单板条层积材(PSL)施胶方法与热压工艺的研究.docx

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1、单板条层积材(PSL)施胶方法与热压工艺的争论那斌;王雯雯;王实建;王志强;卢晓宁【摘 要】以杨木碎单板切成的单板条制作 PSL 为争论对象,通过分析单板条的尺寸形态、施胶的胶液浓度与施胶时间对单板条吸胶量影响,考察了 3 种不同的施胶方法、热压时间与温度对 PSL 物理力学性能的影响,优化了热压工艺.结果说明,单板条的尺寸形态对其吸胶量没有显著的影响,它主要影响产品的均一性和外观质量；胶黏剂的浓度是影响单板条吸胶量的一个重要因素,选用胶液浓度为 30的酚醛树脂胶；施胶方法是影响 PSL 力学性能的重要因素；热压时间和热压温度对 PSL 的物理力学性能有显著的影响.综合考虑产品的物理力学性能和

2、产品均一性,以单板条长度为 100 mm,承受喷胶方式,热压时间为 35 min、热压温度为 150时制成的PSL 的性能较好.%Parallel strand lumber (PSD was manufactured from the waste poplar veneer strips, a by product from plywood enterprises. The influences 3 glue application methods, time of hot pressing and temperature on the physical and mechanical pro

3、perties of PSL were investigated by analyzing the impacts of size of the strips, glue concentration and application time on the amount of glue-absorbing of each strip. Hot pressing technology was optimized. The results showed that the size of the veneer strands had no notable influence on the glue-

4、absorbing amount, and it mainly affected the homogeneity and appearance quality of the product. The glue concentration is the main factor to affect the glue-absorbing amount of veneer strands, and in this study, PF resin with a concentration of 30% was selected. The glue- applying way was the main f

5、actor to affect the mechanical property of PSL.The hot-pressing time and temperature had significant influence onphysical and mechanical properties of PSL. Considering physical and mechanical properties and homogeneity of product comprehensively, it was concluded that PSL with satisfactory quality w

6、ould be manufactured by adopting the following conditions; length of veneer strands; 100 mm, glue application way; spraying; time of hot pressing: 35 min; temperature of hot pressing: 150.【期刊名称】西北林学院学报【年(卷),期】2023(027)001【总页数】5 页(P241-245)【关键词】单板条层积材;碎单板;施胶方式;热压工艺;物理力学性能【作 者】那斌;王雯雯;王实建;王志强;卢晓宁【作者单位】

7、南京林业大学木材工业学院,江苏南京 210037;南京林业大学木材工业学院,江苏南京 210037;南京林业大学木材工业学院,江苏南京 210037;南京林业大学木材工业学院,江苏南京 210037;南京林业大学木材工业学院,江苏南京210037【正文语种】中 文【中图分类】TS653.6单板条层积材商品名，简称 PSL是由窄单板条涂胶后顺纹平行铺装热压而成的型人造板材，是利用小径木和低等级单板生产高强度、大规格替代构造用建筑成材的一项重要成果18。它具有木材利用率高、材质均匀、纹理美观、力学性能高、机械加工性能好等优点，可作为装饰和构造用材310。本文利用胶合板企业的杨木碎单板切成单板条制作

8、 PSL，以到达既提高木材利用率， 又提高产品附加值的目的。争论中在分析单板条的尺寸形态、施胶的胶液浓度以及 施胶时间对单板条吸胶量影响的前提下，考察 3 种不同的施胶方法、热压温度与时间对 PSL 物理力学性能的影响，并优化热压工艺，以期为 PSL 的生产供给理论指导。1 材料与方法将单板条定向平行铺装，制作规格为 380mm250mm15mm 的单板条层积材。1.1 材料与设备1.1.1 杨木单板条的预备 将 2mm 厚的杨木碎单板顺纹切成 15mm 宽的单板条， 再分别切成长度为 50、75、100mm 的 3 种规格。单板条的绝干含水率为 12%。1.1.2 胶黏剂的制备 自制酚醛树脂

9、胶，固体含量 44.1%，粘度 48.72s。1.1.3 设备 单板切条机，摇臂式万能木工圆锯机，手动进料木工圆锯机，电热恒温鼓风枯燥箱万力量学试验机，平板硫化机。1.2 方法1.2.1 PSL 制作工艺流程 浸胶法:单板切成单板条称量单板条浸胶滴胶 枯燥枯燥温度 60，枯燥时间 40min铺装平行排列，力求均匀无搭头预压压力 1MPa，时间 10min热压砂光裁边冷却密封试件截取检测1012。喷胶、拌胶法:单板切成单板条单板条枯燥含水率 6%塑料袋密封持用 称量单板条施胶铺装平行排列，力求均匀无搭头预压压力 1MPa，时间 10min热压砂光裁边冷却密封试件截取检测1213。1.2.2 试验

10、过程 先将宽 15mm，长分别为 5、75、100mm 的单板条按正交试验的方法浸于胶液浓度为 20%、25%、30%的酚醛胶中，浸胶时间分别为 3、6、9min，考察单板条的尺寸形态、胶液浓度、浸胶时间对单板条吸胶量的影响11，将得出的结果用于下一步试验。分别对单板条实行浸胶浸胶时间和胶液浓度为最正确吸胶量时所取的值、拌胶、喷胶方式施胶，拌胶、喷胶所用的施胶量同浸胶，同样实行正交试验的方法对单板条进展热压，热压时间分别为 25、35、45min14，热压温度为 140、150、160 15。热压冷却后截取试件，依据国家标准 GBT 176571999 进展物理力学性能测试。2 结果与分析2.

