8加工与用途.doc

八、加工与用途木材真是一种神奇的天然材料，其加工方法和用途多种多样。既可生产出能呈现天然木材色泽和韵味的实木制品，又可加工成形形式式的人造板、其它木材复合材料和纸张。要了解方方面面的木材加工方法和用途，只要您点击木制品、纤维板、胶合板、刨花板、木质复合材料、纸浆和纸、燃料与林化产品、木材代用品、主产品加工、剩余物加工八1、主产品加工木材主产品的加工指生产原条、原木、锯材和人造板。原条指树木伐倒后经去皮、削枝、割掉梢尖，但尚未按一定尺寸规格造材的木料，它包括杉原条、桅杆、电线杆等。从树木伐倒到原条所用工具有油锯或打枝造材机。原木系指树木伐倒后已经削枝、割梢并按一定尺寸加工成规定径级和长度的木料，加工设备主要是圆锯、链锯等。锯材是指已经锯解成材的木料，凡宽度为厚度2倍以上的称为板材，不足2倍的称为方材。从原木到锯材的生产过程称为制材(sawmilling)，在制材厂完成。制材所用的加工设备有圆锯(circular saws)、带锯(bandsaws)、框锯或排锯(framesaws)、削方机(chipper canters)。根据加工工序的不同，又有主锯机(headrig)、再剖锯(resaws)和截边锯(edgers)之分。使用圆锯因为方便和便宜，在一些小厂作为主锯机，且普遍作为木材的截边锯；但是不适用于大径原木或厚板，而且锯路宽，锯屑多。如圆锯直径大于500mm，锯路达7-8mm，甚至10mm。带锯在两个大轮之间有锯带，其中较低、较重的是驱动轮，直径达1.5-3m。通常带锯带有跑车。带锯的锯条较薄，一般15-5mm(通常4mm)。因此带锯锯制方式灵活，锯切较深，且锯路窄，产生的锯屑少，可作为主锯机或再剖锯使用。排锯可按照任意所需位置安装若干锯片，进料可连续，但因为阻力大，进料速度较小。当原木直径约360mm左右，其锯制成本最低。排锯锯割精确，锯路窄，在4mm左右，但要求原木质量和尺寸均一，主要用于一些针叶树材，也见用于桦木等。削方机不产生锯屑，直接生产出方材或毛方材，而将废料生产成碎料(chips)，以生产纤维板或用于造纸。削方机对直径较小(100300mm)、较直的原木较为适用。制材时下锯方式很重要，根据已有的设备，原木的尺寸、质量，产品的要求，出材率来考虑。四种基本下锯方式有：原木平行下锯法(live sawing)、转圈下锯法(sawing around)、毛方下锯法(cant-sawing)和原木四分下锯法(quarter-sawing)。制材以后木材一般要进行木材干燥(wood drying)，以除去木材内大部分的水分，让木材的干缩预先发生，防止腐朽的产生，降低运输成本。木材干燥方式有气干(air-drying)、窑干(kiln-drying)。气干适于小规模；低等级木材；渗透性差或容易发生塌陷的木材；最终含水率可高，用于室外的木材；以及窑干前的气干。气干在室外进行，受季节、风、日照、湿度、下雨等的影响，所需时间较长，如25mm的硬阔板材，需要50200天，针叶材板材，一般需要30150天。窑干在干燥窑内进行，热源有蒸汽、电、热水、热油、太阳能等，人工控制温度和湿度，强制空气的流动，因此木材干燥效率高，周转快，操作灵活，木材的终含水率可很低。一般硬阔板材的干燥时间在四周以内，针叶材板材干燥所需时间更少。人造板主要包括胶合板、纤维板和刨花板。胶合板(plywood)由三层或多层薄木胶合而成，现在生产的薄木绝大多数是旋制的薄木，常称为单板(veneer)，通常用奇数层单板，相邻层单板的纤维方向互相垂直，常见三合、五合、七合等奇数层胶合板，其最外层单板称为表板，正面的表板称为面板，反面的表板称为背板，内层的单板称为芯板或中板。胶合板面板的树种为该胶合板的树种，在中国，常用的阔叶树材有椴木、水曲柳、桦木、杨木、榆木、槭木、色木、黄波罗、枫杨、楠木、木荷、杞木等，常用的针叶树材有马尾松、云南松、落叶松、云杉等。胶合板的制造方法常见的是干热法，即干单板涂胶后，放在热压机中胶压成胶合板。主要工序包括原木锯断和剥皮、木段热处理、木段定中心及旋切、单板干燥、单板施胶、配板坯、板坯预压、热压、以及一系列后处理。原木锯断的设备有链锯、往复式截锯和圆锯；原木剥皮可利用切削型、摩擦型和冲击型剥皮机。木材热处理的目的是将木段进行软化，增加木段的可塑性，有利于后续木段的旋切或刨切，提高单板的质量。常见木段热处理的方法如水煮法、水和空气同时热处理、蒸汽热处理。虽然薄木的制造方法有旋切、刨切和锯切，胶合板生产中一般用旋切法生产单板，而刨切法常用于制造装饰用薄木。木段在上旋切机旋切前，需要对木段定中心，其实质就是准确地确定木段在旋切机上的回转中心位置，使获得的圆柱体直径最大，这样可以尽量减少碎单板和窄长单板的数量，提高木材的利用率，机械化生产胶合板过程中，木段的定心一般用机械法完成，即定心机。然后就可以对木段进行旋切，木段作定轴回转运动，旋刀作直线进给运动时，刀刃平行于木材纤维，这样旋刀就从木段上旋切下连续的带状单板。在单板的旋切过程中，切削条件十分重要，即主要的角度参量、切削速度、旋刀的位置等，否则难于生产平整、厚度均匀的带状单板。旋切后单板含水率较高，不利于树脂胶的胶合，必须进行单板的干燥。