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。
胶合板是由木段旋切成单板或由木方刨切成薄木,再用胶粘剂胶合而成的三层或多层的板状材料,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。[1]
胶合板是家具常用材料之一,是一种人造板。一组单板通常按相邻层木纹方向互相垂直组坯胶合而成,通常其表板和内层板对称地配置在中心层或板芯的两侧。用涂胶后的单板按木纹方向纵横交错配成的板坯,在加热或不加热的条件下压制而成。层数一般为奇数,少数也有偶数。纵横方向的物理、机械性质差异较小。常用的有三合板、五合板等。胶合板能提高木材利用率,是节约木材的一个主要途径。亦可供飞机、船舶、火车、汽车、建筑和包装箱等作用材。
将大径级毛竹横截成竹段,铣去外节后纵剖成2—4块,再铣去内节进行蒸煮软化,然后在上压式单层平压机上加热加压,将弧形竹块展开成平面。最后经过双面压刨将其加工成无竹青、竹黄的等厚竹片。
2、定型干燥
为了防止竹片在干燥过程中,使平整的竹片在横向弹性恢复力作用下产生卷曲变形,必须采用加压干燥的工艺与设备,使湿竹片在压力下加热,在解除压力时,排除水分和自由收缩。
3、竹片施胶
采用四辊涂胶机对竹片辊涂水溶性酚醛树脂胶,涂胶量为300—350g/㎡(双面)。胶粘剂中可加入1%--3%的面粉、豆粉等作填充剂。填充剂可使竹片在涂胶后易在表面形成胶膜,热压时不易产生流胶现象,固化后可以改善胶层的脆性。
4、组坯
采用手工组坯,严格按照对称原则、奇数层原则和相邻层竹片纹理相互垂直的原则进行组坯。要求面板用材质好的竹片,材质较次的竹片作背板。面、背板的竹青面向外,竹黄面向内;芯板组坯时,则要求相邻竹片的朝向按竹青面、竹黄面交替依次排列。
5、预压与热压
⑴预压 为了防止板坯在向热压机内装板时产生位移而引起的叠芯、离缝等缺陷,在组坯后热压之前,要对板坯在室温下进行预压,使其粘合成一个整体材料。
⑵热压 采用热一热胶合工艺,其热压温度为140oC左右,单位压力为2.5—3.0MPa,热压时间按板材成品厚度计算,一般为1.1min/mm。
为了防止“鼓泡”现象的产生,在热压后期通常采用三段降压的工艺。第一段由工作压力降到“平衡压力”,第二段由“平衡压力”降到零,第三段由零到热压板完成开张。
6、板材的接长与表面处理
竹材胶合板主要用作车厢底板,故要求板材长度与车厢长度相一致,而压制的板材较短故需进行接长。
板材的接长与表面处理包括端头铣斜面、斜面涂胶与搭接,热压接长、纵向裁边、板面涂胶与加覆纲丝网,再次热压使板面胶层固化和压出网痕等工序。
是由木段旋切成单板或由木方刨切成薄木,再用胶粘剂胶合而成的三层或多层的板状材料,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。胶合板以木材为主要原料生产的胶合板,由于其结构的合理性和生产过程中的精细加工,可大体上克服木材的缺陷大大改善和提高木材的物理力学性能,胶合板生产是充分合理地利用木材、改善木材性能的一个重要方法。
胶合板的分类
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,主要用于馐及一般用途胶合板用材有椴木、水曲柳、桦木、榆木、杨木等。有多种胶可以用于胶合板。至于具体使用什么样的胶,要看你的质量要求。
(一)根据胶的成分的不同,用于胶合板的胶有如下几种:
脲醛胶: 防潮胶水/用于室内装修、家俱,不可用于室外
三聚氰胺胶:防潮、并具有一定的耐水煮、耐气候特性/可用于室外或者室内、但不可以经常被水浸渍
酚醛胶:防潮、优秀的耐水煮、耐气候特性/可用于室外或者室内、可经受室外风吹雨打
(二)根据环保等级,用于胶合板的胶可以分为E0级,E1胶,E2胶(以及连E2级都达不到的不合格的胶)。E0级是最高环保等级。E1级胶做的胶合板就可以直接用于室内了。
高质量的脲醛胶/三聚氰胺胶/酚醛胶都可以达到E0级、E1级,即都可以直接用于室内。
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。