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PVC薄膜/桉木单板制备胶合板的工艺优化

高燕龙  
【摘要】:近几年,全球经济的快速发展与变革影响着工业化和现代化的飞速前进,我国珍贵的森林资源日益匮乏,并且随着天然林的禁伐政策实施和木材需求量的提高,供需矛盾严峻,因此人造板的使用也受到极大的限制。为了缓解木材资源的短缺,促进人造板行业的可持续发展,发展速生材人工林作为人造板的主要原料显得尤为必要。桉树生长周期短、出材率高,因此,合理利用桉树资源在缓解天然林匮乏、人造板行业可持续发展方面具有重要的意义。人造板是家居、建筑以及装饰材料的主导产品,在市场上具有很大的需求量。人造板中的胶合板因其在生产加工、用材率等方面所具有的独特性能,其产量占人造板总产量的一半且应用于多个领域。目前用于生产胶合板的胶黏剂仍以酚醛树脂和脲醛树脂为主,这些“醛类胶黏剂”及其制成品在使用和生产的过程中存在着甲醛释放、污染环境以及危害身体健康等一系列安全的问题。本文以无甲醛的聚氯乙烯(PVC)薄膜作为替代胶合板胶黏剂的材料,采用热压-冷压生产工艺制备PVC薄膜/桉木单板复合胶合板。通过对PVC薄膜软化点的分析以及响应面分析法探究PVC 添加量(g/m2)、热压时间(min/mm)、热压温度(℃)等工艺因子对木质复合胶合板物理力学性能及其胶接界面相容性的影响。随后通过对桉木单板进行不同温度热处理来进一步提高PVC薄膜/桉木单板复合胶合板的胶合性能以及各项物理力学性能。由于热压过程中板坯的传热方式主要在压力作用下并通过水分传递热量,因此,采用PVC薄膜开缝技术对生产工艺以及板材的胶合性能做进一步的优化。将优化的最佳工艺参数组合应用到生产企业中并进行试验,为进一步研究新的热压工艺技术提供参考,同时为生产实践提供理论支撑和技术支持。通过本课题研究,具体得出以下结论:(1)通过响应面分析方法得出:采用热压-冷压工艺优化了热压温度(170℃、175℃、180℃)、PVC 薄膜添加量(62g/m2、124g/m2、186g/m2)、热压时间(0.8min/mm、1.0min/mm、1.2min/mm)3 个工艺因子对PVC薄膜/桉木单板复合胶合板的各项物理力学性能的影响。影响胶合强度的工艺因子排列顺序为PVC薄膜添加量热压温度热压时间。薄膜添加量和热压时间、薄膜添加量和热压温度的交互作用对PVC薄膜/桉木单板复合胶合板的胶合强度均有着显著的影响。最优的热压工艺参数为:热压温度175℃,PVC薄膜添加量124g/m2,热压时间1.Omin/mm,此工艺条件下制备的PVC薄膜/桉木单板复合胶合板的胶合强度达到0.85MPa,达到国家普通胶合板Ⅱ类国标GB/T 9846-2015的标准要求。(2)采用单因素试验方法将桉木单板进行热处理,并设定其温度为120℃、150℃、180℃、200℃,通过物理方法降低桉木单板表面的羟基和羰基基团,使桉木单板和PVC薄膜更好的形成界面胶接并增加相容性,从而提高复合胶合板的胶合强度。对制备的PVC薄膜/桉木单板复合胶合板性能进行检测,热处理温度为180℃时,PVC薄膜/桉木单板复合胶合板的胶合强度可以达到0.79MPa,满足GB/T 9846-2015普通胶合板国家Ⅰ类标准要求。(3)依据板坯热压过程中的传热机理,对每张PVC薄膜进行均匀开缝(0条、5条、10条、15条)预处理,同时控制桉木单板含水率(5%、10%、15%、20%)、热压时间(0.6min/mm、0.8min/mm、1.0min/mm、1.2min/mm)和热压温度(150℃、160℃、170℃、180℃)对PVC薄膜/桉木单板复合胶合板物理力学性能的影响。通过正交试验L16(45)分析方法研究出:在热压温度160℃、热压时间0.8 min/mm、PVC薄膜开缝数10条、单板含水率15%的工艺参数下制备的复合胶合板胶合强度达到0.76MPa且满足GB/T 9846-2015普通胶合板Ⅰ类胶合板标准要求。此工艺条件下制备的胶合板与PVC薄膜未处理的工艺相比温度降低了 15℃,时间缩短了 0.2min/mm,这大大提高了企业生产效益并降低了企业的能耗。(4)扫描电镜分析(SEM)表明:未做任何预处理的PVC薄膜/桉木单板复合胶合板胶接界面清楚地看到界面结合的不充分,部分结合界面没有形成胶钉、机械啮合状态;经过PVC薄膜开缝处理和桉木单板热处理后,复合胶合板胶接界面的啮合程度,胶合强度显著提高。红外光谱分析(FTIR)表明:热处理后桉木单板的羟基和羰基基团吸收峰强度明显降低,扫描电镜发现此状态下界面机械啮合程度更充分。这种现象与物理力学性能测定结果完全吻合,进一步验证所用工艺的准确性和可行性。(5)通过调查分析,以产品规格为1220*2440*10mm的五层胶合板为例,综合原料成本、生产能耗成本以及市场定价,生产1m3的PVC薄膜/桉木单板胶合板比生产采用MUF的胶合板新增利润700元。


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