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1、第三部分 纤维板,第一章 概 述,第二章 原 料,第三章 纤维分离,第四章 浆料处理,第五章 成型与热压,第六章 干法与半干法生产工艺特点,第一章 概 述一、基本概念 纤维板：是以植物纤维为原料，经过纤维分离、板坯铺装、热压成型或干燥等工序生产的板状材料。硬质板：密度d 0.8 g/cm3 软质板：密度d 0.5 g/cm3 中密度板（MDF）：密度d=0.5-0.8 g/cm3,二、发展历史 纤维板生产最早起源于美国：1914，磨木浆绝缘板示范工厂问世；1926，湿法硬质板正式进入工业化生产；1952，干法硬质板生产工艺成熟；1961，在干法硬质板的基础上发明了中密度纤维板（MDF）。我国纤
2、维板工业化生产始于20世纪60年代初，1964，从瑞典引进第一条湿法硬质板生产线，18000t/a；1981，建成第一条国产化设备的中纤板生产线，10000t/a；2000，全国纤维板产量大约在400万立方米。,三、纤维板的生产方法简介生产方法：干法生产 湿法生产,主要区别：干法，是以空气为纤维运输和成型的介质，需要加入胶粘剂，产品为两面光；湿法，是以水为纤维运输和成型的介质，无需（或少量）加入胶粘剂，产品一面光。,湿法生产工艺过程,干法生产工艺过程,四.纤维板的应用领域 建筑装修材料：隔墙板，天顶装修和地板等；家具材料：现代板式家具多以中纤板为材料；包装材料：硬质纤维板大多用于包装材料；隔音
3、保温材料：软质纤维板主要用于建筑物的隔音、保温；车辆船舶的箱体材料：现代火车、汽车和客轮的内舱隔墙多用 中纤板制做；电器产品箱体材料：现在电视机、收音机和组合音响的箱体大 多用中纤板制做。五.纤维板工业的发展趋势,第二章 原料,第一节 原料种类及纤维形态,第二节 纤维原料的化学成分及主要性质,第三节原料对产品质量的影响及原料选择,第四节 原料准备,二.植物纤维原料中主要细胞及其纤维形态1.几个基本概念：纤维：长度远大于宽度、两端尖削的细小材料 纤维细胞：细长、壁厚、腔小的植物细胞 木材纤维：木材中的纤维细胞 木纤维：特指阔叶材中起机械支撑作用的一类细胞 纤维素：一种构成植物细胞壁的主要化学成分
4、，它是由-D 葡萄糖基通过1-4甙键连接而成的高分子化合物，分子式为（C6H5O10）n。,2.木材的主要细胞含量及纤维形态 1）主要细胞 针叶材：管胞 薄壁细胞（含泌脂细胞、射线细胞、薄壁组织）90%以上 4-10%阔叶材：木纤维 导管分子 薄壁细胞（含射线、泌脂细 胞、薄壁组织）50%左右 30%左右 20%左右,各类细胞在木材中所占比例（参看书中图表）,1）纤维形态 通常用纤维长度、纤维宽度、长宽比、胞壁厚度、壁腔比、腔径比等指标来描述纤维形态。纤维长度：一般为0.55mm 纤维宽度：一般为2050um 胞壁厚度：一般为410um,不同树种之间、同株内不同部位之间，纤维形态具有很大的变异
5、,1）纤维形态的均一性,纤维形态的变异性，用频数分布图来表示,3.禾本科植物的主要细胞及其纤维形特征禾本科植物：竹子、甘蔗和草类等，与木本植物的主要区别：禾本植物具有明显的节，没有 侧向形成层，直径不能连续长大。1）细胞含量主要细胞有：纤维细胞、薄壁细胞、表皮细胞、石细胞、导管分子和筛管分子,禾本植物各类细胞含量：,2）纤维形态特征,第二节 纤维原料的化学成分及主要性质一.纤维原料中的化学成分及其分布1.纤维原料中的化学成分三素：纤维素、半纤维素和木素。纤维素：50-60%半纤维素：10-25%木素：15-30%。针叶材中的木素含量高于阔叶材，半纤维素含量低于阔叶材。少量成分：树脂、单宁、色素
6、、果胶、蛋白和无机灰分等。,2.树干与枝桠的区别3.树皮的化学成分纤维素和半纤维素含量很低，抽提物含量很高,4.化学成分在细胞壁中的分布细胞壁分为：胞间层、初生壁和次生壁。胞间层：主要为木素和果胶质，纤维素含量很少；初生壁：主要为纤维素、半纤维素 和木素组成，木素含量相对较高；次生壁：主要有纤维素组成，含有少量木素和纤维素。次生壁中木素占木素总量的70%以上。,二.纤维素的结构与性质1.纤维素的结构 1）化学结构：为大约10000个-D葡萄糖基通过1-4甙键连接 而成的直链型高分子化合物。化学分子式：(C6H10O5)n化学结构式：,2）物理结构：微纤丝：结晶区：非结晶区：,2.纤维素的性质
