杉木木束条/碎料复合板制造工艺研究*

杜春贵　周中玺　余辉龙　张齐生　鲍滨福　刘志坤（浙江农林大学，临安　311300）

杉木木束条/碎料复合板制造工艺研究*

杜春贵**周中玺余辉龙张齐生鲍滨福刘志坤
（浙江农林大学，临安311300）

利用杉木制材板皮梳解加工制得的杉木木束条与碎料复合，制备木束条/碎料复合板。结果表明：木束条与碎料的较佳复合方式为复合板表层采用木束条、芯层采用碎料；当表层木束条的用量为30%～40%（芯层碎料用量60%～70%）时，复合板具有较好的物理力学性能。

杉木；木束条；碎料；复合板；制造工艺；性能

杉木人工林在主伐之前一般都需经过几次间伐，年采伐量约占其木材生产量的72%［1-2］，因而杉木间伐小径材的产量巨大。杉木间伐小径材除用作细木工板芯板和集成材工业化生产外，尚未找到工业化利用的其它途径。在细木工板芯板和集成材的制造中，杉木通常需要经过多次锯、刨等工序，产生大量的杉木制材板皮；在杉木的制材加工中，由于杉木存在尖削度、径级差异，也会产生一些杉木碎料［3-7］。本研究采用梳解加工法，将杉木木束条与碎料复合，进行了木束条/碎料复合板制备工艺的研究，研制杉木积成材，并进行了从实验室到工业化生产的系列试验研究，为进一步高效利用杉木资源奠定了基础。

1　材料与方法

1.1材料

杉木制材板皮：取自浙江省临安市某木材加工厂，为杉木间伐小径材制材加工的剩余物；其横断面呈圆弧形，含水率约15%，长1 000mm，厚10～25mm，宽40～55mm。

胶粘剂：脲醛树脂胶，固含量52%，粘度0.165 Pa.s（20℃）。

固化剂：NH4Cl。

防水剂：熔融石蜡。

1.2试验方法

1.2.1木束条与碎料的制备

在自制的实验室用小型梳解机上，采用梳齿顺纹切削、粗梳辊转速120 r/min、细梳辊转速360 r/min的梳解加工工艺，对杉木制材板皮进行梳解加工，制备杉木木束条，用筛网进行筛选，并将其截成160mm。对杉木碎料进行筛选，去除粉尘。将杉木木束条、碎料在干燥箱中干燥到含水率为6%～9%，备用。

在德国水兵俱乐部旧址2015年的修复工程中，对于裂纹及轻度磨损、崩边但尚可使用的地砖并没有进行修补或替换；而针对约2.5 m2的缺失和破裂严重的地砖，通过采样由厂家重新烧制，采用同规格、近似质地的地砖替换.经过修补地砖区域视觉上与历史性地砖相协调，细察可见表面色彩与光泽度差异，一定程度上实现新旧材料的可识别(图8).

1.2.2杉木木束条/碎料复合板的压制

在脲醛树脂胶中，施加其固体质量1.0%的NH4Cl、绝干木束条和碎料重量1.0%的熔融石蜡，调匀后，在滚筒式拌胶机中将胶粘剂施加于干燥后的木束条、碎料上（木束条、碎料分别施胶，施胶量为9%）。首先，分别按表层碎料40%、芯层木束条60%，表层木束条40%、芯层碎料60%的比例压制复合板，分析板坯结构对板材物理力学性能的影响；确定较佳的板坯结构后，再研究表、芯层碎料和木束条配比对复合板性能的影响，最后确定较佳的复合工艺。复合板在恒定的热压工艺下压制，每工艺条件重复压板3次，结果取平均值。

1.2.3复合板性能的测试

由于杉木木束条/碎料复合板是一种全新的木质人造板，目前在国内外还没有能够完全适用的标准，故根据复合板的特点，参照《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》（GB/T17657-2013）和定向刨花板（LY/T1580－2010）标准，检测复合板的密度、含水率（WC）、静曲强度（MOR）、弹性模量（MOE）、内结合强度（IB）和24 h吸水厚度膨胀率（24hTS）等物理力学性能指标。

