工艺参数对松子壳- 杨木刨花复合板握钉力的影响

张 晶 崔立东 王春霞

(黑龙江省木材科学研究所 国家林业局制材研究实验室 省木材综合利用重点实验室, 哈尔滨 150081)

摘要: 采用正交设计,以松子壳和杨木刨花为主要原料制备复合板,并对其进行握钉力的测试,探讨工艺参数对复合板握钉力的影响。结果表明,当杨木刨花与松子壳的原料比例为50∶50、施胶量为5%、热压温度190℃、热压时间为20 min时,可获得握钉力良好的松子壳-杨木刨花复合板。

关键词: 松子壳; 杨木刨花; 复合板; 工艺参数; 握钉力

中图分类号: S 781. 64, TS 653. 5 文献标识码: A

随着木材资源短缺形势的日益严重,人造板加工行业将逐步向以非木质资源替代部分木质资源方向发展,缓解木材供需矛盾。本文利用松子壳为原料,与木质刨花复合研制松子壳-杨木刨花复合板,可用作制作不同尺寸的托盘组件。

握钉力的大小是指钉子进入确定的试件后,钉子是否容易固定钉孔,是否容易松动脱落的表征。握钉力越大,试件的固定力就越强,钉子钉入木质材料后就不易松动脱落,钉孔也可反复利用,反之亦然。握钉力的大小也是侧面反映组件牢固程度的重要指标。

1 试验材料与方法

1. 1 材料及仪器设备

松子壳,为红松松子壳, 产自小兴安岭伊春市,密度为0.72 g/cm3,经粉碎后取4~6目之间的松子壳待用;杨木刨花, 购于黑河, 尺寸在4-~20+目,含水率控制在7%~9%;胶粘剂为异氰酸酯,市售工业品,购于哈尔滨贺祥木业。

粉碎机(MCXHLYCLJ),中国;热压机(KU- HPD-1515),日本;精密横截锯(SZ3-600D),日本;恒温干燥箱(DX-58),日本;电动拌胶机(VR-22),德国;万能力学试验机(UTM-10T-PL),日本;电子天平(Mettler pe1600),中国;模具,自制,幅面规格400 mm×400 mm。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 复合板制备工艺

将经过预处理的松子壳碎料与杨木刨花按计量比称量,倒入搅拌仓中,采用边搅拌边喷胶雾的方式对其进行喷胶,胶液喷完之后搅拌机仍持续搅拌3~5 min,使得松子壳碎料与杨木刨花搅拌均匀后,倒出原料,准备铺装。

将所购置的脱模剂均匀的喷涂在模具内部的表面, 采用手工铺装的方式,将计量好的施胶刨花与松子壳碎料混合物均匀铺装于幅面为400 mm×400 mm的模具框里,然后将铺装好的板胚置于热压机上,准备模压成型。

在热压机上设定热压压力,利用厚度规控制松子壳刨花复合板的目标厚度在50 mm;热压成型后,将压好的松子壳刨花复合板置于温度为25℃、相对湿度为50%的恒温恒湿箱中陈放48 h,取出,按照试验需要割据成试验用的尺寸备用。

1. 2. 2 试验方案

选用正交试验,研究原料比例、施胶量、热压温度和热压时间4个因素对复合板握钉力性能的影响(表1);试件的裁制及测试方法按照中国现行标准GB/T4879-2017 《刨花板》 要求进行。试验方案独立重复实施2次,满足托盘用复合材料的握钉力要求必须≥1 100 N。

2 结果与讨论

2. 1 试验结果分析

正交试验结果见表2,极差分析、方差分析结果见表3、表4。

极差RNB反映了某因素的水平波动时试验指标(握钉力)的变动幅度,RNB越大,说明该因素对试验指标握钉力的影响越大,因此也就越重要。所以根据极差RNB的大小,就可以判断因素的主次。从表3中可以看出,杨木刨花比例是影响复合板握钉力的主要因素,然后依次是热压温度、施胶量和热压时间。表4中的分析结果也显示,杨木刨花比例对握钉力的影响最为显著,热压温度对握钉力的影响较为显著。

2. 2 杨木刨花比例对复合板握钉力的影响

杨木刨花比例对复合板握钉力的影响为:杨木刨花的比例在30%时,复合板的握钉力大于1 100 N;随着杨木刨花比例的增加,复合板的握钉力随之增大。松子壳密度较大,质地硬,表面光滑,在热压过程中体积收缩较小;而杨木刨花质软,表面粗糙,在热压成型过程中,杨木刨花通过自身易变形的特点,填充由松子壳在受热压过程中所形成的空间间隙,增加复合板的密实程度。由于杨木刨花比例是影响握钉力的主要因素,经试验比较,选择杨木刨花比例为50%较适宜。

2. 3 施胶量对复合板握钉力的影响

施胶量对复合板握钉力的影响为:随着施胶量的增加,复合板的握钉力逐渐增大,施胶量为5%时,达到最大值。通过胶粘剂异氰酸酯与木刨花和松子壳之间的接触,杨木刨花与松子壳之间会形成相互的胶接强度,增加垫脚的压缩密度,可有效提高螺钉与复合板之间的抗剪切力,起到增大复合板握钉力的作用。胶粘剂用量适当的增加,单位面积中胶粘剂异氰酸酯与杨木刨花以及松子壳之间的胶接点也随着增多,提高了复合板的握钉力。本试验优先选择的施胶量为5%。

2. 4 热压温度对复合板握钉力的影响

随着温度的增加,复合板的握钉力呈现先增大、后减小的趋势,当温度为190℃时,复合板的握钉力达到最大值。在一定的温度范围内升高温度,可以加快异氰酸基与羟基、羧基的反应速率,形成稳定密实的化学键。但随着温度的不断升高,复合板表面甚至内部会发生糊化现象,反而降低复合板的握钉力。经试验,确定较适宜的复合板热压温度为190℃。

2. 5 热压时间对复合板握钉力的影响

热压时间对复合板握钉力的影响为:随着热压时间的延长,复合板的握钉力逐渐增大。热压时间的延长,使异氰酸酯中的活性基团能够与杨木刨花以及松子壳中所含有的活性基团充分反应的时间也越长,复合板内部各成分之间的空间结构能够更均匀、更密实分布,为此提高复合板的握钉力。复合板所承受的热压时间越长,杨木刨花和松子壳之间越有更充足的时间固定成型并稳定形态,缩小内部存在的空间间隙,使得螺钉不容易拧进复合板内部,从而有效地增大复合板的握钉力。同时,热压时间的确定还要兼顾时间成本和生产效率,综合比较结果,确定热压时间为20 min。

3 结 论

3. 1 杨木刨花与松子壳的比例对复合板握钉力的影响最为显著,热压温度对复合板握钉力的影响较为显著。主要表现为复合板的握钉力随着杨木刨花比例的增加而增大,随着热压温度的增加呈现先增大后减小的趋势。

3. 2 杨木刨花比例为50%,施胶量为5%,热压温度190℃,热压时间20 min时, 在生产效率与生产成本兼顾的条件下,所制得的松子壳-杨木刨花复合板可获得良好的握钉力。

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第1作者简介: 张晶(1983-), 女, 硕士, 助理研究员。 研究方向: 木材科学与加工。

浏览次数:  更新时间:2017-11-01 14:02:26
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