胶合板是如何制成的?
由3层或多层(一般为奇数)单板组合并使相邻单板的纤维方向垂直胶合而成的一种木质人造板。特殊情况下也有制成4、6层等偶数层的。胶合板由于具有幅面大、变形小、不易翘曲、横纹抗拉强度大、施工应用方便等优点,因此在建筑、家具、车厢、造船、军工、包装及其他工业部门获得了广泛应用。
简史
约在公元前3000年以前,埃及首次用手工锯切木材方法制成单板。600多年后,他们开始用单板作贴面材料来装饰宫廷家具。公元前1世纪初,罗马人已掌握单板制造技术与胶合板制造原理。1812年,法国首先发明了单板旋切机,10年后,经过改进的旋切机已在工业生产中正式使用,性能日益完善,从而促进了胶合板工业的发展。19世纪中叶,德国建成了第一家胶合板工厂,开始大批量的工业化生产。1914年以后,胶合板已成为一种商品。第二次世界大战后,世界胶合板生产发展极为迅速,设备不断更新,产品品种增多,应用范围也日益扩大,产量大幅度提高。
中国胶合板工业始于20世纪20年代初,但工厂规模很小,设备简陋。50年代扩建和新建了一批胶合板工厂。1956年前后开始合成树脂生产,促进了胶合板工业的发展。到了70年代,开始改进生产工艺,首先着眼于中板整张化技术与设备的研究,并取得了初步成效;喷气式单板干燥机也在生产中迅速得到推广应用;合板热压开始采用无热板工艺。至80年代,出现了“涂胶—配板—垫压”半连续化生产,随着合板预压工艺的应用,适应预压工艺、具有初粘性的脲醛树脂胶也得到了开发与应用。
胶合板树种
中国胶合板工业使用的树种,可分为用于旋切单板和刨切薄木两大类。①生产旋切单板的主要树种有水曲柳、椴木、黄波罗、柞木、荷木、杨木、楸木、桢楠、桦木、枫香、枫杨、丝栗、桤木、槭木、云杉、马尾松、云南松等。②生产刨切薄木的主要树种有水曲柳、黄波罗、柞木、核桃木、梓木等。此外,胶合板生产中还采用一些南洋木材和非洲木材,其中主要树种有柳安、阿必东、克隆等。
胶合板使用的胶粘剂
胶合板工业中常用的胶粘剂有蛋白质胶和合成树脂胶。也有使用少量橡胶类胶粘剂,一般制成压敏胶粘带使用。蛋白质胶中,皮骨胶用于制造修补单板用的胶纸带,其他蛋白质胶用于胶合板制造。合成树脂胶的种类很多,但用于胶合板生产的主要有脲醛树脂胶和酚醛树脂胶,中国以脲醛树脂胶应用最多。(见木材胶粘剂)
胶合板的性质
胶合板的物理力学性质可用含水率、密度、胶合强度等说明。国际标准化组织(ISO)对普通胶合板的结构、含水率、质量三方面作出规定。结构:相邻层单板的纹理应互成直角;相对于中心层互相对称。含水率:应在12~14%之间。质量:成品应用矩形直边和明显的棱角;对于每一名义厚度,单板的最少层数应遵照有关规定。
中国胶合板国家标准规定:①含水率。Ⅰ、Ⅱ类胶合板含水率6~14%;Ⅲ、Ⅳ类胶合板8~16%。②密度。胶合板的密度大于同树种的木材;胶合时的单位压力越大,则胶合板的密度也越大;木材在高温下易产生塑性变形,热压胶合比冷压胶合压缩率越大,胶合板密度也越大。③胶合强度。Ⅰ、Ⅱ类胶合板,椴木、杨木、赤杨≥0.70兆帕;水曲柳、荷木、枫香、槭木、榆木、柞木≥0.80兆帕;桦木≥1.00兆帕;马尾松、云南松、落叶松、云杉≥0.80兆帕。Ⅲ、Ⅳ类胶合板≥0.70兆帕。
