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1、纤维板制造学FIBERBOARD MANUFACTURE TECHNICS,思考题 纤维板的概念中密度纤维板的特点与分类纤维板制造湿法、干法工艺流程纤维板对原料要求纤维分离的目的与要求纤维分离理论原料的软化处理软化处理工艺方法纤维分离工艺与设备影响纤维分离主要因素,纤维吸湿与吸水机理影响纤维板尺寸变化的主要因素纤维板防水处理的措施长网成型设备的主要构成部分及其作用（高位槽、网前箱、网案、拍浆器、真空箱、辊压机）成型过程影响湿板坯质量的主要因素,分析说明湿法纤维板热压工艺过程及影响因素,纤维板：是以植物纤维为主要原料经过纤维分离、（施胶）、（干燥）、成型、热压或干燥等工序制成的一类板材。早期的纤
2、维板生产基本上沿用造纸技术，采用湿法工艺生产。而目前常用的干法生产纤维板技术发展的较晚，除备料部分外，基本上是从刨花板生产演变过来的，与刨花板生产技术相似。,纤维板可按密度分类：密度小于0.5 g/cm3的为软质纤维板，目前工业生产采用湿法工艺。密度大于0.8 g/cm3的为高密度纤维板，工业生产可采用湿法或干法工艺。0.450.88 g/cm3为中密度纤维板，工业生产可采用湿法或干法工艺。,湿法纤维板工艺（干燥）原料制浆湿成型热压纤维板 水 白水 污水 干法纤维板工艺原料纤维分离干法成型纤维板 干燥施胶 空气介质,GB/T117181999中密度纤维板是以木质纤维或其他植物纤维为原料，施加脲
3、醛树脂或其他合成树脂，在加热加压条件下，压制而成的一种板材。通常厚度超过1MM，密度0.450.88 g/cm3。也可以加入其他合适的添加剂以改善板材特性。按其适用条件分为：室内型、室内防潮型、室外型。产品按外观质量和内结合强度指标分为：优等品、一等品、合格品三个等级。,中密度纤维板特点内部结构均匀、密度适中、尺寸稳定好、变形小、物理力学性能适中，如抗弯强度、冲击强度、内部结合力等均大于刨花板。表面平整光滑、可粘贴刨切薄木或薄页纸、直接涂饰或印刷。机械加工性能好。厚度变化范围大广泛用于家具、建筑、音响、船舶、车辆。,根据产品成型时板坯的含水率大小进行分类，由于湿法产生的废水处理难度大、成本高，
4、当前生产上主要以干法生产为主。以纤维生产中密度纤维板、硬质纤维板（以上为干法）、绝缘板、中密度纤维板、硬质纤维板、纸（湿法）。,中密度纤维板主要采用干法工艺生产备料纤维分离施胶干燥铺装成型预压热压冷却锯截砂光分等入库,木材的化学组分与性质木材的化学组分木材细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和木素。木材中还含有有机内含物(抽提物)和无机物(灰分)，占木材绝干重的0.3-1.0%。,纤维素是木材细胞壁中的骨架物质，约占50%。纤维素的化学结构式为(C6H10O5)n，结构单元的化学式为C6H10O5，即葡萄糖基，D-葡萄糖基之间的连结为1，4甙键连结。n是聚合度，每一个纤维素分子平均含7，0001
5、0，000个葡萄糖基。,木材细胞壁中的纤维素部分根据纤维素分子链的排列，有结晶区和无定形区之分。纤维素的主要化学性质决定于纤维素分子中的甙键和葡萄糖基上的三个羟基。其主要化学反应包括纤维素在酸作用下的水解反应、在碱作用下的润胀并化学反应、纤维素的酯化反应、醚化反应、氧化反应、交联反应、热解反应等。,半纤维素在木材细胞壁中约占2030%，是木材细胞壁中的基体物质，其糖基包括D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、D-甘露糖、L-阿拉伯糖、4-氧-甲基-D葡萄糖醛酸。半纤维素的聚合度较低，在200300之间，分子链上带有支链，无结晶区。,半纤维素与纤维素同属于多聚糖，同是由甙键连结的，所以半纤维素的化学
