王永闽，陈建新，吴祖顺，阮国栋，罗健林，叶新强

(福建省永安林业(集团)股份有限公司，福建 永安 366000)

连续平压法生产低密度纤维板的工艺研究

王永闽，陈建新，吴祖顺，阮国栋，罗健林，叶新强

(福建省永安林业(集团)股份有限公司，福建 永安 366000)

在连续平压法生产线上进行制备低密度纤维板试验，分别探讨板材密度、二次加压区热压温度对板材主要力学性能的影响，并通过正交试验分析板材密度、二次加压区热压压力、施胶量、钢带运行速度4个因素对低密度纤维板主要性能的影响，结果表明：各因素对板的内结合强度与静曲强度影响大小顺序为：板材密度、二次加压区热压压力、施胶量、热压时间；其中，密度对板材性能的影响极显著。采用二次加压区热压压力0.4 MPa，施胶量16%，热压时间10.5 s·mm-1，二次加压区热压温度190 ℃的工艺组合采用连续平压法生产厚度18 mm的低密度纤维板，密度为563.56 kg·m-3、内结合强度为0.46 MPa、静曲强度为24.5 MPa、弹性模量为2356 MPa、吸水厚度膨胀率为10.8%，达到GB/T 11718—2009中干燥状态下使用的普通型中密度纤维板性能要求。

低密度纤维板；生产工艺；连续平压法

人造板工业的发展大大地缓解了我国木材供需矛盾，成为节约木材资源的重要途径，顺应了加快建立资源节约型社会的要求。但纤维板工业迅速发展、产能大幅度提高的同时，也出现了日益严重的木材资源紧缺问题。中密度纤维板生产主要消耗有木材、胶料及添加剂、能耗等，降低木材消耗对降低生产成本具有举足轻重的作用，因为木材成本占MDF总成本的第一位，占35%～40%。当前纤维板产品多以密度在650 kg·m-3以上的中、高密度纤维板为主，密度在450～650 kg·m-3范围的低密度纤维板却鲜有企业生产。早在20 a前，不少人造板专家就在探讨如何生产板面具有高密度层、板总体平均密度为400～600 kg·m-3(质量指标达到国家标准70型的要求)的产品；由于板的内结合强度与密度是呈线性相关关系[1]，高强度的低密度纤维板生产一直无法实现，低密度纤维板的生产就成为广大人造板研究工作者和生产者的一个梦想。成功研制出密度在400～600 kg·m-3的纤维板，不但降低木材、胶料等单位消耗，而且提高产量；同时，以这种的轻质板材做成家具更便于拆装、摆设移动，倍受用户的欢迎，可见，低密度纤维板具有很好的市场前景。但是，生产低密度纤维板(LDF)在板材密度低的条件下，不仅要解决内结合强度和握钉力难以达到标准要求，而且要解决板子组织比较松软、出现板面较厚的软层而导致砂光后板面仍然粗糙等关键技术。这些关键技术一旦突破，将赋予LDF的广阔腾飞空间[2]。

我国干法中密度纤维板制造从1985年引进发展至今已走过28个年头，无论是多层热压还是连续热压的生产，施胶量、热压工艺参数以及产品密度都影响着产品的物理力学性能[3]。从2008年进入连续平压法时代以来[4]，行业已进入微利时代，生产线都已采用高温、高压、高速的极限生产方法，可见，低密度纤维板热压工艺研究自然成为当前纤维板的研究重点。连续平压热压机的热压压力分区通常分为高压区、低压区、保压区(即二次加压区)3个区，头部的高压区保证板材的表面密度，中间的低压区主要负责板坯加热与排气，尾部的保压区主要负责板材的定厚和保证板材芯层质量[5]。在连续平压法生产中密度纤维板的热压工艺研究方面，在设定板的目标密度越低，二次加压区采用相对较小的压力获得中密度纤维板的性能更佳[6]。本研究采用中密度纤维板的生产线进行生产低密度纤维板试验，并对热压工艺进行研究，以获得连续平压法生产低密度纤维板的依据。