如果测定胶合强度试件的平均木材破坏率超过80%时,则其胶合强度指标值可比上面规定的指标值低0.20兆帕。符合胶合强度指标值规定的试件数等于或大于有效试件总数的80%时,该批胶合板的胶合强度判为合格品。
胶合板的用途
由于胶合板具有很多优点,因此,胶合板的应用范围十分广泛。Ⅰ类胶合板主要用于航空、船舶、车厢、混凝土模板、包装以及其他要求耐水性、耐气候性好的场所;Ⅱ类胶合板主要用于车厢、船舶、家具、包装及建筑内部装修等方面;Ⅲ类胶合板主要用于家具、包装及一般建筑用途;Ⅳ类胶合板主要用于包装及一般用途。根据工业、建筑、交通运输、纺织、电气等工业部门的特殊要求,还可生产一些供专门用途的胶合板等。
生产工艺
胶合板的表层单板称为表板,外观质量较好的那个表板称为面板,相对于面板的另一侧表板称为背板。纹理方向与表板纹理垂直的内层单板称为芯板,而纹理方向与表板纹理平行的内层单板称长中板。单板是用旋切、刨切、锯切方法制成的薄板。
胶合板的主要生产工序有:原木截断;原木水热处理;剥皮与木段定心;单板切削加工;单板干燥;单板剪切与修整加工;涂胶与组坯;预压与热压;裁边;刮光或磨光;检验、分等及包装等。
趋势
①胶合板工业现在面临木材资源短缺、材质下降等问题。因此,今后胶合板生产势必大量利用小径材和低质材,大力开发利用速生树种,在工艺技术及设备上要有较大改革,才能适应这种变化。为实现高效利用小径材、短材、低质材,生产大幅面胶合板的目的,对单板纵接及合板纵接技术将有待进一步的改进。②以单板制成的产品主要将向装饰性方向发展。装饰贴面用的薄型单板,花色繁多的组合单板,势必将成为单板生产的主要方向,使数量有限的珍贵木材得到更高的使用价值,提高珍贵木材的出材率。
胶合板通常指三合板或多层板,就是用相同厚度的两层或更多层木皮加胶水高温压制而成。通常用奇数层单板,并使相邻层单板的纤维方向互相垂直胶合而成。
对称原则:对称中央平面两侧的单板,不管树种单板厚度、层数、制造方法、纤维方向和单板的含水率都应该互相对应,即对称原则胶合板中央平面两侧各对应层不同方向的应力大小相等。因此,当胶合板含水率变化时,其结构不乱,不会产生变形,开裂等缺陷;反之,假如对称中央平面两侧对应层有某些差异,将会使对称中央平面两侧单板的应力不相等,使胶合板产生变形、开裂。
奇数层原则:因为胶合板的结构是相邻层单板的纤维方向互相垂,又必需符合对称原则,因此它的总层数必然是奇数。如:三层板、五层板、七层板等。
奇数层胶合板弯曲时最大的水平剪应力作用在中央单板上,使其有较大的强度。偶数层胶合板弯曲时最大的水平剪应力作用在胶层上而不是作用在单板上,易使胶层破坏,降低了胶合板强度。
(2) 安装上下槛。用铁钉、预埋钢筋将上下槛按墨线位置固定牢固,当木隔墙与砖墙连接时,上、下槛须伸入砖墙内至少12cm。
(3) 立筋定位、安装先立边框墙筋,然后在上下槛上按设计要求的间距画出立筋位置线,其间距一般为40-50cm。如有门口时,其两侧需各立一根通天立筋,门窗樘上部宜加钉入字撑。立撑之间应每隔1.2-1.5m左右加钉横撑一道。隔墙立筋安装应位置正确、牢固。
(4) 横楞安装。横楞须按施工图要求安装,其间距要配合板材的规格尺寸。横楞要水平钉在立筋上,两侧面与立筋平齐。如有门窗时,窗的上、下及门上应加横楞,其尺寸比门窗洞口大2-3cm,并在钉隔墙时将门窗同时钉上。
