2 人造板原料

本章主要内容：木材与非木质植物纤维原料、胶粘剂、固化剂、防水剂、阻燃剂、防腐剂等人造板原材料的基本性质，以及它们与人造板生产工艺和产品性能的关系。本章主要内容：木材与非木质植物纤维原料、胶粘剂、固化剂、防水剂、阻燃剂、防腐剂等人造板原材料的基本性质，以及它们与人造板生产工艺和产品性能的关系。 2 人造板原料

2.1 人造板原料种类 • 2.1.1 木材原木、枝桠材、采伐剩余物、木材加工剩余物等； • 2.1.2 非木材植物纤维一年生：甘蔗渣、麻杆、棉杆、稻草、麦秸等；多年生：竹材、芦苇等。 • 2.1.3 胶粘剂天然树脂胶，合成树脂胶，无机胶粘剂。 • 2.1.4 添加剂防水剂，固化剂，阻燃剂，防腐剂等。 • 2.1.5 贴面材料薄木，塑料薄膜、树脂浸渍纸等。

2.2.1 木材的物理性质 2.2.1.1 密度 1) 基本概念：基本密度ρy＝ m0／vmax 气干密度 ρw＝ mw／vw 绝干密度（全干密度）ρ0＝m0／v0 m0—绝干材质量，vmax –生材体积， vw –气干材体积，v0 –绝干材体积。 2) 木材密度与人造板性能的关系木材的基本性质包括：物理性质、化学性质、力学性能等。 2.2 木材的基本性质

木材原料密度与人造板性能的关系

2.2.1.2 含水率 • 1) 基本概念：绝对含水率，相对含水率 W =[(m1-m0)/m0]×100％ W0=[(m1-m0)/m1]×100％ m1—湿材质量，m0—全干木材质量。 • 2) 含水率对人造板生产工艺和产品性能的影响木材原料的含水率对旋切、削片、热磨工艺的影响；热压板坯含水率对热压工艺的影响。

2.2.2 木材的化学组分和性质 • 2.2.2.1 木材主要化学组分： • 纤维素、半纤维素、木素和抽提物。 • 针阔叶材纤维素含量无明显差异，但针叶材木素含量大于阔叶材，阔叶材半纤维素（聚戊糖）含量明显高于针叶材； • 树皮中纤维素含量远低于木质部，半纤维素含量也较高；

2.2.2.2 木材主要组分的结构及性能 • 1）纤维素 • 结构（C6H10O5）n，天然木纤维的聚合度约10，000。木纤维的基本组成单元是微纤丝，微纤丝包含结晶区和无定型区。 • 性质：白色、无味无臭，各向异性，密度 1.52－1.56。纤维素的降解性质。

2）半纤维素 • 半纤维素是存在于植物细胞壁中除纤维素以外的所有非纤维素碳水化合物的总称。树种不同，半纤维素的化学结构也不同。半纤维素无结晶区，属无定型物质。 • 半纤维素一般不溶于水而溶于碱液，遇酸极易水解。半纤维素的吸湿、润胀能力比纤维素强得多，而抗酸、抗碱能力比纤维素弱得多。 • 3）木素 • 木素是一类复杂的芳香族物质的总称,基本结构单元为苯丙烷,基本单元通过比较稳定的醚键和碳-碳键联接在一起。分子量约为800～10000。 • 木素为白色或浅黄色，木素属热塑性与无定型物质，无固定的熔点。 • 木素的反应能力很强，可以发生硝化、氧化、酯化、甲基化等反应，还可与醇、酚、盐酸、亚硫酸、氢氧化钠等起作用。

4）抽提物 • 木材抽提物是可溶于中性溶剂或可挥发性物质的总称，如挥发油及松脂酸、挥发酸、脂肪、树脂、蜡等。 • 抽提物含量随树种、树龄、树干部位以及立地条件不同而有差异，一般心材高于边材。 • 5）木材的酸碱性 • 木材的pH值一般介于4.0-6.0，个别的呈弱碱性。

2.2.3 木材的力学性质 • 木材抵抗外部机械力作用的能力：拉伸、压缩、剪切、弯曲等。 • 影响木材力学性质的主要因素：密度、含水率、结构因素等。 • 木材力学性能的各向异性。 • 木材力学性质的变异性。

2.3 非木材植物纤维原料的性质 • 2.3.1 化学组分 • 非木质原料纤维素含量接近甚至超过木材（草类除外），半纤维素含量与阔叶材接近； • 非木材原料抽出物量远高于木材，这是非木材原料得浆率低的本质原因。

