CN103978537A - 一次成型无醛复合板材及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
一次成型无醛复合板材及加工工艺，其特征在于：板材的底层和表层为木材单板，中间层为均质农作物秸秆层或均质林业废弃物生物质层，所述底层、所述表层与所述中间层一次热压成型。本发明将三层结构一次热压成型，使得各层之间更为紧密，不易分层。使得加工工艺更为简单。
Description
技术领域：
本发明涉及一种以农作物秸秆、无醛胶粘剂和木材单板为原料一次成型制造的板材以及制造这种板材的生产工艺流程，属于人造板技术领域。
背景技术：
农作物秸秆作为农业生产的副产品“取之不尽、用之不竭”且纤维素和木素含量较高，在中国用农作物秸秆制造人造板近年来发展迅速。
目前的农作物秸秆板多属于秸秆刨花板类。其产品结构与生产工艺与木质刨花板类似，在产品质量方面尚有诸多不足，在很大程度上制约了农作物秸秆板的发展、推广和应用。
目前用纯农作物秸秆为原料的农作物秸秆板材种类，从产品结构上可分为多层结构、渐变结构和均质结构。农作物秸秆板无论是多层结构还是渐变结构，其芯层刨花较粗大，受刨花形态和尺寸以及铺装方式等因素影响，厚度方向上均存在着大小尺寸刨花分布不均，因而芯层结构比较疏松，受热压工艺影响，成品板材表层与芯层的密度差别较大，板材的结构不够均匀，内结合强度较低，握螺钉力较差（尤其是板边握螺钉力），不能象木质中密度纤维板一样对板面和板边进行型面加工。这些板材产品缺陷限制了普通农作物秸秆板的应用范围及产品档次的提高。
均质结构农作物秸秆板于20世纪90年代初起源于欧洲，均质结构农作物秸秆板是一种沿板材厚度方向结构均匀人造板材。均匀一致的结构决定了均质结构农作物秸秆板的性能优于普通刨花板，尤其是内结合强度和握螺钉力指标显著提高。均质结构农作物秸秆板的力学性能介于普通刨花板和木质中密度纤维板之间，其静由强度、内结合强度及握螺钉力的提高，以及吸水厚度膨胀率的降低，极大拓宽了板材的应用范围。此外，均质结构农作物秸秆板可以进行各种型面加工。然而，均质结构农作物秸秆板的密度相对较高，导致其直接生产成本较高。同时，均质结构农作物秸秆板板坯内空隙较少，热压时蒸汽排放相对较为困难，为防止出现鼓泡、分层和炸板等现象，热压时间需要加长，导致生产效率降低。更为关键的是，经过多年的生产实践证明，均质结构农作物秸秆板，其表面质量在大多数情况下都无法满足国内主流市场三聚氰胺单张纸贴面应用对基材的要求。用于单张纸贴面的基材，则表面的粗糙度不可大于50μm。为保证板材表面质量要达到此要求，在生产过程中用比较细小的原料制板，但为使板材强度指标（尤其是MOR/MOE）达到相关国家标准，只有进一步提高板材的密度，将导致板材的在线合格率下降，生产成本进一步增加。
中国传统木质人造板行业，以中/高密度纤维板、刨花板、胶合板等为主要产品，其中以胶合板的产量最大，约占总量50%。胶合板为劳动力密集型产业，面临用材资源受到制约、企业生产规模小以及产品质量参差不齐等问题。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术的缺陷，在避免目前多层结构、渐变结构以及均质结构农作物秸秆板产品所存在缺陷并吸取了它们各自优点的基础上，结合木质人造板中胶合板的优点，提出了一种一次成型无醛复合板材及其生产工艺。
按照本发明提供的一次成型无醛复合板材，板材的底层和表层为木材单板，中间层为均质农作物秸秆层或均质林业废弃物生物质层，所述底层、所述表层与所述中间层一次热压成型。
按照本发明提供的一次成型无醛复合板材的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、备料：农作物秸秆经预处理设备加工后，得到中间层所需农作物秸秆原料，木材单板采用整张或拼接而成；