(5) 横撑加固。隔墙立筋不宜与横撑垂直,而应有一定的倾斜,以便楔紧和钉钉,因而横撑的长度应比立筋净空尺寸长10-15mm,两端头按相反方向稍锯成斜面。
(6) 基层板、面板安装。当采用双层板构造时,横楞和横撑可合二为一。安装时应在立筋、横楞上弹线,经检查骨架垂直度、平整度无误后再钉面板(或基层板)。双层板时,其板缝应相互错开。
(7) 盖口条、踢脚板安装。盖口条须与顶棚、墙面结合紧密、不留缝隙,遇转角处须割角拼接。可采用胶水粘结法或钉子固定法将其与面板连接。踢脚板应安装牢固、顺直。
以刨花或纤维材料为板芯,两面胶贴单板的一种人造板。通常所说的复合板主要指用定向刨花板作板芯,单板作表层的结构用人造板(图1)。复合板不仅可提高木材综合利用率和扩大人造板使用范围,还可充分利用低等级木材和采伐、加工剩余物,满足社会各种需求及缓和木材供应短缺的矛盾。20世纪70年代初,美国开始对该产品作系统的研究和开发利用。
生产方法
按生产工艺可分为一次成板和二次成板两种。前者是将施胶后的刨花直接在单板上铺装成型、组合成坯后在压机中一次压制成板。这种生产工艺是将单板生产、刨花铺装、组坯热压连成一条生产线,使生产工艺简化。后者是先将刨花压制成刨花板,再在其两面覆贴单板,经热压制成复合板。这种生产工艺是将单板和刨花板在不同生产线上分别加工,然后再组坯热压成板。虽然二次成板生产工艺较一次者复杂,但二次成板生产工艺灵活性大,产品品种多样,且生产成本低,因此复合板的生产以二次成板生产工艺为主。
图1结构设计
复合板的一个主要功能是替代胶合板,它的厚度随用途不同而变化。作为结构板,最普通的厚度是12.7毫米,包括每面一张厚度为2.54毫米的单板,这样的复合板由60%的刨花板和40%的单板组成。厚度为9.5毫米的薄型复合板,单板和刨花板大约各占一半。厚度为19毫米的厚复合板,单板约占1/3,刨花板约占2/3(图2)。
图2复合板以表板纹理方向为纵向,以垂直于表板纹理方向的为横向。为了改善复合板的横向强度,板芯刨花定向排列方向应与表板纹理方向垂直。这种结构形式的复合板,产品的刚性、尺寸稳定性、工艺性能等均相似于结构胶合板,实际使用时,可代替结构胶合板。试验表明,复合板用在住宅建筑中,可以满足屋顶板、地板对强度和耐久性的要求。
性能
复合板的物理性能及力学性能主要取决于复合的原材料性能、复合板的结构设计和工艺设计。表板质量和树种是决定纵向弹性模量和纵向静曲强度的主要因素。其纵向力学强度和刚度接近或大于同厚度的胶合板,但它的横向力学强度和刚度比胶合板小。由于纵向强度是板的主方向强度,按多数用途来说,复合板的物理力学性能略优于胶合板。二者物理力学性能的比较见右表。作为结构用途的复合胶合板,其力学性能一般用静曲强度和静曲弹性模量、冲击强度、剪切强度、抗压强度、抗拉强度、握钉力,以及蠕变等表示。建筑用人造板,重要的质量指标是尺寸稳定性。用定向刨花板作板芯的复合板,由于刨花排列方向与表层单板纹理方向成90°角排列,使复合板有类似于胶合板的尺寸稳定性。复合板耐久性的主要要求是在施工期间的气候及建筑物使用期间的温度和湿度影响下,不致产生具有毁坏性的强度损失,酚醛树脂胶粘的复合板为3层结构,表板为黄杉和落叶松单板,板芯为定向刨花板;胶合板由4层单板组成,单板树种为黄杉或落叶松等,厚度3.18毫米。
