，1 。 3 5 2 4 内结合强度测定 内结合强度测定即确定垂直于试件表面的最大破坏拉力和试件面积之比，所用仪 器如下： 坚蔓查兰三矍堡主兰垒丝苎 a 万能力学试验机，精度i o n ； b 专用卡具； c 游标卡尺，精度0 i m m ； d 秒表。 试件在( 2 0 2 ) ，相对湿度( 6 5 5 ) 条件下放至质量恒定后， 在试件的长度、 宽度中心线处测量宽度和长度尺寸，精确至0 i m m 。 将试件平面用聚乙酸乙烯酯乳胶或热熔胶等胶粘剂胶粘在金属或木制的卡头上， 并再次放置在( 2 0 - i - 2 ) 、相对湿度( 6 5 5 ) 条件下，待胶牢后，放入专用卡具，到 万能试验机测试，测试时均匀加载荷，从加荷开始在( 6 0 - i - 3 0 ) s 内使试件破坏，记下 最大载荷值，精确至i o n 。 试件内结合强度计算按以下公式，精确至0 o i m p a 。 d 口1；坠(3-7) ，b 式中盯试件内结合强度，m p a ； ，k “试件破坏时最大载荷，n ： l 试件长度，咖； b 试件宽度，姗。 一张板的内结合强度是同一张板内全部试件内结合强度的算术平均值，精确至 0 o i m p a 。 3 5 2 5 静曲强度和弹性模量测定 静曲强度测定即是确定试件在最大载荷作用时的弯矩和抗弯截面模量之比；弹性 模量测定是确定试件在材料的弹性极限范围内，载荷产生的应力与应变之比。所用仪 器有； a 万能力学试验机，精度i o n ： b 游标卡尺，精度0 i m m ； c 千分尺，精度0 o l m m ； d 百分表，精度0 o l m m ； 2 i 江苏大学工程硕士学位论文 e 秒表。 试件在( 2 0 士2 ) 、相对湿度( 6 5 5 ) 条件下放至质量恒定后，测量试件的宽度 和厚度。宽度在试件长边中心处测量；厚度在试件长边中心距边1 0 r a m 处，每边各测 一点，计算取两点的算术平均值，精确至0 0 1 r a m 。 将试件放置在调整好的两支承辊上，两支承辊的跨距为2 4 0 r a m ( 两支承辊的跨距 调整为试件公称厚度的2 0 倍，最小为1 0 0 r a m ) 。加荷辊在试件的上表面，两支承辊距 离的中点位置，并且加荷辊轴线与支承辊轴线平行。百分表放置在加荷辊的正下方( 试 件的下表面) 。均匀加载，从加荷开始在( 6 0 - - + 3 0 ) s 内使试件破坏，与此同时，测定 试件中部( 加荷辊正下方) 挠度和相应的载荷值，记下最大载荷值，精确至1 0 n ，挠 度值精确至0 i m m 。 说明：当试件厚度7 m 时，加荷辊、支承辊直径为1 5 r a m 0 5 m m ；当试件厚度 7 m m 时。加荷辊、支承辊直径为3 0 r a m 0 5 m m 。加荷辊、支承辊的长度应大于试件 宽度。 试件的静曲强度按下式计算，精确至0 i m p a 。 o b = 裂( 3 - 8 ) 式中口6 试件的静曲强度，m p a ； 巴。广一试件破坏时最大载荷，n ； - 两支座间距离，m i l l ：, 6 试件宽度，f f i i i l ； h 试件厚度，h i m 。 一张板的静曲强度是同一张板内全部试件静曲强度的算术平均值，精确至 0 i m p a 。 试件的弹性模量按下式计算，精确至1 0 m p a 。 e b = 等( 3 - 9 ) 式中历试件的弹性模量，m p a ； 江苏大学工程硕士学位论文 三两支座间距离，i n t o ； b 试件宽度，n l m ： h 试件厚度，n l m ； ，直线段内力的增加量( f 广f 1 ) ，n ： s 在力f 2 一f i 区间试件变形量，咖。 ，一张板的弹性模量是同一张板内全部试件弹性模量的算术平均值，精确至 1 0 m p a 。 3 5 2 6 垂直板面握螺钉力测定 垂直板面握螺钉力测定即确定拨出拧入规定深度的自攻螺钉所需的力。所用仪器 有： a 万能力学试验机，精度1 0 n ； b 专用卡具； c 台钻。 试件( 厚度应不小于1 9 r a m ，用两个试件胶合成一件) 在( 2 0 2 ) 、相对湿度( 6 5 5 ) 条件下放至质量恒定后，在试件长度方向中心线中点及距两端4 0 r a m 处，先 用中( 2 7 0 1 ) h i m 钻头钻导向孔，导向孔深1 9 r a m ，再用g b t 8 4 5 - s t 4 2 3 8 一c - h 或g b t 8 4 6 一s t 4 2 x 3 8 一c h 自攻螺钉拧入，拧入深度为(