刨花板產品輕量化生產技術初探

刨花板產品輕量化生產技術初探

近年來，由於人們生活水平的提高，消費者對傢俱和裝飾裝修製品的質量、款式和效能的要求也越來越高，刨花板產品因其效能穩定且價格適中，在家裝建材領域佔有一定的市場份額。但是從國內木材及其製品產銷量趨勢看，木材需求不斷增長，供需矛盾進一步擴大，未來人造板產品輕量化設計已成為發展趨勢 。在保持原有物理力學效能的前提下，如何降低產品密度，減輕製品重量，成為越來越多科研人員和生產企業的關注熱點。本文結合科研技術人員的試驗成果和國內刨花板的輕量化生產實踐，概括出以下幾種降低刨花闆闆材密度的方法：①選擇輕質木材；②利用膠黏劑發泡技術；③新增輕質填料；④改變板坯結構；⑤改變刨花形態和板坯設計。

1 選擇輕質木材

氣幹密度在550 kg/m 3 以下的木材為輕質木材

，這類木材材質較軟，一般需要經過密實化或浸漬處理才可用於傢俱和室內裝修。直接選用低密度木材作為輕量化刨花板生產原料，可以緩解木材供需矛盾，提高輕質木材的附加值。日本曾以柳杉和異氰酸酯膠為原料，製成了輕質刨花板，並制訂了 JI-SA5908 輕質刨花板標準 。我國科研單位和生產企業在刨花板輕量化生產的原料探索上，將速生樹種和常用的楊木、桉木、杉木、落葉松等樹種木材作為試驗物件，均取得了比較理想的試驗資料。

1990 年黑龍江省科委啟動了“輕質刨花板製造工藝技術的研究”專案。1992 年 11 月黑龍江省林產工業研究所完成了以楊木和改性脲醛膠為主要原料的輕質刨花板研究工作，實現了該研究專案“降低密度、保證力學強度”的基本設想。該項研究採用了具有一定代表性的山楊、小黑楊、小葉楊、北乘青楊和大青楊為主試驗材，同時採用樺木為原料進行了對比性試驗，在原有刨花板生產裝置和工藝基本不變的條件下研製輕量化刨花板，不同密度產品靜曲強度和內結合強度均可達到或接近刨花板國家標準規定的技術指標。經濟效益方面，以密度450 kg/m 3 的產品為例，含水率為 8%的刨花板刨花用量每立方米不到400 kg，實際用膠量每立方米為72 kg，成本低於普通刨花板。利用該研究成果於 20 世紀 90 年代在黑龍江省穆稜林業局和山河屯林業局分別建成了年產 1。 2 萬 m 3 和 0。 8 萬 m 3 的刨花板生產線 。

2 利用膠黏劑發泡技術

在刨花板生產過程中，膠黏劑透過發泡產生壓力，該壓力使膠黏劑與刨花之間的接觸更為良好，可提高膠合強度；另外，發泡固化後的膠黏劑在板材內部形成微孔，從而降低了板材密度。脲醛樹脂膠、酚醛樹脂膠和聚氨酯樹脂膠均可作為發泡膠黏劑生產輕量化刨花板。生產過程中常採用二段加壓法，初始壓力 1 ～3 MPa，有利於形成緻密表層，之後卸壓，膠黏劑開始發泡，形成疏鬆的芯層，然後二次加壓至規定的板坯厚度和熱壓時間。初始壓力和加壓時間是輕量化刨花板生產的關鍵技術指標，與板材的物理力學效能緊密相關。如果初始壓力過大，或加壓時間過長，可能導致表芯層密度差異過大，影響板材的靜曲強度。表層密度過大容易使厚度膨脹率加大，而芯層過鬆則可導致吸水率增加及平面抗拉強度下降 。

3 新增輕質填料

近年來，使用非木質輕質填料來降低刨花板密度逐漸成為研究熱點，輕質填料填充在刨花之間的空隙，可以有效減輕刨花板重量 。德國 BASF 公司研發的輕質刨花板填料技術，與傳統刨花板相比可減重 20% ～30%，這種刨花板採用三層結構，上下表層用較細小刨花，芯層新增直徑 2 ～4 mm、密度為 30～40 kg/m 3 的聚苯乙烯泡沫顆粒，可代替一部分木質刨花，芯層新增 8%聚苯乙烯的輕量化刨花板如圖1 所示。新增聚苯乙烯泡沫後，芯層壓力增高，表層結構更為密實，聚苯乙烯泡沫填充空隙後，增加了膠結面積，提高了膠合強度。另有研究者將玉米制備生物質乙醇後剩餘的酒糟作為輕質刨花板填料用來生產刨花板。當酒糟顆粒與刨花尺寸接近時，混合均勻性較好，製得的板材效能較優，酒糟含有的脂肪能夠提高刨花板的耐水性 。相對於聚苯乙烯泡沫材料，酒糟的生物降解效能佔有優勢，有利於產品的可迴圈利用。

