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CN1332793C - 一种密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法 - Google Patents

一种密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法 Download PDF

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CN1332793C CNB2005100233074A CN200510023307A CN1332793C CN 1332793 C CN1332793 C CN 1332793C CN B2005100233074 A CNB2005100233074 A CN B2005100233074A CN 200510023307 A CN200510023307 A CN 200510023307A CN 1332793 C CN1332793 C CN 1332793C
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Abstract

本发明涉及以木(竹)材或草本植物为原料用密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法。它需要解决的技术问题是，降低热压压力低，使产品厚度及密度范围更大。工艺步骤为1)将原料分离成湿纤维，施加石蜡乳液；2)干燥、铺装；3)预压；4)密闭热压：将成型板坯放在装有密闭框的热压机上进行热压得无胶纤维板；所述的热压过程由水解段、排汽段、塑化段组成；所述的密闭框为耐高温、不透气材质的封闭框，框的形状与成型板坯相适应，框的最终厚度与厚度规一致。

Description

一种密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法
技术领域
本发明涉及以木(竹)材或草本植物为原料生产无胶纤维板的领域，具体是一种密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法。
背景技术
中国专利文献CN 1108988A公开了“一种干法无胶硬质纤维板的生产方法”，它将植物原料经纤维分离、干燥，在不施加合成树脂的条件下成型、热压制得一种人造板。从该专利的实施例上看，该技术仅限于适应干法无胶硬质纤维板的制造(板密度基本上都大于1.0g/cm3)，不能用于干法无胶中密度纤维板的生产上(中密度纤维板的密度范围为0.45～0.88g/cm3)。该技术所采用的标准是国家标准《硬质纤维板》(GB12626.2-90)，该标准不涉及平面抗拉强度、吸水厚度膨胀率、弹性模量等指标，所以无法全面了解产品的相关物理力学性能。根据国家标准《硬质纤维板》(GB12626.2-90)的规定，硬质纤维板厚度的最大名义尺寸是5mm，该专利说明书叙述的生产实例中列出的最大厚度尺寸为5.7mm。因此，利用该技术生产无胶板，其产品的规格上受较大的限制。另外，该专利技术热压工艺中，高压优选值是5-5.4MPa，并在生产实例中采用5.4-6.3MPa。热压机在如此高的热压压力下使用时间长，易导致压板变形和液压油路系统泄漏等问题，从而缩短热压机的使用寿命。该技术的成板机理，从工艺上看，靠高温和高压使纤维主要以物理结合(如范德华力)形式成板。该专利技术由于存在上述的一些不足，尚未被应用于实际生产。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，提供一种热压压力低、产品的厚度及密度范围较大的无胶纤维板的制造方法。
本发明的密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法，其特征在于：
1)纤维分离、加防水剂：将植物原料分离成湿纤维，并施加原料绝干纤维质量0.5～1.5％，优选为0.8～1.0％量的防水剂石蜡乳液；
2)干燥、铺装：将湿纤维加热干燥至含水率14～22％，优选的含水率为16～18％，并将纤维按中密度纤维板生产常规工艺进行铺装；
3)预压：将经干燥、铺装的纤维按中密度纤维板生产常规工艺预压得成型板坯；
4)密闭热压：将成型板坯放在装有密闭框的热压机上进行热压得无胶纤维板；所述的热压过程由水解段、排气段、塑化段组成，其中水解段、排汽段、塑化段的热压温度相同，均为170～220℃；热压压力，水解段和塑化段为2.0～3.5MPa，中间排气段为0.5～1.0MPa；热压时间，水解段为10～20s/mm，排气段和塑化段为10～15s/mm；所述的密闭框为耐高温、不透气材质的封闭框，框的形状与成型板坯相适应，框的最终厚度与厚度规一致。
作为优选，所述的热压温度为200～210℃；热压压力，水解段和塑化段为2.5～3.5MPa，中间排气段为0.5～0.8MPa，热压时间为35～40s/mm。
各段的热压时间，根据其它条件的变化而不同，以优化密闭热压各阶段工艺和节约能源。热压总时间为30～45s/mm，优选为35～40s/mm。