7、1）物理性质：外观：白色、无臭、无味，具有各向异性；比重：d=1.52-1.56;比热：=0.32-.033(大卡/kg.oC 力学强度：依主价键来计算，纤维素的拉伸强度可 高达780MPa 实际结合强度取决于分子链之间的粘合力、结晶度和聚合度,2）物理化学性质 纤维素的吸湿特性：纤维素的等温吸附曲线呈“S”形 吸湿滞后现象：纤维素的润胀：酸性水解：高温热解：,三.半纤维素的结构与性质1.结构：多种糖基（葡、甘、木、阿、半）组成的支链型低分 子化合物，聚合度约为200左右。由多种糖基组成与纤维素在结构上的主要区别 具有支链 聚合度小2.性质：分子链上有许多活性基团，化学性质更为活泼 溶解性更好
8、在性质方面与纤维素的主要区别 吸湿、润胀能力更强 更易于水解和热解,四.木素的结构与性质 1.结构：木素是由苯基丙烷单元，通过醚键（-O-）和碳-碳（-C-C-）连接而成的具有三度空间的 高分子化合物。组成木素的苯基丙烷单元有三种：针叶材木素：主要有愈疮木基丙烷单元组成；阔叶材木素：主要由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷单元组成；禾本植物木素：三种结构单元都有。,2.物理性质 颜色：天然木素为白色或浅黄，分离出来的木素为褐色。热软化：木素具有良好的热塑性，没有固定的熔点，而具有玻璃化转化点。木材胞间层内的原本木素，有水存在时，100oC开始软 化，165-170oC完全融化。水是木素的增塑剂，如高碘
9、酸木素绝干时软化点193oC，当W=27.1%，降至90oC。溶解度：原本木素一般不溶于水，惰性溶剂可使许多植物的木素少量溶解而被抽提出来。,3）水解作用引起的化学变化a.水解：木素的抗水解能力最强，其次为纤维素，最弱为半纤维素,b.缩合：缩合使降解的逆过程。木素受水解作用，可降解与活化，但在纤维板的热压过程中，被活化了的降解木素又会发生缩合反应。水对木素的缩合反应有的影响：有水存在时，高温下降解的纤维素和半纤维素能溶于水，使得降解的活化木素暴露于表面，能够相互接触而缩合；无水存在时，高温下降解的碳水化合物覆盖在表面，阻碍活化木素之间相互接触，降低缩合，相对地木素降解的速度更大。由此可见，高温
10、蒸煮时水对木素有保护作用。五.其它成分木材的细胞腔中还会存在少量抽提物。水抽提物：单宁、淀粉和糖类，溶剂抽提：树脂、脂肪和蜡质。,第三节原料对产品质量的影响及原料选择一.纤维形态与产品强度的关系单根纤维本身的机械强度纤维之间的结合强度软质纤维板：主要取决于后者；硬质纤维板和中密度纤维板：受到两者的影响。1.纤维本身的强度：一方面由纤维本身的因素所决定，如聚合度、结晶度、胞壁厚度、壁腔比和纤丝角等，另一方面受到纤维分离过程中所受破坏程度的影响,2.纤维之间的结合强度：一方面决定于纤维形态，另一方面取决于工艺条件。纤维形态与结合强度的关系：1）长度大、长宽比大，结合点增多，有利于结合强度（但纤维过
11、长，易于缠结成团，反而影响结合强度）；2）细胞壁薄、壁腔比小，纤维柔韧性好，易于压成扁平带状，有利于结合强度；3）适当掺和一些短小纤维，可以填充空隙，有利于结合强度。值得注意的是，在生产过程中，为保留纤维本身强度的工艺条件与提高纤维分离度、增加纤维结合强度的工艺条件，两者往往是相互矛盾的，故生产中应该权衡考虑。,二.化学组成对产品质量的影响 1.强度 纤维素 纤维细胞的骨架和主体，是影响纤维板产品强度的主 要因素。木素 固结物质，具有很好的胶固作用，由于木素的作用才使 纤维具有一定的的刚性。半纤维素 吸湿性强、本身的强度小，半纤维素含量太高不利 于纤维板产品的强度。抽提物 对纤维结合有一定影响
12、，含量高时不利于产品强度。2.吸湿性 在植物细胞的主要组分的吸湿性和吸湿膨胀性：半纤维素 纤维素 木素 相对湿度为95%时，它们的平衡含水率分别为：47-63%，24-30%，8-23%。,三.原料选择1.原料质量评定 原料质量评定包括：化学成分、纤维含量、纤维形态和加工性能等方面。化学成分：纤维素含量愈高愈好。一般要求原料的纤维素含量 达到30%以上，半纤维素和木素含量应尽量地低。纤维含量：纤维细胞含量是决定原料质量的最主要因素。非纤维细胞含量过高，不能生产出合格的产品，一般要求纤维含量达到50%以上。纤维形态：纤维长度大、长宽比大、胞壁较薄的纤维原料较好。加工性能：主要是指削片和磨浆的难易