6、性质与纤维素的有相似的地方，如都可以发生酯化反应、醚化反应、水解反应等等。但总体上来说，半纤维素比纤维素更不稳定，更容易起化学反应。,木素在木材细胞壁中约占2030%，是木材细胞壁中的结壳物质。木素是非结晶性的芳香族高分子化合物，具有三维空间结构，其结构单元为苯丙烷基。木素的主要官能团包括甲氧基(-OCH3，存在于苯环上)、羟基(-OH，酚羟基和脂肪族羟基)和羰基(-C=O，主要存在于侧链上)，结构单元之间以醚键(C-O-C)和碳碳键(C-C)连结。木素在木材细胞壁的复合胞间层中约占3/4，在次生壁中约占1/4，大多数的木素分布在次生壁。,与纤维素比较，木素是较不稳定的物质，易与氧化剂、热碱液
7、和卤素作用。其具体化学反应包括木素的磺化反应、木素与碱发生的反应、木素的氯化和溴化反应、木素的氧化反应、木素的乙酰化反应、木素的缩合反应等等。,厚壁细胞：在植物体内起增进机械强度的功用,使植物具有一定的抗张强度、挠曲强度和耐压强度。如：针叶材的管胞、阔叶材的木纤维和导管细胞、禾本科植物的纤维细胞。这些细胞细而长、胞壁厚而腔狭窄、两端较小，通称为纤维细胞。所有其他细胞通称为非纤维细胞。,纤维形态主要指：长度mm、宽度m、长宽比、壁厚、壁腔比（）等形态特征。针叶材管胞占木材体积的9095%。长度大（4mm）、长宽比大（5070）、细胞壁厚、壁腔比小（）、宽度大、阔叶材（木纤维和导管）纤维含量变化很
8、大80 16%。长度短12mm、细胞壁薄。,纤维分离理论主要理论基础：充分利用植物纤维胞间层木素含量高、木素软化点低，用饱和蒸汽将原料加热到160180，同时进行纤维分离。纤维分离理论，经蒸煮后的纤维原料被送入高温高湿的磨室内两磨片间，受磨片压力和转动作用，使纤维胞间层承受剪切力。剪切力的大小是力偶和纤维截面尺寸的函数，当平行于纤维轴线的剪切力或拉应力超过纤维间的结合力时，纤维则松散分离。,纤维之间形成结合的前提和内因：纤维表面拥有足够数量的游离羟基。纤维表面上游离羟基数量与纤维的比表面积有关。纤维分离得越细，比表面积就越大，纤维表面上游离羟基数量越多。纤维分离的基本要求就是在尽量少受损失的前
9、提下，消耗较少的动力，将植物纤维原料分离成单体纤维，并使纤维具有一定的比表面交织能力，为纤维之间的结合创造条件。,纤维形态对板子主要性能的影响原料经切削、分离，纤维会被切断、撕裂和压溃，但大部分热磨纤维仍保持原来的形态。板子强度取决于单体纤维本身的强度和纤维之间的结合强度（纤维的交织性能与结合时的工艺条件）。,纤维制备的工艺过程原料削片筛选磁选湿木片料仓水洗蒸煮软化热磨施胶干燥 干纤维料仓影响纤维磨浆质量的主要因素原料的弹塑性、外力的作用频率、磨浆单位压力、木片浓度,原料的弹塑性塑化：水热处理可使木素和半纤维素的软化点降低。木素软化点19070116。固体聚合物吸热后分子链发生较强活动，分子间
10、相互位移加剧、分子间联接破裂，无定型聚合物从玻璃态转变为塑化态。水解：在水热作用下，半纤维素分离出有机酸，进一步促使纤维素水解。水解作用可促使平行的、后继的、甚至交叉的化学作用发生，使高聚糖降解为低聚糖、单糖、聚木糖等。,外力作用频率:纤维在磨片间分布状态与运动轨迹多变复杂，不仅在磨片间作旋转运动、径向运动和轴向运动还绕其自身轴线旋转或扭转。实际上纤维受蒸汽压力和磨片施加的压缩、剪切、拉伸、扭转等外力并非是有序施加，即纤维在分离过程 中，所受诸力均为动截荷和冲击载荷。热磨机通过磨片对纤维施加的外力，多在纤维高弹性变形范围内，由于磨片的高速旋转，纤维受力频率非常高，每次受力都给纤维留下了微量的但
11、不可逆转的伤痕（残余塑性变形）多次受力的结果使纤维“疲劳”最终导致分离。,单位压力冲击疲劳：植物纤维原料既具有弹性又有塑性，是一种典型的粘弹体。当磨片所施加外力较小时，纤维产生纯弹性变形。两磨片齿沟相对时，外力减少变形消失。当外力超过弹性极限时，纤维产生塑性变形，外力消失后恢复变形时间较长，且有残余塑性变形，从而导致纤维分离。,蒸煮软化处理目的：提高纤维原料的塑性、减少动力消耗、缩短解纤的时间、提高分离纤维的质量。蒸煮处理可以使纤维中组分受到一定程度的溶解或破坏，纤维之间结合力受到一定程度的削弱，从而提高纤维原料的塑性。,加压蒸煮处理工艺0.81.2MPa510min蒸煮温度与木片塑性的关系
