蘆葦—蔗渣刨花板的工藝研究

孫濤 陳安生 程若愚

摘要：? 本文以蘆葦和蔗渣為刨花單元、脲醛樹脂為膠粘劑制備了蘆葦—蔗渣刨花板。主要探討了熱壓時間、施膠量、板坯密度、蔗渣加入量等制板因素與板材的靜曲強度、內結合強度、吸水厚度膨脹率等物理力學性能的影響。結果表明：熱壓時間7 min，施膠量為12%，密度為0.8 g/cm3，蔗渣混合比為50%的工藝條件下制備的板材性能符合GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力學性能要求。

關鍵詞：? 蘆葦;? 蔗渣;? 刨花板

中圖分類號：? ?S 564 +. 2; TS 653. 5? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2020）06 - 0039 - 03

我國蘆葦資源豐富且分布廣泛，全國范圍內有14個蘆葦主產區，蘆葦面積約50萬 hm2[ 1 ]，年產量約為250～300萬t，約占世界總產量的6%。1990年起，我國便開始了蘆葦人造板的研發工作，現已有數條蘆葦碎料板生產線在黑龍江、新疆等地。早在1980年我國已對蔗渣人造板進行了開發利用，現蔗渣碎料板廠分布于廣東、廣西、福建、云南、湖南、湖北、四川等省，年總設計生產能力逾20萬m3[ 2 ]。已有研究表明，蘆葦可作為木材的替代材料用于緩解人造板工業發展所需大量木材的壓力。但蘆葦的性能與木材存在一定差異，其表皮覆有一層硅質化和樹脂化程度較高的組織，常規的脲醛、酚醛樹脂膠對該層滲透力較差，較難形成有效的膠合[ 3 ]，進而影響產品質量;而蔗渣形態較好、含糖量高且自膠合能力強，將其與蘆葦結合，以改善板材力學性能為目的，探討蘆葦一蔗渣刨花板的制板工藝。

1 材料與方法

1. 1 材 料

（1）蘆葦，取自廣州從化。將蘆葦桿劈成200～

300 mm小段置于干燥爐中烘干，溫度為55 ℃，含水率調整至 12%～15%，然后用環式刨片機刨碎備用;蔗渣，取自廣州從化。蘆葦、蔗渣碎料篩分值見表1。

（2）脲醛樹脂膠：取自廣東佛山，乳白色黏稠狀，粘度188 mPa/s，pH 8，固體含量60%。

1. 2 試驗設備

四柱油壓機，萬能力學試驗機，環式刨片機，外徑（μm）千分尺等。

1. 3 試驗方法

設置板幅面為210 mm×210 mm×12 mm（實驗室自制的成型框規格為210 mm×210 mm），采用厚度規格12 mm控制板的厚度進行制板，熱壓壓力為3～5 MPa，采用單因素試驗方法探討熱壓時間、施膠量、板坯密度、蔗渣的加入量等因素對板材的物理力學性能及熱學性能的影響。按照制板工藝參數共壓制蘆葦—蔗渣刨花板4批16塊（表2）。

壓制好的蘆葦—蔗渣刨花板經調溫調濕處理后，參照GB/T4897-2015中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）物理力學性能要求。檢測靜曲強度、內結合強度、吸水厚度膨脹率。

1. 4 性能檢測

采用微機控制電子式木材萬能力學試驗機測定試件的靜曲強度、內結合強度，每塊蘆葦—蔗渣刨花板測3次，進行密度回歸后，取平均值作為最后的測試結果。再測定吸水率，取3個試樣測試結果的平均值作為試驗結果。

依據公式計算試件的吸水厚度膨脹率

式中，D為吸水厚度膨脹率（%）;h1為試件吸水前厚度（mm）;h2為試件吸水后厚度（mm）

2 結果與分析

2. 1 熱壓時間對蘆葦—蔗渣刨花板物理力學性能的影響

由圖1可以看出，隨著時間的延長，板的靜曲強度，內結合強度呈現增大趨勢，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢。當時間從6 min延長至9 min時，靜曲強度從15.98 MPa上升至19.02 MPa，增大了20%;內結合強度從0.35 MPa增至0.44 MPa，增大了26%;吸水厚度膨脹率從5.2%降至4.0%，下降幅度為23%。在試驗研究范圍內，各條件下的板材均能達到GB/T4897-2015刨花板標準中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力學性能要求，且從8min以后，各項指標增加緩慢。所以選擇8min為最優時間。