1 试验材料

1.1 主要试验材料

木纤维：由杂木片(由福建省三明市当地的软杂和硬杂组成混合木片)热磨而成；胶粘剂：三聚氰胺改性UF胶(固体含量50%，25 ℃时的粘度35 cP)；石蜡：58号全精炼石蜡。

1.2 主要试验设备

Dax 5000 断面密度仪GreCon；MWD-W10-10KN电子式人造板试验机(济南时代试金仪器有限公司生产)；CPS 295-33M/THDF连续平压法热压机(德国迪芬巴赫机械制造有限公司生产)。

2 试验方法

图1 连续平压热压机各框架单元压力分布

试验所用生产设备为永林集团的年生产能力达21万m3的连续平压法中高密度纤维板生产线，热压部分依次分为：高压区、低压区、保压区，共有23个框架，其中：高压区由13个框架，低压区由4个框架组成，二次加压区由6个框架组成。热压过程中，热压压力与温度分为5段控制，前4段的热压温度在240～250 ℃，第5段热压温度在170～240 ℃，采用高压—低压—保压的热压工艺，板坯在进入压机后，在高温的作用下，热压高压区最高压力控制在2.8～3.5 MPa，之后进入低压区传热段和二次加压区定厚段，低压区传热段压力控制在0.1～1.0 MPa，二次加压区定厚段压力控制在0.1～1.2 MPa，通常热压时间为8～14 s·mm-1。直到热压过程结束，压机的各框架单元压力分布见图1。通过单因素板材密度、热压温度进行分析，在此基础上综合考察热压时间、施胶量、板材密度、热压压力等因素进行正交试验，热压时间的设定通过调整钢带运行速度而实现，热压压力主要考察二次加压段的最高压力值。

2.1 单因素试验

2.1.1 板材密度试验 由于板材的表面密度主要是满足客户如上油漆技术指标等要求，在低密度纤维板生产时也同样要满足此要求，故在连续平压法生产低密度纤维板的工艺研究时就不用考虑高压区热压压力的设置变化，主要考虑二次加压区的热压参数设置问题。在现有生产18 mm MDF产品的生产工艺条件下，热磨工艺、纤维筛分值、石蜡施加量、施胶量等工艺参数均保持不变，其中：铺装纤维含水率约为12%、二次加压区热压温度190 ℃、热压时间、二次加压区热压最高压力为0.8 MPa、施胶量为14%。选择密度在500～640 kg·m-3范围内，产品密度差依次取20 kg·m-3进行试验。

2.1.2 热压温度试验 在板材密度单因素试验的基础上，通过改变二次加压区热压温度进行试验，在180～230 ℃范围内，温差依次取10 ℃进行试验。

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以板材密度、二次加压区热压最高压力、施胶量、热压时间为考察因素进行正交试验L9(34)见表1。

3 结果与分析

3.1 板材密度单因素试验结果与分析

表1 L9(34)正交试验设计

通过改变板材密度进行的单因素试验所得到产品的物理力学性能见表2。

表2 不同密度的LDF主要物理力学性能

*：18 mm厚的LDF，板材剖面密度测试中表层厚度为6 mm(上下2表层各占3 mm)、芯层厚度12 mm；比例为芯层密度占板材平均密度的百分比。

图2 板材内结合强度与静曲强度随密度的变化趋势

从表2、图2可以直观看出，在其他工艺参数不变的情况下，随着板密度的减小，板材的内结合强度、静曲强度、弹性模量均逐渐减小，特别是密度在560 kg·m-3以下时，内结合强度降低的幅度更大；从板材剖面密度分布情况看，密度梯度更大且整体松软现象严重。可见，纤维板的密度太低，可能导致其力学性能难以达到使用要求。

