蘆葦—蔗渣刨花板的工藝研究

孫濤 陳安生 程若愚

摘要：? 本文以蘆葦和蔗渣為刨花單元、脲醛樹脂為膠粘劑制備了蘆葦—蔗渣刨花板。主要探討了熱壓時(shí)間、施膠量、板坯密度、蔗渣加入量等制板因素與板材的靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、吸水厚度膨脹率等物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：熱壓時(shí)間7 min，施膠量為12%，密度為0.8 g/cm3，蔗渣混合比為50%的工藝條件下制備的板材性能符合GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力學(xué)性能要求。

關(guān)鍵詞：? 蘆葦;? 蔗渣;? 刨花板

中圖分類號(hào)：? ?S 564 +. 2; TS 653. 5? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2020）06 - 0039 - 03

我國(guó)蘆葦資源豐富且分布廣泛，全國(guó)范圍內(nèi)有14個(gè)蘆葦主產(chǎn)區(qū)，蘆葦面積約50萬 hm2[ 1 ]，年產(chǎn)量約為250～300萬t，約占世界總產(chǎn)量的6%。1990年起，我國(guó)便開始了蘆葦人造板的研發(fā)工作，現(xiàn)已有數(shù)條蘆葦碎料板生產(chǎn)線在黑龍江、新疆等地。早在1980年我國(guó)已對(duì)蔗渣人造板進(jìn)行了開發(fā)利用，現(xiàn)蔗渣碎料板廠分布于廣東、廣西、福建、云南、湖南、湖北、四川等省，年總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力逾20萬m3[ 2 ]。已有研究表明，蘆葦可作為木材的替代材料用于緩解人造板工業(yè)發(fā)展所需大量木材的壓力。但蘆葦?shù)男阅芘c木材存在一定差異，其表皮覆有一層硅質(zhì)化和樹脂化程度較高的組織，常規(guī)的脲醛、酚醛樹脂膠對(duì)該層滲透力較差，較難形成有效的膠合[ 3 ]，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量;而蔗渣形態(tài)較好、含糖量高且自膠合能力強(qiáng)，將其與蘆葦結(jié)合，以改善板材力學(xué)性能為目的，探討蘆葦一蔗渣刨花板的制板工藝。

1 材料與方法

1. 1 材 料

（1）蘆葦，取自廣州從化。將蘆葦桿劈成200～

300 mm小段置于干燥爐中烘干，溫度為55 ℃，含水率調(diào)整至 12%～15%，然后用環(huán)式刨片機(jī)刨碎備用;蔗渣，取自廣州從化。蘆葦、蔗渣碎料篩分值見表1。

（2）脲醛樹脂膠：取自廣東佛山，乳白色黏稠狀，粘度188 mPa/s，pH 8，固體含量60%。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)備

四柱油壓機(jī)，萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，環(huán)式刨片機(jī)，外徑（μm）千分尺等。

1. 3 試驗(yàn)方法

設(shè)置板幅面為210 mm×210 mm×12 mm（實(shí)驗(yàn)室自制的成型框規(guī)格為210 mm×210 mm），采用厚度規(guī)格12 mm控制板的厚度進(jìn)行制板，熱壓壓力為3～5 MPa，采用單因素試驗(yàn)方法探討熱壓時(shí)間、施膠量、板坯密度、蔗渣的加入量等因素對(duì)板材的物理力學(xué)性能及熱學(xué)性能的影響。按照制板工藝參數(shù)共壓制蘆葦—蔗渣刨花板4批16塊（表2）。

壓制好的蘆葦—蔗渣刨花板經(jīng)調(diào)溫調(diào)濕處理后，參照GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）物理力學(xué)性能要求。檢測(cè)靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、吸水厚度膨脹率。

1. 4 性能檢測(cè)

采用微機(jī)控制電子式木材萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試件的靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，每塊蘆葦—蔗渣刨花板測(cè)3次，進(jìn)行密度回歸后，取平均值作為最后的測(cè)試結(jié)果。再測(cè)定吸水率，取3個(gè)試樣測(cè)試結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

依據(jù)公式計(jì)算試件的吸水厚度膨脹率

式中，D為吸水厚度膨脹率（%）;h1為試件吸水前厚度（mm）;h2為試件吸水后厚度（mm）

2 結(jié)果與分析

2. 1 熱壓時(shí)間對(duì)蘆葦—蔗渣刨花板物理力學(xué)性能的影響

由圖1可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，板的靜曲強(qiáng)度，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢(shì)。當(dāng)時(shí)間從6 min延長(zhǎng)至9 min時(shí)，靜曲強(qiáng)度從15.98 MPa上升至19.02 MPa，增大了20%;內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度從0.35 MPa增至0.44 MPa，增大了26%;吸水厚度膨脹率從5.2%降至4.0%，下降幅度為23%。在試驗(yàn)研究范圍內(nèi)，各條件下的板材均能達(dá)到GB/T4897-2015刨花板標(biāo)準(zhǔn)中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力學(xué)性能要求，且從8min以后，各項(xiàng)指標(biāo)增加緩慢。所以選擇8min為最優(yōu)時(shí)間。

