两种压制方法对杨木重组木性能的影响

邱学海， 梁星宇， 林雨斌， 朱兆龙， 那 斌， 郭晓磊

(南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037)

研究与设计

两种压制方法对杨木重组木性能的影响

邱学海， 梁星宇， 林雨斌， 朱兆龙， 那 斌*， 郭晓磊

(南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037)

采用冷压热固化法和热压法两种不同压制工艺制备杨木纤维化单板重组木，并对其进行力学性能和尺寸稳定性分析，测量重组木在不同密度下力学性能和尺寸稳定性的变化，探讨两种压制工艺对杨木纤维化单板重组木性能的影响，为改善重组木生产工艺提供技术支持。研究结果表明：冷压热固化法相对于热压法制备的重组木在力学性能和尺寸稳定性方面都有显著提升，但随着密度的增大其优异性不明显。因此，在满足各项力学性能和尺寸稳定性的情况下，实际生产时推荐使用热压法。

杨树重组木；热压工艺；力学性能；尺寸稳定性

重组木是一种新式的人造板材料，其原料来源于木材加工剩余物、小径级劣质木材及间伐材等。新式纤维化重组木是通过对单板条进行纤维化处理，再经过干燥、铺装、施胶、预压和热压等一系列的加工工序制备而成的。重组木既保留了天然木材的优良性能，还具有一些天然木材无法比拟的特点。重组木强度大，加工利用率高，开裂等木材缺陷少，但存在横向强度偏低，表面质量不易控制等缺点。问题主要出在压制工艺上，热量传导主要是通过木素中所含的水分来传递，然后再把热量传出去，由于生产设计的板坯厚度大，在干燥过程中必须严格控制水分，而干燥过程中板坯的含水率分布很难控制均匀，最终将导致重组木在材质分布上出现问题。

本研究采用两种不同的重组木压制工艺，通过测量重组木在不同密度下力学性能和尺寸稳定性的变化，探讨两种压制工艺对杨木纤维化单板重组木性能的影响，旨在为改善重组木生产工艺提供技术支持。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

本研究所采用的试验材料均为杨木单板条，试件尺寸为300 mm×50 mm×15 mm，气干密度0.6 g/cm3。采用水溶性酚醛树脂胶浸渍。将杨木旋切成厚度为4 mm的单板，并裁成宽度为200 mm的单板条。通过调节专用疏解机疏解辊上疏解齿之间的间隙，在单板表面产生一系列点状或线段状裂纹，制备出纵向纤维不断裂、粗细较均匀的纤维化单板。浸胶前单板含水率需保持为5%～8%，以便使浸胶更均匀。浸胶后用网带干燥机干燥，含水率需控制为12%～15%。重组木设定5个密度级别，分别为0.6 g/cm3、0.7 g/cm3、0.8 g/cm3、0.9 g/cm3、1.0 g/cm3。

1.2 试验仪器设备

试验仪器设备主要有旋切机、疏解机、浸胶槽、冷压机、连续式隧道固化设备、热压机、万能力学试验机等。

1.3 制备工艺

冷压热固化工艺的工艺流程如下：原木→旋切→裁剪→单板(条)→疏解→纤维化单板→功能化处理→干燥→浸胶→干燥→计量→装模→冷压成型→热固化→冷却→脱模→养生→裁边→砂光→方材→包装入库。

热压工艺的工艺流程如下：原木→旋切→裁剪→单板(条)→疏解→纤维化单板→功能化处理→浸胶→干燥→计量→组坯→热压→养生→裁边→砂光→板材→包装入库。

1.4 试验方法

采用GB/T 17657《人造板及其饰面人造板理化性能试验方法》对材料的静态物理力学性能进行检测，其中包括内结合强度(IB)、静态弹性模量(MOE)、静曲强度(MOR)、24 h吸水厚度膨胀率(24 h TS)。

2 试验结果与分析

在上述试验方法下，两种不同压制工艺制备的杨木纤维化单板重组木密度不同时的力学性能和尺寸稳定性见表1，内结合强度的变化曲线如图1所示。

由图1可以看出，对于同一压制工艺制备的重组木，其内结合强度(IB)随着密度的增大而增大。在内结合强度(IB)上，相同密度下冷压法制取的重组木比热压法制取的重组木在性能上更加优异。例如：取两种工艺方法制造的密度为0.8 g/cm3的试件数据，热压法制取的试件内结合强度(IB)为0.39 MPa，而冷压法为0.42 MPa，冷压法试件比热压法试件约提高7.7%。冷压法试件平均内结合强度(IB)约为0.41 MPa，而热压法试件约为0.39 MPa，冷压法试件比热压法试件约提高5.1%。

表1 两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的力学性能和尺寸稳定性

密度/(g·cm-3)IB/MPa冷压热固化法热压法MOE/MPa冷压热固化法热压法MOR/MPa冷压热固化法热压法24hTS/%冷压热固化法热压法060370351031296849027984154260704037116011112110599784094180804203912864124621196112639640209043042140261371912391193376381044043150231487312611231368372平均值04103912770123701131410652393400