对于常用的脲醛树脂胶来说，一般要求单板含水率在515 以内，最好在78，这样胶合强度最高。使用广泛的单板干燥机有网带式干燥机和辊筒式干燥机等，如横向循环网带式干燥机、纵向循环辊筒式单板干燥机。单板施胶是将一定数量的胶粘剂均匀施加于单板上，常用的是液态的脲醛树脂胶，用辊筒涂胶、淋胶、挤胶和喷胶等办法完成，然后就可以对单板进行组坯，按照一定的产品厚度和加压过程中板坯的压缩量，以及考虑胶合板的面板和背板，手工组坯或机械化组坯，然后进入预压工序，先对板坯进行短时间冷压，在冷压机上完成，使单板之间初步胶合，板坯厚度减小，再进入热压机进行热压，在热量和压力的共同作用下使单板之间充分胶合，获得较高的胶合强度。最后进行裁边、磨光或刮光工序，裁边用单圆锯或纵横裁边机(履带式或辊筒式锯机)，磨光或砂光用辊式磨光机或宽带砂光机，刮光则用刮光机，生产出合格的胶合板产品。纤维板(fiberboard)是以植物纤维为主要原料，经过纤维分离、成型、干燥和热压等工序制成的产品。根据产品的密度，纤维板可分为三类：密度在0.8 g/cm3 以上的称为硬制纤维板(hard fiberboard)；密度在0.50.88 g/cm3 的为中密度纤维板(medium density fiberboard, MDF)；密度更低的为软质板。软质纤维板主要用于建筑部门，作隔音隔热材料。为了达到绝缘、保温、吸音效果，可用软质纤维板作墙板、间壁板和天花板等。板的密度越小，厚度越大，吸音效果越好。并且表面粗糙或凹凸不平有利于提高吸音效果，因此在板面刻槽或打孔可以改善吸音能力。硬质纤维板强度较大，可制成薄板使用，在建筑、车辆、轮船、飞机的装修以及家具制造等方面，如用于墙板、地板、天花板、门窗、车辆和轮船的内壁板。薄型纤维板(厚度1mm以下)能够卷曲，可用于墙壁、门、家具等贴面，也可以代替纸板和普通硬纸板。中密度纤维板主要用于建筑、家具等结构材料。纤维板的生产方法较多，通常按其成型介质，可分为湿法和干法两大类。湿法的特点是以水为板坯成型介质，成型后的板坯含水率多在6070，借助于板坯内水的表面张力和塑化作用，在热压过程中纤维和纤维(在纸浆造纸工业中，把所有细长的、细胞壁厚而内腔窄狭、两端较小的植物细胞，统称为纤维，如针叶树材中的管胞、阔叶树材中的纤维细胞)之间能形成较为牢固的结合力。湿法成型的湿板坯干固方法可分为干燥法(生产软质纤维板)、湿压法和干压法。干压法产品为两面光的硬质纤维板。湿法的最大优点是不用胶粘剂，有时少量使用是为了进一步提高产品质量。但是，其缺点是成型时需要大量用水，造成细纤维流失和环境污染。但是可以使生产用水循环使用，降低新鲜水的用量；或增加废水处理工程，把废水中的污染物含量减少到排放标准。干法的特点是以空气作为板坯成型介质，成型后板坯含水率仅为510。这种板坯由于缺乏水分，单凭热压过程中的压力和温度的作用，在纤维和纤维之间不能形成足够的结合力，故需要在纤维中拌入少量的(如3)胶粘剂，以提高产品强度和耐水性。与湿法相比，干法的最大优点在于用水量少，基本上可以不产生污水，可以在缺乏水源的地区，甚至在林区和山区建厂。干法生产的成品率较高，1吨炉干木材可生产1吨经等湿处理的产品，而且，热压周期短，对原料适应性比较大。但是，其缺点是所需胶粘剂价格很高，成型、悬浮干燥等工序较难控制，生产厚板时劳动生产率较薄板低。总体上，纤维板制造过程有以下步骤：备料、纤维分离、浆料处理(纤维干燥、分级)、成型、热压、后期处理、表面加工。纤维板生产所用的原料是纤维植物，其纤维含量一般在30 以上，如木材、稻草、竹、甘蔗渣、棉秆、麻等，但目前主要使用木材纤维原料，其木材来源主要有采伐剩余物(如小径材、枝桠、薪炭材)、造材剩余物、木片等。针叶树材和阔叶树材相比，因为管胞占整个阔叶树材整个体积的9095，纤维含量很高，而阔叶树材中的纤维含量多的达80 以上，少的仅为16，因此在选择阔叶树材为原料时，必须注意纤维含量的高低；针叶树材管胞和阔叶树材木纤维相比，长度大，长宽比大，细胞壁厚；另外，纤维形态随着不同树种、同一树种不同树、同一棵树的不同位置，都有所不同。从纤维形态和纤维交织性能之间的关系来说，一般地，长度大、长宽比值大的纤维具有较好的结合性能；细胞壁较薄、壁腔比较小的纤维在制浆与热压过程中容易压扁，成为带状，柔韧性较好，具有较大的接触面积；长短、粗细纤维的合理搭配可以填补纤维之间的空隙，扩大接触面，提高产品密度和结合强度。所以一般说来，作为纤维板原料，针叶树材优于阔叶树材，但高低质量的原料可以进行合理搭配，提高产品质量。以造纸用材、薪炭材和小径木为原料时，较为完整的备料工段包括以下工序：木材截断、剥皮、削片、筛选、磁选、木片贮存等，典型的主要设备包括皮带运输机、辊式或盘式削片机、筛选机、再碎机、木片料仓等。纤维分离(又称为制浆、解纤)即指植物原料分离成细小纤维的工艺过程，其基本要求就是在纤维尽量少受损失的前提下，消耗较少的动力，将植物原料分离成单体纤维或纤维束，使浆料具备一定的比表面积和交织性能，为纤维之间的重新结合创造必要的条件。纤维分离法可分为机械法和爆破法两大类，其中机械法又分为加热机械法、化学机械法和纯机械法三类。