什么是合板压制?
单板经涂胶组成板坯后,在一定温度、压力下使胶层固化,板坯干燥,形成一张整板的过程。压制工序包括板坯预压和热压胶合,是制造胶合板的关键工序。
板坯预压
板坯在进入热压机热压胶合前,在冷压机中进行短期加压,使单板基本粘合成一整体。预压是现代胶合板工业普遍应用的一项新工艺。其作用:①经过预压而成为一整体的板坯,可以采用无垫板装卸和热压,既降低劳动强度,又节约金属垫板,还可节约热量;②采用无垫板工艺后,可缩短热压时间,提高热压机产量;③有利于防止芯板产生叠芯、离缝,提高胶合板的质量;④可减低胶层过干与预固化程度,保持胶料在单板表面具有良好的流动性,提高胶合质量;⑤有利于缩小热压机压板间隙,降低压机高度和热压机造价。
为了适应预压工艺的要求,胶粘剂应具有初粘性,目前多采用在胶粘剂中添加一定数量能起增粘作用的填充剂(如豆粉、小麦粉等)或在脲醛树脂中加入一定量的聚乙烯醇等方法。中国使用的聚乙烯醇改性脲醛胶的预压条件是:闭合陈化时间小于40分钟;单位压力0.5~0.8兆帕;保压时间10~20分钟。预压可用一般的冷压机,其中以上压式冷压应用最广。
板坯胶合
板坯在一定温度、一定压力下使胶层固化而把单板胶合起来形成胶合板。在胶合过程中,一是压力的作用,即机械作用,排出各单板间的空气而使胶合面紧密相合;一是热力的作用,使胶粘剂中的溶剂蒸发,化学成分的反应加速并迅速固化,板坯胶合成为一个整体。
板坯胶合方法,根据单板含水率大小和是否要对板坯进行加热,板坯胶合有湿热法、干冷法和干热法。
湿热法
将未经干燥的单板(含水率60~120%)直接施胶,接着进行热压的一种胶合板生产方法。此法的优点是工艺简单,所需设备少;缺点是由于单板在湿状下胶合而不能收缩,因此内应力很大,成品容易翘曲和龟裂,所以只能生产低等级胶合板。所用的胶种主要是血胶。该法已很少采用。
干冷法
将干燥到含水率为8~12%的单板涂胶后,在室温下(18~20℃)加压,使胶层缓慢固化的一种胶合板生产方法。使用的胶粘剂有豆胶、干酪素胶、脲醛树脂胶和酚醛树脂胶。冷压法生产的胶合板质量良好,能保持木材天然颜色,板的内应力很小,木材压缩量少,强度可达到要求;缺点是生产周期长,耗胶量大。此法适用于缺乏热压设备的小型胶合板厂或家具工厂。
干热法
将干燥后含水率为5~10%的单板涂胶,组坯后在热压机中胶合的一种胶合板生产方法。又称热压法。热压法的胶合质量好,压机生产率高,采用普遍,是胶合板生产的主要方法。热压胶合采用热压机。
热压胶合主要工艺条件是单位压力、热压温度和热压时间。
①单位压力 胶合过程给予板坯压力的目的是使板坯中“木材—胶层—木材”密切结合,胶料部分地渗入木材细胞与管孔中去。单位压力随树种,胶粘剂种类、粘度,产品容重、强度要求等因素而确定。例如:普通胶合板的单位压力为1.0~1.8兆帕,航空胶合板单位压力为2.0~2.5兆帕,船舶胶合板单位压力为3.5~4.0兆帕。
②热压温度 指热压板的温度。热压板一般用蒸汽加热,热压板的实际温度比饱和蒸汽压力所对应的温度低3~7℃。温度的选择,根据胶粘剂种类、单板树种、板坯的厚度和热压机同一间隔内压制的张数而定。为了缩短热压周期,一般采用高于胶粘剂固化所需的温度。各种胶粘剂的固化温度不同,各有最低、最高温度界限。低于最低温度,则使胶粘剂固化不良不能很好地发挥胶的胶结作用;高于最高温度,胶层发脆而降低胶结力。排除水蒸气困难的针叶树材不能采用过高的温度。板坯厚度较薄及每个间隔压制张数较少时,可采用较高温度。板坯较厚,同一间隔内压制张数较多时,宜采用较低的温度,以免卸压时产品发生鼓泡。确定热压温度,需综合考虑胶种、树种、板坯厚度等各种情况,不可根据某单一因素而定。
③热压时间 为在压力和温度作用下胶层固化达到合乎胶合质量所需的时间。热压时间根据胶层温度的升温速度、板坯厚度、胶层固化速度、水分排除速度等因素而定。
板坯在热压机中的胶合过程可用热压曲线图来表示(见图),一般分为3个阶段。装入第一张板坯到热压板闭合阶段,图中为0~t1。热压胶合阶段,图中t1~t3。其中t1~t2是由低压升到高压的时间,t2~t3是保持预定压力的时间。降压阶段,图中t3~t5。t3~t4是在短时间内由高压降至与板坯内蒸汽压力相等的平衡压力,然后再缓慢地将压力降到零(t4~t5),使板坯内蒸汽徐徐排出,保证胶层不被蒸汽压力破坏。