13、程度。一般软材优于硬材，湿材优于干材。,原料质量综合评定：木材 最好，其中针叶材优于阔叶材，树干材优于枝桠材，边材优于心材，早材优于晚材。蔗渣 纤维形态好、有弹性，可生产出质量上乘的产品，但蔗渣含有大量髓细胞，应采用除髓措施对蔗渣原料 进行除髓处理。竹材 虽然纤维含量高、形态好，可生产出优质产品，但竹材密度大、材质硬，加工困难。,2.原料选择的原则纤维板生产的原料选用应从原料质量、来源和价格等方面进行综合考察。3.原料搭配 适当地进行原料搭配，不但可以降低生产成本，还可以提高产品等级，原料搭配包括：木材原料中不同树种的搭配，木材原料与非木材原料的搭配。4.树皮的利用 少量树皮，可降低热磨时的动
14、力消耗，有利于提高产品的耐水性。所以，在纤维板原料中允许带有树皮，但树皮含量应该控制在20%以下，否则会影响产品表面质量，降低产品强度。,第四节 原料准备一.原料的贮存与运输为了保证生产能够连续进行，厂内需要一定数量的原料储备，至少要有一个月生产的贮存量。原料贮存场地：应该干燥、平坦，应具有良好的通风、排水 和防火等条件。草类原料堆垛：应注意保持原料干燥，一般含水率应小于12%，否则会发热升温而自燃。不同的原料要分开贮存。原料运输：通常采用皮带运输机从贮料场运送至削片机。,二.备料工艺流程 备料是纤维板生产的第一道工序，原料来源不同，备料的工艺流程也会有所不同。以下是用专用人工林为原料的典型的
15、备料工艺流程。,三.削片为把木材原料切削成一定尺寸规格的木片的生产过程。1.木片规格要求木片尺寸均匀，切口平滑，尺寸规格为16-30*15-25*3-5mm，原料的含水率35-40%，这时切削的木片质量最好，而且切削阻力小，电能消耗少。2.削片设备纤维板的削片设备有盘式削片机和鼓式削片机两种。大厂：多采用盘式削片机，多刀盘式削片机最好，它加工的木片 合格率可达到95%以上。小厂：一般采用鼓式削片机。林区：用枝桠材削片时，可采用移动式盘式削片机。,3.影响木片质量的因素 1）原料本身方面：2）削片机类型：3）刀片的锋利程度：4）刀片安装位置：四.木片筛选与再碎不合格的木片不能进入木片蒸煮工序，木
16、片切削后需要对木片进行筛选。碎屑：应该作为废料除去，粗大木片：需要再碎，通常用锤式再碎机再碎，使其成为 合格的木片。筛选设备：生产中常用的木片筛选机械有平面筛和圆筒筛两种。,五.木片磁选木片磁选过程是让木片经过电磁吸铁装置，清除木片中夹带的金属物，以保证后续纤维分离设备的正常运行。工厂常用的有辊式磁选器和轮式磁选器两种：,六木片水洗木片水洗的作用木片水洗装置：,七.木片运输与贮存 木片的运输设备：,为了保证连续生产，工厂应该保持有1-2天的木片贮存量。贮存木片的料仓：按材料分有 按形状分有 常见的为立式结构料仓，有如下4中形式，其中（1）、（3）两种形式应用最多。,第三章 纤维分离,第一节 纤
17、维分离的目的与要求,第二节 原料的软化处理,第三节 纤维分离,第四节 浆料贮存、浓度调节和检验,第三章 纤维分离纤维板生产：先纤维分离，再重新组合。纤维分离，又称为制浆。第一节 纤维分离的目的与要求 一纤维分离的目的和要求纤维板产品的强度：取决于单根纤维本身强度，以及纤维之间的 结合强度，而且后者更为重要。纤维之间的结合强度：湿法工艺，主要是通过氢键结合；干法工艺，既有氢键结合，又有胶粘剂的胶结作用。无论是氢键，还是胶结，都需要纤维原料具有较大的比表面积。比表面积愈大：纤维表面游离羟基愈多，氢键形成机会也就愈多；纤维之间的交织点增多，胶合的强度也愈大。,目的：将原料分离成细小纤维，增大纤维比表
18、面积，提高纤维之间的结合强度。要求：,二.维分离方法 化学机械法：机械法 加热机械法：纯机械法：爆破法：先将木片置于高压密闭的容器中，并用高温高压蒸汽对 木片进行短时间预处理，使胞间层中木素软化，同时提 高木片内部水蒸气压力。然后突然打开高压密闭容器，这时木材在巨大的内外瞬间压力差的作用下迅速膨胀 而爆破，从而使得纤维分离。,三.浆料的质量评定1.纤维分离度（DS）纤维分离度是描述纤维被分离的细度的一个质量指标。它是通过测定纤维浆料的滤水性能而间接确定纤维被分离的细度的。各种纤维板产品对纤维分离度有不同的要求，,2.纤维筛分值 纤维筛分值描述了浆料中纤维长度的分布情况，是衡量纤维浆料质量的一个