加热机械法是先将植物原料用热水或饱和蒸汽进行水煮或汽整，使细胞胞间层软化或部分溶解，之后在常压或高压条件下经机械外力作用而分离成纤维；化学机械法是先用少量化学药品对植物原料进行预处理，使其内部结构，特别是木素和半纤维素收到某种程度的破坏或溶解，从而削弱纤维之间的连接，之后再经机械外力作用而分离成纤维。所用化学药品有苛性钠、亚硫酸钠、碳酸钠及石灰等；纯机械法是将植物原料用温水浸泡后或直接磨成纤维，分为磨木法和木片磨木法，后者较常见，原料是木片；爆破法是将植物纤维原料在高压容器中用高温高压蒸汽进行短时间热处理，使木素软化，碳水化合物部分分解，之后突然启阀降压，植物原料爆破成棉絮状纤维或纤维束。纤维分离后的浆料质量可以用纤维分离度和纤维筛分值来衡量，测定纤维分离度的仪器有滤水度(DS)测定仪、叩解度(SR)测定仪及游离度测定仪；纤维筛分值就是浆料中留于或者通过各种规格筛网的纤维重量所占的百分比。由于植物纤维具有吸湿性和吸水性，所以纤维板如果不经防水处理，同样具有很大的吸湿性和吸水性，纤维板的吸湿吸水会导致其产生变形，强度降低，传热、导电性增加，从而影响其应用范围和使用寿命。因此，纤维板生产过程中，浆料要进行防水处理，以提高纤维板的耐水性；另外，也可对浆料进行增强、耐火和防腐处理。为了提高纤维板的耐水性能，目前生产中的主要措施是施加防水剂、胶粘剂以及对纤维板进行热处理等，其中施加防水剂应用是最广泛的，其实质就是将石蜡、松香等憎水物质附着在纤维表面之上，它们能部分地堵塞纤维之间的空隙，是一种暂时性的防水措施；相比之下，施加胶粘剂属于持久性的防水措施。纤维板的增强处理，主要是在生产过程中施加合成树脂胶、血胶等增强剂，硬质纤维板多用酚醛树脂胶，其它除了用酚醛树脂胶以外，有时可用脲醛树脂胶或三聚氰胺树脂胶。湿法生产时，经过预处理后的浆料，再通过圆网或长网成型机，抄制成一定规格并具有初步密实度的湿板坯，这个过程就是纤维板湿法生产中的板坯成型工艺。由于湿法生产中水作为主要载体，成型时由于工艺原因浆液的浓度很低(1.22.0)，要使水溶液中的少量纤维，最终达到预定的厚度和形成密实的板坯，必须有一个脱水浓缩的过程，常用的长网成型机是通过网案、真空箱和压榨等三个程序来完成的。板坯成型后，呈带状，在进入周期式热压机之前，需要切成一定的规格，切割工具可以使用无齿圆锯片、高压水流或电磁轧刀，进行横向切断。纤维板的板坯成型后，就进入了热压工序，其目的是在热量和压力的共同作用下，使板坯中的水分蒸发，密度增加，胶粘剂固化，防水剂等重新分布，纤维之间通过形成氢键和范德华力而形成牢固的结合。在湿法生产时，用常规方法成型以后，通常湿板坯的含水率在6570左右，厚度在2025mm，此时热压过程中还要有挤水和干燥的过程，降低板坯中的含水率，使纤维之间形成牢固的结合。刨花板(particle board)是最重要最常见的人造板之一，是目前制造家具等木制品的重要材料。它是利用施加胶料和辅料或未施加胶料和辅料的木材或非木材植物制成的刨花材料(如木材刨花、亚麻屑、甘蔗渣等)压制成的板材。生产1 m3刨花板需用1.31.8 m3木质废料，而1m3刨花板可以代替3 m3的原木使用，因此发展刨花板是提高木材综合利用率，增加木材供应的一个重要途径。刨花板的分类根据其容重分，可以分为容重在8001200 Kg/m3的高容重刨花板、容重在400800 Kg/m3 的中容重刨花板和容重在250400 Kg/m3 的低容重刨花板，一般来说，容重高的强度也高，在家具工业中，大多数采用中容重刨花板；根据刨花板结构分，可分为单层结构刨花板、三层结构刨花板、渐变结构刨花板、定向刨花板(OSB)、华夫刨花板(waferboard)和模压刨花板。单层结构刨花板即板坯中的刨花不分大小，伴胶后均匀地铺成板坯。三层结构刨花板是板坯表层用较薄、较小的特制刨花，用胶量较多，芯层用废料刨花等较厚大的刨花，制成后板面平滑，强度大，尺寸稳定性好。渐变结构刨花板指的是刨花板的表面到中心，刨花逐渐由细到粗，表层和芯层没有明确的界线。OSB的板坯中的刨花按一定方向排列。华夫刨花板指的是大片刨花板；根据表面状况分，可分为未饰面刨花板(砂光或未砂光)和饰面刨花板(包括浸渍纸饰面、装饰层压板饰面、单板饰面、表面涂饰、PVC饰面)；按所用的材料分，可分为木材刨花板、甘蔗渣刨花板、亚麻屑刨花板、竹材刨花板、水泥刨花板、石膏刨花板等。水泥刨花板是以刨花和水泥为主要原料，经过搅拌、成型、加压和养护制成的一种材料，是一种较为优良的建筑材料。石膏刨花板与水泥刨花板有些类似，以石膏代替水泥；按制造方法分，可分为平压刨花板和挤压刨花板，平压法刨花板中的刨花平铺在板坯中，加压时压力垂直于刨花板平面，所生产的刨花板静曲强度较大，长宽方向的吸水膨胀变形较小，但厚度方向上膨胀变形较大。而挤压法刨花板常用杆状碎料做原料，铺装板坯时碎料垂直于板面，加压的压力方向平行于刨花板板面，所生产的刨花板静曲强度较小，长度方向吸水膨胀变形较大，厚度方向吸水厚度膨胀变形较小。普通木材刨花板的主要生产工序包括：刨花制备和贮存、刨花干燥和分选、施胶、板坯铺装、预压、热压以及后续冷却、截边、砂光等工序。刨花制备很重要，其设备包括圆盘式或鼓式刨片机、辊式或盘式削片机以及再碎机。