2. 2 施膠量對(duì)蘆葦—蔗渣刨花板物理力學(xué)性能的影響

由圖2可以看出，隨著施膠量的增大，板的靜曲強(qiáng)度，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢(shì)。施膠量從10%增大到12%時(shí)，靜曲強(qiáng)度增大15%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大13%，吸水厚度膨脹率下降41%;當(dāng)施膠量從12%增至16%時(shí)，靜曲強(qiáng)度僅增大14.4%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大48%，吸水厚度膨脹率下降31%。根據(jù)增幅程度可以看出，隨著膠量的增大，板的靜曲強(qiáng)度增大程度不如另外2項(xiàng)指標(biāo)明顯。此外，當(dāng)施膠量增大至12%以后，板材各性能增長(zhǎng)緩慢，但當(dāng)施膠量為12%時(shí)，各項(xiàng)性能均達(dá)到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力學(xué)性能要求，所以選擇施膠量為12%作為最優(yōu)工藝條件。

2. 3 板的密度對(duì)蘆葦—蔗渣刨花板物理力學(xué)性能的影響

從圖3中可看出，隨著密度的增大，板的靜曲強(qiáng)度，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大，吸水厚度膨脹率減小。因?yàn)殡S著密度的增大，刨花板的壓縮比增大，刨花相互接觸面增大，從而膠合面積也隨之增大，使得碎料間空隙率低，壓縮更為緊密，最終使得碎料間結(jié)合強(qiáng)度增大，所以板材的宏觀靜曲強(qiáng)度隨著密度增大而增大。在一定范圍內(nèi)，提高板的密度，可獲得較好的板材靜曲強(qiáng)度。當(dāng)密度從0.8 g/cm3增至0.9 g/cm3時(shí)，靜曲強(qiáng)度幾乎不變，而內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度反而減小，吸水厚度膨脹率增大。這是因?yàn)楫?dāng)密度增大到一定程度后，熱壓時(shí)，高溫下產(chǎn)生的蒸汽因?yàn)榘迕軐?shí)程度高而封閉于板內(nèi)，最終使板子鼓泡，導(dǎo)致板的各項(xiàng)性能下降。說明板的密度為0.8 g/cm3較優(yōu)。

2. 4 蔗渣混合比對(duì)蘆葦—蔗渣刨花板物理力學(xué)性能的影響

從圖4可見，蔗渣混合比對(duì)板的物理力學(xué)性能影響較大，隨著蔗渣混入量增大，板的靜曲強(qiáng)度，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大，吸水厚度膨脹率減小。主要原因是隨著蔗渣混合比增大，則蘆葦?shù)幕旌媳葴p小，易于膠合的蔗渣將覆有硅質(zhì)化和樹脂化程度較高的蘆葦組織包裹，所以當(dāng)蔗渣混合比增大時(shí)，板材各項(xiàng)性能都有提高。當(dāng)蔗渣混合比從40%增大到50%時(shí)，板的靜曲強(qiáng)度增大了39%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大了13%，吸水厚度膨脹率下降了45%;當(dāng)混入比增至70%時(shí)，板的靜曲強(qiáng)度增大了167%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增大了68%，吸水厚度膨脹率下降了57%。因?yàn)楫?dāng)蔗渣混入比為50%時(shí)，板的各項(xiàng)性能均達(dá)到了GB/T 4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）物理力學(xué)性能要求，同時(shí)為了增大蘆葦?shù)睦昧?，取蔗渣混合比?0%。

3 總 結(jié)

隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，施膠量、板的密度、蔗渣混合比增大，板的靜曲強(qiáng)度，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢(shì)。其中蔗渣混合比以及板的密度對(duì)蘆葦—蔗渣刨花板的物理力學(xué)性能影響較大，而熱壓時(shí)間和施膠量對(duì)板的物理力學(xué)性能影響相對(duì)較小。依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：熱壓時(shí)間7 min，施膠量為12%，密度為0.8 g/cm3，蔗渣混合比為50%工藝條件下壓制的蘆葦—蔗渣刨花板性能較優(yōu)，達(dá)到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態(tài)下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力學(xué)性能要求。

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第1作者簡(jiǎn)介：? 孫濤（1986-），? 男，? 助教，? 主要從事建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)教學(xué)工作。

收稿日期： 2020 - 09 -? 20

（責(zé)任編輯：? ?張亞楠）