19、很重要的指标。,第二节 原料的软化处理软化处理目的：软化处理方法：,一.加压蒸煮法1.加压蒸煮阶段纤维原料发生的主要变化 1）热水抽提物溶解，主要是单糖、淀粉、单宁和果胶的溶解。2）半纤维素部分水解，其中木聚糖水解最快。3）纤维素微纤丝无定形区中的纤维素发生部分水解，结晶区 不会受到破坏。4）木素受热而软化。2.加压蒸煮工艺木片蒸煮工艺：木片蒸煮温度（140-170oC）和时间（30-120min）是蒸煮工艺的两个重要工艺参数，对浆料质量、纤维得率、能源消耗和生产效率有直接影响。,1）蒸煮温度对木片塑化、产品强度的影响：分别见教材p41表2-8和表2-9。,2).蒸煮时间对产品强度的影响：见教
20、材p42表2-10。,3）蒸煮温度对动力消耗的影响：,二.热水浸泡：略三.冷碱法：略,第三节 纤维分离纤维分离：目前多采用机械研磨法，即在机械磨盘的摩擦、挤压、搓揉等作用下，将原料（木片）分离成细小纤维。所以这种方法又称为磨浆。一.磨浆理论松弛理论：纯弹性变形 高弹性变形 塑性变形,磨浆松弛理论认为：磨浆过程中，位于磨盘之间的纤维原料所受 的力，应使大部分原料处于高弹性状态。作用力太小，纤维不能被分离；作用力太大，纤维损伤严重。纤维分离的速度取决于两个因素：一是变形后纤维原料弹性变形的恢复速度，这与原料本身的性能有关。原料的塑性愈大，其弹性回复越慢，纤维分离速度会越快。二是磨盘对原料的交替作用
21、力，相邻两次受力的时间间隔，这与磨盘的运转速度有关。磨盘的运转速度越快，相邻两次交替作用力的时间间隔愈小，纤维分离的速度也会愈快。,二.影响磨浆工序的主要因素1.原料的弹塑性原料的弹塑性越高，磨浆动力消耗越大，纤维损伤越大；原料的弹塑性越低，磨浆动力消耗越小，纤维损伤越少。2.外力作用频率 外力作用频率对磨浆的影响见教材,3.单位压力磨浆单位压力：单位磨浆面积上所承受的压力。此压力应使大部分原料处于高弹性变形状态。提高单位压力，可显著提高磨浆效率，见上表。但过大地提高压力会增大原料内应力、加剧纤维损伤、降低产品强度。4.将料浓度磨浆时必须在原料中加入一定的水，其作用有三,浆料浓度对产品强度和动
22、力消耗都有明显影响，,三.制浆工艺与设备1.国产普通热磨机（QM9-B）制浆工艺,技术特点如下：1）动力消耗小；2）得浆率高，可达到94-96%；3）纤维损伤小，浆料滤水性好；4）纤维浆料颜色较深；5）含有粗大纤维束，需要再行精磨。2.进口高速磨浆机制浆工艺进口生产线多采用高速磨浆机在常压下进行制浆，其工艺流程如图所示：,高速磨浆机与普通热磨机的主要区别：两个磨盘反向运转，因而磨盘相对速度大，大大提高了磨齿对纤维的作用频率，从而提高了磨浆效率。高速磨浆机特点：1）对原料适应性好，无论针叶材、阔叶材、加工废料、锯屑和刨 花都能适应；2）生产的浆料颜色浅而均匀；3）纤维分离度高，纤维损伤小；4）得
23、浆率高；5）纤维浆料均匀性好，无需再行精磨，使得生产工艺简单，设备 结构紧凑；6）在常压下磨浆，设备简单，维护方便；7）设备能耗较大（但考虑到不要精磨，总的能耗并不高）。,第四节 浆料贮存、浓度调节和检验一.浆料贮存湿法生产：用贮浆池来贮存分离好的纤维物料，以保证连续生产。贮浆池除了起贮存作用外，还可以兼作调浆处理的装置。干法生产：分离好的纤维直接送至纤维干燥机进行干燥。二.浆料浓度调节浆料浓度：浆料中绝干纤维的百分含量，它是湿法生产工艺的一个重要参数。测定方法：烘干法（105oC）。浮子式浓度调节器调节方法：转子式浓度调节器，调节范围：1-3%,三.浆料检验有三个方面的质量指标：纤维分离度
24、纤维长度 纤维筛分值1.纤维分离度 有三种表示方法：扣解度 滤水度 游离度,1）扣解度测定步骤如下：a.将锥形盖盖住铜网；b.取含有2g绝干纤维的浆料用水（20oC），稀释到1000ml，搅拌均匀，倒入圆筒；c.用手轮提起锥形盖（纤维向铜网沉积，水进入分离室）；d.读取量筒中的水量（N）。e.计算扣解度：M=(oSR)。N为流入量筒的水量 M越大，纤维分离度越大。,2）滤水度测定步骤如下：a.将上圆筒置于网框上夹紧；b.按下手柄使销钩挂在钩环上，并关闭 泄水阀；c.打开进水阀供水至水位高出网框5mm;d.将含有128g绝干纤维的10000ml浆料 搅拌均匀后倒入上圆筒；e.打开泄水阀，同时用秒
25、表记下从开始 到水位到达水位指示线所花的时间。此即测定得到的 滤水度（DS）。DS数值越大，纤维分离度越大。,当测定的浆料的绝干纤维不是128g时，可用教材p69图2-39进行校正。,3）游离度 测定步骤：a.取含有3g绝干纤维的浆料 用水稀释至1000ml，搅拌均匀后倒入圆筒；b.读取量筒中的水量，即为测得的游离度。,2.纤维长度纤维长度的测定有显微镜法和指数法。1）显微镜法 2）指数法将如图所示的特制框架放在肖伯式扣解度测定仪的锥形盖上，按照扣解度的测定方法进行操作，然后称量挂在框架上的湿纤维的重量(W)。该重量就是湿重指数法表示的 平均纤维长度。,3.纤维筛分值纤维筛分值是用纤维筛分仪进