3.2 热压温度单因素试验结果与分析

在保持钢带运行速度、热压压力及其它工艺参数不变的条件下，通过改变二次加压区热压温度，进行生产不同密度的LDF，检测其内结合强度见表3。试验结果表明，在试验的热压温度范围内，对于同一种密度的LDF产品，二次加压区热压温度对产品的内结合强度的影响较小。此外，对于相同的热压温度条件下，不同密度的LDF产品其内结合强度差异很大。在满足纤维板生产芯层完全固化的条件下，板的内结合强度指标变化不大，并不会随着加热板温度的变化而有较大变化，只会随着板密度的减小而降低。现代的连续压机生产线都是采用高温高压高速工艺来实现的，热压板温度在满足胶粘剂固化温度并达到胶粘剂在固化温度所需的固化时间后，纤维板坯内的胶粘剂已完成固化并实现纤维之间良好的胶合。实现固化后多余的加热热能是一种浪费，在生产时应尽量达到最佳的热压工艺组合。

3.3 正交试验结果与分析

根据18 mm板生产线连续压机单因素试验结果表明，由于板材密度对产品的物理力学性能影响很大，将作为一个影响因素；通常影响人造板产品性能的主要因素中，热压3要素与施胶量是主要的影响因素，但进行热压温度的单因素实验，其影响效果不明显，因此，正交试验考察板材密度、热压时间、二次加压区热压压力、施胶量4个因素安排了L9(34)试验，正交试验结果具体及极差分析见表4。从表4极差分析的结果可见，在4个因素中，低密度纤维板的密度对产品的内在结合强度与静曲强度的影响最大，其后依次是二次加压区热压压力、施胶量、热压时间。对正交实验结果进行方差分析(表5)结果表明，板材密度对内结合强度与静曲强度的影响极显著，其次是二次加压区热压压力，再次是施胶量，最后是热压时间。可见极差分析结果与方差分析的结果是一致的。综合各因素对板材内结合强度与静曲强度的影响，其影响主次基本一致，只有热压时间的影响略有不同，但其影响不显著，所以考虑到实际生产的效率，选择热压时间10.5 s·mm-1，优化出进行生产低密度纤维板的因子水平组合为：二次加压区热压压力为0.4 MPa、施胶量为16%、热压时间10.5 s·mm-1。

表3 二次加压区不同热压温度下的LDF内结合强度

表4 正交试验结果与极差分析

*：K1、K2、K3、R为内结合强度极差；k1、k2、k3、r为静曲强度极差。

3.4 验证实验

为了达到降低纤维板密度的目的，综合单因素试验与正交实验结果，选定板材密度560 kg·m-3、二次加压区热压压力为0.4 MPa、施胶量为16%、二次加压区热压温度为190 ℃、热压时间10.5 s·mm-1因素组合，进行生产18 mm的低密度纤维板，板材主要性能如下：密度为563.56 kg·m-3、内结合强度为0.46 MPa、静曲强度为24.5 MPa、弹性模量为2356 MPa、吸水厚度膨胀率为10.8%，该产品达到GB/T 11718—2009中干燥状态下使用的普通型中密度纤维板性能要求[8]。18 mm低密度纤维板断面密度分布情况见图3，芯层密度达到板材平均密度的85%。

表5 正交试验结果方差分析表

*：F0.1(2，2)= 9.00；F0.01(2，2)=99.0。

图3 18 mm低密度纤维板断面密度分布图

4 结论与讨论

4.1 结论

在主要工艺条件相同的前提下，低密度纤维板随着密度的减少，其内结合强度、静曲强度等主要物理力学性能降低。在一定的热压时间范围内，能够满足低密度纤维板坯芯层胶粘剂所需的固化温度，热压温度对低密度纤维板性能的影响不大。正交试验结果表明板材密度、二次加压区热压压力、施胶量、钢带运行速度4个因素，对低密度纤维板性能的影响大小顺序为：板材密度、二次加压区热压压力、施胶量、热压时间，其中板材密度对板材性能的影响极显著。同时，进行生产低密度纤维板的最佳因子组合为：二次加压区热压压力为0.4MPa、施胶量为16%、热压时间10.5s·mm-1、热压温度为190℃。以该因素组合进行生产厚18mm、密度为560kg·m-3的低密度纤维板性能达到GB/T11718—2009中密度纤维板中干燥状态下使用的普通型中密度纤维板主要物理力学性能要求，可见连续平压法生产低密度纤维板是可行的。