复合板是属于具有可在室外使用的耐久性材料。
优点和用途
主要优点是:①提高木材利用率,全部原木可得到合理和充分利用。普通胶合板的木材利用率约40%,如果建厂时对原料进行科学预测及合理利用的规划,则复合板的木材利用率接近100%,便成为一种无废料生产。②建厂投资及生产成本低,劳动生产率高。生产复合板的成本比胶合板降低5%,劳动生产率可提高140%。建厂投资只有胶合板的81%。③用二次成板工艺生产复合板的同时,又可生产胶合板和刨花板,生产灵活性大,市场适应性好。④复合板是人造板的组合产品,其物理力学性能可按用途需要进行结构和工艺设计,因而产品适用范围广。复合板除用作家具、建筑物装修外,还可用作结构材料,替代胶合板作屋顶板、地板、护墙板、混凝土用模板等。
到80年代末,国际上复合板产量所以没有得到迅速增长,是因为在建厂时,当地原料很难适应单板及刨花的恰当比例,不易真正做到无废料生产。
购买夹板首先,看环保。要看有害气体释放量是否符合国家标准,尤其是胶水释放的游离甲醛是否超标。对于这些专业性太强的东西,绝大多数的消费者可能都不清楚,也无法测定,因此看生产厂家有无中国环境标志产品认证不失为一条捷径。因为要通过该认证,必须以质量,环保双达标为前提。
其次,看材料。不同树种的价格不同。消费者可根据不同的需求选购不同材料的品种。目前,市场上充斥着大量低价格的柳桉芯板胶合板。其实这是将杨木芯板作了表面着色处理,所以外观上与柳桉芯板基本一致,但质量却相差甚远。实际上,柳桉芯板无论是分量还是硬度韧性上都要高于杨木芯板,消费者购买时要仔细辨认,以免上当。
再次,看做工。胶合板的夹板有正反两方面的区别。选购时,胶合板板面要木纹清晰,正面光洁平滑,要平整无滞手感,反面至少不毛糙。最好不要有疤节,即使有,也应该平整光滑美观,不影响施工,又会造成更大的污染。因此挑选时,要看其是否有脱胶、散胶现象,您可以用手敲击胶合板各个部位,如果声音发脆且均匀,则证明质量良好,若声音发闷、参差不齐,则表示夹板已出现散胶现象。
最后,看外观。消费者选购时,对每一张胶合板都要看清是否有鼓泡、裂缝、虫眼、撞伤、无痕、缺损以及修补贴胶纸过大等现象,有的胶合板是将两个不同纹路的单板贴在一起制成的,所以在选择上要注意夹板拼缝处是否严密,有没有高低不平现象。不严密不整齐的胶合板制作出来的家具和门窗外观很不美观。
1)定义
胶合板是将原木沿年轮方向旋切成大张单板,经干燥、涂胶后按相邻单板层木纹方向相互垂直的原则组坯、胶合而成的板材。单板层数为奇数,一般为三层至十三层,常见的有三合板、五合板、九合板、和十三合板(市场上俗称为三厘板,五厘板,九厘板,十三厘板)。最外层的正面单板称为面板,反面的称为背板,内层板称为芯板。
2)分类
一类胶合板为耐气候、耐沸水胶合板,由此及彼有耐久、耐高温,能蒸汽处理的优点;二类胶合板为耐水胶合板,能在冷水中浸渍和短时间热水浸渍;三类胶合板为耐潮胶合板,能在冷水中短时间浸渍,适于室内常温下使用。用于家具和一般建筑用途;四类胶合板为不耐潮胶合板,在室内常态下使用,一般用途胶合板用材有榉木、椴木、水曲柳、桦木、榆木、杨木等。
