芦苇—蔗渣刨花板的工艺研究

孙涛 陈安生 程若愚

摘要：  本文以芦苇和蔗渣为刨花单元、脲醛树脂为胶粘剂制备了芦苇—蔗渣刨花板。主要探讨了热压时间、施胶量、板坯密度、蔗渣加入量等制板因素与板材的静曲强度、内结合强度、吸水厚度膨胀率等物理力学性能的影响。结果表明：热压时间7 min，施胶量为12%，密度为0.8 g/cm3，蔗渣混合比为50%的工艺条件下制备的板材性能符合GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力学性能要求。

关键词：  芦苇;  蔗渣;  刨花板

中图分类号：   S 564 +. 2; TS 653. 5               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2020）06 - 0039 - 03

我国芦苇资源丰富且分布广泛，全国范围内有14个芦苇主产区，芦苇面积约50万 hm2[ 1 ]，年产量约为250～300万t，约占世界总产量的6%。1990年起，我国便开始了芦苇人造板的研发工作，现已有数条芦苇碎料板生产线在黑龙江、新疆等地。早在1980年我国已对蔗渣人造板进行了开发利用，现蔗渣碎料板厂分布于广东、广西、福建、云南、湖南、湖北、四川等省，年总设计生产能力逾20万m3[ 2 ]。已有研究表明，芦苇可作为木材的替代材料用于缓解人造板工业发展所需大量木材的压力。但芦苇的性能与木材存在一定差异，其表皮覆有一层硅质化和树脂化程度较高的组织，常规的脲醛、酚醛树脂胶对该层渗透力较差，较难形成有效的胶合[ 3 ]，进而影响产品质量;而蔗渣形态较好、含糖量高且自胶合能力强，将其与芦苇结合，以改善板材力学性能为目的，探讨芦苇一蔗渣刨花板的制板工艺。

1 材料与方法

1. 1 材 料

（1）芦苇，取自广州从化。将芦苇杆劈成200～

300 mm小段置于干燥炉中烘干，温度为55 ℃，含水率调整至 12%～15%，然后用环式刨片机刨碎备用;蔗渣，取自广州从化。芦苇、蔗渣碎料筛分值见表1。

（2）脲醛树脂胶：取自广东佛山，乳白色黏稠状，粘度188 mPa/s，pH 8，固体含量60%。

1. 2 试验设备

四柱油压机，万能力学试验机，环式刨片机，外径（μm）千分尺等。

1. 3 试验方法

设置板幅面为210 mm×210 mm×12 mm（实验室自制的成型框规格为210 mm×210 mm），采用厚度规格12 mm控制板的厚度进行制板，热压压力为3～5 MPa，采用单因素试验方法探讨热压时间、施胶量、板坯密度、蔗渣的加入量等因素对板材的物理力学性能及热学性能的影响。按照制板工艺参数共压制芦苇—蔗渣刨花板4批16块（表2）。

压制好的芦苇—蔗渣刨花板经调温调湿处理后，参照GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）物理力学性能要求。检测静曲强度、内结合强度、吸水厚度膨胀率。

1. 4 性能检测

采用微机控制电子式木材万能力学试验机测定试件的静曲强度、内结合强度，每块芦苇—蔗渣刨花板测3次，进行密度回归后，取平均值作为最后的測试结果。再测定吸水率，取3个试样测试结果的平均值作为试验结果。

依据公式计算试件的吸水厚度膨胀率

式中，D为吸水厚度膨胀率（%）;h1为试件吸水前厚度（mm）;h2为试件吸水后厚度（mm）

2 结果与分析

2. 1 热压时间对芦苇—蔗渣刨花板物理力学性能的影响

由图1可以看出，随着时间的延长，板的静曲强度，内结合强度呈现增大趋势，吸水厚度膨胀率呈减小趋势。当时间从6 min延长至9 min时，静曲强度从15.98 MPa上升至19.02 MPa，增大了20%;内结合强度从0.35 MPa增至0.44 MPa，增大了26%;吸水厚度膨胀率从5.2%降至4.0%，下降幅度为23%。在试验研究范围内，各条件下的板材均能达到GB/T4897-2015刨花板标准中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力学性能要求，且从8min以后，各项指标增加缓慢。所以选择8min为最优时间。