26、行测定的，它测定的是截留在各种规格筛网上的纤维质量占被测定纤维总质量的百分比。纤维筛分值描述了浆料中纤维长度的分布情况，是衡量纤维浆料质量的一个很重要的指标。,测定步骤如下：1）开动电机，打开进水阀，使水压准确控制在100Kpa；2）水满后，将含有5g干纤维的稀释浆料倒入筛分圆筒；3）搅拌10分钟后，关闭进水阀和电机；4）冲洗筛分圆筒和搅拌器，使纤维落在铜网上；5）收集铜网上的纤维，在1005oC下烘干，称重得w1；6）更换其它筛网孔径的铜网，重复上述步骤，得w2,w3 7）计算筛分值：，,第四章 浆料处理,第一节 防水处理,第二节增强、耐火和防腐处理,第四章 浆料处理 浆料处理的目的：使纤维
27、板具有一定的防火、防水和防腐性能第一节 防水处理 一.防水处理的原理 纤维吸潮吸水机理：纤维表面存在许多游离羟基和负电荷，极性很强的水分子可被纤维表面的负电荷 所吸引，而后与游离羟基以氢键形式发生缔合。防水处理的原理：设法减少纤维表面的游离羟基和负电荷，或者封闭纤维表面、减弱游离羟基和负电荷的作用。前者为永久性防水措施；后者为暂时性防水措施.。,二.防水处理措施 1）添加防水剂：如石蜡、松香等 2）添加合成树脂：如酚醛树脂、脲醛树脂 3）添加硫酸铝：硫酸铝沉淀于纤维表面，可降低纤维表面 的负电性 4）浸油处理：油脂在纤维表面形成一层油膜，阻隔水分子 的侵入通道 5）高温热处理：高温（160-1
28、80oC）处理纤维板 6）油漆和贴面：阻隔水分进入纤维板内部,三.石蜡乳液防水剂的主要原料 石蜡乳液防水剂的主要原料:包括石蜡和乳化剂。1.石蜡主要成分：是C原子数为19-35的直链或支链型烷烃化合物。化学通式：CnH2n+2。特性：憎水性强；颜色白或黄；柔软、熔点为42-75oC；化学稳 定性好；不溶于水、可溶于汽油、苯和三氯甲烷；可被乳 化剂乳化成乳液。质量要求：熔点大于50-52 oC，含油量低于1.3%。2.石蜡乳化剂 特性：为表面活性物质，由亲油基和亲水基两部分组成。所以它 能够被吸附在油、水相互排斥的界面上，降低界面张力，从而形成乳液。种类：油酸铵、合成脂肪酸铵、烷基磺酸钠、茶皂素
29、、塔尔油和 油酸钠等,四.石蜡乳化原理 所谓乳液：就是一种液体以细滴状分散在另一种液体中的物系。一切与水不相溶的液体叫做油性液体，水与油性液体制成的乳液分为两种类型，石蜡乳液防水剂中包括有三个组分：石蜡、水和乳化剂。乳化剂可分为正离子型、负离子型和非离子型乳化剂，纤维板生产应用最多的为负离子型乳化剂。,1.乳化原理在化学结构上，负离子型乳化剂（如烷基磺酸钠、合成脂肪酸铵等）由极性亲水基团（SO3Na,COONH4）和非极性的憎水亲油基团（碳氢链）组成。当把水加入到融化石蜡和乳化剂的液体中，在机械搅拌作用下，石蜡被分割成1-4um的细小颗粒。这时乳化剂分子的极性基团被水吸附，憎水基团被水排斥，这
30、样乳化剂分子就会围绕石蜡颗粒取向排列，结果在石蜡颗粒表面形成一层乳化剂的单分子膜。而且，负离子型乳化剂是水溶性的，极性基团拉入水中后，能够降低水的表面张力，使石蜡的表面张力大于水的表面张力，这样水分子被石蜡颗粒拉过去，从而形成水包油型乳液，如图所示：,2.乳化稳定理论双电层理论胶体化学认为：如图所示，乳液中的胶核（石蜡微粒）能选择性地吸附乳液中某种离子，使其表面带有一个电荷层。此电荷层对乳液中过剩的反离子又会有吸附作用，越靠近胶核吸附作用越强，吸附的反离子越多；越远离胶核，吸附作用越弱，吸附的反离子越少。这样在胶核周围形成一个反离子浓度由高到低的漫散层，直至距离胶核为d处，反离子浓度为零。紧靠
31、胶核的一层反离子被胶核表面的电荷层牢牢吸附，当胶核与液体作相对移动时，滑动面不是胶核表面，而是在距离胶核表面为的AB面上。胶体化学中把胶核及其周围的双电层一起称为胶团，而把胶核及随它一起移动的一层离子称为胶粒。,由图中可知，胶团是电中性的，但胶粒是带有电的。这种带电的胶粒可看作为一种胶体离子。在石蜡乳液中，由于乳化剂的作用，石蜡微粒实际上是以胶体离子的形式存在的。正是由于这种带有相同电荷的胶体离子的相互排斥作用，阻止了石蜡微粒的凝聚，保证了乳液的稳定性。下图为以油酸铵作乳化剂时形成的双电层及胶体离子的情形。,五.石蜡乳液的调制 1.设备：石蜡乳化锅、融化罐、热水罐、循环泵、计量罐和贮液槽。2.