12、蒸煮温度 塑性（形变时间10-4S）未经蒸煮（含水率60%）1400 135 3660 155 4523 175 5501当蒸煮温度从135 175，木片塑性提高约50%,蒸煮温度与板子强度的关系,热磨法纤维分离工艺的特点及控制：热磨纤维的特性：纤维结构基本完整、细胞壁很少损伤；纤维较长、细纤维很少；高温热磨，颜色较深；有少量纤维束存在。热磨工艺过程包括机械、物理、化学等作用，影响纤维质量的因素较多。纤维分离质量还与热磨机的磨盘直径的大小、磨片齿形、静与动磨盘的平行度。一次高浓与二级磨将的比较。,吸湿原因：游离羟基的存在和纤维表面的负电性在纤维细胞壁内拥有巨大的自由表面（每克纤维具有5104
13、5106cm2表面)，具有大量游离羟基，可吸附空气中的水气。纤维表面的吸附水是影响弧尺寸变化和制品变形的主要原因。此外纤维表面带负电性，对极性水分子具有吸引力，增加纤维表面的吸湿性。,微毛细管的凝缩作用无定型区的纤维表面被吸附水饱和之后，半径小于510-7cm的微毛细管便开始从空气中凝结水蒸气，继续吸着水分。通常将纤维表面的吸附水和微毛细管的凝结水统称为吸湿水。,吸水原因:毛细管作用与渗透作用在板中拥有大量半径大于510-7cm毛细管，每根中空的纤维都能产生毛细管作用，吸入的水量大时使制品发潮、霉变、腐朽。当板制品浸入水中后会出现渗透现象。细胞壁上纹孔膜相当于半透膜，原料中的一些水溶性物质能形
14、成细胞壁内外的浓度差，产生渗透压力而吸水。,热磨制浆工艺 P饱和：0.61.2 MPa、T：160180、：0.1 0.2mm吸湿与吸水的机理与工艺施加防水剂石蜡 熔融石蜡直施与石蜡制备乳液施加,湿法硬质纤维板生产长网成型机组成:进浆部分、成型压榨部分、湿板坯纵向横向切边部分。纤维浆由高位槽或浆泵输送，通过网前箱流向长网，经过拍浆器振动，使纤维分布均匀且表面质量改善，浆流流经长网自重脱水、真空脱水、辊压脱水，纵向锯边后横截锯成要求的长度成规格的湿板坯。,成型压榨部分是成型机的主要组成部分，由挡浆板、（下）长网、拍浆器、胸辊、案辊、真空脱水箱、辊压机组成。拍浆器：200300次/分钟案辊：促进浆
15、料的脱水过程真空脱水箱：吸水箱（3或4格）真空度保持在0.010.05 MPa、真空缸、真空泵辊压机：4对预压辊、1或2对压榨辊3 MPa,S26型长网成型机主要技术指标生产能力：10吨/24小时板带宽：10001085mm板坯宽：9551040mm湿板坯含水率：65 70%网速：2 6 m/min,影响成型的主要因素成型机的结构、脱水压力、浆速、网速、浆料浓度、浆料滤水度等。,湿法纤维板成型热磨减压稀释浆池施胶浆池高位槽长网成型预压齐边截断热压纤维浆浓度1.22.0%、上网速度、成型网带速度三者之间关系与板子质量的相关性长网网前箱：浆流稳定、连续、均匀、不结絮拍浆器：浆流断面纤维纵横交错均匀
16、分布交织案辊：助脱水与支撑作用,湿法纤维板的热压工艺三段加压:挤水、干燥、塑化段第一段，以机械压力排除板坯中大量的水分，不能等板坯内部温度超过100，否则由于减压作用，板坯内部蒸汽逸出，易造成放爆事故，但排水时间太短，也会延长干燥段蒸发时间，产品表面可能出现水渍。1 min以内，2030秒为宜。板坯含水率约为3545%。压力5.07.0MPa,第二段，在板坯内部升温至100110的情况下,把剩余水分蒸发排出,控制蒸发时间,应以板坯含水率控制在10%左右为宜,如果蒸发时间过长,会大大降低板子的强度和比重,并使板子产生分层,蒸发时间过短,会造成板面出现水渍或鼓泡,影响板面的光洁美观.压力0.81.
