制造工藝對松子殼楊木刨花復合板內結合強度的影響*

張 晶 王春霞 崔立東

制造工藝對松子殼楊木刨花復合板內結合強度的影響*

張 晶 王春霞 崔立東

（黑龍江省木材科學研究所，國家林業(yè)局制材研究實驗室，省木材綜合利用重點實驗室，哈爾濱 150081）

采用正交設計方法，以松子殼和楊木刨花為主要原料制備復合板，并對其進行內結合強度的測試，以探討制造工藝對復合板內結合強度的影響。研究結果表明，當楊木刨花與松子殼的原料比例為50∶50、施膠量為5%、熱壓溫度為190℃、熱壓時間為20 min時，可獲得內結合強度良好的松子殼楊木刨花復合板。

松子殼；楊木刨花；復合板；制造工藝；內結合強度

松子殼是松仁加工生產時的剩余物，在東北地區(qū)擁有廣泛的資源，且價格低廉。本研究采用松子殼和楊木刨花為原料生產復合人造板，此復合板可鋸割后作為木托盤的墊腳組件。內結合強度是反映墊腳內部楊木刨花與松子殼之間膠合質量好壞的關鍵因素。本文采用正交試驗方法，對松子殼楊木刨花復合板進行內結合強度的分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

松子殼，為紅松松子殼，產自小興安嶺伊春市，密度為0.72 g/cm3，經粉碎后取4～6目之間的松子殼碎料待用；楊木刨花，購于黑河，尺寸為4-目～20+目，含水率控制在7%～9%；膠粘劑采用了異氰酸酯，市售工業(yè)品，購于哈爾濱賀祥木業(yè)。

主要儀器設備包括：粉碎機（MCXHLYCLJ），中國；熱壓機（KU-HPD-1515），日本；精密橫截鋸（SZ3-600D），日本；恒溫干燥箱（DX-58），日本；電動拌膠機（VR-22），德國；萬能力學試驗機（UTM-10T-PL），日本；電子天平（Mettler pe1600），中國；模具，自制，幅面400 mm×400 mm。

1.2 試驗方法

1.2.1 復合板制備工藝

將經過預處理的松子殼碎料與楊木刨花按計量比稱量，倒入攪拌倉中，采用邊攪拌邊噴膠霧的方式對其進行噴膠；膠液噴完之后，攪拌機仍需持續(xù)攪拌3～5 min，使得松子殼碎料與楊木刨花充分攪拌均勻后，倒出原料，準備鋪裝。

將脫模劑均勻地噴涂在模具內部表面，采用手工鋪裝方式，將計量好的施膠刨花與松子殼碎料混合物均勻鋪裝于幅面為400mm×400 mm的模具內，置于熱壓機上，準備模壓成型。

在熱壓機上設定熱壓壓力，利用厚度規(guī)控制板胚的目標厚度在50 mm。熱壓成型后，將復合板置于溫度為25℃、相對濕度為50%的恒溫恒濕箱中，盛放48 h后取出，按照試驗需要割據(jù)成所需要的試件尺寸備用。

1.2.2 試驗方案

本試驗選用正交試驗方法，研究楊木刨花與松子殼之間的比例（A）、施膠量（B）、熱壓溫度（C）和熱壓時間（D）對復合板內結合強度（IB）的影響。試件的裁制及測試方法，按照現(xiàn)行國家標準GB/T4879-2017《刨花板》的要求進行。試驗方案獨立重復實施2次。

2 結果與討論

按照正交試驗設計，對各因子進行試驗的結果見表1、表2和表3。

表1 正交試驗設計與結果

表2 內結合強度極差分析

表3 內結合強度方差分析

據(jù)表2所示，由于極差結果大小排序為RA＞RC＞RB＞RD，因此可以判斷因素A是影響試驗指標內結合強度的主要因素，然后依次是C、B、D因素。表3中方差分析結果顯示，刨花與松子殼的比例對內結合強度的影響最為顯著，熱壓溫度的影響呈較為顯著，而熱壓時間與施膠量對IB的影響最小。

