竹片胶合板.doc

《新型木质材料加工工艺》课程设计
竹材胶合板的工艺研究

姓名：秦旭冬
班级：木加10—1
学号：201002110106

竹材胶合板的工艺研究

摘要：竹材胶合板又称竹片胶合板，它是将竹筒软化展开后，经一系列加工成为一定厚度的竹片或竹板，再经干燥、涂胶、组坯、热压等工序制成的一种竹质人造板。用竹材生产胶合板,不但可以节约木材、降低胶合板的成本,而且,其产品在弹性、刚性、柔韧度、光洁度及表面硬度等方面,都比木制胶合板的指标高,可广泛用于建材、家具、室内外装修、装演与包装等行业,甚至可以代替木材作车厢板,结实又耐用,且防泥防潮性能好于木制胶合板。
关键词：工艺流程、工艺特点、大幅面工艺

我国是盛产竹子的国家，竹资源拥有量和品质均居世界首位。合理的利用才、竹材资源可以很好的缓解我国木材行业对大径木的依赖。竹子以生长快、韧性高、价格低等优点已经被应用于胶合板的制作。接下来我们就研究一下竹材胶合板的生产工艺。
生产工艺流程
毛竹→截断→去外节→剖开→去内节→水煮高温软化→展平→刨黄→刨青→预干燥→干燥定型→铣（锯）侧边→涂胶→组坯→预压→热压→纵向锯边→横向锯边→成品
6.6.2.2　生产工艺特点
（1）原料准备
　①用竹要求
　　　(a)由于采用软化—展平工艺 ，需刨青、刨黄，目前压刨最小加工厚度为3mm，故需大径级的竹子为原料。
(b)生产竹材胶合板的竹子应该要求胸径9cm以上的毛竹和其它大径竹，如桂竹、巨竹、龙竹等。
(c)选用5年生以上的竹子。
(d)一般宜选用秋、冬季里砍伐的竹子。
(b)生产竹材胶合板的竹子应该要求胸径9cm以上的毛竹和其它大径竹，如桂竹、巨竹、龙竹等。
(c)选用5年生以上的竹子。
(d)一般宜选用秋、冬季里砍伐的竹子。
②原竹截断、去节和剖分
(a)截断
　 竹材胶合板生产用的竹子都是以长度7~9m左右，重量25~35kg左右的原条竹（简称原竹）为原料。
　　　第一，先截去原竹根部刀砍形成歪斜的端头。
　 第二，截断从根部向稍部进行
　　　竹材从根部起约1.5m左右（胸径）高度内竹肉特别厚，由此厚度减薄率大，直至2.0m高度，再以后厚度的减薄率开始趋缓。直径的变化也有类似的趋势。
为了提高竹材利用率故，第一段应截成芯板用短竹筒，2、3段可截成面、背板用长竹筒，第四段以后再截芯板用短竹筒。