2. 2 施膠量對蘆葦—蔗渣刨花板物理力學性能的影響

由圖2可以看出，隨著施膠量的增大，板的靜曲強度，內結合強度呈增大趨勢，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢。施膠量從10%增大到12%時，靜曲強度增大15%，內結合強度增大13%，吸水厚度膨脹率下降41%;當施膠量從12%增至16%時，靜曲強度僅增大14.4%，內結合強度增大48%，吸水厚度膨脹率下降31%。根據增幅程度可以看出，隨著膠量的增大，板的靜曲強度增大程度不如另外2項指標明顯。此外，當施膠量增大至12%以后，板材各性能增長緩慢，但當施膠量為12%時，各項性能均達到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）的物理力學性能要求，所以選擇施膠量為12%作為最優工藝條件。

2. 3 板的密度對蘆葦—蔗渣刨花板物理力學性能的影響

從圖3中可看出，隨著密度的增大，板的靜曲強度，內結合強度增大，吸水厚度膨脹率減小。因為隨著密度的增大，刨花板的壓縮比增大，刨花相互接觸面增大，從而膠合面積也隨之增大，使得碎料間空隙率低，壓縮更為緊密，最終使得碎料間結合強度增大，所以板材的宏觀靜曲強度隨著密度增大而增大。在一定范圍內，提高板的密度，可獲得較好的板材靜曲強度。當密度從0.8 g/cm3增至0.9 g/cm3時，靜曲強度幾乎不變，而內結合強度反而減小，吸水厚度膨脹率增大。這是因為當密度增大到一定程度后，熱壓時，高溫下產生的蒸汽因為板密實程度高而封閉于板內，最終使板子鼓泡，導致板的各項性能下降。說明板的密度為0.8 g/cm3較優。

2. 4 蔗渣混合比對蘆葦—蔗渣刨花板物理力學性能的影響

從圖4可見，蔗渣混合比對板的物理力學性能影響較大，隨著蔗渣混入量增大，板的靜曲強度，內結合強度增大，吸水厚度膨脹率減小。主要原因是隨著蔗渣混合比增大，則蘆葦的混合比減小，易于膠合的蔗渣將覆有硅質化和樹脂化程度較高的蘆葦組織包裹，所以當蔗渣混合比增大時，板材各項性能都有提高。當蔗渣混合比從40%增大到50%時，板的靜曲強度增大了39%，內結合強度增大了13%，吸水厚度膨脹率下降了45%;當混入比增至70%時，板的靜曲強度增大了167%，內結合強度增大了68%，吸水厚度膨脹率下降了57%。因為當蔗渣混入比為50%時，板的各項性能均達到了GB/T 4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）物理力學性能要求，同時為了增大蘆葦的利用量，取蔗渣混合比為50%。

3 總 結

隨著熱壓時間的延長，施膠量、板的密度、蔗渣混合比增大，板的靜曲強度，內結合強度呈增大趨勢，吸水厚度膨脹率呈減小趨勢。其中蔗渣混合比以及板的密度對蘆葦—蔗渣刨花板的物理力學性能影響較大，而熱壓時間和施膠量對板的物理力學性能影響相對較小。依據單因素試驗結果表明：熱壓時間7 min，施膠量為12%，密度為0.8 g/cm3，蔗渣混合比為50%工藝條件下壓制的蘆葦—蔗渣刨花板性能較優，達到了GB/T4897-2015刨花板中6.3.2.1干燥狀態下使用的家具型刨花板（P2型）表4中的其他物理力學性能要求。

參考文獻

[1] 王振慶，? 王麗娜，? 吳大千，? 等.? 中國蘆葦研究現狀與趨勢[J].山東林業科技，? 2006，? 167（6）：? 85 - 87.

[2] 蔣遠舟，? 向仕龍.? 非木材植物人造板[M].? 北京：? 中國林業出版社，? 2001.

[3] 韓廣萍，? 王戈，? 劉振國.? 蘆葦特性與蘆葦刨花板制板工藝關系[J].? 林產工業，? 1995，? 22（4）：? 37 - 38.

[4] 李凱夫，? 譚海彥，? 蘭麗芬.? 蘆葦-麻屑刨花板的研制Ⅰ：? 制板工藝初探[J].? 木材工業，? 1995，? ?9（2）：? 1 - 4.

第1作者簡介：? 孫濤（1986-），? 男，? 助教，? 主要從事建筑室內設計教學工作。

收稿日期： 2020 - 09 -? 20

（責任編輯：? ?張亞楠）