动物蛋白改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响

张兴华

(长白山森工集团和龙人造板有限公司，吉林 延边 133500)

利用改性剂加入人造板中使其具有环保价值，是目前人造板研究和新产品开发的重要发展方向之一，而改性剂添加后对人造板性能是否产生严重影响，一直受到国内外企业的重视[1～4]。目前，在难燃中密度纤维板生产过程中，因改性剂的成分影响(大部分为化学改性剂)，导致成品板的力学性能下降或达不到绿色环保标准(甲醛释放量)是我国人造板行业存在的普遍问题[5～8]。为此，作者以粉状和膏状动物蛋白为改性剂，研究探讨了不同添加量对中密度纤维板静曲强度的影响，旨在为中密度纤维板生产提供参考。

1 研究方法及原料与设备

1.1 试验原理

图1 三段式热压曲线

选取三段式热压曲线(见图1)，固定最高压力、热压时间、热压温度等热压参数不变压出添加了不同改性剂及不同添加量的纤维板，进行静曲强度测定。目的是掌握动物蛋白改性剂及其添加量对板坯性能的影响规律，获得控制板材最佳性能的参数。

1.2 试验设计

根据生产线实际情况，确定热压压力、热压时间、热压温度、压板闭合速度、纤维含水率等影响板材质量的主要因素。具体参数为：热压压力1.5～7.0 MPa，热压时间225 s，热压温度160℃，压板闭合速度4.83 mm·s-1，纤维含水率10%。详细的设计方案见表1。

1.2.1单因素试验设计

以12 mm地板基材为试验对象，确定改性剂不同添加量(D1-5，W1-5)对板材力学性能的影响规律，在最佳综合性能下确定最佳工艺参数。

表1 试验设计方案

图1 试验用压机

1.2.2对比实验设计

为了确定动物蛋白改性剂对板材的影响，每种处理选取5个试件，取其平均值与未加改性剂的板材性能进行比较，以确定改性剂对板材的影响。

1.3 实验主要原料

木材纤维：硬杂木纤维，长白山森工集团和龙人造板有限公司生产。

胶黏剂：脲醛胶。

固化剂：氯化铵。

改性剂：动物蛋白胶(膏状、粉状)。

阻燃剂：A系列阻燃剂。

1.4 试验仪器与设备

试验中使用的仪器与设备见表2。

试验中使用的压机见图1。

1.5 试验步骤

①从长白山森工集团和龙人造板有限公司生产线上取出硬木混合纤维。

②计算所需纤维的质量m(g)，公式：

m=ρ×d×A(1-φ1)(1-φ2)

式中：ρ——板材的目标密度(g·mm-3)；

d——板材的目标厚度(mm)；

A——模具面积(mm2)；

1-φ1——成板的含水率；

1-φ2——纤维的初含水率。

③根据试验要求，将纤维调湿至规定的含水率。计算压制一张板的纤维施水量m水(g)，公式：

m水=m/φ2×(φ-φ2)

式中：m水——纤维的质量(g)；

φ——相应调制的含水率。

④进行纤维施胶，施胶量为150 kg·m-3。

⑤将纤维放入400 mm×400 mm的成型框中铺装成板坯。

⑥把板坯置于热压机上按选定的热压参数进行热压。

⑦按国标GB/T17657-1999制作试件，并在万能力学试验机上测试其力学性能。

本试验的重点是压制出符合国家标准的难燃中密度纤维板，然后按照国家标准的方法测量相关力学性能。

3 试验数据处理与结果分析

根据企业生产线实际情况，确定热压参数后，将动物蛋白改性剂的添加量定为单一变量进行试验，目的是确定改性剂添加量对中密度纤维板板材静曲强度的影响规律。试验方案及试验结果见表3。

表2 主要仪器设备

表3 静曲强度单因素试验表

3.1.1单因素试验结果

①粉状改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响

添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响见图2。

图2粉状改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响

从图2中可以看出，添加了粉状改性剂的板材试件(D1 ～D5)中，随着改性剂添加量的增加，板材的静曲强度表现为D1

②膏状改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响

膏状改性剂添加量对纤维板静曲强度的影响见图3。

图3膏状改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度的影响

从图3中可以看出，添加了膏状改性剂的板材试件(W1 - W5)中，随着改性剂添加量的增加，板材的静曲强度先下降再回升，不符合常理，其原因可能是自制施胶机导致的板坯胶黏剂分布不均匀造成的，但整体上呈下降趋势。试件的静曲强度表现为W3

综合以上试验结果，试件的静曲强度表现为 D4>W1>D5>W2>D3>W5>D2>W4>W3>D1，确定最优方案为D4，其次为W1、D5和W2。

3.1.2对比试验结果 每个处理选取5个试件进行测试，取其平均值，并与未添加改性剂板材的静曲强度进行比较，结果见图4。

图4改性剂添加量对难燃中密度纤维板静曲强度影响的对比结果

从图4中可以看出，添加了动物蛋白改性剂板材的静曲强度都高于未添加改性剂板材(N)的静曲强度，其中，添加了粉状改性剂板材(D)的静曲强度略高于添加了膏状改性剂板材(W)的静曲强度，表现为N

4 结论

动物蛋白改性剂及其添加量对难燃中密度纤维板静曲强度影响的试验结果表明：添加粉状动物蛋白改性剂，在一定范围内随着添加量的增加，可以使难燃中密度纤维板的静曲强度数值得到提高，最佳添加量为8%；添加膏状动物蛋白改性剂，最佳添加量为2%，随着添加量的增加，会导致难燃中密度纤维板的静曲强度降低。在提高难燃中密度纤维板静曲强度性能上，粉状动物胶改性剂优于膏状动物胶改性剂。

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