　　　第三，弯曲度较大的原竹、应多锯芯板用短竹筒或截掉弯曲度特大的短竹筒，力求锯成的竹筒通直或弯度小。
　　　第四，截断时应留足加工余量。通常长、宽上的加工余量为50~60mm。
(b)去外节
采用竹筒去外节机，该机依靠突出在靠板外的旋转刀刃将竹筒去外节依次切去。
　(c)剖分
　　　为了便于弧形竹片展平，并减小展平过程中产生的应力，需将竹筒剖分，常剖分成2~3块、刀盘上固定互成180°的2把切刀，通过传动链条上的挡块推动竹筒前进，进行剖分。
（2）竹片加工
　 ①软化
　 (a)原理
　 第一，将半圆形竹筒展开，则竹筒外表面受到压应力，内表面受到拉应力。
σ=E·S/2r
上式为竹筒展平时的所受的应力公式。
　　S：竹筒的壁厚（一定值）；
　　r：竹筒的曲率半径（一定值）；
　　E：竹筒展平方向（横向）弹性模量。
　　　第二，减小展平时反向应力的有效手段是减小E值，而E值又和竹材自身的温度、含水率、表面状态有关，这些因素可以人为改变的。
竹材的软化是减小竹材弹性模量E的措施。
(b)软化的方法
　第一，化学药剂处理法
　　　将竹材浸泡在石灰水、烧碱、亚硫酸钠、氨水等碱性溶液内，可以改变竹材的化学结构，经过一定时间后，达到一定程度的软化效果。
　　　缺点是：一是化学药剂破坏了竹材的内部结构，降低了其强度，使竹材颜色变黑或发黄；二是消耗的化学药剂增加了生产成本，处理后的废液对环境有污染，若处理会增加费用。
　第二，提高含水率
　　　竹材经过收购、运输、贮存后含水率不均匀且偏低。为了提高塑性，减小E值，必须提高含水率。
　　　通常采用冷水或热水浸泡的方法。冷水浸泡节能、时间长、软化效果差，较少使用。热水浸泡是将竹材置于70-80℃的热水中，浸泡2-3小时，不仅提高了竹材的含水率，也提高了竹材的初始温度，效果较好，这一过程通常也叫水煮。
　第三，提高温度
　　　纤维素要在130-150℃条件下才有一定的塑性，半纤维素、木素、分别在80℃、100℃即可具有一定塑性。
　　　竹材中纤维素含量40-60%，半纤维素含量14-25%。木素含量16-34%，因此，纤维素的软化是关键点。所以，通常将竹材的温度提高到130-150℃，才能使竹材有一定的塑性。
(c)软化工艺
分为两个阶段
第一阶段，水煮。目的是提高竹材的含水率和初始温度，竹片放入70-80℃热水中浸泡2-3h。
第二阶段，高温软化。将竹材提高到140-150℃温度。
　②展平与辊压
　(a)展平的方式
　第一，一次加压展平
　　　即将半圆形竹筒放在单层或多层展平机内，一次加压展平。设备和工艺简单，但展平中应力大，裂缝深，质量差。
　第二，分段加压展平
　　　即将半圆形竹筒的圆弧分成若干段，在展平机内依次分段进行加压展平。应力小，裂缝多而分散且不贯穿竹青表面，质量好，但是单边受力负荷不均，生产效率低。
　第三，连续加压展平
　　　将半圆形竹筒放入连续加压展平机内，使竹筒在沿圆弧切线方向进给的同时受到展平。应力小，裂缝多而分散，且不贯穿到竹青表面，展平效果理想，但竹材有尖削度、弯曲度，设计和制造连续机困难，目前尚未使用。
　　　目前，生产中采用的是一次加压展平方式。
(b)展平工艺
　第一，加压展平-保压工艺
　　（Ⅰ）将经过水煮和高温软化的竹片，送入多层（4-5层）展平机内一次加压展平。
　　（Ⅱ）展平后卸压，压板张开，排除水分，让竹片自由收缩。
　 （Ⅲ）再加压并保压1-2min后卸出，送入压刨机进行刨削加工。
(Ⅳ) 竹片的含水率和温度是保证展平效果的关键。
通常水煮2-3h后，竹片含水率可保持在60-80%左右；
在180-200℃高温软化机（箱）内加热3-5min后，一般竹青表面“冒出油”时，即表示已达到适宜的展开温度150℃左右。
　　　（Ⅴ）加压展平-保压工艺的主要缺点
一是因为竹材具有尖削度，竹片厚薄不一，不可能完全展平，使得刨削中所留竹青、竹黄量多，影响胶合质量和外观质量。
二是多层结构，采用自下而上的加压方式，难以实现连续化生产。
三是热压板内需同蒸汽加热到150℃，耗能多。
四是热压板频繁的上下运动，加热的蒸汽管头易损坏。
　第二，（加压）展平-辊压工艺
（Ⅰ）将软化后的竹片先送入展平机一次加压展平，不经保压即卸压，而展平机的上下钢板均不加热。
　　 （Ⅱ）展平机采用单层结构。
　 （Ⅲ）一次加压展平后的竹片立即进入竹材辊压成型机辊平。辊平机由上下4对辊子组成，竹片再经4次受压展平。辊子和竹片的接触是线接触，线压力高达30-50kg/cm。
（Ⅳ）（加压）展平-辊压工艺的特点：
一是竹片的所有位置均能受压，因而展平效果较“加压展平-保压工艺”有了很大的提高，大大减少了刨削时竹青、竹黄的刨削量，同时提高了竹片的表面质量。
二是展平机的上、下钢板不加热，减少了热能消耗。
　　　三是“软化-展平-辊压”实现了连续化生产。
（Ⅴ）软化-展平-辊压生产流水线
　　　由于采用“展平-辊压工艺”，因此可以实现高温软化-展平-辊压连续化生产。
　　　见下图。
竹材“软化-展平-辊压”连续化生产流水线
　　1.竹片连续输送软化炉　2.展平机　
　　3.斜坡金属滑道　4.竹片辊压机
　③刨削加工
　　(a)竹片辊压后，利用竹片本身的余温立即进行刨削加工。
　一是因为竹片辊压过后温度通常在80-100℃，具有较大的塑性，硬度也较低，这时刨削可以降低功率消耗和噪音，减少刀具的磨损。