32、配方及调制工艺：见教材p80-84。3.影响石蜡乳液质量的因素 衡量石蜡乳液质量的主要指标：,影响因素：搅拌速度、温度、乳化时间、乳化水用量、加蜡速度、乳液pH值和乳液浓度。1）搅拌速度：要求达到1000r/min（叶片线速度达600m/min）。2）温度：3）乳化时间：一般需要20-30min。4）乳化用水量：一般乳化用水量为乳化剂用量的1-2倍。5）加蜡速度：一般以5kg/min为宜。6）乳液pH值：一般保持在pH=8-9为宜。7）乳液浓度：合适的浓度为5-10%。,六.石蜡乳液的施加方法 1.浆内低浓破乳工艺方法 纤维板生产中通常把施加胶粘剂、石蜡乳液、防腐剂等统称为“施胶”。施胶通常是
33、在连续施胶箱中进行，石蜡乳液的连续施加的工艺过程如下图所示：,1）石蜡乳液的沉淀原理 石蜡乳液中的石蜡胶体离子带有负电性，纤维表面也带有负电性，必须施加一种沉淀剂。生产中常用的沉淀剂有硫酸铝（明矾）、硫酸、盐酸和硫酸铁。此为可逆反应，溶液酸性增强，反应向左移动；溶液碱性增强，反应向右移动。pH=4-5，溶液中同时存在Al+和Al(OH)3，而且这种未溶解的Al(OH)3可以吸附Al+离子，形成一种胶体离子。这种胶体离子带有很强的正电性，通过静电引力，可以把负电性较弱的石蜡胶体离子吸附过来，形成一种新的带有弱正电性的胶体离子。这种弱正电性的胶体离子就可以比较牢固地沉淀吸附在具有负电性的纤维表面。
34、这就是石蜡乳液破乳沉淀的主要机理所在。,2）影响石蜡乳液施加效果的因素 a.乳液质量：分散度高、稳定性好的高质量乳液是获得好的施加效果的前提。b.石蜡施加量：施加量越大，耐水性越好。施加量太大，会影响纤维之间的结合强度，同时，提高生产成本。石蜡施加量通常为：,c.浆料温度：一般应控制在40oC以下。d.浆料pH值：在施加石蜡乳液前，应保持浆料pH=6-8；施加石蜡和沉淀剂（硫酸铝）以后，应保持pH=4.5-5.0。沉淀剂的施加量就是以控制浆料pH=4.5-5.0为准，一般约为干浆料的4-7%。e.浆料浓度：通常要求浆料浓度为1.2-2.0%。2.浆外高浓破乳工艺 浆外高浓破乳工艺是一种石蜡施加
35、的新技术，具体操作方法如下：1）石蜡乳液先在破乳器中与部分硫酸铝溶液（乳液量的10%）混合、破乳、形成絮状石蜡颗粒；2）将破乳后的石蜡引入浆料中，沉落在纤维表面；3）再将剩余的硫酸铝溶液加入，使浆料pH=5.0-5.5。,3.直接施加工艺1)将固体石蜡加入削片机，与木料一起被切细分散。2)将固体石蜡加入木片料仓，石蜡与木片一起进行蒸煮、热磨。3)固体石蜡在热磨前加入蒸煮好的木片中，与木片一起进行热磨（高峰厂，可润滑磨盘）。4)熔化石蜡喷洒在纤维板坯两表面，在高温热压过程中进一步熔 化、流展、分散。,第二节 增强、耐火和防腐处理一增强处理 目的：提高产品的强度和使用性能。方法：在成型前施加各种增
36、强剂。1.增强剂 湿法生产：多采用水溶性酚醛树脂。干法生产：多采用脲醛树脂。2.合成树脂与纤维的结合机理 合成树脂与纤维的结合主要有三个方面：,合成树脂分子中的游离羟甲基（CH3OH）与纤维表面的游 离羟基形成醚键结合；2)合成树脂分子中的游离羟甲基（CH3OH）与纤维表面的游离羟基形成氢键结合；3)范德华力的作用。,3.合成树脂的施加工艺施加工艺：胶粘剂的施加工艺与防水剂基本相同，都是在连续施 胶箱中进行施加。施加过程：先加防水剂，再加胶粘剂搅拌均匀后再加沉淀剂（硫酸铝和硫酸）。胶粘剂先要用水进行稀释，使浓度为5-10%。硫酸是酚醛树脂的主要沉淀剂，用来中和树脂中的碱，使树脂凝聚成不溶于水的
37、胶粒，这样才能被纤维所吸附。树脂在纤维表面留着率的主要影响因素如下：,1)树脂分子量：分子量越大，留着率越高；2)浆料温度：温度低，树脂溶解度低，有利于提高留着率；3)浆料pH值：施胶前应保持浆料pH 7；加入沉淀剂后 pH=4.5-5.0，以利于胶粒迅速凝结沉淀；4)树脂种类：三聚氢胺树脂胶粒带有正电性，可直接被纤维表面吸附，留着性好；酚醛树脂和脲醛树脂胶粒都带有负电性，须加沉淀剂，留着性较差。5)树脂施加量：胶合理论认为，较层越薄，结合强度越高，过分加大施胶量是没有意义的。现在生产中的施胶量,4.树脂和石蜡对纤维板产品性能的联合影响,二.耐火处理 纤维板用作建筑材料时，阻燃性是一个很重要的