合板压制,除上述方法外,目前还有一些其他方法有的已投入生产,有的尚在研究试验中。①低压快速胶合法:此法可以提高热压机产量,降低合板的压缩率,缩小热压机结构尺寸及降低液压系统功率。②真空加压胶合法:此法不需通常使用的多层或单层热压机,而是将板坯放在弹性膜和金属板中间,待密封后抽出弹性膜和板之间的空气,靠大气压力加压板坯。胶层可在室温下或加热条件下固化胶合。③单层周期式热压机胶合法:此法已在一些国家中应用。压机是单层的,为上压式或下压式,用输送带进料,无空行程,辅助时间少,易于实现连续化自动化,适宜于薄板生产。④单层连续式胶合法:采用连续式单层压机。热压周期可按工艺要求划分成几个具有不同热压工艺参数(温度、压力、时间)的阶段,但整个周期又是连续的。辊筒式连续压机是有代表性的一种。连续式压机尚处于试验研究阶段。
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。
阻燃胶合板的阻燃原理主要在于阻燃剂遇热后溶化,在木材表面上形成隔火层。隔断氧气和木材接触,使燃烧不易继续进行。并分解出大量的不燃气体排挤木材表面的空气,冲淡木材分解出来的可燃性气体,使木材不再燃烧,有效地阻滞火势蔓延。阻燃胶合板具有生产、工艺简单、阻燃性能好等优点。外观与普通胶合板相同,保持木材原有无毒、无特殊气味,其阻燃性能、物理机械性能符合标准要求。易于进行各种装饰,涂饰和加工。阻燃板主要用于宾馆、影剧院、展览馆等建筑物内装修材料和展览馆的展板,作火车、轮船等大型交通工具内受高温辐射较强部位的装板,防火门的门扇板及各种内部设施。主要性能指标是产品规格、产品厚度、外观、含水率、胶合强度、氧指数、倾斜燃烧法炭化长度、倾斜燃烧法炭化面积、倾斜燃烧法残焰、倾斜燃烧法残烬、发烟密度、难燃等级。
阻燃胶合板应在室内使用,应防晒防潮、避免撞击。表面如有磕碰伤,可用腻子填补或用挖补方法维修。如:将碰伤部位用利器挖掉,取大小、形状、色泽相同的木材单片用的胶或冷压胶胶压。如有部分脱胶现象,可用注射器将冷压胶注射进板内,并加压待胶干后取出,也可将板面纵向用利器划一道缝隙,将胶液灌入,并加压。阻燃胶合板的优点。优点:以刨花板为基材,用三聚氰胺浸渍纸作为饰面,与传统的贴纸家具相比,三聚氰胺板具有耐高温、耐酸碱、耐潮湿、防火等特性,表面不易变色、起皮,且容易加工成风格各异、质感强烈的贴面,自诞生以来该板材就迅速应用于家具、地板及室内装饰等方面。
压制工序包括板坯预压和热压胶合,是制造胶合板的关键工序。板坯在进入热压机热压胶合前,在冷压机中进行短期加压,使单板基本粘合成一整体。预压是现代胶合板工业普遍应用的一项新工艺。并且为了适应预压工艺的要求,胶粘剂应具有初粘性,目前多采用在胶粘剂中添加一定数量能起增粘作用的填充剂(如豆粉、小麦粉等)或在脲醛树脂中加入一定量的聚乙烯醇等方法。
1、内部部分地方含水量差别造成的变形
胶合板生产制造中,如刨花板的碎料、中密度纤维板的纤维部分地方干燥不匀称,或在施胶全过程中不匀称。胶合板生产制造中单板涂胶不匀称等。存在着含水量差别、胶的固化及含水量的蒸发各有差别,其应力是不匀称的,从而造成变形。
2、热压工艺不当或压机自身影响造成的变形
胶合板在加压全过程中,因为压机自身的条件,如压板变形,个别热压板温度不足等,或压力不匀称等造成的变形,或者热压工艺掌握不当、温度太高或太低、压力太大等而造成的变形。
3、构造不对称造成的变形
构造不对称是造成板子内应力的一个关键要素。胶合板的中板上下两面从树种、单板纤维排布方位、厚度、含水量、层数,及生产制造方式不相同,或者单板有扭纹等,也是造成翘曲变形的关键原因。
二、胶合板变形如何恢复
1、胶合板及支撑系统设计时,应充分考虑其本身自重、施工荷载及混凝土的自得及浇捣时产生的侧向压力,以保证胶合板及支架有足够的承载能力、刚度和稳定性。
2、梁底支撑间距应能够保证在混凝土重量和施工荷载作用下不产生变形,支撑底部若为泥土地基,应先认真夯实,设排水沟,并铺放通长垫木或型钢,以确保支撑不沉陷。
3、组合小钢模拼装时,连接件应按规定放置,围檩及对拉螺栓间距、规格应按设计要求设置。
4、梁、柱胶合板若采用卡蛤时,其间距要规定设置,并要卡紧胶合板,其宽度比截面尺寸略小。
5、梁、墙胶合板上部必须有临时撑头,以保证混凝土浇捣时,梁、墙上口宽度。
6、浇捣混凝土时,要均匀对称不下料,严格控制浇灌高度,特别是门窗洞口胶合板两侧,既要保证混凝土振捣密实,又要防止过分振捣引起胶合板变形
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。