圖 1 芯層新增 8%聚苯乙烯的輕量化刨花板

依據德國迪芬巴赫（Dieffenbacher）公司資料，芯層新增 8%聚苯乙烯生產的刨花板產品效能見表 1。

表 1 新增 8%聚苯乙烯的刨花板產品效能

4 改變板坯結構

王丹 介紹了一種採取複合結構降低刨花板密度的方法，該板材的芯板和錶板分別生產，之後採用夾芯板生產技術膠合在一起。芯板使用經過特殊製備的高含水率刨花，鋪裝後採用噴蒸熱壓工藝，將板坯密度控制在 300 ～400 kg/m 3 之間；錶板可採用連續層壓板（CPL）、薄型中密度纖維板、輥壓刨花板和紙板等具有一定硬度的板材，這些板材表面堅固，用以保護芯層承受外部壓力，其作用是使板材具有良好的靜曲強度和彈性模量，表面可以塗飾或飾面。該種人造板可用現有的生產技術和裝置對板材進行加工處理，既適合於工業化生產，也適用於小規模生產，原料和能源消耗均比較低，生產成本低於普通刨花板，價格上具有一定的競爭力。

5 改變刨花形態和板坯設計

為提高板材的承載能力，製造輕量化刨花板時，應考慮使刨花板表層緻密化，芯層採用具有微孔結構的疏鬆層。表層使用細小刨花，芯層最好使用薄型長條刨花，利用這種刨花生產的刨花板在密度降低的情況下，強度、剛性和尺寸穩定性並沒有降低。依託先進的生產裝置，國內已有部分廠家開始生產一種新型的輕量化刨花板產品即超強刨花板。在普通刨花板生產的基礎上，超強刨花板表層鋪裝細刨花，芯層鋪裝長條形寬平刨花，透過對刨花的篩分鋪裝實現了表層 － 芯層 － 表層的三層漸變結構，該結構可使刨花板效能得到大幅提升，在物理力學效能相當的情況下，產品同比密度可以降低 30 kg/m 3 。以歐盟室內用傢俱板材 P2 級為例，厚度 16 mm、刨花長厚比 12、板材密度 660 kg/m 3 的刨花板，可以用同等厚度、刨花長厚比 60、板材密度 630 kg/m 3 的超強刨花板替代 。從結構上分析，超強刨花板的芯層由長條形寬平刨花鋪裝，效能上可與定向刨花板產品媲美，從而改變和提高了刨花板特性，使其具有尺寸穩定性好、強度高、握螺釘力大、機械加工效能出色等特點，同時還可以降低板材密度，節約木材。

超強刨花板生產流程：備料（普通刨花和長條形寬平刨花） →乾燥→篩分（芯層刨花和表層刨花以及不合格刨花） →施膠→鋪裝（三層漸變結構） →熱壓→後期處理（齊邊/鋸切/砂光/噴碼/入庫）。目前，我國人造板產品原料多以楊木、桉木等速生豐產林木材為主，該生產技術可以充分利用現有的木材資源，符合我國人造板產品生產現狀的基本國情。生產超強刨花板產品採用的鼓式削片機和環式刨片機相結合的刨片製備過程如圖 2 所示。

圖 2 超強刨花板刨片製備過程

6 結束語

用輕量化刨花板製品代替傳統的中高密度刨花板製品，可以減少木材消耗量，緩解我國木材供需矛盾，降低生產包裝運輸成本。在現有生產裝置和工藝基本不變的條件下生產輕量化刨花板是企業轉型升級、拓展新的利潤增長點的方向之一。刨花板產品向輕量化方向發展，在強度基本不受影響的條件下降低密度，符合節約型社會的發展要求，相信未來在傢俱製造和室內裝飾裝修方面，輕量化刨花板製品將有更為廣闊的市場空間。