刨片机刨花的形状和尺寸，直接影响到刨花板的性质和制造方法，其中薄而狭长的刨花(相对不易制造，常用刨片机生产)制成的刨花板往往具有较高的静曲强度，较好的尺寸稳定性和平整的表面，因此，刨花板生产中，往往把具有较好形态的刨花放在刨花板的表层，而粗而厚的刨花(易于制造，用削片机等生产)放在芯层，从而获得较高强度、较高质量的刨花板。刨花板生产过程中，刨花必须经过干燥，因为如果刨花含水率较高，则在热压过程中板坯容易产生鼓泡、分层等缺陷，而且在热压时为了蒸发板坯中过多的水分，要消耗更多的热量，同时降低了热压机的生产效率。一般要求刨花干燥以后，含水率为36。目前刨花干燥常用的设备如：接触加热回转圆筒式干燥机、转子式干燥机、多层带式干燥机、悬浮式气流干燥机、喷气式干燥机等。连续式含水率测定仪主要有介电常数测定仪、相对湿度仪、红外线测湿器和电阻测湿仪。随后的刨花分选可采用机械平面筛、机械振动筛或气流分选机完成。刨花板所用的胶粘剂的种类、施胶量以及施胶方法，直接关系到刨花板的强度、质量和生产成本。就胶粘剂的种类来说，目前刨花板生产中，用得较多的是合成树脂胶，主要包括脲醛树脂胶和酚醛树脂胶，又以脲醛树脂胶为主，其形态呈液状、粉状和膜状。用于制造刨花板的脲醛树脂胶一般要求具有如下性能：较高的固体含量，一般不低于60；较小的粘度，便于胶液均匀地喷洒在刨花表面；固化时间短而活性时间长。为了要求脲醛树脂胶在一定时间内迅速固化，故需要加入固化剂，一般用氯化铵，其用量为树脂重量的0.10.2，以达到适宜的活性时间和固化时间为准。另外，为了使刨花板具有一定的防水性能，在刨花板制造过程中要加入防水剂，常用的是石蜡乳液和石蜡熔融液，一般用量为干刨花重量的0.41.5，大多在0.4左右，因为防水剂用量太高，会影响刨花板的强度。拌胶可连续式或周期式，后者适于小规模的生产，前者响应的设备有喷雾式连续拌胶机、离心喷胶法伴胶机、快速伴胶机、高速喷头拌胶机等。板坯的铺装系统由称量系统和铺装系统组成，在铺装机上完成，铺装头有机械式和气流式之分。热压是刨花板生产过程中的重要工序，所谓的热压是指刨花板板坯通过热量和压力的作用，制成一定容重和一定厚度的刨花板，热压的基本作用有两个方面：使胶粘剂固化；将板坯压实到要求的厚度，热压所用压力、温度、热压时间等都影响刨花板的产品质量，对于酚醛树脂胶来说，所需温度较高，约在180200，对于脲醛树脂胶来说，用较高的温度可加速固化，但较低温度下也能顺利固化，一些工厂用140的温度。热压所用的设备称为热压机，有单层压机和多层压机、周期式和连续式压机之分。八2、剩余物加工木材剩余物指木材经过打枝、造材、制材以后所剩下的枝桠、板皮、锯屑、树根等，广义上也包括小径木材。对这些木材剩余物的加工也包括利用小径木材、枝桠、板皮等生产纤维板、刨花板等木质人造板，但与较大径级的木材为原料相比，工艺上会复杂一些，尤其要严格控制成品中树皮的含量，否则影响成品的胶合强度等质量指标。单就树皮而言，树皮是一种工业原料(树皮资源占原木材积的约13)，不同树种的树皮有不同用途，如栓皮栎的栓皮，用于制造瓶塞、软木纸等；从构树、三叉苦、楹树的树皮可提取纤维用于造纸；从杨梅、落叶松、铁杉的树皮可提取栲胶；从桦树树皮可提取桦皮焦油；苦树、黄柏、厚朴、杜仲、三尖杉都是重要药材，三尖杉中的治癌成分是三尖杉酯碱，三尖杉被称为抗癌奇树。就树跟而言，树根也有许多利用价值。树根部分也是木质部分，利用一些树种的树根可以生产美丽的薄木用于贴面。有的树根可用于根雕，生产工艺品等。八3、胶合板胶合板(plywood)由三层或多层薄木胶合而成，现在生产的薄木绝大多数是旋制的薄木，常称为单板(veneer)，通常用奇数层单板，相邻层单板的纤维方向互相垂直，常见三合、五合、七合等奇数层胶合板，其最外层单板称为表板，正面的表板称为面板，反面的表板称为背板，内层的单板称为芯板或中板。胶合板面板的树种为该胶合板的树种，在中国，常用的阔叶树材有椴木、水曲柳、桦木、杨木、榆木、槭木、色木、黄波罗、枫杨、楠木、木荷、杞木等，常用的针叶树材有马尾松、云南松、落叶松、云杉等。胶合板的分类方法很多，可以按树种进行分类，如分为阔叶树材胶合板(桦木胶合板、热带阔叶树材胶合板等)、针叶树材胶合板；按用途分，可分为普通胶合板和特种胶合板，普通胶合板即适应广泛用途的胶合板，特种胶合板是为了满足专门用途的胶合板；可以按胶层的耐水性和耐久性分，在中国把普通胶合板分为耐气候胶合板(类胶合板，具有耐久、耐煮沸或蒸汽处理等性能，能在室外使用)、耐水胶合板(类胶合板，能在冷水中浸渍，或经常短时间热水浸渍，但不耐煮沸)、耐潮胶合板(类胶合板，能耐短期冷水浸渍，适于室内使用)和不耐潮胶合板(类胶合板，在室内常态下使用，具有一定的胶合强度)。按照胶合板的结构分，可分为胶合板、夹芯胶合板和复合胶合板，夹芯胶合板为具有板芯的胶合板，复合胶合板为板芯(或某些层)由除了实体木材或单板之外的材料组成，板芯的两侧通常至少应有两层木纹互相垂直排列的单板。按表面加工分，可分为砂光胶合板、刮光胶合板、贴面胶合板、预饰面胶合板，砂光胶合板为板面经砂光机砂光的胶合板，刮光胶合板为板面经过刮光机刮光的胶合板，贴面胶合板为胶合板表面已经复贴了装饰单板、木纹纸、浸渍纸、塑料、树脂胶膜或金属薄片等贴面材料，预饰面胶合板为制造时已经对胶合板进行了专门的表面处理，使用时无需再修饰的胶合板。