2.3.2 非木材原料的细胞构成及纤维形态特征 • 基本概念 • 植物细胞可以分为薄壁细胞和厚壁细胞两大类。厚壁细胞又有石细胞和纤维细胞之分。在纤维板与造纸工业中，常把所有细长、壁厚、内腔狭窄、两端较小的植物细胞通称为纤维，它是构成纤维板最主要的成份 • 植物中除纤维以外的细胞统称为杂细胞。木材中的杂细胞包括导管、木射线、轴向木薄壁组织细胞等，草类杂细胞主要有表皮细胞、薄壁细胞、石细胞和筛管等。 • 纤维形态主要指纤维的长度、宽度、长宽比、壁厚以及各种细胞本身的其它形态特征。

2.3.3 非木材原料特性对人造板产品性能和生产工艺的影响 • 2.3.1 季节性强，应考虑原料供应的连续性； • 2.3.2 堆积密度小，对运输和储存成本带来不利影响； • 2.3.3 化学组分和结构特性对产品性能的影响及对生产工艺的特殊要求。

2.4 人造板生产对木材或非木材植物纤维原料的要求 • 2.4.1 胶合板对原料的要求 • 2.4.1.1 原木质量对影响出材率和胶合板质量的缺陷予以限制：节子、腐朽（边材腐朽、心材腐朽）、弯曲度（2％）、纵裂、虫害等。 • 2.4.1.2 原木长度检尺长2m,2.6m,4m,5.2m,6m。根据胶合板规格决定木段长度，按木段长度选择原木的合理长度。 • 2.4.1.3 原木径级检尺径自26cm以上,按2cm进级.

2.4.2 刨花板与纤维板对原料的要求 • 2.4.2.1 考虑原料密度的影响,一般选用密度低而强度高的树种；最好使用单一树种，若多种树种的原料混用，应考虑工艺条件的一致性。对于纤维板，纤维含量、纤维形态等是判断原料优劣的重要依据。 • 2.4.2.2 小径材、枝桠材、加工剩余物与树皮的含量过高会影响产品质量，一般应该控制在10％以下。 • 2.4.2.3 原料的含水率一般应控制在40%～60%。 • 2.4.2.4 应考虑非木材植物纤维原料的特殊性：如麻秆、甘蔗渣的髓芯，棉秆、麻秆的外皮等。

2.5 人造板胶粘剂和添加剂 • 人造板生产中，胶粘剂是构成人造板必不可少的重要材料，对产品质量和产量起着极为关键的作用，而且直接关系到产品成本。 • 防水剂、阻燃剂、固化剂等各类添加剂对保证产品质量和拓展产品应用领域有重要作用。

2.5.1.1 胶粘剂的分类 2.5.1 胶粘剂

2.5.1.2 常用人造板胶粘剂的性质 • 1）脲醛树脂胶(UF) 以尿素和甲醛为主要原料合成得到。根据胶合制品的不同，脲醛树脂胶可分成胶合板用胶、刨花板用胶、纤维板用胶等。使用时通常加入氯化氨作固化剂。其特点是原料丰富，工艺简单，成本低廉；具有较好的胶合强度，较好的耐温、耐水和耐腐性能。但易于老化，耐水性能相对酚醛树脂要差，游离甲醛问题。可通过加入苯酚、三聚氰胺、间苯二酚等共聚进行改性。

2）酚醛树脂胶 (PF) 由苯酚和甲醛为主要原料合成得到。具有胶合强度高，耐水性强，耐热性好，化学稳定性高等优点；不足之处是颜色深，胶层较脆。有水溶性和醇溶性两种。水溶性用于胶合板制造，不加固化剂，可加固化促进剂，需加添充剂；醇溶性适用于浸渍纸。酚醛树脂胶有极好的耐候性，但热压温度高，热压时间长。

3）三聚氰胺树脂胶(MF)和三聚氰胺脲醛树脂胶 (MUF) 由三聚氰胺和甲醛为主要原料合成得到。耐热、耐水性能均优于脲醛树脂与酚醛树脂。但价格高，主要用于制造装饰贴面板。三聚氰胺脲醛树脂用于改善脲醛树脂的耐水性能。

4）异氰酸酯胶 (MDI) • 异氰酸酯胶是由多异氰酸酯单体和多元醇在一定条件下反应制得，或直接用作胶粘剂的多异氰酸酯单体。木材工业使用的异氰酸酯胶是含有一定量较高官能度的异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。异氰酸酯胶具有胶合强度高、热压时间短、对原料的含水率适应性强、无甲醛释放等优点，而在结构人造板和非木质人造板产品中得到了应用，但异氰酸酯胶存在价格高、热压粘板等缺点。

