以杉木树皮为填充剂的PF胶制造胶合板的工艺研究＊

张是勋

（尤溪鸿圣林业有限公司，福建尤溪365100）

以杉木树皮为填充剂的PF胶制造胶合板的工艺研究＊

张是勋

（尤溪鸿圣林业有限公司，福建尤溪365100）

利用杉木树皮替代面粉作为酚醛树脂的填充剂生产胶合板，通过正交试验明确了热压工艺参数，研究了杉木树皮用量对胶合板的胶合强度影响，并获取最优工艺。研究结果表明：当杉木树皮用量为9%，热压压力1.2MPa，热压温度为140℃，热压时间为1.2 min/mm时，得到最优胶合板胶合强度为1.12MPa。

胶合板；胶合强度；热压工艺；杉木树皮用量

根据国家林业局统计，2013年我国胶合板产量达到1.3725亿m3，其中胶合板的胶黏剂用量按55kg/m3计算，胶黏剂使用量约为750万t。由于大多数酚醛树脂胶和脲醛树脂胶都因初粘性差、易透胶、固化速度较慢等原因，需要加入6-10%面粉、豆粉等填充剂进行调胶，因而需要一定量的面粉、豆粉等填充剂，给全球粮食供需增加压力，而树皮因结构多样和化学组分复杂，在全球范围树皮至今未被充分利用，特别是针叶树树皮的多酚类含量高,尤其杉木树皮资源约占杉木生物量的11.5%。杉木树皮含有木质素为43.57%、综纤维素为43.53%、苯醇抽提物为木材的3倍多且达到14.13%、1%NaOH抽出物含量远远高于木材且达至55%，含有较多的树脂酸、多酚类物质和低相对分子质量的糖类和木质素等碱溶性物质[1]。

由于杉木树皮中存在木质素、酚酸等多酚类物质可以经过碱降解作为酚醛树脂的原料[2]。因此，应加大树皮利用研发力度，并通过其他途径全方位多角度改善胶合板产品质量。福建省是杉木的产销大省，每年消耗了大量的杉木，而产生的树皮全被丢弃或焚烧，没有得到利用。若能够利用杉木树皮替代面粉、豆粉等作为胶料填充剂，不仅能节约粮食，同时也能减少环境污染。

改善胶合板质量的方法众多，通过不同单板的使用及处理[3-4]，胶黏剂与施胶工艺的改进，热压工艺的改善等[5-9]途径，最终提高胶合板的整体性能，其中胶合强度是评价胶合板质量的重要指标。而本文旨在研究利用杉木树皮替代面粉作为酚醛树脂的填充剂，采用正交试验，通过比较热压工艺及杉木树皮用量对胶合板的胶合强度影响，并获取最优工艺，以达到改善胶合板的性能。

1 试验材料与仪器设备

1.1 试验材料

松木单板（平均含水率9.3%，厚度2.0mm）、杉木树皮（80-100目）、酚醛树脂（pH值为10.8，固含量为48%，粘度为350 mPa·s）。

1.2 仪器设备

BY302×2/15微机控制试验压机：苏州新协力机械制造有限公司；60W JJ-1精密增力电动搅拌器：常州市华普达教学仪器有限公司；MWD-10B木材万能试验机：济南金力试验仪器有限公司；DHG-9623A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；MJ104A手动进料木工圆锯机：上海木工机械厂。

2 试验方法

2.1 制备工艺

首先将松木树皮烘干、粉碎，过筛备用→将一定量的树皮粉末和酚醛树脂均匀混合→单板涂胶→组坯→陈化→预压→热压→冷却→裁边→砂光→成品（检测）。

本试验压制九层结构松木胶合板，研究采用的固定工艺：单板双面涂胶量280 g/m2，陈化30min，预压压力1.0 MPa。对杉木树皮用量以及热压工艺参数进行L9（34）正交方案进行试验。