按胶合板的形状分，可分为平面胶合板和成型胶合板，成型胶合板即已经根据制品的要求，在模具内将板坯直接压制成曲面形状的胶合板，以供特殊需要，如护壁板、天花板的波纹胶合板和椅子的靠背、后腿等。胶合板的制造方法常见的是干热法，即干单板涂胶后，放在热压机中胶压成胶合板。主要工序包括原木划线及横锯、木段热处理、木段定中心及旋切、单板干燥、单板施胶、配板坯、板坯预压、热压、以及一系列后处理。木材热处理的目的是将木段进行软化，增加木段的可塑性，有利于后续木段的旋切或刨切，提高单板的质量。常见木段热处理的方法如水煮法、水和空气同时热处理、蒸汽热处理。虽然薄木的制造方法有旋切、刨切和锯切，胶合板生产中一般用旋切法生产单板，而刨切法常用于制造装饰用薄木。木段在上旋切机旋切前，需要对木段定中心，其实质就是准确地确定木段在旋切机上的回转中心位置，使获得的圆柱体直径最大，这样可以尽量减少碎单板和窄长单板的数量，提高木材的利用率，机械化生产胶合板过程中，木段的定心一般用机械法完成，即定心机。然后就可以对木段进行旋切，木段作定轴回转运动，旋刀作直线进给运动时，刀刃平行于木材纤维，这样旋刀就从木段上旋切下连续的带状单板。在单板的旋切过程中，切削条件十分重要，即主要的角度参量、切削速度、旋刀的位置等，否则难于生产平整、厚度均匀的带状单板。旋切后单板含水率较高，不利于树脂胶的胶合，必须进行单板的干燥。对于常用的脲醛树脂胶来说，一般要求单板含水率在515 以内，最好在78，这样胶合强度最高。使用广泛的单板干燥机有网带式干燥机等。单板施胶是将一定数量的胶粘剂均匀施加于单板上，常用的是液态的脲醛树脂胶，用辊筒涂胶、淋胶、挤胶和喷胶等办法完成，然后就可以对单板进行组坯，按照一定的产品厚度和加压过程中板坯的压缩量，以及考虑胶合板的面板和背板，手工组坯或机械化组坯，然后进入预压工序，先对板坯进行短时间冷压，使单板之间初步胶合，板坯厚度减小，再进入热压机进行热压，在热量和压力的共同作用下使单板之间充分胶合，获得较高的胶合强度，生产出合格的胶合板产品。除了上面所述的普通胶合板，还有一些特种胶合板：如全部由单板组成的特种胶合板，这类胶合板可以采用厚芯结构形式，单板表层或芯层也可用树脂浸渍法或涂布法处理，这样可以改善装饰性能，也可以作为工程结构材料，如航空胶合板、船舶胶合板、木质层积塑料板等；如单板木条胶合成的特种胶合板，它是利用断面相等的小木条，按顺纹方向排列互相挤合和拼接作为芯板，再在两面贴上单板，如细木工板；如单板非木材结构特种胶合板，由单板或金属薄板作为贴面材料，其它非金属材料芯板胶合而成的板材，这种胶合板是为专门用途而生产的，通常有铝箔贴面板、蜂窝夹芯板、泡沫塑料夹芯板、碎料夹芯板等。铝箔贴面板是在胶合板外覆盖上一层铝箔，这种产品强度大、耐磨、耐污染，可以作为高级家具、车辆、船舶、飞机上的装饰材料；蜂窝夹芯板的蜂窝有纸质或铝箔结构两类，前者主要用于家具、活动房屋结构用材，后者多作为飞机结构材料；泡沫塑料夹芯板是利用各种合成树脂或无机化合物发泡制成的泡沫材料，再复贴表层材料制成夹芯板，这种材料比重小，隔热保温，可用于车厢、船舶、飞机等内部装修材料等；碎料夹芯胶合板是利用刨花、纤维或碎料作为芯层材料，单板或薄木作为表层材料制成的一种特种胶合板，可以节省大量木材，其芯材也可以利用农作物废料等材料，是一种有发展前途的特种胶合板，可用于隔板、天花板、家具材料、水泥模板等。八4、纤维板纤维板(fiberboard)是以植物纤维为主要原料，经过纤维分离、成型、干燥和热压等工序制成的产品。根据产品的密度，纤维板可分为三类：密度在0.8 g/cm3 以上的称为硬制纤维板(hard fiberboard)；密度在0.50.88 g/cm3 的为中密度纤维板(medium density fiberboard, MDF)；密度更低的为软质板。软质纤维板主要用于建筑部门，作隔音隔热材料。为了达到绝缘、保温、吸音效果，可用软质纤维板作墙板、间壁板和天花板等。板的密度越小，厚度越大，吸音效果越好。并且表面粗糙或凹凸不平有利于提高吸音效果，因此在板面刻槽或打孔可以改善吸音能力。硬质纤维板强度较大，可制成薄板使用，在建筑、车辆、轮船、飞机的装修以及家具制造等方面，如用于墙板、地板、天花板、门窗、车辆和轮船的内壁板。薄型纤维板(厚度1mm以下)能够卷曲，可用于墙壁、门、家具等贴面，也可以代替纸板和普通硬纸板。中密度纤维板主要用于建筑、家具等结构材料。纤维板的生产方法较多，通常按其成型介质，可分为湿法和干法两大类。湿法的特点是以水为板坯成型介质，成型后的板坯含水率多在6070，借助于板坯内水的表面张力和塑化作用，在热压过程中纤维和纤维(在纸浆造纸工业中，把所有细长的、细胞壁厚而内腔窄狭、两端较小的植物细胞，统称为纤维，如针叶树材中的管胞、阔叶树材中的纤维细胞)之间能形成较为牢固的结合力。湿法成型的湿板坯干固方法可分为干燥法(生产软质纤维板)、湿压法和干压法。干压法产品为两面光的硬质纤维板。湿法的最大优点是不用胶粘剂，有时少量使用是为了进一步提高产品质量。