3)构成原则
对称原则:对称中心平面两侧的单板,无论树种单板厚度、层数、制造方法、纤维方向和单板的含水率都应该互相对应,即对称原则胶合板中心平面两侧各对应层不同方向的应力大小相等。因此,当胶合板含水率变化时,其结构稳定,不会产生变形,开裂等缺陷;反之,如果对称中心平面两侧对应层有某些差异,将会使对称中心平面两侧单板的应力不相等,使胶合板产生变形、开裂。
奇数层原则:由于胶合板的结构是相邻层单板的纤维方向互相垂,又必须符合对称原则,因此它的总层数必定是奇数。如:三层板、五层板、七层板等。
奇数层胶合板弯曲时最大的水平剪应力作用在中心单板上,使其有较大的强度。偶数层胶合板弯曲时最大的水平剪应力作用在胶层上而不是作用在单板上,易使胶层破坏,降低了胶合板强度。
2、胶合板是由多层模板(木的或者竹的)利用工业胶(酚醛胶,三胺胶或者白胶)拼成的。板幅大板面平整,比用组合式模板接缝少,可满足清水混凝土施工要求。材质轻运输使用都方便。保温性能好,能防止温度变化过快,便于加工等。脱模后结构物表面光滑性比钢模好。成本低廉,特殊形状模板制作成本降低。易于加工支护,适合大面积结构物使用。便宜,平整,易成形。
⒈胶合板由蒸煮软化的原木,旋切成大张薄片,然后将各张木纤维方向相互垂直放置,用耐水性好的合成树脂胶粘结,再经加压、干燥、锯边、表面修整而成的板材。其层数成奇数,一般为3-13层,分别称三合板、五合板等。用来制作胶合板的树种有椴木、桦木、水曲柳、榉木、色木、柳桉木等。
⒉纤维板是将树皮、刨花、树枝等废料经破碎、浸泡、研磨成木浆,再经加压成型、干燥处理而制成的板材。因成型时温度和压力不同,可以分为硬质、半硬质、软质三种。
⒊刨花板是利用施加或未施加胶料的木刨花或木纤维料压制成的板材。刨花板密度小、材质均匀,但易吸湿、强度低。
⒋细木工板利用木材加工过程中产生的边角废料,经整形、刨光施胶、拼接、贴面而成的一种人造板材。板芯一般采用充分干燥的短小木条,板面采用单层薄木或胶合板。细木工板不仅是一种综合利用木材的有效措施,而且得到的板材构造均匀、尺寸稳定、幅面较大、厚度较大。除作表面装饰外,亦可兼做构造材料。
⒌其他关于人造板制作工艺的解说版本及新兴工艺:
人造板所用原料,除胶合板需用原木外,大部分来自采伐和加工剩余物,以及小径材(直径在8厘米以下)。经破碎或削片、再碎后制成的片状、条状、针状、粒状材料可用于刨花板制造。木片经纤维分离后用于纤维板制造。这样可使木材利用率较传统利用方式提高20~25%。70年代开始注意利用树皮、木屑作人造板原料,但树皮只能用在刨花板中层,用量不能超过8%,否则会降低产品强度。此外,非木质材料也日益受到重视,除蔗渣、麻秆、等在人造板生产中早已被利用外,已扩大到多种植物茎秆及种子壳皮。
各种人造板的制造过程都包括下述5个主要工艺。
切削加工原材料处理和产品最终加工,都要应用切削工艺,如单板的旋切、刨切,木片、刨花的切削,纤维的研磨分离,以及最终加工中的锯截、砂磨等。将木材切削成不同形状的单元,按一定方式重新组合为各种板材,可以改善木材的某些性质,如各向异性、不均质性、湿胀及干缩性等。大单元组成的板材力学强度较高,小单元组成的板材均质性较好。精确控制旋切单板的厚度误差,可提高出材率2~3%。切削出的刨花形态影响刨花板的全部物理力学性能;纤维形态对纤维板的强度同样有密切关系。板材最终的锯切、磨削等也影响产品的规格质量。