11、1 单板条浸胶试验为了便于生产中掌握吸胶量，重点考察单板条的尺寸形态、胶液浓度、浸胶时间 3 个因素对单板条吸胶量的影响11，每因素 3 个水平，承受正交试验 L933 表安排试验表 1。表 1 试验安排及结果 Table 1 Experiment arrangement and results 试验号 胶液浓度%浸胶时间min 单元形态单板条长度mm 吸胶量%1 20 3 5010.18 2 20 6 75 13.54 3 20 9 100 18.37 4 25 3 75 14.63 5 25 6 100 18.38 625 9 50 22.53 7 30 3 100 16.65 8 30

12、6 50 18.67 9 30 9 75 22.95单板条的长度变化对其吸胶量没有太大的影响，它主要影响产品的均一性和外观质量。单板条的长度越小，则加工量越大，劳动生产率低，并且，当单板条长度为100mm 时其吸胶量最大，兼顾两个方面的影响，从试验过程和结果来看，单板条长度以 100mm 为宜图 1。胶液的浓度是影响单板条吸胶量的一个重要因素。随着胶液浓度的增加，单板条的 吸胶量也随之增加图 1，胶液渗透到单板内的多，单位体积内树脂含量高，同时，各胶合面树脂充分，能够使单板条之间结实结合。并因所用酚醛树脂为自制胶， 为保证其粘度，应选用胶液浓度为 30%的酚醛树脂胶。图 1 吸胶量与因素水平的

13、关系 Fig.1 Relationship between glueabsorbingamount and factor level浸胶时间是影响单板条吸胶量最要的一个因素。随着浸胶时间的延长，单板条的吸胶量不断增大，虽然在 3min 时已吸取了大局部的酚醛胶，但所用胶为自制胶，为保证单板条内的树脂固含量，应选浸胶时间为 9min图 1。2.2 PSL 热压试单板热压试验主要考察施胶方法、热压时间及热压温度 3 个因素对 PSL 物理力学性能的影响，仍承受 L933正交试验。主要测试指标包括 PSL 的密度D、含水率MC、静曲强度MOR、弹性模量MOE、内结合强度IB和吸水厚度膨胀率TS。因板

14、材的厚度已经定为 15mm，取热压压力 7MPa15。试验结果列于表 2，表 3。表 2 试验安排及静曲强度、弹性模量、内结合强度结果 Table 2 Experiment arrangement and results of MOR，MOEand IB 试验号 施胶方式 热压时间 min 热压温度静曲强度MORMPa 1 2 3 弹性模量MOEMPa 1 23 内结合强度IBMPa 1 浸胶 25 140 73.45 70.90 75.99 8 411.68 9 164.029 705.44 1.352 浸胶 35 150 68.49 71.03 76.71 11 820.64 10 339

15、.71 11031.05 1.833 浸胶 45 160 59.90 52.25 46.09 11 219.69 11 402.25 10 328.211.754 拌胶 25 150 59.21 74.77 69.50 10 696.01 11 171.81 11 757.27 2.235拌胶 35 160 57.61 67.49 66.79 11 498.93 11 132.13 11 629.97 1.586 拌胶 45140 45.97 58.94 62.53 9 966.24 10 319.41 10 456.03 2.337 喷胶 25 16044.36 51.25 59.96 11

16、 926.66 11 164.54 10 890.29 1.628 喷胶 35 140 60.0557.44 55.87 9 878.24 11 300.40 10 928.00 1.949 喷胶 45 150 63.45 68.4683.37 10 066.85 11 690.61 12 069.17 1.93表 3 试验安排及密度、含水率、吸水厚度膨胀率试验结果 Table 3 Experimentarrangement and results of density，MCand TS 试验号 施胶方式热压时间min 热压温度密度Dgcm3含水率MC%吸水厚度膨胀率TS%1 浸胶 25 14

17、0 0.67 5.80 9.12 浸胶 35 150 0.72 3.30 7.93 浸胶 45160 0.68 3.78 8.04 拌胶 25 150 0.61 4.56 4.15 拌胶 35 160 0.76 3.40 4.76 拌胶 45 140 0.76 5.60 5.07 喷胶 25 160 0.68 3.20 8.78 喷胶 35 140 0.65 3.505.29 喷胶 45 150 0.67 3.60 5.8由图 24 与表 23 可知，施胶方式是影响 PSL 力学性能的重要因素。承受浸胶方式制成的 PSL 的静曲强度最大，而承受拌胶和喷胶方式相继减小；浸胶的单板条含水率高，拌胶

