動(dòng)物蛋白改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響

張興華

(長(zhǎng)白山森工集團(tuán)和龍人造板有限公司，吉林 延邊 133500)

利用改性劑加入人造板中使其具有環(huán)保價(jià)值，是目前人造板研究和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要發(fā)展方向之一，而改性劑添加后對(duì)人造板性能是否產(chǎn)生嚴(yán)重影響，一直受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)的重視[1～4]。目前，在難燃中密度纖維板生產(chǎn)過(guò)程中，因改性劑的成分影響(大部分為化學(xué)改性劑)，導(dǎo)致成品板的力學(xué)性能下降或達(dá)不到綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(甲醛釋放量)是我國(guó)人造板行業(yè)存在的普遍問(wèn)題[5～8]。為此，作者以粉狀和膏狀動(dòng)物蛋白為改性劑，研究探討了不同添加量對(duì)中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響，旨在為中密度纖維板生產(chǎn)提供參考。

1 研究方法及原料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原理

圖1 三段式熱壓曲線(xiàn)

選取三段式熱壓曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1)，固定最高壓力、熱壓時(shí)間、熱壓溫度等熱壓參數(shù)不變壓出添加了不同改性劑及不同添加量的纖維板，進(jìn)行靜曲強(qiáng)度測(cè)定。目的是掌握動(dòng)物蛋白改性劑及其添加量對(duì)板坯性能的影響規(guī)律，獲得控制板材最佳性能的參數(shù)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際情況，確定熱壓壓力、熱壓時(shí)間、熱壓溫度、壓板閉合速度、纖維含水率等影響板材質(zhì)量的主要因素。具體參數(shù)為：熱壓壓力1.5～7.0 MPa，熱壓時(shí)間225 s，熱壓溫度160℃，壓板閉合速度4.83 mm·s-1，纖維含水率10%。詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

1.2.1單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以12 mm地板基材為試驗(yàn)對(duì)象，確定改性劑不同添加量(D1-5，W1-5)對(duì)板材力學(xué)性能的影響規(guī)律，在最佳綜合性能下確定最佳工藝參數(shù)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

圖1 試驗(yàn)用壓機(jī)

1.2.2對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確定動(dòng)物蛋白改性劑對(duì)板材的影響，每種處理選取5個(gè)試件，取其平均值與未加改性劑的板材性能進(jìn)行比較，以確定改性劑對(duì)板材的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)主要原料

木材纖維：硬雜木纖維，長(zhǎng)白山森工集團(tuán)和龍人造板有限公司生產(chǎn)。

膠黏劑：脲醛膠。

固化劑：氯化銨。

改性劑：動(dòng)物蛋白膠(膏狀、粉狀)。

阻燃劑：A系列阻燃劑。

1.4 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

試驗(yàn)中使用的儀器與設(shè)備見(jiàn)表2。

試驗(yàn)中使用的壓機(jī)見(jiàn)圖1。

1.5 試驗(yàn)步驟

①?gòu)拈L(zhǎng)白山森工集團(tuán)和龍人造板有限公司生產(chǎn)線(xiàn)上取出硬木混合纖維。

②計(jì)算所需纖維的質(zhì)量m(g)，公式：

m=ρ×d×A(1-φ1)(1-φ2)

式中：ρ——板材的目標(biāo)密度(g·mm-3)；

d——板材的目標(biāo)厚度(mm)；

A——模具面積(mm2)；

1-φ1——成板的含水率；

1-φ2——纖維的初含水率。

③根據(jù)試驗(yàn)要求，將纖維調(diào)濕至規(guī)定的含水率。計(jì)算壓制一張板的纖維施水量m水(g)，公式：

m水=m/φ2×(φ-φ2)

式中：m水——纖維的質(zhì)量(g)；

φ——相應(yīng)調(diào)制的含水率。

④進(jìn)行纖維施膠，施膠量為150 kg·m-3。

⑤將纖維放入400 mm×400 mm的成型框中鋪裝成板坯。

⑥把板坯置于熱壓機(jī)上按選定的熱壓參數(shù)進(jìn)行熱壓。

⑦按國(guó)標(biāo)GB/T17657-1999制作試件，并在萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試其力學(xué)性能。

本試驗(yàn)的重點(diǎn)是壓制出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的難燃中密度纖維板，然后按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方法測(cè)量相關(guān)力學(xué)性能。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際情況，確定熱壓參數(shù)后，將動(dòng)物蛋白改性劑的添加量定為單一變量進(jìn)行試驗(yàn)，目的是確定改性劑添加量對(duì)中密度纖維板板材靜曲強(qiáng)度的影響規(guī)律。試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 主要儀器設(shè)備

表3 靜曲強(qiáng)度單因素試驗(yàn)表

3.1.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

①粉狀改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響

添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖2。

圖2粉狀改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響

從圖2中可以看出，添加了粉狀改性劑的板材試件(D1 ～D5)中，隨著改性劑添加量的增加，板材的靜曲強(qiáng)度表現(xiàn)為D1

②膏狀改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響

膏狀改性劑添加量對(duì)纖維板靜曲強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3。

圖3膏狀改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度的影響

從圖3中可以看出，添加了膏狀改性劑的板材試件(W1 - W5)中，隨著改性劑添加量的增加，板材的靜曲強(qiáng)度先下降再回升，不符合常理，其原因可能是自制施膠機(jī)導(dǎo)致的板坯膠黏劑分布不均勻造成的，但整體上呈下降趨勢(shì)。試件的靜曲強(qiáng)度表現(xiàn)為W3

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，試件的靜曲強(qiáng)度表現(xiàn)為 D4>W1>D5>W2>D3>W5>D2>W4>W3>D1，確定最優(yōu)方案為D4，其次為W1、D5和W2。

3.1.2對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 每個(gè)處理選取5個(gè)試件進(jìn)行測(cè)試，取其平均值，并與未添加改性劑板材的靜曲強(qiáng)度進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4改性劑添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度影響的對(duì)比結(jié)果

從圖4中可以看出，添加了動(dòng)物蛋白改性劑板材的靜曲強(qiáng)度都高于未添加改性劑板材(N)的靜曲強(qiáng)度，其中，添加了粉狀改性劑板材(D)的靜曲強(qiáng)度略高于添加了膏狀改性劑板材(W)的靜曲強(qiáng)度，表現(xiàn)為N

4 結(jié)論

動(dòng)物蛋白改性劑及其添加量對(duì)難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果表明：添加粉狀動(dòng)物蛋白改性劑，在一定范圍內(nèi)隨著添加量的增加，可以使難燃中密度纖維板的靜曲強(qiáng)度數(shù)值得到提高，最佳添加量為8%；添加膏狀動(dòng)物蛋白改性劑，最佳添加量為2%，隨著添加量的增加，會(huì)導(dǎo)致難燃中密度纖維板的靜曲強(qiáng)度降低。在提高難燃中密度纖維板靜曲強(qiáng)度性能上，粉狀動(dòng)物膠改性劑優(yōu)于膏狀動(dòng)物膠改性劑。

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