2.1 楊木刨花與松子殼比例對復合板IB的影響

楊木刨花與松子殼比例對復合板內結合強度的影響（圖1）顯示，隨著墊腳中楊木刨花含量的增加，IB呈遞增趨勢。這是由于松子殼密度較大、質地硬、表面光滑，材料之間不易產生膠合點，在熱壓過程中難以形成化學鍵，使得墊腳的內部結構松散，松子殼之間的相互作用力較弱。楊木刨花利用其自身彈性形變好的特點，填充了由松子殼在熱壓過程中所存在的空間間隙，使得楊木刨花亦能與松子殼充分接觸，增大了復合板的密實程度，其內結合強度得以提高。當楊木刨花比例為50%時，復合板的內結合強度比較理想。

2.2 施膠量對復合板IB的影響

圖1 楊木刨花比例對內結合強度的影響

施膠量對復合板內結合強度的影響（圖2）表明，隨著施膠量的增大，復合板內部結構穩(wěn)定性增加，復合板的內結合強度也隨之增加，當施膠量為5%時，復合板的IB最大。膠粘劑用量適當?shù)脑黾?，單位面積中膠粘劑與楊木刨花以及松子殼之間的膠接點也隨之增多，結合面積增大，能夠形成更多的化學鍵，增強分子間的作用力，從而提高了復合板的內結合強度。

圖2 施膠量對內結合強度的影響

2.3 熱壓溫度對復合板IB的影響

熱壓溫度對復合板內結合強度的影響（圖3）表明，隨著溫度的升高IB呈現(xiàn)出先增大、后逐漸減小的趨勢，當溫度為190℃時IB最大。溫度的升高有利于復合板內部化學鍵的形成與穩(wěn)定，增加復合板的內結合強度。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，復合板表面，甚至內部的楊木刨花和松子殼會發(fā)生部分糊化，使得其糊化部分化學鍵合不穩(wěn)定，分散了材料內部之間的相互作用力，從而使得內結合強度降低。

圖3 熱壓溫度對內結合強度的影響

2.4 熱壓時間對復合板IB的影響

熱壓時間對復合板內結合強度的影響（圖4）顯示，隨著熱壓時間的延長，IB值升高。這是因為熱壓時間的延長，使異氰酸酯中的活性基團能夠與楊木刨花以及松子殼中的羥基、羰基等活性基團有更充分的時間接觸反應，復合板內部各成分之間的空間結構能夠更均勻、更密實分布，使復合板的內結合強度提高。由于熱壓時間是影響復合板IB的最不顯著因素，綜合考慮，確定復合板的熱壓時間為20 min。

圖4 熱壓時間對內結合強度的影響

3 結論

3.1 楊木刨花與松子殼的比例對復合板內結合強度的影響最為顯著，熱壓溫度的影響次之。主要表現(xiàn)為復合板的內結合強度隨著楊木刨花比例的增加而增大，隨著熱壓溫度的增加呈先增大后減小的趨勢。

3.2 當各因素做如下選?。簵钅九倩ㄅc松子殼比例50%、施膠量5%、熱壓溫度190℃、熱壓時間20 min時，所制得的松子殼楊木刨花復合板在生產效率與生產成本兼顧的條件下，可獲得良好的內結合強度。

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Effects of Process Parameters on Internal Bond Strength of the Pine Nut Shell/Poplarflakes Composite Board

ZHANGJing
（Heilongjiang Wood Science Research Institute,Harbin 150081）

Based on orthogonal design method,the paper used pine nut shell and Poplarflakes as raw materials for the internal bond strength of the composite board,and reached the effects of process parameters on internal bond strength.The optimal pine nut shell/Poplarflakes composite board could be obtained when proportion of the aspen shavings and pine nut shell is 50∶50,resin charge blended was 5%,hot-pressing temperature was 190℃,hot-pressing time was 20 min.

Pine nut shell;Poplarflakes;Composite board;Process parameters;Internal bond strength

TS653.3,S781.21

A

1001-9499（2017）06-0044-03

* 黑龍江省財政自擬課題（HCZ201302）

第1作者簡介：張晶（1983-），女，碩士，助理研究員。 主要研究方向：木材科學與加工。

2017-07-20

（責任編輯：潘啟英）