　　　二是因为竹材的硬度很高，一般约72.0MPa，相当于硬阔叶材中的栎木，在常温下刨削进料十分困难，功率消耗大，刀具磨损厉害、噪音大。
　　　(b)采用专用压刨机进行，与普通木材压刨机相比，其特点为：
　　　第一，为防止进料时打滑（竹青、竹黄光滑），进出料上下辊采用双驱动，进料辊上刻有纵向沟槽。
　　　第二，因切削大，所以刀轴直径适当加大。
　　　第三，竹片硬度大，工作台易磨损，所以工作台面应进行热处理以提高耐磨度或设计成装配式磨损后以便配损。
(c)竹片刨削顺序
一般先削竹黄面，因为竹青面比较光滑可以作为刨黄时的基准面。刨黄过后再刨竹青面。
(d)刨削后竹片的厚度
3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、 5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、8.0mm，等
④干燥
(a) 竹片经高温软化、展平、辊压后、刨削后的含水率一般可达35%-50%左右 ，因此必须干燥。因为大量的实践证明：使用PF时，竹片含水率应小于8%，使用UF时应小于12%，才能获得理想的胶合强度。
(b) 竹片的厚度比木单板厚的多，用木单板的干燥机 ，其时间要长达15-60min，故竹片必须采用由自己特点的干燥工艺与设备。
第一，预干燥
采用以竹材加工废料为燃料的高效螺旋燃烧炉竹片干燥窑，常用单炉双窑结构。
干燥介质：热湿空气。
干燥时间：10-12h。
终含水率：12-15%。
　　　预干后的竹片，进入竹片干燥定型机进行干燥。该设备是在水平面上由多组上下成对的热压板和钢带进料装置组成。它采用步进式进料和间歇接触加热加压相配合来完成竹片的干燥。
　⑤齐边加工
　目前多数胶合板厂都使用铣边机齐边，生产效率低。
（3）胶合及加工
　①涂胶
　(a)竹片厚度
3.0-8.0mm。
(b)涂胶量
双面300-350g/m2；填充剂为面粉、豆粉等，加入量为1%-3%。
　(c)胶粘剂
　　　工厂常用PF51水溶性酚醛树脂胶。由于现有酚胶中的游离酚含量高，对环境有污染，可进行改性。
　　　采用落叶松栲胶代替40%的苯酚制成单宁酚醛胶（简称TPF）.但TPF胶颜色较深，易污染板面，且粘度随温度的下降而下降，涂胶不便。
　　　采用多羟基化合物（简称TD）代替30%的苯酚制成TD改性酚醛胶（简称TDPF），效果较好。
(d)涂胶设备
四辊筒涂胶机，它的涂胶量是通过挤胶辊来调节，上下胶辊之间的距离随竹片厚度用相应的调整，因此涂前比较均匀，操作也较方便。
　②组坯
(a)组坯要遵循以下原则：对称原则，奇数层原则，相邻层竹片纹理相互垂直原则。
　　 (b)要求“一边一角一头齐”，即以一个长边和一个短边为基准边，且应相互平直并成直角。
(c)要求面板用材质好的竹片，背板用材质稍差竹片；面背板的竹青面向外，竹黄面向内；芯层相邻竹片的竹青、竹黄面的朝向要交替依次排列，以防止产生变形。
　③预压
　(a)目的
　　　为了防止板坯向热压机装板时产生位移而引起叠芯、离缝等缺陷；为了缩短热压时间，应将板坯预压，使其预胶合成一整体。
　　 (b)用PF作胶粘剂时，由于其具有良好的初粘性，预压效果较理想；而使用UF时，则应在其中加入一定量的聚乙烯醇或填加一定量的豆粉、面粉等填充剂，增加胶的初粘度，提高预压效果。
(c)预压工艺
　　 压力：0.8-1.0MPa；
时间：90-120min。
④热压
(a)热压采用热-热工艺。
热压温度： 用PF时，135-140℃；
用UF时，115-120℃；
热压时间: 　1.1min/mm；
热压压力: 　3.0-3.5MPa，
板坯压缩率: 13-16%。
(b)竹材胶合板热压时的单位压力比木材胶合板的0.8-1.2MPa大得多，主要是因为竹片的硬度和厚度偏差比木单板大。但比竹席胶合板和竹篾层积材小，因此其密度也较低。
(c)为防止鼓泡现象，在热压后期通常采用三段降压工艺。
　　　第一段，工作压力降到平衡压力。　　　　
　　　对酚醛约降到0.3-0.4MPa，这段时间可快点，三层板一般10-15秒。
第二段，由平衡压力降到零。
　　这段时间不能太快，否则会出现“鼓泡”现象，3层板约30-50s。
第三段，由零到热压板完全张开。
　　可以以最大速度卸荷，使热压板张开。但需要注意在表压为零时，压机最下面一间隔中的板坯实际上承受着所有热压板的自重压力，因此降到最后一块板时要适当放慢速度，以防止鼓泡。
　⑤合板锯边
　　(a)在纵、横裁边机上裁边
　　　裁边质量要求：边部平滑无明显锯痕、两边互成直角、尺寸偏差符合标准规定、尽量减少焦边现象。
　　(b)竹材胶合板卸出热压机时，温度很高，需热堆放。
　 第一，利用余热使胶继续固化。当胶固化约85%时，就可以卸出进行热堆放，利用余热继续固化。
　　　第二，内部匀温，消除内应力，防止产生翘曲变形。
第三，堆放时最上面需加盖2-3张次品，以防止面板冷却不均匀而产生变形。
第四，堆放时间通常不少于24h。
。

参考文献：
《竹材板生产工艺》
《竹帘干燥机进料装置的改进》
《重组竹材胶合板制造技术的研究》

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