但是，其缺点是成型时需要大量用水，造成细纤维流失和环境污染。但是可以使生产用水循环使用，降低新鲜水的用量；或增加废水处理工程，把废水中的污染物含量减少到排放标准。干法的特点是以空气作为板坯成型介质，成型后板坯含水率仅为510。这种板坯由于缺乏水分，单凭热压过程中的压力和温度的作用，在纤维和纤维之间不能形成足够的结合力，故需要在纤维中拌入少量的(如3)胶粘剂，以提高产品强度和耐水性。与湿法相比，干法的最大优点在于用水量少，基本上可以不产生污水，可以在缺乏水源的地区，甚至在林区和山区建厂。干法生产的成品率较高，1吨炉干木材可生产1吨经等湿处理的产品，而且，热压周期短，对原料适应性比较大。但是，其缺点是所需胶粘剂价格很高，成型、悬浮干燥等工序较难控制，生产厚板时劳动生产率较薄板低。总体上，纤维板制造过程有以下步骤：备料、纤维分离、浆料处理(纤维干燥、分级)、成型、热压、后期处理、表面加工。纤维板生产所用的原料是纤维植物，其纤维含量一般在30 以上，如木材、稻草、竹、甘蔗渣、棉秆、麻等，但目前主要使用木材纤维原料，其木材来源主要有采伐剩余物(如小径材、枝桠、薪炭材)、造材剩余物、木片等。针叶树材和阔叶树材相比，因为管胞占整个阔叶树材整个体积的9095，纤维含量很高，而阔叶树材中的纤维含量多的达80 以上，少的仅为16，因此在选择阔叶树材为原料时，必须注意纤维含量的高低；针叶树材管胞和阔叶树材木纤维相比，长度大，长宽比大，细胞壁厚；另外，纤维形态随着不同树种、同一树种不同树、同一棵树的不同位置，都有所不同。从纤维形态和纤维交织性能之间的关系来说，一般地，长度大、长宽比值大的纤维具有较好的结合性能；细胞壁较薄、壁腔比较小的纤维在制浆与热压过程中容易压扁，成为带状，柔韧性较好，具有较大的接触面积；长短、粗细纤维的合理搭配可以填补纤维之间的空隙，扩大接触面，提高产品密度和结合强度。所以一般说来，作为纤维板原料，针叶树材优于阔叶树材，但高低质量的原料可以进行合理搭配，提高产品质量。以造纸用材、薪炭材和小径木为原料时，较为完整的备料工段包括以下工序：木材截断、剥皮、削片、筛选、磁选、木片贮存等。纤维分离(又称为制浆、解纤)即指植物原料分离成细小纤维的工艺过程，其基本要求就是在纤维尽量少受损失的前提下，消耗较少的动力，将植物原料分离成单体纤维或纤维束，使浆料具备一定的比表面积和交织性能，为纤维之间的重新结合创造必要的条件。纤维分离法可分为机械法和爆破法两大类，其中机械法又分为加热机械法、化学机械法和纯机械法三类。加热机械法是先将植物原料用热水或饱和蒸汽进行水煮或汽整，使细胞胞间层软化或部分溶解，之后在常压或高压条件下经机械外力作用而分离成纤维；化学机械法是先用少量化学药品对植物原料进行预处理，使其内部结构，特别是木素和半纤维素收到某种程度的破坏或溶解，从而削弱纤维之间的连接，之后再经机械外力作用而分离成纤维。所用化学药品有苛性钠、亚硫酸钠、碳酸钠及石灰等；纯机械法是将植物原料用温水浸泡后或直接磨成纤维，分为磨木法和木片磨木法，后者较常见，原料是木片；爆破法是将植物纤维原料在高压容器中用高温高压蒸汽进行短时间热处理，使木素软化，碳水化合物部分分解，之后突然启阀降压，植物原料爆破成棉絮状纤维或纤维束。纤维分离后的浆料质量可以用纤维分离度和纤维筛分值来衡量，测定纤维分离度的仪器有滤水度(DS)测定仪、叩解度(SR)测定仪及游离度测定仪；纤维筛分值就是浆料中留于或者通过各种规格筛网的纤维重量所占的百分比。由于植物纤维具有吸湿性和吸水性，所以纤维板如果不经防水处理，同样具有很大的吸湿性和吸水性，纤维板的吸湿吸水会导致其产生变形，强度降低，传热、导电性增加，从而影响其应用范围和使用寿命。因此，纤维板生产过程中，浆料要进行防水处理，以提高纤维板的耐水性；另外，也可对浆料进行增强、耐火和防腐处理。为了提高纤维板的耐水性能，目前生产中的主要措施是施加防水剂、胶粘剂以及对纤维板进行热处理等，其中施加防水剂应用是最广泛的，其实质就是将石蜡、松香等憎水物质附着在纤维表面之上，它们能部分地堵塞纤维之间的空隙，是一种暂时性的防水措施；相比之下，施加胶粘剂属于持久性的防水措。纤维板的增强处理，主要是在生产过程中施加合成树脂胶、血胶等增强剂，硬质纤维板多用酚醛树脂胶，其它除了用酚醛树脂胶以外，有时可用脲醛树脂胶或三聚氰胺树脂胶。湿法生产时，经过预处理后的浆料，再通过圆网或长网成型机，抄制成一定规格并具有初步密实度的湿板坯，这个过程就是纤维板湿法生产中的板坯成型工艺。由于湿法生产中水作为主要载体，成型时由于工艺原因浆液的浓度很低(1.22.0)，要使水溶液中的少量纤维，最终达到预定的厚度和形成密实的板坯，必须有一个脱水浓缩的过程，常用的长网成型机是通过网案、真空箱和压榨等三个程序来完成的。板坯成型后，呈带状，在进入周期式热压机之前，需要切成一定的规格，切割工具可以使用无齿圆锯片、高压水流或电磁轧刀，进行横向切断。纤维板的板坯成型后，就进入了热压工序，其目的是在热量和压力的共同作用下，使板坯中的水分蒸发，密度增加，胶粘剂固化，防水剂等重新分布，纤维之间通过形成氢键和范德华力而形成牢固的结合。