17、2MPa,第三段，板坯在温度与压力作用之下，形成木素胶合、氢键结合、范德华力结合等形式的纤维之间的交织强度，塑化阶段纤维必须有一定的含水率，以利于纤维塑性的提高、氢键形成等。但含水率过高对质量的提高并不显著，相反会延长热压时间，产生板面污垢。压力0.81.2MPa通常热压温度：180 220,纤维干燥1 干燥原理 自由水 大毛细管内（细胞腔内）水分 吸着水 微毛细管内（细胞壁内）水分 化学水 少数木材分子化学结合的水分 物料表面受热表面水分蒸发内部和表面 水分梯度差内部水分向外扩散表面水分 蒸发热量由外向内传递,传热过程：热量传递由物料表面逐渐向内部传质过程：表面水分蒸发导致内部水分扩散干燥过
18、程：预热干燥阶段（升温）恒速干燥阶段（自由水）减速干燥阶段（自由水与吸着水）细胞壁上微毛细管内吸着水的变化 将引起收缩变形，干燥速度减弱,在干燥过程中,湿纤维在常压管道中受高速气流的冲击,使结团纤维分散呈悬浮状态。纤维整个表面暴露在热介质中，而气流介质又不断地高速更新，大大提高了湿纤维与介质的热传导系数，强化了干燥过程，使干燥可以在瞬间完成。,纤维在常压管道中运行，与高温热介质短暂的接触，热量主要用于纤维中水分的蒸发气化，在水分未蒸发完前，纤维自身的温度不会急剧上升，故不会出现纤维过热损伤，也不会出现大量胶料的缩聚和提前固化现象。,干燥方式：采用一级或二级管道气流干燥系统。管道长约90100M
19、，直径11.5M管道为主干燥部分。管道端部与旋风分离器相连接，使干纤维与干燥气体分离，干燥时间约为5 10S。系统为要由供热、空气预热、干燥管道、风送、旋风分离器、监测控制与防火安全设施几部分构成。,2 干燥工艺表现特点：纤维的比表面积大受热面积大传热效率高水分蒸发面大水分扩散移动距离短干燥时间短工艺因素：介质温度160310（一级干燥、57S）、180140（二级干燥）干燥时间、相对湿度、流速、纤维初含水率、纤维送料浓度、纤维质量等。高温工艺：31090、低温工艺：11060 常规工艺：160，平均悬浮速度：1012 M/S气流速度：2030 M/S送料浓度：热介质/纤维=12 m3：1kg
20、,防爆系统发达国家对人造板设备，尤其是高速运转的设备都要进行设备作业安全的评价(认证)，设备上必须装备有防护和联锁技术的安全装置，并贴有经欧共体安全认证的CE标志。在生产线上容易产生起火、爆炸、不安全的工序上都设置有防火、防爆、防止设备和人身事故的安全系统。例如，德国Grecon公司的防止火花可能引起木质粉尘爆炸的火花熄灭装置。它能报出火花出现的信号，并几乎在瞬间于传感器前方68m处形成短时的稠密水雾，火花便在水雾中被熄灭。采用这种装置不需要中断生产。德国Zettler GmbH公司研制的RAS 51型起烟信号器，作为探测产生燃烧点的信号仪表。该信号器通过光电传感器经常测定空气中烟气的存在，同
21、时测出可产生的火花点。,3 干燥后含水率 绝对含水率：W=（G-G0）/G0*100%纤维含水率与板子质量的相关性 密度偏差、形变、分层鼓泡 含水量均值：35%（先干燥后施胶）、812%（先施胶后干燥）,纤维施胶对胶粘剂的要求UF：固体含量 4045%、5055%(PF:1520%)PH值 7.07.5 粘度 2.50.5*10-2Pas 比重 1.200.05 游离醛含量 0.3%固化时间 90120s 活性期（25）24h,此外应考虑：纤维比表面积大的特点，胶粘剂应具低粘滞性、大渗透性、低污染、功能协调性、管道施胶特点等。,纤维施胶：施胶812%，绝干纤维计管道施胶应增加用胶量510%3