b、施胶：农作物秸秆原料、单板分别施胶；
c、铺装：先用施胶后的单板铺装料坯底层，然后用施胶后的农作物秸秆原料铺装料坯中间层，最后用施胶后的单板铺装料坯上层，形成料坯；
d、热压：将料坯送入热压机热压使胶粘剂固化形成毛坯板材；
e、板材后期处理：经压机热压成型的板材进行后期处理，得到成品。
按照本发明提供的一次成型无醛复合板材的加工工艺还具有如下附属技术特征：
在步骤c和步骤d之间，还包括预压：将铺装好的料坯在室温的条件下压实。
农作物秸秆原料的含水率为9%-16%。
木材单板的厚度为1mm-3mm，含水率为11%-40%。
在步骤d中，热压时间为16mm/s-25mm/s，热压压力为2.6MPa-3.5MPa，热压温度为170℃-190℃。
在步骤b中，农作物秸秆原料的施胶量为农作物秸秆原料绝干重量的2%-5%，木材单板表面单面喷胶，喷胶量为10g/m2-50g/m2。
所述农作物秸秆原料替换为林业废弃物生物质原料。
按照本发明提供的一次成型无醛复合板材及加工工艺主要有益效果如下：由于一次成型无醛复合板材中间层结构均匀密实，使板材的加工性能得到了很大的提高，它可以象中纤板一样对板面和板边进行型面加工；由于它的内结合强度及握螺钉力得到了提高，用它制作的家具较之用普通秸秆板制作的家具更加坚固牢靠，经久耐用。同时，与制造三层或渐变结构板材的生产线相比，原料预处理设备简单，电耗低；与胶合板生产相比，所用单板含水率高，不易开裂破损，同一单板材种的板材表面质量优于胶合板；上下表层用高含水率的单板，热压过程同时木材单板有一定程度的压缩，使得木材单板压缩密化提高表面质量。生产工艺上简单调整单板及农作物秸秆原料的含水率，可实现厚板（25mm以上）一次热压成型。同时，由于一次成型无醛复合板材单板外表面不施胶，不用脱模。
与普通的多层结构或者渐变结构的农作物秸秆板相比，一次成型无醛复合板材克服了普通农作物秸秆板内结合强度较低，握螺钉力较差，不能象中纤板一样对板面和板边进行型面加工等缺陷。扩大了农作物秸秆板的应用领域、提高了农作物秸秆板材产品质量。
与均质结构农作物秸秆板相比，一次成型无醛复合板材表面质量还优于采用同种材质单板的胶合板，完全满足人造板主流市场对基材表面质量的要求，且同种农作物秸秆原料，在板材密度相同的情况下，一次成型无醛复合板材的MOR/MOE等物理性能指标超过均质结构板材，板材强度更高。
附图说明：
图1是本发明的产品结构图。
图2是本发明的加工工艺流程图。
具体实施方式：
参见图1，在本发明提供的一次成型无醛复合板材的实施例，板材为三层结构，板材的底层1和表层2为木材单板，中间层3为均质农作物秸秆层或均质林业废弃物生物质层，所述底层1、所述表层2与所述中间层3一次热压成型。所述底层1和所述表层2的厚度为1mm-3mm。本发明将三层结构一次热压成型，使得各层之间更为紧密，不易分层。使得加工工艺更为简单。
参见图2，在本发明给出的一次成型无醛复合板材的加工工艺的实施例，包括以下步骤：
a、备料：农作物秸秆经预处理设备加工后，得到中间层所需农作物秸秆原料，木材单板采用整张或拼接而成；预处理设备对秸秆原料进行粉碎，在含水率较高的情况下，还需要对原料进行干燥处理。
b、施胶：农作物秸秆原料、单板分别施胶；
c、铺装：先用施胶后的单板铺装料坯底层，然后用施胶后的农作物秸秆原料铺装料坯中间层，最后用施胶后的单板铺装料坯上层，形成料坯；
d、热压：将料坯送入热压机热压使胶粘剂固化形成毛坯板材；
e、板材后期处理：经压机热压成型的板材进行后期处理，得到成品。
在步骤c和步骤d之间，还包括预压：将铺装好的料坯在室温的条件下压实。农作物秸秆原料的最优含水率为9%-16%。木材单板的厚度为1mm-3mm，含水率为11%-40%。在步骤d中，热压时间为16mm/s-25mm/s，热压压力为2.6MPa-3.5MPa，热压温度为170℃-190℃。在步骤b中，农作物秸秆原料的施胶量为农作物秸秆原料绝干重量的2%-5%，木材单板表面单面喷胶，喷胶量为10g/m2-50g/m2。