在湿法生产时，用常规方法成型以后，通常湿板坯的含水率在6570左右，厚度在2025mm，此时热压过程中还要有挤水和干燥的过程，降低板坯中的含水率。八5、刨花板刨花板(particle board)是最重要最常见的人造板之一，是目前制造家具等木制品的重要材料。它是利用施加胶料和辅料或未施加胶料和辅料的木材或非木材植物制成的刨花材料(如木材刨花、亚麻屑、甘蔗渣等)压制成的板材。生产1 m3刨花板需用1.31.8 m3木质废料，而1m3刨花板可以代替3 m3的原木使用，因此发展刨花板是提高木材综合利用率，增加木材供应的一个重要途径。刨花板的分类根据其容重分，可以分为容重在8001200 Kg/m3的高容重刨花板、容重在400800 Kg/m3 的中容重刨花板和容重在250400 Kg/m3 的低容重刨花板，一般来说，容重高的强度也高，在家具工业中，大多数采用中容重刨花板。根据用途分，可分为A类刨花板(分为优等品、一等品、二等品)和B类刨花板(仅一个等级)。刨花板的分类根据刨花板结构分，可分为单层结构刨花板、三层结构刨花板、渐变结构刨花板、定向刨花板(OSB)、华夫刨花板(waferboard)和模压刨花板。单层结构刨花板即板坯中的刨花不分大小，伴胶后均匀地铺成板坯。三层结构刨花板是板坯表层用较薄、较小的特制刨花，用胶量较多，芯层用废料刨花等较厚大的刨花，制成后板面平滑，强度大，尺寸稳定性好。渐变结构刨花板指的是刨花板的表面到中心，刨花逐渐由细到粗，表层和芯层没有明确的界线。OSB的板坯中的刨花按一定方向排列。华夫刨花板指的是大片刨花板。根据表面状况分，可分为未饰面刨花板(砂光或未砂光)和饰面刨花板(包括浸渍纸饰面、装饰层压板饰面、单板饰面、表面涂饰、PVC饰面)。按刨花板所用的材料分，可分为木材刨花板、甘蔗渣刨花板、亚麻屑刨花板、竹材刨花板、水泥刨花板、石膏刨花板等。水泥刨花板是以刨花和水泥为主要原料，经过搅拌、成型、加压和养护制成的一种材料，是一种较为优良的建筑材料。石膏刨花板与水泥刨花板有些类似，以石膏代替水泥。按制造方法分，可分为平压刨花板和挤压刨花板，平压法刨花板中的刨花平铺在板坯中，加压时压力垂直于刨花板平面，所生产的刨花板静曲强度较大，长宽方向的吸水膨胀变形较小，但厚度方向上膨胀变形较大。而挤压法刨花板常用杆状碎料做原料，铺装板坯时碎料垂直于板面，加压的压力方向平行于刨花板板面，所生产的刨花板静曲强度较小，长度方向吸水膨胀变形较大，厚度方向吸水厚度膨胀变形较小。普通木材刨花板的主要生产工序包括：刨花制备和贮存、刨花干燥和分选、施胶、板坯铺装、预压、热压以及后续冷却、截边、砂光等工序。刨花制备很重要，刨花的形状和尺寸，直接影响到刨花板的性质和制造方法，其中薄而狭长的刨花(相对不易制造，常用刨片机生产)制成的刨花板往往具有较高的静曲强度，较好的尺寸稳定性和平整的表面，因此，刨花板生产中，往往把具有较好形态的刨花放在刨花板的表层，而粗而厚的刨花(易于制造，用削片机等生产)放在芯层，从而获得较高强度、较高质量的刨花板。刨花板生产过程中，刨花必须经过干燥，因为如果刨花含水率较高，则在热压过程中板坯容易产生鼓泡、分层等缺陷，而且在热压时为了蒸发板坯中过多的水分，要消耗更多的热量，同时降低了热压机的生产效率。一般要求刨花干燥以后，含水率为36。目前刨花干燥常用的设备如：接触加热回转圆筒式干燥机、转子式干燥机、多层带式干燥机、悬浮式气流干燥机、喷气式干燥机等。刨花板所用的胶粘剂的种类、施胶量以及施胶方法，直接关系到刨花板的强度、质量和生产成本。就胶粘剂的种类来说，目前刨花板生产中，用得较多的是合成树脂胶，主要包括脲醛树脂胶和酚醛树脂胶，又以脲醛树脂胶为主，其形态呈液状、粉状和膜状。用于制造刨花板的脲醛树脂胶一般要求具有如下性能：较高的固体含量，一般不低于60；较小的粘度，便于胶液均匀地喷洒在刨花表面；固化时间短而活性时间长。为了要求脲醛树脂胶在一定时间内迅速固化，故需要加入固化剂，一般用氯化铵，其用量为树脂重量的0.10.2，以达到适宜的活性时间和固化时间为准。另外，为了使刨花板具有一定的防水性能，在刨花板制造过程中要加入防水剂，常用的是石蜡乳液和石蜡熔融液，一般用量为干刨花重量的0.41.5，大多在0.4左右，因为防水剂用量太高，会影响刨花板的强度。热压是刨花板生产过程中的重要工序，所谓的热压是指刨花板板坯通过热量和压力的作用，制成一定容重和一定厚度的刨花板，热压的基本作用有两个方面：使胶粘剂固化；将板坯压实到要求的厚度，热压所用压力、温度、热压时间等都影响刨花板的产品质量，对于酚醛树脂胶来说，所需温度较高，约在180200，对于脲醛树脂胶来说，用较高的温度可加速固化，但较低温度下也能顺利固化，一些工厂用140的温度。热压所用的设备称为热压机，有单层压机和多层压机、周期式和连续式压机之分。八6、木质复合材料广义上，木质复合材料包括上面所述的胶合板、纤维板、刨花板等木质人造板，另外，木质复合材料还包括木塑复合材料(WPC)、树脂浸渍木材、金属木材等。所谓的WPC是将液态的不饱和烯烃类单体或低聚物、预聚物浸注入木材内部后，利用射线照射成催化加热手段，使其在木材内聚合，与木材形成一种复合材料，即称为木塑复合材料(Wood-polymer Composite)。