干燥,包括单板干燥、刨花干燥、干法纤维板工艺中的纤维干燥,及湿法纤维板的热处理。干燥的工艺和过程控制与成材干燥有所不同。成材干燥的过程控制是以干燥介质的相对湿度为准,必须注意防止干燥应力的产生;而人造板所用片状、粒状材料的干燥则是在相对高温、高速和连续化条件下进行的,加热阶段终了立即转入减速干燥阶段。单板及刨花等材料薄,表面积大,干燥应力的影响甚小或者不存在。加之在切削过程中木材组织发生不同程度的松弛,水分扩散阻力小,木材内部水分扩散规律对单板、刨花等就失去意义。
干燥的热源,大都是用蒸气或燃烧气体。红外线干燥能量消耗太大,每蒸发1千克水需要5500~18000千焦;而蒸气干燥仅需4200~5000千焦。高频干燥优点是被干物料含水率高时的干燥速度快、终含水率均匀,但干燥成本过高。若与蒸气联合使用实现复式加热则有利的。真空干燥不仅费用大,生产效率也低。当以蒸气为热源时,每蒸发1千克水分,单板干燥需1.75~2千克蒸气,刨花干燥需1.8千克左右的蒸气,软质纤维板坯干燥需1.6~1.8千克蒸气。
施胶 包括单板涂胶、刨花及纤维施胶。单板涂胶在欧洲仍沿用传统的滚筒涂胶,美国自70年代起许多胶合板厂已改用淋胶。中国胶合板厂也用滚筒涂胶。淋胶方法适宜于整张化中板和自动化组坯的工艺过程。刨花及纤维施胶现在主要用喷胶方法。
7 0年代末期,欧美一些国家研究无胶胶合技术,较有进展的是使木质素分子活化,在一定条件下利用木质素胶合;或者利用木材或其他材料中的半纤维素,经处理使之转化为胶结物质进行胶合。80年代初,加拿大成功地利用蒸渣制成了无胶刨花板。中国的研究院和大学也都在进行无胶胶合技术的研究,已取得初步成果。
成型和加压 胶合板的组坯,刨花板纤维板的板坯成型和加压都属于人造板制造的成型工艺。木材学对木材构造的研究揭示了木纤维在天然木材中的排列方式有层次性和方向性,因而能承受自然界对木材所施加的一定限度的外力。人造板制造工艺的演变,无疑受到这一认识的影响:刨花板、纤维板板坯层次由单层改变为3层及多层结构;板坯中刨花及纤维的排列也由随机型趋向于定向型;而胶合板的相邻层纤维方向互相垂直排列则改善了木材在自然生长条件下形成的各向异性缺点,提高了尺寸稳定性。
加压分预压及热压。使用无垫板系统时必需使板坯经过预压。它使板坯在推进热压机时不致损坏。热压工序是决定企业生产能力和产量的关键工序,人造板工业中常用的热压设备主要是多层热压机,此外,单层大幅面热压机和连续热压机也逐渐被采用。刨花板工厂多用单层热压机,中密度纤维板制造中使用单层压机就可以实现高频和蒸气联合使用的复式加热,有利于缩短加压周期和改善产品断面密度的均匀性。
最终加工 板材从热压机卸出后,经过冷却和含水率平衡阶段,即进行锯边、砂光,硬质纤维板需经热处理及调湿处理。过去板材锯边都是冷态锯切,现在也用热态锯切法,但决不能采用热态砂光方法,热砂会损坏成品表面质量。根据使用要求,有些板材还需进行浸渍、油漆、复面、封边等特殊处理。