1 引言
人造板工业是高效利用木材或其它植物纤维资源、缓解木材供需矛盾的重要产业,是实现林业可持续发展战略的重要手段,也是世界林产工业的支柱产业。我国人造板工业近十几年来发展迅猛,年产量已位居世界第一位。2012年,累计生产人造板2.86亿 m3,同比增长19.7%。其中:刨花板1289万m3,同比增长7.2%;纤维板5554万m3,同比增长13.1%。人造板生产能力增长已远高于国民经济平均增长速度,长远看来,中国人造板工业必将实现由以木质原料为主向利用木质原料和木质废弃物与非木质原料并举、由仅扩大生产规模的单一发展模式向扩大规模与节能降耗并举的复合发展模式和从粗放型经营向集约型经济的三大转变,这将带
动人造板,尤其是刨纤类人造板工业化生产与设备的技术进步与飞速发展[1-3]。
另一方面,随着环保要求越来越成为市场竞争的主题,刨纤板游离甲醛释放量超标、板材静曲强度、抗拉强度等物理性能差,施胶量偏大、生产成本较高、原材料等浪费严重等问题,又严重制约了环保型刨花板、纤维板的生产能力发辉,成为我国刨纤类人造板生产线普遍存在的关键性生产技术难题。由于目前脲醛胶仍是刨纤类人造板生产的主要粘合剂,其胶性关系到产品的物理力学性能、质量、生产成本和绿色环保等方面,数控化的调胶、施胶精准控制越来越成为精准生产的要求,调施胶工艺与精准控制技术研究将越来越成为研究热点和时代主题[4-6]。
本文针对刨花板、纤维板生产的调施胶工艺环节,研究其施胶工艺特性及其过程精准控制模型,为实现调胶过程中胶液组剂的精确配比控制、施胶过程中刨花或纤维的准确动态恒比控制、多型复合原料调施胶柔性工艺优化控制等提供理论基础,以实现优质、高效、节约、环保。
2 刨纤类制板UF胶效影响因子分析
合成树脂胶粘剂是有机物通过加工合成的方法,形成高分子化合物后用作胶粘剂。优点在于,原料来源丰富、品种多,可根据不同需要选择原料的配比和适当的加工工艺,制成满足性能要求的胶粘剂。在人造板工业中,目前使用最广、用量最大的是尿醛树脂(UF)和酚醛树脂(PF),约占总用胶量的90%,二者中又以UF为主。
为使施胶后制备的刨纤板具有较高的胶合强度和耐水、耐久及耐老化性能;调制胶液在胶合过程中达到较快的固化速度,提高生产效率;调制的胶液有较好的操作性能,具有一定活期性(3-4小时),预先制成的合成树脂,在使用前,必须进行胶液的调制,调胶是指在树脂中,加入其他添加剂(如防水剂、固化剂、缓冲剂、填充剂等),并调制均匀的过程。施胶环节是将胶粘剂和其他添加剂施加到构成刨纤板的基本单元上,这是人造板生产的关键工序,对制品的质量和成本影响很大[7-9]。
尿醛树脂(Urea-Formaldehyde UF)是刨纤板加工的主要胶粘剂,从微观角度研究影响UF胶性的因素意义重大。胶粘剂的胶合性能是影响人造板产品性能水平的一个主要参数,而提高胶性是在定量施胶情况下达到目标板材性能的主要手段。在定量施胶情况下的内结合力(IB)的百分数(实际板材的IB/目标IB)常用于评估树脂的胶粘性能。
良好的胶合特性将导致板材机械性能提高。如何能以最少的胶量获得最好的胶合性能,这与许多调施胶工艺环节有关,如预备料、调胶、施胶、拌胶、铺装及压制等。研究表明,改善刨花或纤维表面树脂分布(覆盖率及均匀度)有利于提高树脂胶合性能。影响UF胶性的因素主要从四个方面考虑:树脂分布、树脂渗透、树脂预固化、树脂损失及其它因素。
2.1 树脂分布的影响
树脂分布对树脂胶效的影响非常重要。均衡的树脂分布是指连续一致的胶滴或平整的胶合面分布状态,这有益于提高树脂胶性。Lehmann (1970)提出减少胶滴尺寸能提高板材内结合力,理想的树脂分布能使板材达到最优性能。
2.2 树脂渗透
研究表明树脂的在刨纤的渗透性对结合力影响巨大,胶液渗入木材细胞多孔吸水网格使胶粘剂胶效大大提升,从而产生了强大的内结合力。树脂渗透性还可使胶液更有效地分布到细胞间层,使破损的木材细胞可通过胶粘及压力作用而修补。适量的树脂渗透对于提高胶粘特性是必要的,而过分渗透却会使胶液浪费,并导致胶层很薄,使粘合表面胶液不充足。因此,在胶合制板期间,在拌胶和热压之间适当的装配时间(从涂胶至粘合完成)控制胶液的渗透是必须的。
2.3 树脂预固
树脂在管道施胶与干燥工艺环节处于高温条件下,很容易发生缩聚反应而一定程度地预固化,从而导致在热压环节损失了胶粘性能,一部分胶粘剂因此失效。虽然通过改变施胶量可能克服预固化对胶效的影响,但需准确测量在管道施胶与干燥时预固化的程度,难度很大。
2.4 树脂损失
树脂胶效降低可部分地归结为在刨纤制板过程中的胶液损失。Loxton and Hague(1996)指出在MDF小试中约有施胶量的20%损失掉。Waters(1990)也指出板材的树脂含量比按纤维流量与施胶比计算出来的理论
值低,在干燥堆微料排放过程中会有少量胶液损失。
Maxwell指出在管道施胶(blow-line blending)及干燥系统中的树脂损失是不可测的,主要是由于在制板生产中对象不同采用的技术也不同,但是弄清楚树脂损失的多少以及损失的主要原因还是非常必要的。
1 2 3 4 5 下页