黄顶菊秸秆制备刨花板工艺研究

魏立婷， 杨 松， 韩淑伟， 黄 茹， 闫 薇， 孙照斌

(1.河北农业大学林学院，河北 保定 071000；2.河北省涉县林业局，河北 涉县 056400)

研究与设计

黄顶菊秸秆制备刨花板工艺研究

魏立婷1， 杨 松1， 韩淑伟2， 黄 茹1， 闫 薇1， 孙照斌1

(1.河北农业大学林学院，河北 保定 071000；2.河北省涉县林业局，河北 涉县 056400)

对黄顶菊秸秆制备刨花板工艺进行研究。结果表明：密度、施胶量、配比(杨木刨花与黄顶菊秸秆刨花的配比)对板材性能均有影响；随着密度、施胶量及配比的增大，板材的MOR值、MOE值及IB值均呈增大趋势。综合考虑，制板的较优工艺参数为：热压温度120 ℃、热压压力4 MPa、时间5 min、密度0.7 g/cm3、施胶量10%、杨木刨花与黄顶菊秸秆比5：5，此条件下制备的复合板各项指标均能达到国标GB/T 4897.2-2003的要求。

黄顶菊；秸秆；刨花板；工艺

黄顶菊为一年生草本植物，其根系发达，耐盐碱、耐瘠薄、抗逆性强，繁殖速度惊人，是典型的入侵物种，对农业和生态平衡危害很大[1]。每到收获的季节，无论是秸秆的焚烧或是推入河塘，均构成对社会和环境的危害[2-3]。我国在20世纪90年代末期开始进行麦/稻秸秆人造板的工业化生产，已经取得多项成果[4]。据资料介绍，我国是世界上秸杆人造板产量最大的国家，目前在线运行的生产线有6条，每条生产线按年产量5万m3计算，总计30万m3。在建的生产线中，除2条计划采用国外进口的生产线以外，其余均为采用具有自主知识产权的秸秆材国产化生产线[5]。

对黄顶菊的研究主要集中在黄顶菊的分布[6]、化学成分[7]、潜在危险性评估及防除对策[8]、黄顶菊染色体数目及核型分析[9]、黄顶菊种子萌发特性研究[10]等几个方面。利用黄顶菊秸秆制造刨花板，既可高效综合利用黄顶菊秸秆，化害为宝，又能保护生态环境。本文着重研究密度、施胶量、杨木刨花与黄顶菊秸秆刨花配比对板材性能的影响，以期得到最优的工艺参数，为下一步制板工艺研究提供依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

(1)黄顶菊秸秆：经粉碎机粉碎，筛选出长10～20 mm、宽2.5～5 mm的单体，含水率10%左右，备用。

(2)杨木刨花：保定某胶合板厂所制废单板，用粉碎机粉碎后进行筛选、干燥、备用。刨花形态长10～20 mm、宽1～2.5 mm、厚0.6～0.8 mm、含水率10%左右备用。

(3)胶黏剂：外购脲醛胶(UF树脂胶)，固含量48.6%，pH值7.5，黏度290 mPa.s。

(4)添加剂：氯化铵、面粉。

(5)水：民用自来水。

1.2 仪器设备

平板硫化热压机，XLB-500×500×2型；电子式人造板万能试验机，济南试金集团有限公司生产；高速混合搅拌机，北京新华塑料机械有限公司生产；高精度木工圆锯机；鼓风式干燥箱；电子天平，精度0.001 g ；游标卡尺，精度0.01 mm；螺旋测微计，精度0.01 mm。

1.3 试验方案

在实际生产中，对板材性能有影响的因素包括密度、施胶量、原料配比、含水率、形态、胶黏剂、热压工艺等。本次试验由于时间、原料等诸多因素的限制，对含水率、热压工艺、原料形态、胶黏剂种类等影响因素暂不考虑，而只考量密度、施胶量、原料配比对板材性能的影响。先预制纯黄顶菊秸秆刨花板(简称纯草板)。

预设板尺寸 300 mm×300 mm×10 mm；热压工艺参数为温度120 ℃、热压压力4 MPa、时间5 min，黄顶菊秸秆刨花含水率12%。在上述工艺条件下做如下实验。

①考查密度对板材性能的影响：施胶量、配比一致，选取密度分别为0.6 g/cm3、0.7 g/cm3、0.8 g/cm3的板材进行试验；②考查施胶量对板材性能的影响：密度、配比一致，选取施胶量分别为 8%、10%、12%的板材进行试验；③考查杨木刨花与黄顶菊秸秆刨花配比对板材性能的影响：密度、施胶量一致，选取配比分别为1：9、2：8、3：7、4：6、5：5的板材进行试验。

1.4 原料计算

1.4.1 刨花板质量

G= DV(100+W1)/10(100+W2)(100+P)

