中高密度纤维板用高性能胶粘剂的研究

中高密度纤维板用高性能胶粘剂的研究

在制作中、高密度纤维板时，应添加一定的剂量和一定类型的粘合剂，使板材达到一定的强度和其他性能指标。否则，无法生产合格的中、高密度纤维板。因此,纤维施胶是中/高密度纤维板生产的关键工序之一。1粘合剂的类型和要求1.1中/高密度纤维板胶接反应原理目前,生产中/高密度纤维板使用的胶粘剂有脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、酚醛树脂和异氰酸酯树脂等。胶粘剂种类的确定必须根据树脂的胶合性能、产品的用途及成本等综合考虑。室内使用的中/高密度纤维板,如用于家具、家用电器、地板基材和建筑内部装修材料等,最常用的胶粘剂是脲醛树脂。因为脲醛树脂的胶合性能好、成本低、颜色浅(乳白色)、能够满足室内使用的耐水要求。中/高密度纤维板生产使用的脲醛树脂是尿素与甲醛在催化剂作用下,发生化学反应而成的。它具有较高的胶接强度和耐冷水性能,耐热水性能较差(临界温度70℃~80℃),耐化学药剂的侵蚀。目前,我国中/高密度纤维板生产采用的脲醛树脂胶,甲醛与尿素的摩尔比为1.5~1.2,尿素分批加入。反应温度控制在75~95℃之间,反应液的pH值为碱-酸-碱工艺,树脂终点的控制是当反应液黏度达到20×10mPa·s时停止反应。树脂生产周期为3.5~4.0h,其技术指标为:树脂含量50±1%,固化时间(100℃)60~120s,pH值7.0~7.5,活性期(25℃)24h以上,黏度(25±5)×10mPa·s,水溶性(20℃蒸馏水)3~4倍,密度1.20±0.05kg/m3,外观乳白色液体,游离甲醛含量0.5%~0.2%。另一类为脲醛-三聚氰胺树脂,是由尿素、甲醛、三聚氰胺、硫酸胺等为原料,在低温(70℃)下调制而成。当胶浓度为50%时其黏度为50×10mPa·s。它与一般脲醛树脂的不同之处在于:在胶粘剂调制中不发生聚合反应,而是在施胶后的热压过程中一次聚合而成,因此又称之为“现场”型胶粘剂。胶中三聚氰胺的存在不仅使胶液具有较好的渗透性及较低的热塑温度,而且使胶具有广泛的树脂适应性,使中/高密度纤维板的材质有较好的稳定性和坚硬性。室内防潮型和室外型中/高密度纤维板,使用的胶粘剂为酚醛树脂或异氰酸酯树脂等。其原因是这些树脂的胶合强度高,耐水性能好。1.2效率及黏度的要求用于中/高密度纤维板生产的胶粘剂,首先应能适应干法制造工艺,与纤维有很好的结合性能,原料来源丰富,价格便宜。除此之外,还应具备:1)胶粘剂应具有一定的固化速度。如在温度165℃或更高时,其固化时间不超过1min。2)胶粘剂的酸碱度应随纤维的酸度而定。因为热压时,pH值对胶粘剂的固化速度具有较大的影响。一般pH值为7~8。3)胶粘剂与其他添加剂如防水剂、防火剂、防腐剂等有较好的混溶性。4)胶粘剂黏度大小直接影响着施胶量、胶液分布的均匀性、胶液的流动性和渗透性。生产中/高密度纤维板的胶粘剂不同于刨花板、胶合板生产用胶。这主要是因为纤维比刨花、单板具有更大的比表面积。为使纤维板具有足够的结合强度,胶粘剂必须充分地覆盖纤维表面。为此,胶粘剂应具有低黏度和较高的渗透性。一般要求黏度低于50×10mPa·s。5)中/高密度纤维板生产用的胶粘剂固含量为55%~60%,这是对中/高密度纤维板生产用胶粘剂的最基本要求,但是一些生产企业使用不脱水胶,固体含量低于此标准。1.3确定合适的固化剂当使用脲醛树脂胶时,为了提高缩聚反应速度,缩短固化时间,使树脂能达到一定胶合强度,一般使用前应在树脂中加入固化剂。脲醛树脂胶的固化剂有酸和酸性盐两类。酸有草酸、磷酸、柠檬酸等;酸性盐有氯化铵、硫酸铵、盐酸苯胺、氯化锌等。这些固化剂的性质不同,效果不一,使用时应依脲醛树脂的理化性能、气温条件、热压工艺等确定合适的施加量。目前,国内外广泛使用的固化剂是氯化铵(NH4Cl),一般施加量为0.5%~1.5%(固体氯化铵与固体树脂之比)。2给药胶法2.1用粘合剂法在中/高密度纤维板生产中,施加胶粘剂有多种方法。不同的施加方法有各自的特点,且有相应的适用范围或局限性。2.1.1施胶纤维含水率采用纤维先施胶后干燥工艺,不需要设备复杂的拌胶机,能简化工艺流程;施胶设备简单,费用低,操作维修方便;纤维干燥后的含水率(9%~13%)比先干燥后施胶纤维的含水率(3%~6%)要高,节省能源,也减少了干燥过程着火的可能性;施胶均匀,产品表面不会出现胶斑等缺陷。但是此方法也存在少量胶粘剂提前固化的可能性,施胶量相对较高。此外,还有组合施胶工艺,即表层纤维采用先施胶后干燥工艺,芯层纤维采用先干燥后施胶工艺。