4.2 讨论

连续平压热压机理不同于传统热压工艺理论，是一个精确控制的工艺过程，以一个时点板坯厚度主导的热压工艺修正压力主导的热压工艺，压力曲线被分解为多个区段(相对应每一个压机框架)，通过用LVDT等传感器厚度控制装置对压机上下各框架间距调整位移，毛板坯在钢带的输送下进入连续平压热压机，可灵活地控制加压速度、框架压力、热压温度、热压时间(调整钢带运行速度)，合理组织热压工艺、提高生产效率，形成目标剖面密度和板材的目标性能。以生产密度为560 kg·m-3的低密度纤维板为例，每立方米板重量减轻160 kg，降低木材消耗20%达到230 kg，同时节约大量的能源，对我国林业的生态可持续发展具有现实和历史意义。本研究中未对产品甲醛释放量进行研究，将在后阶段进行深入研究，以期低密度纤维板沿着低碳经济发展之路越走越远。

[1]朴栽允，康文江，王军，等.湿法中密度纤维板生产工艺的探讨[C]∥中国林学会人造板生产与应用技术研讨会论文集，烟台，1992：79-84.

[2]陈铭奎.中密度纤维板生产工艺之探讨[C]∥中国林学会人造板生产与应用技术研讨会论文集，烟台，1992：11-13.

[3]徐咏兰.中密度纤维板制造[M].北京：中国林业出版社，1995：124.

[4]俞敏.我国中密度纤维板设备制造行业的发展格局[J].林业机械与木工设备，2011，39(12)：4-9.

[5]陈德旺.连续平压法生产MDF的热压工艺[J].林产工业，2005，3(4)：32-38.

[6]胡伟，乔宗明，王宝金，等.纤维板连续平压机热压工艺的研究[J].南京林业大学学报，2011，3(6)：151-154.

[7]韩少杰.中密度纤维板生产工艺纵横谈(续)[J].中国人造板，2007，14(8)：19-20.

[8]王旭，张和据，江福昌，等.GB/T 11718—2009，中密度纤维板[S].北京：中国标准出版社，2009.

Study on Manufacturing Processing of Low Density of Fibreboard by Continuous Hot-Press Method

WANG Yong-min, CHEN Jian-xin, WU Zu-shun, RUAN Guo-dong, LUO Jian-lin, YE Xin-qiang

(FujianProvincialYonganForestry(Group)CO.,LTD.,Yongan366000,Fujian,China)

The low density of fibreboard(LDF) was prepared through continuous hot-press method, and the effects of density and hot-pressing temperature of second pressurized area on main performances of LDF was discussed. Meanwhile, the effects of 4 factors of density, hot-pressing pressure of second pressurized area, glue consumption, steel belt running speed on main performances of LDF was analyzed by orthogonal design. The results showed that the sequencing of 4 factors affecting IB and MOR of LDF was density, hot-pressing pressure of second pressurized area, glue consumption, hot-pressing time, and there was significant effect of density on main performances of LDF. It was feasible that LDF with the density of 563.56 kg·m-3was manufactured under the technological conditions as follows: hot-pressing pressure of two pressurized area of 0.4 MPa, glue consumption of 16%, hot-pressing time of 10.5 s·mm-1, hot-pressing temperature of 190 ℃ at second pressurized area, Art combination used the continuous pressing method to produced 18 mm thick low density of fiberboard with the density of 563.56 kg·m-3, internal bond strength of 0.46 MPa, static music intensity was 24.5 MPa, modulus of elasticity was 2356 MPa, bibulous ply expands rate was 10.8%, which reached the ordinary medium density of fiberboard performance requirements in dry condition in GB/T 11718-11718.

low density fiberboard；manufacturing processing；continuous press method

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.01.003

2013-08-30；

2013-10-02

科技部国际科技合作与交流专项计划项目资助(2011DFA33030)

王永闽(1963—)，男，福建永泰人，福建省永安林业(集团)股份有限公司高级工程师，硕士，从事人造板生产技术研究。E-mail：yonganwangyongmin@163.com。

TS653.6

A

1002-7351(2014)01-0009-05