2. 2 施胶量对芦苇—蔗渣刨花板物理力学性能的影响

由图2可以看出，随着施胶量的增大，板的静曲强度，内结合强度呈增大趋势，吸水厚度膨胀率呈减小趋势。施胶量从10%增大到12%时，静曲强度增大15%，内结合强度增大13%，吸水厚度膨胀率下降41%;当施胶量从12%增至16%时，静曲强度仅增大14.4%，内结合强度增大48%，吸水厚度膨胀率下降31%。根据增幅程度可以看出，随着胶量的增大，板的静曲强度增大程度不如另外2项指标明显。此外，当施胶量增大至12%以后，板材各性能增长缓慢，但当施胶量为12%时，各项性能均达到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力学性能要求，所以选择施胶量为12%作为最优工艺条件。

2. 3 板的密度对芦苇—蔗渣刨花板物理力学性能的影响

从图3中可看出，随着密度的增大，板的静曲强度，内结合强度增大，吸水厚度膨胀率减小。因为随着密度的增大，刨花板的压缩比增大，刨花相互接触面增大，从而胶合面积也随之增大，使得碎料间空隙率低，压缩更为紧密，最终使得碎料间结合强度增大，所以板材的宏观静曲强度随着密度增大而增大。在一定范围内，提高板的密度，可获得较好的板材静曲强度。当密度从0.8 g/cm3增至0.9 g/cm3时，静曲强度几乎不变，而内结合强度反而减小，吸水厚度膨胀率增大。这是因为当密度增大到一定程度后，热压时，高温下产生的蒸汽因为板密实程度高而封闭于板内，最终使板子鼓泡，导致板的各项性能下降。说明板的密度为0.8 g/cm3较优。

2. 4 蔗渣混合比对芦苇—蔗渣刨花板物理力学性能的影响

从图4可见，蔗渣混合比对板的物理力学性能影响较大，随着蔗渣混入量增大，板的静曲强度，内结合强度增大，吸水厚度膨胀率减小。主要原因是随着蔗渣混合比增大，则芦苇的混合比减小，易于胶合的蔗渣将覆有硅质化和树脂化程度较高的芦苇组织包裹，所以当蔗渣混合比增大时，板材各项性能都有提高。当蔗渣混合比从40%增大到50%时，板的静曲强度增大了39%，内结合强度增大了13%，吸水厚度膨胀率下降了45%;当混入比增至70%时，板的静曲强度增大了167%，内结合强度增大了68%，吸水厚度膨胀率下降了57%。因为当蔗渣混入比为50%时，板的各项性能均达到了GB/T 4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）物理力学性能要求，同时为了增大芦苇的利用量，取蔗渣混合比为50%。

3 总 结

随着热压时间的延长，施胶量、板的密度、蔗渣混合比增大，板的静曲强度，内结合强度呈增大趋势，吸水厚度膨胀率呈减小趋势。其中蔗渣混合比以及板的密度对芦苇—蔗渣刨花板的物理力学性能影响较大，而热压时间和施胶量对板的物理力学性能影响相对较小。依据单因素试验结果表明：热压时间7 min，施胶量为12%，密度为0.8 g/cm3，蔗渣混合比为50%工艺条件下压制的芦苇—蔗渣刨花板性能较优，达到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥状态下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力学性能要求。

参考文献

[1] 王振庆，  王丽娜，  吴大千，  等.  中国蘆苇研究现状与趋势[J].山东林业科技，  2006，  167（6）：  85 - 87.

[2] 蒋远舟，  向仕龙.  非木材植物人造板[M].  北京：  中国林业出版社，  2001.

[3] 韩广萍，  王戈，  刘振国.  芦苇特性与芦苇刨花板制板工艺关系[J].  林产工业，  1995，  22（4）：  37 - 38.

[4] 李凯夫，  谭海彦，  兰丽芬.  芦苇-麻屑刨花板的研制Ⅰ：  制板工艺初探[J].  木材工业，  1995，   9（2）：  1 - 4.

第1作者简介：  孙涛（1986-），  男，  助教，  主要从事建筑室内设计教学工作。

收稿日期： 2020 - 09 -  20

（责任编辑：   张亚楠）