式中：W2为刨花板含水率(%)；W1为刨花含水率(%)；D为板绝干密度(g/cm3)；V为板体积(cm3)；P为胶的固体重量与绝干刨花重量之比

1.4.2 杨木刨花和黄顶菊秸秆刨花的需用量

W=G·B(1+MC)

式中：W为刨花(杨木刨花和黄顶菊秸秆刨花)的总用量；MC为刨花使用时的含水率；B为刨花与药渣比。

1.4.3 胶黏剂需用量

胶黏剂需用量=板绝干重量×施胶量百分比

1.4.4 面粉需用量

面粉需用量=固体施胶量×10%

1.4.5 固化剂需用量

固化剂需用量=固体施胶量×1%

1.5 工艺流程

黄顶菊秸秆制备刨花板的工艺如下：秸秆/杨木单板→粉碎→干燥→筛选→施胶→铺装→预压→热压→冷却。

1.6 试件截取

由于所制板的幅面尺寸(300 mm×300 mm)有限，为兼顾试件尺寸和保证有足够的重复数，参考刨花板有关试件取样标准，确定本实验的试件截取方案如图1所示。

图1 试件截取方案/mm1.静曲强度、弹性模量；2.内结合强度；3.密度和含水率；4.吸水厚度膨胀率

1.7 试件各性能计算

按照GB/T4897.2-2003 进行密度(D)、含水率(MC)、2 h吸水厚度膨胀率(TS)、内结合强度(IB)、抗弯静曲强度(MOR)及抗弯弹性模量(MOE)的计算[11]。

2 试验结果与分析

2.1 密度对板材性能的影响

A1、A2、A3号板材的热压工艺参数为温度120 ℃、热压压力4 MPa、时间5 min，黄顶菊刨花板含水率12%，施胶量为12%，配比(杨木刨花：秸秆)为0∶1(纯黄顶菊秸秆板)。

密度对板材各项性能的影响见表1。

表1 密度对板材各项性能的影响

试验号预设密度/g·cm-3实测密度/g·cm-3MOR/MPaMOE/MPaIB/MPaMC/%A10600611021268480191573A20700721118788280501328A308008113781228650631594

由表1可知，随着密度的增大，板材的MOR、MOE、IB值均呈增大趋势。密度为0.81 g/cm3、施胶量为12%的纯草板，MOR最大值为13.78 MPa、MOE最大值为1 228.65 MPa、IB最大值为0.63 MPa。

在试验所取区间内，随着板材密度的提高，所需的热压压力逐渐加大，使黄顶菊秸秆之间的接触越趋紧密，从而有利于相互之间的结合，使黄顶菊秸秆刨花板的性能提高。

2.2 施胶量对板材性能的影响

B1、B2、B3号板材的热压工艺参数为温度120 ℃、热压压力4 MPa、时间5 min，黄顶菊秸秆刨花板含水率12%，密度为0.7 g/cm3，配比(杨木刨花：黄顶菊秸秆)为0∶1(纯黄顶菊秸秆刨花板)。

施胶量对板材各项性能的影响见表2。

表2 施胶量对板材各项性能的影响

试验号施胶量/%实测密度/g·cm-3MOR/MPaMOE/MPaIB/MPaMC/%B18071683836720431104B210069828934950701123B3120679311018960691118

由表2可知，随着施胶量的增大，板材的MOR、MOE、IB值均呈增大趋势。密度为0.67 g/cm3、施胶量为12%的纯草板，MOR最大值为9.31 MPa，MOE最大值为1 018.96 MPa；密度为0.69 g/cm3、施胶量为10%的纯草板，IB最大，其值为0.70 MPa。

理论上随着施胶量的增大，IB值也随之增大，但实测结果是在10%时达到了最大值0.7 MPa，原因是板材的实测密度有差异，施胶量10%的板材实测密度为0.69 g/cm3，施胶量12%的板材实测密度为0.67 g/cm3。

2.3 配比对板材性能的影响

C1、C2、C3、C4、C5号板材的热压工艺参数为温度120 ℃、热压压力4 MPa、时间5 min，黄顶菊秸秆刨花含水率12%，密度为0.7 g/cm3，施胶量为10%。

不同配比对板材各项性能的影响见表3。

表3 不同配比对板材各项性能的影响

试验号配比量实测密度/g·cm-3MOR/MPaMOE/MPaIB/MPaMC/%C11∶90691248538150421527C22∶80691319664020431492C33∶706713291581730561422C44∶606915781691680651293C55∶506514782005340661298

由表3可知，随着配比的增大，C1～C5号复合板的各项力学性能随之增强。

(1)配比为1∶9的复合板，在实测密度为0.69 g/cm3、施胶量为10%时，MOR平均值为12.48 MPa，MOE平均值为538.15 MPa，IB平均值为0.42 MPa，含水率平均值为15.27%。

