制造工艺对松子壳杨木刨花复合板内结合强度的影响*

张 晶 王春霞 崔立东

制造工艺对松子壳杨木刨花复合板内结合强度的影响*

张 晶 王春霞 崔立东

（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）

采用正交设计方法，以松子壳和杨木刨花为主要原料制备复合板，并对其进行内结合强度的测试，以探讨制造工艺对复合板内结合强度的影响。研究结果表明，当杨木刨花与松子壳的原料比例为50∶50、施胶量为5%、热压温度为190℃、热压时间为20 min时，可获得内结合强度良好的松子壳杨木刨花复合板。

松子壳；杨木刨花；复合板；制造工艺；内结合强度

松子壳是松仁加工生产时的剩余物，在东北地区拥有广泛的资源，且价格低廉。本研究采用松子壳和杨木刨花为原料生产复合人造板，此复合板可锯割后作为木托盘的垫脚组件。内结合强度是反映垫脚内部杨木刨花与松子壳之间胶合质量好坏的关键因素。本文采用正交试验方法，对松子壳杨木刨花复合板进行内结合强度的分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

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目之间的松子壳碎料待用；杨木刨花，购于黑河，尺寸为4-目～20+目，含水率控制在7%～9%；胶粘剂采用了异氰酸酯，市售工业品，购于哈尔滨贺祥木业。

主要仪器设备包括：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，搅拌机仍需持续搅拌3～5 min，使得松子壳碎料与杨木刨花充分搅拌均匀后，倒出原料，准备铺装。

将脱模剂均匀地喷涂在模具内部表面，采用手工铺装方式，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400mm×400 mm的模具内，置于热压机上，准备模压成型。

在热压机上设定热压压力，利用厚度规控制板胚的目标厚度在50 mm。热压成型后，将复合板置于温度为25℃、相对湿度为50%的恒温恒湿箱中，盛放48 h后取出，按照试验需要割据成所需要的试件尺寸备用。

1.2.2 试验方案

本试验选用正交试验方法，研究杨木刨花与松子壳之间的比例（A）、施胶量（B）、热压温度（C）和热压时间（D）对复合板内结合强度（IB）的影响。试件的裁制及测试方法，按照现行国家标准GB/T4879-2017《刨花板》的要求进行。试验方案独立重复实施2次。

2 结果与讨论

按照正交试验设计，对各因子进行试验的结果见表1、表2和表3。

表1 正交试验设计与结果

表2 内结合强度极差分析

表3 内结合强度方差分析

据表2所示，由于极差结果大小排序为RA＞RC＞RB＞RD，因此可以判断因素A是影响试验指标内结合强度的主要因素，然后依次是C、B、D因素。表3中方差分析结果显示，刨花与松子壳的比例对内结合强度的影响最为显著，热压温度的影响呈较为显著，而热压时间与施胶量对IB的影响最小。

2.1 杨木刨花与松子壳比例对复合板IB的影响

杨木刨花与松子壳比例对复合板内结合强度的影响（图1）显示，随着垫脚中杨木刨花含量的增加，IB呈递增趋势。这是由于松子壳密度较大、质地硬、表面光滑，材料之间不易产生胶合点，在热压过程中难以形成化学键，使得垫脚的内部结构松散，松子壳之间的相互作用力较弱。杨木刨花利用其自身弹性形变好的特点，填充了由松子壳在热压过程中所存在的空间间隙，使得杨木刨花亦能与松子壳充分接触，增大了复合板的密实程度，其内结合强度得以提高。当杨木刨花比例为50%时，复合板的内结合强度比较理想。

2.2 施胶量对复合板IB的影响

图1 杨木刨花比例对内结合强度的影响

施胶量对复合板内结合强度的影响（图2）表明，随着施胶量的增大，复合板内部结构稳定性增加，复合板的内结合强度也随之增加，当施胶量为5%时，复合板的IB最大。胶粘剂用量适当的增加，单位面积中胶粘剂与杨木刨花以及松子壳之间的胶接点也随之增多，结合面积增大，能够形成更多的化学键，增强分子间的作用力，从而提高了复合板的内结合强度。

图2 施胶量对内结合强度的影响

2.3 热压温度对复合板IB的影响

热压温度对复合板内结合强度的影响（图3）表明，随着温度的升高IB呈现出先增大、后逐渐减小的趋势，当温度为190℃时IB最大。温度的升高有利于复合板内部化学键的形成与稳定，增加复合板的内结合强度。但是随着温度的继续升高，复合板表面，甚至内部的杨木刨花和松子壳会发生部分糊化，使得其糊化部分化学键合不稳定，分散了材料内部之间的相互作用力，从而使得内结合强度降低。

图3 热压温度对内结合强度的影响

2.4 热压时间对复合板IB的影响

热压时间对复合板内结合强度的影响（图4）显示，随着热压时间的延长，IB值升高。这是因为热压时间的延长，使异氰酸酯中的活性基团能够与杨木刨花以及松子壳中的羟基、羰基等活性基团有更充分的时间接触反应，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，使复合板的内结合强度提高。由于热压时间是影响复合板IB的最不显著因素，综合考虑，确定复合板的热压时间为20 min。

图4 热压时间对内结合强度的影响

3 结论

3.1 杨木刨花与松子壳的比例对复合板内结合强度的影响最为显著，热压温度的影响次之。主要表现为复合板的内结合强度随着杨木刨花比例的增加而增大，随着热压温度的增加呈先增大后减小的趋势。

3.2 当各因素做如下选取：杨木刨花与松子壳比例50%、施胶量5%、热压温度190℃、热压时间20 min时，所制得的松子壳杨木刨花复合板在生产效率与生产成本兼顾的条件下，可获得良好的内结合强度。

［1］ 于文吉,王天佑.我国非木材人造板的发展现状和存在问题［J］.人造板通讯,2004,11(12)∶5-7.

［2］ 赵艳，杨俊山，张海峰，等.秸秆刨花板性能分析［J］.吉林林业科技,2012,41(4)∶21-25.

［3］ 贾翀，张洋，王先方，等.不同优化工艺对稻草刨花板物理力学性能的影响［J］.西北林学院学报,2012,11(12)∶5-7.

［4］ 曾春雷，曹胜利，王春明.采用高频加热方式制造不同结构竹木复合板稳定性的测试［J］.林业科技，2017,42(1)∶47-48.

［5］ 孙建飞，肖胜苓，黄海兵，等.密度对稻壳-木质剩余物包装箱用复合板性能的影响［J］.安徽农业科学,2014,42(13)∶3 983-3 987.

［6］ 张长武，孙建飞，黄海兵，等.工艺参数对稻壳-木刨花复合板内结合强度的影响［J］.林产加工与利用,2015,29(1)∶64-68.

［7］ 赵林波，陆仁书，王逢瑚.异氰酸酯胶稻壳板物理力学性能影响因素分析［J］.东北林业大学学报,2001,29(1)∶79-81.

［8］ 赵淼，郑晓燕，王晓岩，等.冷弯薄壁型－意杨胶合板组合板抗弯性能研究［J］.森林工程，2015,31(5)∶124-129.

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

* 黑龙江省财政自拟课题（HCZ201302）

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

2017-07-20

（责任编辑：潘启英）