18、方式简洁，却易破坏单板的构造，而喷胶方式能够让单板均匀吸胶，承受喷胶方式时制作的 PSL 的弹性模量最大。承受拌胶方式时制作的 PSL 的内结合强度最大。图 2 MOR 与因素水平的关系 Fig.2 Relationship between MORand factor level图 3 MOE 与因素水平的关系 Fig.3 Relationship between MOEand factor level 图 4 IB 与因素水平的关系 Fig.4 Relationship between IBand factor level热压时间对 PSL 的物理力学性能有显著的影响，它的作用在于使胶黏剂充

19、分固化。当热压时间从 25min 到 35min 时时，静曲强度、弹性模量和 IB 增大，热压时间从 35min 到 45min 时静曲强度和弹性模量下降，故热压时间选择在 35min 时PSL 的静曲强度、弹性模量和内结合强度可到达最大。热压温度对 PSL 的物理力学性能也有着显著的影响。随着温度的上升，静曲强度渐渐增大，但温度过高时，会使胶层变脆，板材的性能也相对降低，本试验中当温度为 150时静曲强度最大；随着热压温度的上升，其弹性模量和内结合强度也随之上升，在 150之前，弹性模量增长较快，但在 150160之间，由于温度的上升，胶黏剂的固化，PSL 的弹性模量增长相对较慢。综合考虑

20、PSL 的静曲强度、弹性模量、内结合强度，承受喷胶方式，热压时间为35min、热压温度为 150时制作的 PSL 的力学强度较好。PSL 的密度很重要，它直接影响到 PSL 的物理力学性能和应用范围和本钱。PSL 的初始设计密度为 0.7gcm3，测出各板块的密度根本在 0.650.76gcm3 之间，没有太大的变化，根本满足要求。将图 5 与图 2图 4 比照可以得出密度的大小对 PSL 的静曲强度有肯定的影响，当密度为 0.70 左右时，PSL 的静曲强度相对较低，但当密度为 0.67gcm3 左右时，PSL 的静曲强度到达最大。随着密度的增加，弹性模量也随之增加，但超过肯定数值0.67g

21、cm3后，弹性模量反而下降。图 5 密度与因素水平的关系 Fig.5 Relationship between density and factor level初始设计 PSL 的含水率为 6%，由于单板条在施胶尤其是浸胶后，含水率较高，在压板过程中简洁将胶挤出，故在压板前需先枯燥，降低单板条含水率。其中热压温度对 PSL 的含水率变化影响最大。温度越高，PSL 水分蒸发，含水率降低。由图 6 与图 2图 4 比照可知，单板条的含水率越低，PSL 的静曲强度、弹性模量及内结合强度越大。图 6 含水率与因素水平的关系 Fig.6 Relationship between MC and facto

22、r level 由图 7 可知，随着热压温度的上升、热压时间的延长，吸水厚度膨胀率降低。但随着热压温度的上升，热压时间的延长，PSL 的吸水厚度膨胀率又渐渐增大。随着板材密度增大，吸水厚度膨胀率增大。图 7 吸水厚度膨胀率与因素水平的关系 Fig.7 Relationship between TSand factor level3 结论与建议单板条的尺寸形态对其吸胶量没有太大的影响，它主要影响产品的均一性和外观质量，选单板条长度为 100mm 为宜。胶黏剂的胶液浓度是影响吸胶量的重要因素，选用胶液浓度为 30%的酚醛树脂胶。施胶方法是影响 PSL 力学性能的重要因素。承受浸胶方式制成的 PSL

23、 的静曲强度最大，而承受拌胶和喷胶方式制成的 PSL 的静曲强度相继减小。承受喷胶方式时制作的 PSL 的弹性模量最大。承受拌胶方式时制作的 PSL 的内结合强度最大。热压时间对 PSL 的物理力学性能有显著的影响。35min 时 PSL 的静曲强度、弹性模量和内结合强度可到达最大。热压温度对 PSL 的物理力学性能也有着显著的影响。本试验中当温度为 150时静曲强度最大；随着热压温度的上升，其弹性模量和内结合强度也随之上升。单板条的含水率越低，PSL 的静曲强度、弹性模量及内结合强度越大。随着热压温度的上升、热压时间的延长，吸水厚度膨胀率降低。但在经过一段时间后随着热压温度的上升，热压时间的

24、延长，PSL 的吸水厚度膨胀率又渐渐增大。从 PSL 的物理力学强度和产品均一性考虑，以单板条长度为 100mm，承受喷胶方式，热压时间为 35min、热压温度为 150时制作的 PSL 的力学强度和产品的性能较好。参考文献:【相关文献】1CLOUSTON P.Characterization and strength modeling of parallel strand lumberJ.Holzforschung，2023，614:394399.2LIU Y H，LEE，ANDY W C.Selected properties of parallel strand lumber made

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