5）无机胶粘剂 • （1）石膏半水石膏与刨花或纤维混合后，由于水化作用、硬化作用生成二水石膏晶体的硬化体，将刨花或纤维粘合在一起。石膏人造板具有隔热保温、难燃、吸音和可锯可钉等性能，是一种比较理想的内墙材料。 • （2）水泥水泥是以硅酸钙为主要成分的水硬性胶凝材料，分为普通水泥和硅酸盐水泥。水泥强度是其最重要的技术指标。

2.5.2 添加剂 • 2.5.2.1 防水剂 1）施加防水剂的目的：提高制品的耐水性，改善尺寸稳定性，减轻或消除由于干缩湿胀引起的翘曲变形。 2）防水剂（憎水物质）的作用机理：部分填塞刨花或纤维之间的空隙，截断水分传递的渠道；增大水与刨花或纤维之间的接触角，缩小了接触面积；部分遮盖了物料表面的极性官能团，降低了吸附作用。 3）防水剂种类：石蜡，松香，干性油，沥青，合成树脂等。人造板工业使用的石蜡一般要求熔点在52-58℃。

2.5.2.2 固化剂 • 1）固化剂的作用是降低树脂pH值，促使树脂加速固化。 • 2）UF常用固化剂有氯化铵、氯化锌、硫酸铵等酸性盐。 • 3）氯化铵用量为树脂重量的0.5%-2.0%（一般配成20%的溶液使用）。 • 4）热固性的酚醛树脂胶本身为碱性物质，不必再加入固化剂。

2.5.2.3 填充剂 1）加入填充剂的目的：增加胶液的固体含量、粘度和初粘性，避免胶液的过分渗透；降低胶的耗用量，节约成本；减少因胶层固化收缩而产生的内应力，提高胶合质量；降低游离甲醛释放量。 2）常用填充剂有木粉、豆粉和淀粉等。 3）填充剂的用量一般为胶液重的5%-50%。

2.5.2.4 阻燃剂 • 1）阻燃剂应具备的条件阻燃性能好；化学性质稳定；无腐蚀性，对人畜无害；与生产工艺相协调，对板材的强度和耐水性等影响小；不影响胶合、油漆及其他二次加工；价格便宜等。 • 2）阻燃剂的种类无机类：磷-氮系阻燃剂，硼系阻燃剂等；有机类：氨基树脂阻燃剂等。 • 3）阻燃剂的施加方式涂料涂刷；制造过程中加入（单元处理，与胶粘剂同时加入等）；后期处理。

2.6 贴面材料 • 贴面目的：进一步提高或改善人造板基材的性能，人造板表面的美观与装饰。 • 人造板贴面材料主要包括：薄木，装饰板，三聚氰胺浸渍纸，聚氯乙烯塑料薄膜等。

2.6.1 薄木 • 2.6.1.1 薄木分类 • 可根据薄木厚度、制造方法、薄木形态等分类。 • 2.6.1.2 薄木制造方法 • 旋切法适用于纹理交错、树瘤多、节多的木材，旋切薄木为弦向纹理； • 刨切法适用于一般针叶材及纹理通直木射线丰富的阔叶材，刨切薄木为径向、弦向、半弦向纹理。 • 半圆旋切法。

旋切示意图

半圆旋切

刨切木方的锯剖

刨切示意图

胶合板图片(弦向)

装饰胶合板(径向)

集成木方

2.6.2 装饰板与三聚氰胺浸渍纸 • 2.6.2.1 性能特点表面平滑光洁；色泽鲜艳，花纹丰富多样；质地坚硬，具有突出的耐磨、耐水、耐热性；化学稳定性好。 • 2.6.2.2 装饰板结构 • 2.6.2.3 工艺流程

装饰板和浸渍纸结构

装饰板与合成树脂浸渍纸工艺流程

2.6.3 聚氯乙烯薄膜 聚氯乙烯可加工成薄膜，经过凹版印刷与表面压纹等处理，得到色彩柔和、有立体感的装饰表面；但耐热性差，软化温度低，表面硬度不高。 2.6.4 印刷装饰纸使用印有木纹或其他图案但没有浸渍树脂的纸张,直接贴饰在人造板表面。工艺简单，成本低廉装饰性能较好；但表面光度与耐磨性较差，适于人造板制品的立面零部件装饰。

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