WPC起源于本世纪60年代初，美国的卡奈加和卡尔波夫分别采用射线辐射引发聚合浸渍于木材中的烯烃类单体，制得了性能优良的WPC。此后，许多国家纷纷开展研究，美国原子能委员会将WPC的开发作为和平利用原子能的一个重要方面加以研究，1964年WPC被列为世界十大科学成就之一，1965年在纽约举行的专题讨论会上，美国的耶尔发表了在单体中引入化学引发剂，用催化加热法制造WPC的论文。1966年美国AMF公司Bouling分部建成了世界上第一条催化加热法生产WPC的生产线，浸渍单体为MMA(甲基丙烯酸甲酯)，产品主要用来制作台球杆。1968年，美国ARCO化学公司采用射线生产的WPC产品问世，主要用于制作镶木地板。目前，WPC已在美、德、日、意、波兰、台湾、英、法等地方实现商业化。在日本，主要采用催化加热法生产WPC，已形成相当的生产能力，主要用于地板材，通常是复合地板材，即地板表层0.53mm厚的是WPC。WPC的制造原料以木材和树脂液为主体，此外，根据用途还要加入着色剂、交联剂、阻燃剂等各种添加剂。木材一般选择浸注性好的树种，最好的有桦木属、槭木属、水青冈等木材，柞木、水曲柳、杨木、桤木也较适用。椴木的浸注性最好，但纹理不够清晰，实用性受到限制。日本更普遍地使用一些松、柏等针叶材。浸注前木材(或单板)的含水率应该尽可能低，最好在10% 以下。树脂液主要有苯乙烯(ST)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、醋酸乙烯(VAC，C=C-O-CO-CH3)、丙烯腈(AN，CH2=CH-CN)等乙烯类单体，还有不饱和聚脂(UPE)、丙烯类低聚体等。这些单体可单独使用，亦可按比例混合配制使用，混合树脂的效果较佳。其中，MMA是WPC中用得最多的树脂液，除单独使用外，与其它单体混合使用时的共聚性能十分理想。添加剂包括着色剂，就是在单体液中预先把着色剂调和后添加进去，能使WPC呈现预定的颜色；交联剂，用于加快聚合反应的速度，提高WPC的力学性质，常用过氧化类等交联性单体；促进剂，如亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)等；阻燃剂，常用含卤的有机磷化合物。树脂液注入木材遵循常规的防腐剂注入方法。生产WPC的聚合方法，大致分为辐射引发聚合和催化加热法(触媒法)。辐射引发聚合是利用照射源 60Co、24N、137Cs、电子加速器和原子反应堆使用过的燃料，现阶段主要使用60Co发射出的射线和电子加速器发射的射线，射线穿透力强，可深入木材表面几十个毫米；而射线一般仅深入木材表面几个毫米，仅作表层处理。然后用这些高能射线照射浸渍了树脂液的木材，使单体发生聚合反应，单体中不用添加引发剂，自由基反应使单体在木材内发生聚合。此法适于大批量生产，一次性投资大，必须设置价格昂贵的照射源基地；而且，必须有安全可靠的防护措施。催化加热法是在树脂液中预先添加溶解的引发剂，注入木材后，加热，使单体在木材内聚合。其聚合引发剂有过氧化苯甲酰(BPO，易燃易爆)、2，2偶氮二异丁氰(AIBN，有毒)等。从自由基单体自由基链增长链终止等，各个阶段工艺控制比较复杂。但与辐射引发聚合相比，催化加热法的优点是适用于小规模、高价值制品的生产；投资少，工艺相对简便，易于推广。其缺点是用该法生产时，木材中的含酚类物质如单宁、木素等会不断地消耗引发剂而影响连锁反应；另外长期(14hr)的升温加热(低于200)又会导致木材细胞壁主成分的一定程度的降解、炭化；单体加入引发剂以后还需用冷藏设备等等。WPC具有优异的性质，从力学性质来说，WPC的力学性质比素材的高得多，尤其是硬度、耐磨性、抗压强度、抗剪强度。其硬度、耐磨性可与大理石相比；木材的尺寸稳定性也得到大大提高；另外，WPC表面光泽强，经过着色可得到高级的色调；耐腐、耐候性比普通木材的大大提高；但加工性相对较差，内部树脂软化后易粘在刀具上；胶合性也稍有下降。WPC的用途主要是建材(如地板)、工业材料(纺织木梭、线轴、枕木等)、家具和工艺材料、文体用品(乐器用材、枪托、高尔夫球棒)。如WPC地板硬度很高，耐磨性特强，地板上的香烟灼烧痕迹可经打磨除去而又明亮如新。地板色泽鲜艳，外观华丽(华丽木)，不需油漆，有阻燃功能。特别适用于人流密集的公共场所，如机场、地铁、商业大厦，舞厅等，其寿命为素材地板的810倍。此外，现在有一些研究者利用一些废弃塑料(白色污染成分)来作为胶粘剂，与木材刨花复合生产成为一种木质人造板，也有称此类产品为木塑复合材料的。树脂浸渍木材如浸渍木材(Impreg)，即让木材先在水溶性低分子量树脂的溶液中浸渍，使树脂进入木材细胞壁，经过干燥后，使树脂加热固化而生成不溶于水的聚合物。制造浸渍木材的合成树脂为热固性合成树脂，使得树脂固化后耐水性强，不流失，强度高，不软化。目前已有多种树脂能成功地在木材内聚合，如酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)、糠醇树脂、间苯二酚树脂等。其中应用最成功的为PF，一般要求PF为低聚物(甲阶PF)，聚合度为34，水溶液，固含3370%，PH值为6.98.7。浸渍木材的