2　结果与分析

2.1木束条与碎料复合方式对复合板性能的影响

根据试验安排，分别按碎料铺装在板材表层、木束条铺装在芯层和木束条铺装板材表层、碎料铺装在芯层2种复合方式制造木束条/碎料复合板，当表层分别用碎料和木束条时，其用量均为复合板木质原料总量的40%。

图1　复合方式对板材密度的影响

图2　复合方式对板材含水率的影响

从图1、图2可知，表层用碎料复合板的密度是表层用木束条复合板密度的101.8%，而前者的含水率则是后者的98.9%，故木束条与碎料的复合方式对复合板的密度、含水率影响很小。

图3　复合方式对板材24hTS的影响

从图3可得知，表层采用碎料铺装制造的复合板，其24hTS约是表层采用相同比例木束条铺装制造复合板的119.1%，因而复合方式对板材的24hTS有较大的影响。究其原因，可能是因为在板坯铺装时，木束条顺纹铺装于模具中，其木纹方向与复合板长度方向一致、厚度方向与复合板厚度方向相一致；而碎料呈颗粒状、片状、短条状等多种形态，铺装后木纹方向有的与复合板长度方向一致，有的与复合板厚度方向一致。当复合板表层为碎料时，板中木束条的用量是表层为木束条时的1.5倍左右，由于木材横纹方向的湿胀率远大于顺纹方向，从而导致表层采用碎料的复合板的24hTS大于表层采用木束条的复合板。然而，复合板的TS越大，越不利于板材的使用，故表层采用木束条、芯层采用碎料的结构较优。

由图4可知，表层采用碎料的复合板，其IB是表层采用相同比例木束条复合板的75%，可见复合方式对板材的内结合强度影响显著。这可能是因为：表层采用碎料时，复合板中木束条的用量是碎料的150%；而表层采用木束条时，复合板中木束条用量是碎料的67%。木束条的比表面积比碎料小，因此单位面积上的施胶量就小，致使表层采用碎料制造复合板的IB远小于表层采用相同比例木束条制造的复合板。

图4　复合方式对板材IB的影响

图5　复合方式对板材MOR的影响

图6　复合方式对板材MOE的影响

从图5和图6可知，表层采用碎料铺装制造复合板的MOR和MOE，分别是表层采用相同比例木束条铺装制造复合板的67.6%和79.3%，可见，复合方式对板材的MOR和MOE的影响显著。这是因为材料的MOR和MOE主要由表层材料的性能所决定，而木束条的静曲强度和弹性模量远大于碎料，这就使得表层采用木束条铺装制造复合板的MOR和MOE更大。

综合前述分析可以得出，表层采用木束条、芯层采用碎料的结构优于表层采用碎料、芯层采用木束条的结构。

2.2木束条与碎料用量比对复合板性能的影响

根据2.1的试验结果，选择以木束条为表层、碎料为芯层的复合方式制造复合板，探讨木束条与碎料所占比例对复合板密度、WC、24hTS、IB、MOR和MOE等物理力学性能的影响，由此确定木束条和碎料的较佳配比。

图7　木束条用量对复合板密度的影响

图8　 木束条用量对复合板WC的影响

由图7、图8可知，随着木束条用量的增加，复合板的密度逐渐降低，而WC却逐渐升高。木束条用量为20%（碎料用量为80%）复合板的密度，分别是木束条用量为30%（碎料用量为70%）和40%（碎料用量为60%）复合板的101.8%和103.6%；而木束条用量为20%复合板的含水率，则分别是木束条用量30%和40%复合板的98.9%和97.7%。可见，木束条与碎料的配比对复合板的密度和含水率影响很小。