本发明中的所述农作物秸秆原料可以替换为林业废弃物生物质原料。
本发明的上述加工工艺更为环保、产品性能更好。而上述加工参数能够更好的满足三层结构的复合要求。
下面结合上述生产工艺流程，具体给出几种农作物秸秆制作一次成型无醛复合板材材的详细过程。
实施例1：一次成型无醛小麦秸秆板复合板材
（1）备料：
小麦秸秆（产地：山东曹县）经粉碎装置（筛网为7mm方孔）进行粉碎，制得一次成型无醛复合板材生产用小麦秸秆原料，原料含水率为12.6%。
底层、表层木质单板为2mm厚速生杨木单板（产地：山东曹县），单板含水率为25%。
（2）施胶：在搅拌机中，将异氰酸脂（pMDI）胶粘剂雾化与小麦秸秆原料均匀混合，胶量为小麦秸秆原料绝干重量的4％；杨木单板表面单面喷胶，喷胶量为15g/m2。所用胶粘剂为Huntsman Suprasec5005。
（3）铺装预压：
制造18mm厚度的小麦秸秆复合板，取1.0mm砂光余量，即经热压机生产出来的未砂光板设定板厚为19.0mm，设定未砂光板的密度为750Kg/m3。将施胶后的底层杨木单板铺装在金属垫板上（施胶面朝上），然后将小麦秸秆原料铺在底层杨木单板上，最后将面层的杨木单板（施胶面朝下）铺在小麦秸秆原料上，预压压实形成一次成型无醛小麦秸秆复合板材料坯。
（4）热压制板：
将预压好的料坯送入热压机进行制板。采用二次循环热压工艺，过程分为升压、保压、卸压3个阶段。基本热压工艺参数如下：
热压时间：20mm/s
热压压力：2.8MPa
热压温度：175℃
（5）后期处理：
将经热压机热压成型的板材进行裁边、冷却，堆垛48小时后进行砂光、定厚、分类等。
依据国家标准GB/T4897-2003刨花板国家标准检测一次成型无醛小麦秸秆复合板的各项性能指标，其具体性能指标如下：
板厚：18mm；密度：730Kg/m3；静曲强度：21MPa；弯曲弹性模量：2347MPa；内结合强度：0.43MPa；表面结合强度：1.1MPa；握螺钉力：板面1160N，板边720N；2h吸水厚度膨胀率：3％；含水率：11％；板内平均密度偏差：-4％～＋4％。
实施例2：一次成型无醛小麦秸秆板复合板材
(1)备料：
小麦秸秆（产地：山东曹县）经粉碎装置（筛网为7mm方孔）进行粉碎，制得一次成型无醛复合板材生产用小麦秸秆原料，原料含水率为11.2%。
底层、表层木质单板为1.7mm厚速生桉木单板（产地：广西南宁），单板含水率为19%。
（2）施胶：在搅拌机中，将异氰酸脂（pMDI）胶粘剂雾化与小麦秸秆原料均匀混合，胶量为小麦秸秆原料绝干重量的3.7％；桉木单板表面单面喷胶，喷胶量为20g/m2。所用胶粘剂为Huntsman Suprasec5005。
(3)铺装预压：
制造20mm厚度的小麦秸秆复合板，取1.0mm砂光余量，即经热压机生产出来的未砂光板设定板厚为21.0mm，设定未砂光板的密度为760Kg/m3。将施胶后的底层桉木单板铺装在金属垫板上（施胶面朝上），然后将小麦秸秆原料铺在底层桉木单板上，最后将面层的桉木单板（施胶面朝下）铺在小麦秸秆原料上，预压压实形成一次成型无醛小麦秸秆复合板材料坯。
(4)热压制板：
将预压好的料坯送入热压机进行制板。采用二次循环热压工艺，过程分为升压、保压、卸压3个阶段。基本热压工艺参数如下：
热压时间：20mm/s
热压压力：3.0MPa
热压温度：180℃
（5）后期处理：
将经热压机热压成型的板材进行裁边、冷却，堆垛48小时后进行砂光、定厚、分类等。
依据国家标准GB/T4897-2003刨花板国家标准检测一次成型无醛小麦秸秆复合板的各项性能指标，其具体性能指标如下：
板厚：20mm；密度：748Kg/m3；静曲强度：24MPa；