2.2 正交试验设计

在试验研究过程中，通过相关文献的查阅的工艺技术条件，采用L9（34）正交试验进行胶合板的制备。主要考察以下因素：热压压力、热压时间、热压温度及杉木树皮用量（占酚醛树脂胶的百分比），具体因素水平如表1所示。

表1 因素水平

3 结果与分析

按表1的因素水平进行正交试验L9（34）安排，各试验序号进行3次重复，样品的胶合强度检测参照国标GB/T 9846-2004胶合板要求的方法进行[10]，结果取平均值如表2所示。各因子对胶合板胶合强度的直观分析如图1所示，试验结果的极差分析如表3所示。由于本试验采用的L9（34）正交设计无空列，四列均排满因子，进行方差分析将离差平方和最小的因子作为误差项进行分析[11]，方差分析如表4所示。

表2 正交试验结果

表3 正交试验结果的极差分析

表4 正交试验结果方差分析

3.1 杉木树皮用量对胶合板胶合强度的影响

由直观分析图1中可知，胶合板的胶合强度随着杉木树皮粉末用量的增大而提高，结合表3-4可知，杉木树皮粉末用量对胶合板胶合强度影响显著。由于杉木树皮中含有大量的单宁、木质素等多酚物质，在碱性条件下降解，具有酚羟基、羟基、甲氧基、羰基等多种活性基团。由于胶合板生产用的PF胶通常为碱性，本试验所用PF胶的pH值为10.8，为杉木树皮的化学组分的碱性降解创造良好的条件。在胶合板热压固化过程中，杉木树皮粉经降解增加了活性基团，有效促进酚醛树脂的固化反应，提高胶合强度。但随着树皮用量的逐步加大，胶黏剂的粘度变大，单板涂胶就越不易，当树皮用量超过9%后，涂胶就不易操作。由此可知，试验中最优的杉木树皮用量为9%。

3.2 热压压力对胶合板胶合强度的影响

由直观分析图1中可知，热压压力从1.0MPa提高到1.2MPa时，胶合板胶合强度上升趋势明显；当热压压力从1.2MPa提高到1.4MPa时，胶合强度上升趋于平缓。结合表3-4可知，热压压力对胶合板胶合强度有一定的影响，压力的作用是保证单板之间胶接面紧密接触，增加分子间引力和分子扩散，提高胶合板胶合强度。

热压压力和胶合板的胶合强度在理论上是呈正比例的关系，热压压力越大，胶合板的胶合强度也就越大。但试验结果表明，随着热压的压力不断增大，胶合板的胶合强度的提升逐渐变缓，而热压压力过大，造成板坯压缩率大，从而浪费了木材。因此，一般热压压力会取临界点，在保证胶合板胶合强度的情况下，最大化的利用木材资源。由此试验结果表明，最优热压压力1.2 MPa。

3.3 热压温度对胶合板胶合强度的影响

由直观分析图1中可知，当热压温度从130℃升到140℃时，胶合板胶合强度随着温度的升高而升高；而当热压温度从140℃升到150℃时，胶合强度反而降低。从表3-4可知，热压温度在130-150℃范围内，对胶合板胶合强度影响较低。当温度从130-140℃逐步上升时，胶黏剂随着温度的升高而更易于渗入木材的缝隙中，同时促进了杉木树皮粉末的降解与胶体的固化，稳步提高胶合板的胶合强度；但当温度140-150℃时，可能由于温度过高，破坏了胶体的结构，促进降解，同时提高了胶合板内应力，反而降低了胶合板的胶合强度。因此，最优热压温度为140℃。