38、指标。按照材料的耐火程度，可将材料分为：未经处理的纤维板属于易燃级材料。1.耐火处理的方法1)纤维板浸渍处理：将纤维板产品在耐火剂溶液中浸泡，然后在110oC下烘干。2)纤维板表面涂刷：将耐火性涂料直接涂刷在纤维板表面。3)浆料耐火处理：4)湿板坯表面喷洒：耐火剂喷洒在板坯两表面，然后进行低温热压。,2.耐火剂 要求：种类：,3.耐火剂的滞火机理 Browne（布朗）曾对木质材料滞火理论进行了系统总结，认为有如下几点。1）.障碍理论：滞火剂本身由于涂刷或受热熔化的作用，在木材表面形成一层液体涂层或玻璃状层，这样阻隔了热解时可燃性气体的散发、燃烧所需空气的供给和热量的向外传递，从而有效地减缓木材
39、燃烧。2）.散热降温理论：滞火剂的引进，增加了木材的导热性，使木材表面的散热迅速。散热快于供热，这样使木材温度下降而减缓燃烧速度。3）.吸热降温理论：滞火剂遇热会分解和熔融，而这种分解和熔融多为吸热反应。所以当木材遇火燃烧时，其中的滞火剂受热分解和熔化而吸收大量热量，从而降低木材温度而阻止继续燃烧。,4）.不燃气体稀释理论：滞火剂遇热放出大量不可燃烧气体（氨气、二氧化碳、卤化氢等），冲淡木材热分解时放出的可燃性气体，形成不可燃烧的混合气体。从而阻滞燃烧。5）.学阻燃理论(产碳量增加理论)：滞火剂的加入降低了木材热解的初使温度，使木材在低温下发生热解，产生较多的不可燃产物（水分、木炭），较少的可
40、燃性挥发物（CO气体、焦油）。6）.自由基捕捉理论：滞火剂在木材热解时放出某些活性很高的离子基，这些离子基能捕捉木材燃烧放出的自由基，并与之作用生成不燃烧产物（如卤化氢），从而中止木材火焰中的连锁反应，抑制住燃烧。,4.耐火性实验介绍 1）火管法继续燃烧时间：用秒表记录燃烧重量损失：,2)氧指数法 这种方法测定的是：保持试件燃烧3min或燃烧长度达50mm所需要的氧气在氧氮混合气体中的最低体积百分比浓度。氧指数（OI）=OI值越大，材料的耐火性越好。,三.防腐处理 纤维板与天然木材相比，更容易受到虫菌的侵蚀而腐坏，需要进行防腐处理。1.方法：除采用的药剂不同外，其余与施加耐火剂的方法相同。2.
41、防腐剂 要求：,种类：常用者为五氯酚及其纳盐和铜盐。五氯酚：是常用的木材防腐剂，在市场可以购买到。五氯酚钠盐：固体五氯酚（微溶于水）可溶解NaOH水溶液中，变成为五氯酚钠盐。五氯酚铜盐，在五氯酚钠盐的水溶液中再加入适量硫酸铜即成为 五氯酚铜盐（沉淀）。,其中，五氯酚铜盐的防腐处理效果最好，如图所示：,3.五氯酚铜盐的施加工艺 1）将固体五氯酚溶解于NaOH水溶液中，生成五氯酚钠盐溶液；2）把浆料调节到pH=8.5以上，在加入防水剂之前加入五氯酚钠溶液；3）加入适量硫酸铜；4）再加入防水剂、耐火剂及其沉淀剂。,四.聚电解质应用简介聚电解质的作用：代替常规沉淀剂，克服常规沉淀剂的缺陷。聚电解质种类
42、：为含有能够被电离的离子基团的聚合物，有阳离子、阴离子和聚两性电解质。作用机理：纤维板生产中采用的为阳离子聚电解质或聚两性电解质。这些聚电解质对纤维具有很强的吸附力，可以降低纤维表面的负电性，甚至使带有正电性。这样就大大增加了纤维表面对防水剂和胶粘剂的吸附性，从而提高产品的性能指标。图示为用聚乙烯亚胺阳离子聚电解质作为沉淀剂对产品性能的效果：,第五章 成型与热压（湿法）,第一节 成型,第二节 热压,第三节 软质纤维板工艺特点,第四节 纤维板后期处理,第五章 成型与热压（湿法）第一节 成型成型工序：纤维浆料通过成型机，抄制成一定规格并具有初步 密实度的板坯的过程。湿法纤维板成型：采用圆网成型机或
43、长网成型机。长网成型机工作原理：,一.浆料的流动浆流的产生：通过高位槽的作用来实现的。浆流的稳定：高位槽中的浆料保持常满状态，同时浆料浓度 保持不变。二.浆料絮聚的防止设置网前箱，如图所示：,三.浆速、网速与浓度的关系成型板坯的厚度和密度取决于浆速、网速和浓度。浓度 湿法成型：浆料的浓度为1.2-2.0%。滤水度大（细浆）：浆料脱水困难，应采用较低的浓度，以提高 浆料的流动性，避免絮聚成团；滤水度小（粗浆）：脱水容易，宜采用较高浓度，以减少细小 纤维和添加剂的流失。2.网速与流速的协调 浆料从网前箱流出产生一个上网速度，成型机的长网由电机驱动产生一个同方向的前进速度，板坯成型时协调好这两个速度
44、，以获得厚度、密度均匀的板坯。通常浆速稍大于网速，浆料上网后产生挤压作用，这对板坯结构和脱水都是有利的。网速与浆速的协调：通过长网驱动电机的无级调速来实现。,四.板坯脱水和预压 板坯的脱水和预压在长网成型机上连续完成，包括自重脱水、真空脱水和机械预压脱水三个步骤。1.自重脱水 自重脱水：由长网成型机的网案部分完成，主要是通过案辊的作用，其作用原理如图：提高自重脱水效果的措施：通过自重脱水区，浆料浓度由1.2-2.0%提高到14-15%。,2.真空脱水长网成型机上有一个真空脱水区，在这里，网带下面有几个 真空箱。真空箱的作用：经过真空脱水区，浆料浓度可提高到16-18%。3.机械预压脱水在长网的