表层纤维施加高温固化的胶粘剂,芯层纤维施加低温固化的胶粘剂,这样,尽管热压时表芯层温度不同,但表芯层的胶粘剂可同时固化,大大缩短了热压周期。2.2胶凝剂的用量在中/高密度纤维板生产中,胶粘剂的施加量直接影响产品的质量和成本,施胶量的高低以固体胶量与绝干纤维量的百分比来表示。通常情况下,中/高密度纤维板生产的静曲强度、内结合强度随施胶量增加而增加;吸水率和吸水厚度膨胀率随施胶量增加而降低(见表1)。由表1可见,纤维板强度提高、耐水性的改善,并非随施胶量的增加而呈直线比例提高,其中施胶量在6%~8%时,产品的物理力学性能提高显著;而施胶量在8%~10%时,则产品性能指标的变化较小。这是因为施胶量增至一定程度后,胶量的增加仅能提高胶层的厚度,对纤维之间的胶合影响不大,故产品性能提高幅度较小。通常中/高密度纤维板的施胶量以8%~12%(固体树脂对绝干纤维之比)为宜。但这个施胶量范围还应根据具体情况来调整。例如生产多层结构板时,表层纤维施胶量略高于芯层,通常表层为10%~12%,芯层为8%~10%;原料中半纤维素、木素含量较高的树种配比较大时,施胶量可适当减少;纤维质量均匀、形态好,施胶量也可降低;产品使用环境不同,施胶量也应有所变化,如使用环境湿度较大,为防止产品变形,保持足够的强度和耐水性,则施胶量应适当增加。上述施胶量是指固体树脂对绝干纤维之比,但实际生产时所使用的胶粘剂是液体状,即液体胶粘剂内有一定的固体树脂,故应将纤维的施胶量按照胶粘剂的浓度不同换算成液体胶粘剂施加量。液体胶粘剂施胶量根据公式W—绝干纤维质量,kg;P—施胶量(固体树脂与绝干纤维之比),%;m—液体胶粘剂中的固体树脂含量,%。2.3热磨机带螺旋施胶控制系统施胶的目的是使胶粘剂按一定的比例均匀地分布在纤维表面上。如果纤维和胶粘剂的比例不适当,则将严重影响纤维板的质量。目前,国内外中/高密度纤维板生产中,纤维的计量有的通过电子称连续对纤维称量,也有通过热磨机带式螺旋运输机转速的转换来计量纤维量的。在采用电子称的情况下,由于纤维堆积密度较小(22~25kg/m3),而皮带机本身质量较大(一般在1200kg左右),加之周围其他设备的振动和风速对其影响,因此电子称显示的量与实际量误差难以控制,所以国内绝大多数厂家采用通过热磨机带式螺旋运输机的转速来转换成纤维质量,包括进口生产线。而此方法最大缺点是当原材料种类改变(原材料密度不同)会引起计量误差;胶粘剂的计量有体积计量和质量计量,由于胶粘剂的密度比较稳定,所以上述两种计量精度相差不多。图5所示为上海人造板机器厂有限公司开发的新的纤维施胶控制系统。该系统控制原理是:根据热磨机带式螺旋转速进行转换计算纤维量,失重计量桶单位时间胶量流失信号输入到控制器(PLC),与控制器中事先设置的热磨机带式螺旋转速与施胶量的线性进行比较,(下转第29页)(上接第22页)输出一个信号,此信号经控制器触发可控硅控制器控制施胶泵电机转速,从而达到施胶量随热磨机带式螺旋转速的变化而得到相应的调整。该系统两个失重计量桶交替使用,既能直观地显示瞬间的施胶量,又可直观地显示累计施胶量,并且可通过操作台直接打印出来。其工作原理是:调胶桶、过滤器及气动阀1在高位,胶粘剂通过自重流向失重计量桶,向施胶泵供胶。系统设定失重计量桶内胶量的上、下限,如其中失重计量桶1内胶量达到下限时,气动阀2自动切换到由失重计量桶2向施胶泵供胶,同时气动阀1切换到给失重计量桶1供胶。需特别注意的是气动阀1通径,要保证其通过流量大于施胶泵的流量,这样才能满足一个失重计量桶中胶粘剂使用完了,另一个失重计量桶已灌满。在木片进行纤维分离时,从热磨机的带式螺旋与磨室体间加入(见图1)胶粘剂。这是较早采用的施胶方法,虽然能达到纤维与胶液均匀混合的目的,但由于高温会引起部分胶粘剂提前固化,所以此方法一般仅限于施加粉状酚醛树脂胶,现在很少采用这种方法。2.1.2施工用“胶”原料控制施胶量先将热磨后得到的纤维干燥,然后在高速搅拌机中施加胶粘剂(见图2),这种施胶方法称为拌胶机施胶,可准确控制施胶量。由于不会产生胶粘剂干燥时的预固化现象,因此施胶量相对节省。但是若胶粘剂浓度低、黏度小,易使纤维含水率过高,增加热压工艺的难度;反之,胶液浓度高、黏度增大,胶液难以渗透,由于纤维蓬松易结团,从而导致胶粘剂分布不均,板坯铺装不匀,板材密度、厚度的稳定性受到影响,并且还会产生板面的胶斑、胶块等外观缺陷。2.1.3管道施胶喷咀目前,国内外中/高密度纤维板生产基本上都采用先施胶后干燥的方法(见图3)。胶粘剂通过施胶泵送入热磨机与干燥机之间的施胶管组。纤维借助热磨机内高压蒸汽快速喷出,处于分散悬浮状态,施胶喷咀以高于管道内汽压0.1~0.2MPa的压力喷出雾状胶液,