弯曲弹性模量：2796MPa；内结合强度：0.52MPa；
表面结合强度：1.3MPa；握螺钉力：板面1180N，板边760N
2h吸水厚度膨胀率：2.7％；含水率：9％；板内平均密度偏差：-4％～＋3％。
实施例3：一次成型无醛玉米秸秆板复合板材
（1）备料：
玉米秸秆（产地：黑龙江双城）经粉碎装置（筛网为7mm圆孔）进行粉碎，制得一次成型无醛复合板材生产用玉米秸秆原料，原料含水率为13.6%。
底层、表层木质单板为1.7mm厚速生桉木单板（产地：广西南宁），单板含水率为19%。
（2）施胶：在搅拌机中，将异氰酸脂（pMDI）胶粘剂雾化与玉米秸秆原料均匀混合，胶量为玉米秸秆原料绝干重量的3.0％；桉木单板表面单面喷胶，喷胶量为20g/m2。所用胶粘剂为Huntsman Suprasec5005。
(3)铺装预压：
制造18mm厚度的玉米秸秆复合板，取1.0mm砂光余量，即经热压机生产出来的未砂光板设定板厚为19.0mm，设定未砂光板的密度为730Kg/m3。将施胶后的底层桉木单板铺装在金属垫板上（施胶面朝上），然后将玉米秸秆原料铺在底层桉木单板上，最后将面层的桉木单板（施胶面朝下）铺在玉米秸秆原料上，预压压实形成一次成型无醛玉米秸秆复合板材料坯。
(4)热压制板：
将预压好的料坯送入热压机进行制板。采用二次循环热压工艺，过程分为升压、保压、卸压3个阶段。基本热压工艺参数如下：
热压时间：19mm/s
热压压力：3.0MPa
热压温度：170℃
（5）后期处理：
将经热压机热压成型的板材进行裁边、冷却，堆垛48小时后进行砂光、定厚、分类等。
依据国家标准GB/T4897-2003刨花板国家标准检测一次成型无醛玉米秸秆复合板的各项性能指标，其具体性能指标如下：
板厚：18mm；密度：709Kg/m3；静曲强度：26MPa；
弯曲弹性模量：2617MPa；内结合强度：0.56MPa；
表面结合强度：1.2MPa；握螺钉力：板面1116N，板边713N
2h吸水厚度膨胀率：4.2％；含水率：11％；板内平均密度偏差：-2％～＋5％。
实施例4：单板浸渍处理一次成型无醛小麦秸秆板复合板材
（1）备料：
小麦秸秆（产地：山东曹县）经粉碎装置（筛网为7mm方孔）进行粉碎，制得一次成型无醛复合板材生产用小麦秸秆原料，原料含水率为11.2%。
底层、表层木质单板为1.7mm厚速生桉木单板（产地：广西南宁），用呋喃树脂（山东淄博海化化工有限公司）浸渍处理，处理后单板含水率控制为17%。
（2）施胶：在搅拌机中，将异氰酸脂（pMDI）胶粘剂雾化与小麦秸秆原料均匀混合，胶量为小麦秸秆原料绝干重量的4.0％；浸渍处理后的桉木单板表面单面喷胶，喷胶量为20g/m2。所用胶粘剂为HuntsmanSuprasec 5005。
(3)铺装预压：
制造12mm厚度的小麦秸秆复合板，取0.8mm砂光余量，即经热压机生产出来的未砂光板设定板厚为12.8mm，设定未砂光板的密度为900Kg/m3。将施胶后的底层桉木单板铺装在金属垫板上（施胶面朝上），然后将小麦秸秆原料铺在底层桉木单板上，最后将面层的桉木单板（施胶面朝下）铺在小麦秸秆原料上，预压压实形成一次成型无醛小麦秸秆复合板材料坯。
(4)热压制板：
将预压好的料坯送入热压机进行制板。采用二次循环热压工艺，过程分为升压、保压、卸压3个阶段。基本热压工艺参数如下：
热压时间：20mm/s
热压压力：3.5MPa
热压温度：185℃
（5）后期处理：
将经热压机热压成型的板材进行裁边、冷却，堆垛48小时后进行砂光、定厚、分类等。
依据国家标准GB/T4897-2003刨花板国家标准检测单板浸渍处理一次成型无醛小麦秸秆复合板的各项性能指标，其具体性能指标如下：
板厚：12mm；密度：863Kg/m3；静曲强度：32MPa；
弯曲弹性模量：3759MPa；内结合强度：0.64MPa；