45、末端有一个机械预压脱水区，在机械压力的作用下，使板坯进一步脱水。机械预压脱水方式：,五板坯切割周期式热压工艺需要将板坯带切割成一定幅面规格，这包括纵切和横切。切割工具：无齿圆锯片和高压水流两种。纵切：将成型板坯两边多余的、不整齐的部分切去，送到回浆重新利用。横切：在运动状态下将板坯横切成直角，这时切割方向与切割速度必须严密配合。如图,当切割方向角一定，切割速度必须符合下式关系：其中，vo：切割速度；v：网速；：切割方向与板坯横边 的夹角。Vo的调整：通过锯机驱动电机的无级调速来实现。,第二节 热 压热压工序：在热量和压力的联合作用下，压实板坯、蒸发水分、使防水剂均匀分布、各种木材组分及胶粘剂发
46、生一系列物理化学变化，从而获得具有一定强度、厚度和密度的板坯的过程。一纤维板的结合机理1.纤维之间的机械结合板坯中的纤维相互交织，经热压定型使得这种交织密实化，形成较大的抵抗相互滑动的摩擦阻力，这是构成纤维板结合力的因素之一。,2.木素的热熔固化作用木素是一种热熔冷固性物质。在纤维板的热压条件下，热压温度高达200oC，足以使木素熔融成液态，在高温下流展扩散，冷却后就将纤维固结在一起。这被认为是湿法纤维板结合力的主要因素。,3.半纤维素转化为糠醛树脂的胶固作用热压时板坯处于酸性，在高温酸性条件下，半纤维素会水解成糠醛，与木素进一步反应会生成类似酚醛树脂的缩合物，产生类似酚醛树脂的胶合作用。4.
47、氢键结合 在制浆过程中，由于机械帚化作用，使纤维表面破坏，暴露出细胞次生壁，形成一定的游离羟基。如图，湿板坯中的水分在游离羟基之间形成“氧桥”。在热压过程中随着水分的蒸发，在水的表面张力和机械压力的共同作用下，使羟基之间的距离拉近，当距离拉近到0.627-0.275nm就会形成氢键结合。这是湿法无胶纤维板生产的重要理论依据。,二热压曲线分析 湿法硬质纤维板生产通常采用恒温（200oC）三段式加压方式，其热压工艺曲线如下图所示：,1.挤水段：为曲线上OAB段，OA闭合并升压至5-7MPa，应快速（以不冲破板坯为限），AB为保压60-90S。作用：,2.干燥段：为曲线上BCD段，BC卸压至0.5-
48、1.0MPa，CD保持在低压下加热干燥板坯至含水率14%左右。作用：使细胞表面及细胞壁中的吸附水蒸发排除。3.塑化段：为曲线DEFG段，DE快速升压至5-7MPa，EF自动保压直至热压结束,FG卸压。作用：,三.热压过程中水分及温度的变化在整个热压过程中，板坯温度、含水率、热压板温度及热量消耗情况大致如下图所示。,四.压机热源的选择1.水系热源,2.有机载热体1）二苯混合物 组成 特点2）热油：沸点可达300 oC以上，无压液体加热，且无毒性。,3.高频介质加热原理：,特点：,第三节 软质纤维板工艺特点所谓软质板：d 0.5g/cm3，主要用作绝缘材料、隔音材料和隔热材料。主要工艺特点：无压下
49、干燥成板。其它特点：1）由于无压成板，纤维间结合力主要靠氢键，所以要求 纤维分离度较高，一般要达到60-100s，故需要多次精磨。2）由于纤维分离度高，浆料脱水困难，需要采用真空伏辊脱 水或单层压机脱水。3）采用分段干燥程序：加热升温 高温等速干燥（160170 oC，排除自由水）降温减速干燥（145150 oC，排除吸附水）冷却降温。,第四节 纤维板后期处理纤维板后期处理出要包括：裁边、热处理和等湿处理。一.纤维板的裁边：二.纤维板的热处理：1.热处理的作用：继续完成热压过程中尚未完成的某些物理化学 反应，以提高产品强度和耐水性能。采用工艺废水循环系统生产的产品，后期热处理尤为重要。,2.热
50、处理工艺：1）温度和时间对产品强度的影响：,2）温度和时间对产品吸水性的影响：,综合考虑到强度和吸水性两个方面，合适的热处理工艺：将热压机出来的板坯，在160180 oC下，放置1.52小时。,三.等湿处理作用：方法：采用专用的加湿机，在压力下对热处理后的板坯表面加湿 降温，然后堆垛，放置一昼夜，让水分在板坯内均匀分布。,第六章 干法与半干法生产工艺特点,第一节 生产过程及其特点,第二节 施胶与防水处理,第三节 纤维干燥,第四节 铺装,第六章 干法与半干法生产工艺特点第一节 生产过程及其特点一.干法生产过程及特点1.生产过程：,2.基本特点：,二.半干法生产过程及特点 1）生产过程：,2）基本