图9　木束条用量对复合板24hTS的影响

图10　木束条用量对复合板IB的影响

从图9可知，随着木束条用量的增加，复合板的24hTS逐渐升高。木束条用量为40%复合板的24hTS，分别是木束条用量30%和20%复合板的104.3%和106.8%，但三者相差不大，故木束条与碎料的配比对复合板的24hTS影响较小。由图10可知，随着木束条用量的增加，复合板的IB逐渐降低，木束条用量为20%复合板的IB，分别是木束条用量30%和40%复合板的105.9%和128.6%，说明木束条与碎料的配比对IB有较大影响。

图11　 木束条用量对复合板MOR的影响

图12　 木束条用量对复合板MOE的影响

从图11和图12可知，随着木束条用量的增加，复合板的MOR和MOE均逐渐增加。木束条用量为20%复合板的MOR，分别是木束条用量30% 和40%复合板的85.2%和76.2%；木束条用量为20%复合板的MOE，分别是木束条用量30%和40%复合板的90.9%和82.4%，说明木束条与碎料的配比对MOR和MOE都有较大影响。

综上所述，木束条与碎料的用量（配比）对复合板的密度、WC、24hTS、IB、MOR和MOE等性能都有不同程度的影响。综合考虑各方面因素，确定当表层木束条用量在30%～40%之间，即木束条与碎料的配比在3∶7到4∶6范围内时，复合板具有较好的物理力学性能。

3　结论

3.1木束条和碎料无论作为复合板的表层还是芯层，对复合板的物理力学性能均有不同程度的影响。木束条和碎料的复合方式对复合板的密度和含水率的影响很小，对复合板的24hTS影响较大，对复合板的IB、MOR和MOE的影响显著；表层采用木束条、芯层采用碎料的结构优于表层采用碎料、芯层采用木束条的结构。

3.2木束条与碎料的用量（配比）对复合板的密度、含水率和24hTS的影响较小，对复合板的IB、MOR和MOE影响较大；表层木束条的用量在30%～40%之间时，复合板具有较好的物理力学性能。

［1］方晰.杉木人工林生态系统碳贮量与碳平衡的研究［D］.长沙：中南林学院，2004.1-108.

［2］周腾飞，黄彬，承湘.杉木间伐材在杉木家具材料中的应用研究［J］.中国包装工业，2015（3）：11-113.

［3］杜春贵，刘志坤，张齐生.杉木间伐材及制材板皮加工研究现状与高效加工的新途径［J］.林产工业，2008，35（3）：5-7.

［4］杜春贵，刘志坤，张齐生.杉木制材板皮辊压制备梳解加工坯料的研究［J］.浙江林学院学报，2008，25（2）：267-27.

［5］杜春贵，刘志坤，张齐生.杉木积成材制造工艺研究［J］.林业科技，2009，34（4）：48-50，81.

［6］杜春贵，张齐生，刘志坤.杉木积成材的热压传热特性［J］.东北林业大学学报，2009，37（2）：25-27.

［7］杜春贵，陈思果，刘志坤，等.杉木积成材的剖面密度分布特征及其CT辅助分析［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2010，34（6）：95-99.

第1作者及通讯作者简介：杜春贵（1967-），男，博士，教授，主要从事竹木材加工与人造板工艺、生物质复合材料等方面的教学与研究。

（责任编辑：潘启英）

Themanufacture Technology ofcomposite Panel withchinese Fir Wood Sticks/particles

DU Chungui
（Zhejiang A&F University，ZhejiangLin′an311300）

In order to improve the utilization rate ofchinese fir，the woodsticks/particlescomposite panel was prepared bycompounding the woodsticks and particles ofchinese firsawmillslabscombing processed. Resultsshowed that：the bettercompositemethod of woodsticks and particles was that thesurface layer ofcomposite panel adopted woodsticks and itscore layer using particles；when the amounts of thesurface layersticks were 30%～40%（the amounts of thecore layer particles were 60%～70%），thecomposite panel had good physical andmechanical properties.

Chinese fir；Woodsticks；Particles；Composite panel；Manufacture technology；Properties

TS653.5

A

1001-9499（2016）05-0052-04

2016-05-21

* 国家林业公益性行业科研专项（201404503）