表面结合强度：1.6MPa；2h吸水厚度膨胀率：1.8％；含水率：9％；板内平均密度偏差：-3％～＋3％。
实施例5：一次成型无醛林业废弃物复合板材：
（1）备料：
桐木碎刨花（来源：收购山东曹县庄寨镇木材加工剩余物），经干燥后原料含水率为12.2%,制得一次成型无醛林业废弃物复合板材生产用中间层原料。
底层、表层木质单板为1.7mm厚速生桉木单板（产地：广西南宁），单板含水率为19%。
（2）施胶：在搅拌机中，将异氰酸脂（pMDI）胶粘剂雾化与桐木碎刨花原料均匀混合，胶量为桐木碎刨花原料绝干重量的2.6％；桉木单板表面单面喷胶，喷胶量为15g/m2。所用胶粘剂为Huntsman PM4390。
(3)铺装预压：
制造18mm厚度的桐木碎刨花复合板，取1.0mm砂光余量，即经热压机生产出来的未砂光板设定板厚为19.0mm，设定未砂光板的密度为720Kg/m3。将施胶后的底层桉木单板铺装在金属垫板上（施胶面朝上），然后将桐木碎刨花原料铺在底层桉木单板上，最后将面层的桉木单板（施胶面朝下）铺在桐木碎刨花原料上，预压压实形成一次成型无醛桐木碎刨花复合板材料坯。
(4)热压制板：
将预压好的料坯送入热压机进行制板。采用二次循环热压工艺，过程分为升压、保压、卸压3个阶段。基本热压工艺参数如下：
热压时间：18mm/s
热压压力：3.0MPa
热压温度：175℃
（5）后期处理：
将经热压机热压成型的板材进行裁边、冷却，堆垛48小时后进行砂光、定厚、分类等。
依据国家标准GB/T4897-2003刨花板国家标准检测一次成型无醛桐木碎刨花复合板的各项性能指标，其具体性能指标如下：
板厚：18mm；密度：703Kg/m3；静曲强度：19MPa；
弯曲弹性模量：2103MPa；内结合强度：0.94MPa；
表面结合强度：1.47MPa；握螺钉力：板面1172N，板边732N
2h吸水厚度膨胀率：5.6％；含水率：8％；板内平均密度偏差：-5％～＋4％。
Claims (9)
1.一次成型无醛复合板材，其特征在于：板材的底层和表层为木材单板，中间层为均质农作物秸秆层或均质林业废弃物生物质层，所述底层、所述表层与所述中间层一次热压成型。
2.如权利要求1所述的一次成型无醛复合板材，其特征在于：所述底层和所述表层的厚度为1mm-3mm。
3.一次成型无醛复合板材的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、备料：农作物秸秆经预处理设备加工后，得到中间层所需农作物秸秆原料，木材单板采用整张或拼接而成；
b、施胶：农作物秸秆原料、单板分别施胶；
c、铺装：先用施胶后的单板铺装料坯底层，然后用施胶后的农作物秸秆原料铺装料坯中间层，最后用施胶后的单板铺装料坯上层，形成料坯；
d、热压：将料坯送入热压机热压使胶粘剂固化形成毛坯板材；
e、板材后期处理：经压机热压成型的板材进行后期处理，得到成品。
4.如权利要求3所述的加工工艺，其特征在于：在步骤c和步骤d之间，还包括预压：将铺装好的料坯在室温的条件下压实。
5.如权利要求3所述的加工工艺，其特征在于：农作物秸秆原料的含水率为9%-16%。
6.如权利要求3所述的加工工艺，其特征在于：木材单板的厚度为1mm-3mm，含水率为11%-40%。
7.如权利要求3所述的加工工艺，其特征在于：在步骤d中，热压时间为12mm/s-25mm/s，热压压力为2.0MPa-3.5MPa，热压温度为170℃-190℃。
8.如权利要求3所述的加工工艺，其特征在于：在步骤b中，农作物秸秆原料的施胶量为农作物秸秆原料绝干重量的2%-5%，木材单板表面单面喷胶，喷胶量为10g/m2-50g/m2。
9.如权利要求3至8任一所述的加工工艺，其特征在于：所述农作物秸秆原料替换为林业废弃物生物质原料。
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