(2)配比为4∶6的复合板，在实测密度为0.69 g/cm3、施胶量为10%时，MOR平均值为15.78 MPa，MOE平均值为1 691.68 MPa，IB平均值为0.65 MPa，含水率平均值为12.93%。

(3)配比为5∶5的复合板，在实测密度为0.65 g/cm3、施胶量10%时、MOR平均值为14.78 MPa，MOE平均值为2 005.34 MPa，IB平均值为0.66 MPa，含水率平均值为12.98%。

黄顶菊复合板的MOR值高于纯草板的MOR值，主要原因是黄顶菊秸秆表面光滑，富有蜡状物质，使得脲醛树脂胶难以浸润和渗入，不利于刨花与刨花之间的胶合。混合原料中掺入的木质刨花越多，即木/草混合比例越高，在铺装后的板坯中木刨花和木刨花之间直接接触的几率就越大，使发生在草与草或草与木之间的胶合数量减少，从而使板材的胶合强度增大，故复合板的MOR值比纯草板的MOR值大[12-13]。另外，纤维长度也影响刨花板的MOR值，黄顶菊秸秆的纤维长度平均值为0.6 mm，属于短纤维，木质材料的纤维长度一般大于1 mm，属于中长纤维。

2.4 验证试验

根据上述试验确定最佳工艺参数为：热压温度120 ℃，压力4 MPa，时间5 min，密度0.7 g/cm3，杨木刨花与黄顶菊秸秆比5∶5，施胶量10%时的三组复合板板材进行验证试验，结果见表4。

表4 验证试验结果

试验号实测密度/g·cm-3施胶量/%配比量MOR/MPaMOE/MPaIB/MPaMC/%D1071105：513792124200701527D2069105：513252054170661492D3068105：512961902640561422

密度为0.7 g/cm3、杨木刨花与黄顶菊秸秆比5∶5、施胶量10%时复合板的各项性能均能达到国标GB/T 4897.2-2003的要求。

3 结论

(1)密度、施胶量、配比(杨木刨花与黄顶菊秸秆刨花的配比)对板材性能均有影响。随着密度、施胶量及配比的增大，MOR值、MOE值、IB值均呈增大趋势。

(2)对于纯黄顶菊秸秆板，在热压温度120 ℃、压力4 MPa、时间5 min、不同密度和不同施胶量的情况下，MOR值、IB值部分指标可以达到国标GB/T 4897.2-2003的要求，而MOE值则达不到国标GB/T 4897.2-2003的要求。

(3)对于杨木刨花与黄顶菊秸秆复合板，在热压温度120 ℃、压力4 MPa、时间5 min、密度0.7 g/cm3、施胶量10%、改变配比的条件下，只有MOR值、IB值能达到国标GB/T4897.2-2003要求，MOE值达不到国标GB/T 4897.2-2003的要求，MOR、MOE、IB最高分别为15.78 MPa(C4)、2005.34 MPa(C5)、0.66 MPa(C5)。

(4)综合考虑，制板的较优工艺参数为：热压温度120 ℃、压力4 MPa、时间5 min、密度0.7g/cm3、施胶量10%、杨木刨花与黄顶菊秸秆比5∶5。此条件下制备的复合板各项指标均能达到国标GB/T 4897.2-2003的要求。MOR、MOE、IB最高分别为13.79 MPa(D1)、2 124.20 MPa(D1)、0.70 MPa(D1)。

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(责任编辑 张雅芳)

Study on the Technology for Manufacturing Particleboardfrom Flaveria Bidentis Straw

WEI Li-ting1， YANG Song1， HAN Shu-wei2， HUANG Ru1， YAN Wei1， SUN Zhao-bin1

(1.School of Forestry，Agricultural University of Hebei，Baoding Hebei 071000，China；2.Shexian Forestry Bureau of Hebei Province，Shexian Hebei 056400，China)

The technology for manufacturing particleboard from flaveria bidentis straw is studied.The results show that：density，adhesive application amount and ratio(ratio of poplar particle to flaveria bidentis straw particle)have effect on board properties；theMOR，MOEandIBvalues of board increase with the density，adhesive application amount and ratio ；through overall consideration，the optimal board manufacturing parameters include hot pressing temperature of 120 ℃；hot pressing pressure of 4 MPa；time of 5 min，density of 0.7 g/cm3，adhesive application amount of 10%，ratio 5：5 of poplar wood particle to flaveria bidentis straw particle；all indicators of the composite board manufactured under such conditions can meet the requirements in GB/T 4897.2-2003.

flaveria bidentis；straw；particleboard；technology

2017-05-19

公益性行业(农业)科研专项项目“入侵植物综合防控技术研究与示范推广”(201103027)；河北农业大学“木材学”精品课程项目

魏立婷(1996-)，女，河北农业大学林学院木材科学与工程2014级本科生，研究方向为木材科学与工程，E-mail：632468556@qq.com。

TS653.5

A

2095-2953(2017)09-0024-04