图1 两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的内结合强度

两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的静态弹性模量变化曲线如图2所示。由图2可以看出，对于同一压制工艺制备的重组木，其静态弹性模量(MOE)随着密度的增大而增大。很显然，在静态弹性模量(MOE)上，相同密度下冷压法制取的重组木比热压法制取的重组木在性能上更加优异。例如：取两种工艺方法制造的密度为0.8 g/cm3的试件数据，热压法制取的试件静态弹性模量(MOE)为12 462 MPa，而冷压法为12 864 MPa，冷压法试件比热压法试件约提高3.2%。冷压法试件平均静态弹性模量(MOE)约为12.77 GPa，而热压法试件约为12.37 GPa，冷压法试件比热压法试件约提高3.2%。

图2 两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的静态弹性模量

两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的静曲强度变化曲线如图3所示。由图3可以看出，对于同一压制工艺制备的重组木，其静曲强度(MOR)随着密度的增大而增大。取两种工艺方法制造的密度为0.8 g/cm3的试件数据，热压法制取的试件静曲强度(MOR)为112.6 MPa，而冷压法为119.6 MPa，冷压法试件比热压法试件约提高6.2%。冷压法试件平均静曲强度(MOR)约为113.14 MPa，而热压法试件约为106.52 MPa，冷压法试件比热压法试件约提高6.2%。

图3 两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时的静曲强度

两种不同压制工艺下杨木纤维化单板重组木密度不同时24 h吸水厚度膨胀率的变化曲线如图4所示。由图4可以看出，对于同一压制工艺制备的重组木，其24 h吸水厚度膨胀率(24 h TS)随着密度的增大而减小，即其尺寸稳定性随着密度增大而增大。取两种工艺方法制造的密度为0.8 g/cm3的试件数据，热压法制取的试件24 h吸水厚度膨胀率(24 h TS)为4.02%，而冷压法为3.96%，冷压法试件比热压法试件约提高1.5%。冷压法试件平均24 h吸水厚度膨胀率(24 h TS)约为3.93%，而热压法试件约为4%，冷压法试件比热压法试件约提高1.8%。

图4 两种不同压制工艺杨木纤维化单板重组木密度不同时的24 h吸水厚度膨胀率

冷压热固法与热压法相比，由于固化时间长，而且平衡时间更是达到4～5天，所以板材内的游离酚含量高，胶液渗透更均匀，并且在冷压时由于受到90 MPa以上的高压，板内结合也相当紧密，因此内结合强度更高；在遇到弯矩的作用时能更好地分散载荷，减少应力集中，能更好地抵抗变形和断裂破坏，故具有较高的静态弹性模量和静曲强度；水分不容易进入板材内部，吸水膨胀后由于具有较高的胶合强度，在板材的内力作用下也不易发生变形。

3 结论

(1)本试验在5组不同密度情况下，冷压热固法压制的重组木在各项力学性能和尺寸稳定性上均优于热压法。

(2)随着密度的不断增大，其逐渐成为内结合强度、静态弹性模量、静曲强度和24 h吸水厚度膨胀率大小的主导因素，由工艺所带来的差距逐渐缩小。

(3)冷压法虽然在性能上表现优异，在一定程度上弥补了热压方法的不足，但其容易产生废板，反而使生产成本偏高，并且生产周期也明显大于热压法，所以从工厂生产的角度上看还是热压法具有更高的性价比，如追求更高的性能要求可从材料上入手。

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(责任编辑 张雅芳)

Effects of Two Pressing Methods on Properties of Poplar Reconstituted Wood

QIU Xue-hai， LIANG Xing-yu， LIN Yu-bin， ZHU Zhao-long， NA Bin*， GUO Xiao-lei

(College of Materials Science and Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037，China)

Two different pressing processes，i.e.the cold pressing and thermal cure process and the hot pressing process，are used to prepare poplar fibrous veneer scrimber wood，whose mechanical properties and dimensional stability are analyzed，and whose changes in terms of mechanical properties and dimensional stability are measured under different densities.The effects of two pressing processes on poplar fibrous veneer scrimber wood are discussed with the aim to provide technical support for improving the production process of reconstituted wood.The research result shows that compared with the hot pressing method，the cold pressing and thermal cure technology can significantly improve the mechanical properties and dimensional stability of poplar fibrous veneer scrimber.However，with the increase in density，the advantage become increasingly unobvious.Therefore，under the conditions of meeting various mechanical properties and dimensional stability of，the hot pressing process is recommended in actual production.

poplar scrimber；hot pressing method；mechanical properties；dimensional stability

2016-11-23

江苏省前瞻性联合研究项目(BY2015006-04)；林业科学技术推广项目(2015-18)

邱学海(1994-)，男，泰州人，南京林业大学硕士研究生，研究方向为木材加工装备工程，E-mail：635924729@qq.com。

*通讯作者：那 斌(1971-)，男(满族)，南京人，南京林业大学教授，博士，主要从事木材加工装备，E-mail：nabin8691@126.com。

TS612

A

2095-2953(2017)03-0040-04