22、石蜡乳液 浓度510%制备：石蜡加热高速搅拌加油酸加氨水 加乳化水冷却加稀释水停止搅拌,普通真空气流铺装机 分选后的干纤维和空气 均匀混合后,以高速气流通 成型网上部的摆动喷嘴,均 匀地铺撒在运动带上.网下 真空箱不让纤维由于气流 冲击而飞散,负压吸附.,喷嘴摆动角度与成型 质量有关.角度太小,板坯不完满.太大则会 造成板边角的堆积.应 依据喷嘴距板坯高度 决定.高 低 高真空区,改进型真空气流成型头成型纤维经旋风分离器,降低沉降速度.此类成型机的生产率决定于空气与纤维的混合比和气流速度.混合比过大降低生产率、增加动力消耗;混合比过小,纤维浓度加大易结团.常规工艺:混合比 3 M3/KG(空气
23、/干纤维)气流速度:2030 M/S,达到板坯表面的速度:914 M/S吸风管的速度:1416 M/S,由于板坯阻力,真空箱入口处实际速度约为1.41.8 M/S.此法可以比较准确完善地控制板坯结构.产品质量比较稳定,是制造高质量中密度纤维板的主要成型方法之一.但能耗高,气流与纤维分离除尘系统复杂.,纤维板坯预压：压力 140200N/mm 时间 1030sec 压缩率 6075%（相对)板坯反弹率 1530%（相对）,热压人造板热压是指施胶板坯在一定温度、压力、时间作用下，完成板坯内水分的移动与分布；胶粘剂的流动、缩聚与固化；板子断面密度的分布与形成。1 热压温度：160180/210(UF
24、)应考虑板种、胶粘剂、原材料、含水率、板子结构、设备能力等因素,热压温度制定与制品的厚度与密度关系密切.如0.6G/CM312MM板子,板坯表芯层温度差可达4060.增加高频加热技术采用喷蒸措施等,能快速提高板坯温度,特别是板坯中心温度,缩短热压时间,改善制品的性能.,热压时间与温度关系 板坯厚度与芯层温度 板坯水分与温度关系 板坯密度与温度关系 2 热压压力：间歇式热压 2.53.5 MPa/高强度建筑高密度(HDF)5.07.0 MPa/高频加热时3.54.5 MPa,热压时间与温度关系 板坯厚度与芯层温度 板坯水分与温度关系 板坯密度与温度关系 2 热压压力：2.53.5 MPa/5.0
25、7.0 升压速度与板子断面密度分布 保压与板坯压缩变形 板坯水分与压力关系,3 板坯含水率 板坯含水率与时间的关系 板坯含水率与胶粘剂固化 板坯含水率与产品质量的关系 4 热压时间 2030 S/mm 5 热压曲线 压力时间关系曲线,5 热压设备 单层压机、多层压机、间歇式压机、连续式压机 压机的性能与特点,喷蒸热压工艺 喷蒸能缩短热压周期。表层刨花有较高的含水率，在高温下热压能迅速地产生蒸汽并冲向芯层，利用这种蒸汽冲击效应的方法叫蒸汽冲击法。,当板坯的含水率很低时，传热主要在木材中进行，此时板坯表面的温度越高，板坯内部的温度梯度就越大，热量传递到中心的速度就越快；当板坯含水率较高时，从靠近热压板的板坯表面开始，水分有顺序地反复拂腾、冷凝将热量向板坯中心传递。,与木材的热传递相比水蒸汽的热传递能更快地把热量传递到板坯中心，此时热压板的温度越高，板坯内水分的沸腾与冷凝就越激烈，其热传递速度就越快。,不论板坯含水率如何，提高热压板温度都能缩短热压时间。但热压时间总是与板坯厚度成正比，板坯越厚热压时间就越长，且热压板温度越高，板坯表层的胶粘剂就越易提前固化，甚至表层碳化，影响产品质量和出材率。,散置冷却 翻板冷却运输机，使板材有足够的时间散置在大气中，实现板材表芯层温湿度的平衡，且有利于人造板甲醛散发量的降低，并对板材力学性能和尺寸稳定有重要影响。,