图1 各因子对胶合板胶合强度的影响趋势

3.4 热压时间对胶合板胶合强度的影响

由直观分析图1中可知，胶合板的胶合强度随着热压时间的增加迅速增大，当热压时间从1.0 min/mm增加到1.2min/mm胶合强度的上升幅度更大。结合表3-4可知，热压时间对胶合板胶合强度的影响较小。但是，由于木材的热传导性较差，热量传导到单板内部需要一定时间，同时胶黏剂的固化也需要一定的时间。当热压时间为0.8-1.0 min/mm时，胶黏剂固化效率较低；当热压时间为1.0-1.2 min/mm时，由于时间的增加，板材内部温度均接近热压温度，胶黏剂固化效率和胶层质量提高，胶合强度得到提升；但时间过长影响生产效率。因此最佳的热压时间为1.2 min/mm。

3.5 验证试验

根据正交试验结果得出的最佳工艺最佳组合：杉木树皮用量为9%，热压压力1.2 MPa，热压温度为140℃，热压时间为1.2 min/mm进行验证试验，并检测产品主要物理力学性能为胶合强度为1.12 MPa、含水率为8.7%，均达到GB/T9846.3-2004普通胶合板和GB/T17656.3-2008混凝土模板用胶合板规定的胶合强度指标和含水率要求[12]。

4 小结

当杉木树皮用量为9%，热压压力1.2MPa，热压温度为140℃，热压时间为1.2min/mm时，所压制的胶合板胶合强度为1.12MPa，达到国家标准规定的胶合强度的要求。采用杉木树皮能够替代工业面粉作为PF胶的填充剂用于松木胶合板的生产是可行的，而且与热压工艺组合能够很好地改善胶合板的胶合强度，不仅节约了面粉的用量、降低生产成本，而且可有效地利用树皮资源，达到变废为宝的目的。

在试验研究过程中，杉木树皮用量9%为最佳，若继续增大其用量，对于单板的涂胶过程中有一定的影响。此外，试验所用杉木树皮加工成80-100目粉末，其他粒径的树皮粉末使用效果有待进一步研究，杉木树皮与面粉作为填充剂的效果对比也有待实验分析。目前采用UF胶生产的人造板产量较多，下阶段可将杉木树皮作为UF胶的填充剂进行深入研究，为拓展杉木树皮的利用提供参考。

[1]苏文鹏，杨益琴，蒋玲玉，等.杉木树皮吸附重金属离子性能和动力学研究[J].林产化学与工业，2014，34（4)：9-15.

[2]黄儒珠，林巧佳.杉木树皮制木材用胶黏剂的研究[J].福建林学院学报，1995，15（2)：129-135.

[3]李晓增.单板表面粗糙度对胶合性能的影响[J].广东建材，2009，25（9)：108-112.

[4]王洪艳，杜官本，韩永国.N2和O2冷等离子体处理对木材胶合强度的影响[J].林业科技开发，2012，26（4)：76-78.

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[6]刘晓辉，宋孝金，吴远斌.杉木胶合板热压工艺研究[J].福建林业科技，2010，37（3)：70-73.

[7]徐咏兰，金菊婉.杉木小径材制造单板层积材技术的研究开发[J].林业科技开发，2001，15（2)：27-29.

[8]姚利宏，王喜明，费本华，等.胶合工艺对桉/杨I类胶合板胶合强度的影响[J].木材工业，2008，22（6)：34-36.

[9]董玉香，商成臣.胶合板生产工艺对产品质量的影响[J].林业科技通讯，2000（6)：4-6.

[10]中国林业科学研究院木材工业研究所.胶合板GB/T 9846-2004[S].北京：中国标准出版社.2004.

[11]陈家豪，丁思统，蔡贤如，等.林业应用数理统计[M].大连：大连海运学院出版社，1992.6

[12]中国林业科学研究院木材工业研究所.混凝土模板用胶合板GB/T17656-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

责任编辑/叶忠华

Plywood Production Technique by Using PF Glue with Filler of Chinese-fir Bark

Zhang Shixun
（Fujian Hongsheng Forestry Co.Ltd,Youxi,Fujian 365100,China）

TS653.3

：A

：1003-4382（2015）08-0027-04

2015-5-20

：2015-7-6

张是勋（1973-），男，福建尤溪人，工程师，主要从事木材加工研究。