研究表明，密闭热压工艺由水解段、排气段、塑化段组成。在水解段，热压机闭合后板坯处于以上、下热压板和密闭框所形成的密闭室中。由于板坯含水率较高，且紧密接触处于高温的上、下热压板，从而使板坯内的水分迅速被汽化形成高压水蒸气。组成板植物纤维的一些半纤维素，在高压水蒸气中经水解转变为单糖，同时植物纤维中的一些木素经高压水蒸气处理，降解和水解成低分子量的木素及木素产物。若在干燥工序后、预压成型之前施加无机酸催化剂(此时，经干燥的纤维含水率控制在10～12％，催化剂(溶质)添加量为原料绝干质量的0.2～1.5％，优选为0.3～0.6％，纤维最终含水率14～22％，优选的含水率为16～18％)。在催化剂的作用下半纤维素和木素的降解和水解速度将更快，有利于缩短热压周期。完成水解段后降压进入排气段进行排气，排气结束后升压进入塑化段。在塑化段，热压状态下，单糖加热脱去单糖中的3个水分子的化合水，成为糠醛；糠醛和低分子量的木素及木素产物，反应生成酚基合成胶粘剂，并粘合形成无胶纤维板。
密闭框耐高温、不透气材质可以是金属材、木材、纸制品(如纸板、叠层纸)等；框的厚度视材质而定，金属材质密闭框固定在上热压板，框的下面粘贴在受压状态下起密闭功能的柔性条(如纸制品、木材单板等)，热压后最终厚度与厚度规一致，相应代替了厚度规的功能。非金属材质的厚度，原始厚度(可以通过实验得到)略高于厚度规，热压后最终厚度与厚度规一致。
本发明设备工艺改革小，效果好，具有热压压力低，可以生产出厚度更厚、密度更小的产品等优点。
附图说明
图1是本发明方法的热压曲线示意图；分别对应水解段、排气段、塑化段的热压时间和压力。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本例以密闭式热压工艺制造无胶高密度纤维板的方法为：
以木材为原料，在现有中密度纤维板生产线上生产无胶高密度纤维板。
1)纤维分离、加防水剂：将木材在削片机上进行削片，按中纤板的生产工艺进行纤维分离并施加石蜡防水剂，其施加量为绝干纤维质量的0.8％。
2)干燥、铺装：将热磨好的纤维采用管道气流干燥法进行干燥，含水率控制在18％；
3)预压：其工艺与现有中密度纤维板生产中的工艺相同。
4)密闭热压：将预压好的板坯送入装有密闭框(以厚度为6.0mm且断面形状为长方形的钢铁制作的长方形形状，密闭框固定在上热压板，密闭框的下面粘贴纸制品柔性条以在热压机闭合状态下起密闭作用)的热压机上进行热压，热压工艺以水解段、排气段、塑化段组成(见图1)。其水解段压力和塑化段压力为3.5MPa，排气段压力为0.8MPa；热压温度为200℃；热压时间，水解段时间为2.0分，排气段时间为1.0分，塑化段时间为1.0分。
5)裁边与砂光：将热压后的毛边板进行纵横裁边与砂光(毛板厚度为6.1mm)，之后进行检验分等和成品入库。
产品厚度6mm，密度1.03g/cm3，静曲强度54.55MPa，弹性模量4280MPa，平面抗拉强度0.68MPa，吸水厚度膨胀率13.5％。
产品性能达到中密度纤维板标准(GB/T11718-1999)规定的室内型板物理力学性能指标标准。
实施例1～12和13～24，见表1和表2分别列出在不同生产工艺条件下，木(竹)材无胶高密度纤维板和木(竹)材无胶中密度纤维板的物理力学性能一览表，其产品性能都达到中密度纤维板标准(GB/T11718-1999)规定的室内型板物理力学性能指标标准。
实施例25～34、35～45和46～48，见表3、表4和表5分别列出在不同生产工艺条件下，稻草无胶高密度纤维板和麦秸无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表及用H2SO4作催化剂的麦秸无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表，其产品性能都达到中密度纤维板标准(GB/T11718-1999)规定的室内型板物理力学性能指标标准。
表1在不同生产工艺条件下木(竹)材无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表
实施例 原料   HCL施加量/％   板厚/mm   纤维含水率％   石蜡施加量/％                           热压工艺                        物理力学性能
温度/℃ 压力/MPa 时间/min 密度/g·cm-3 静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 平面抗拉强度/MPa 吸水厚度膨胀率/％
1   木材 0 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 2.0-1.0-1.0 1.03 54.5 4280 0.68 13.5
2   木材 0 6 14 0.5 170 3.5-0.5-3.5 2.0-1.0-1.5 1.05 35.5 3745 0.56 20.5
3   木材 0 6 16 1.0 190 3.0-0.5-3.0 2.0-1.0-1.0 1.03 52.3 4216 0.66 12.1
4   木材 0 6 22 1.5 210 2.0-0.5-2.0 1.5-1.5-1.0 1.03 39.6 3864 0.58 12.2
5   木材 0 6 19 0.9 220 2.5-1.0-2.5 1.5-1.25-1.25 1.04 53.2 4195 0.62 11.2
6   木材 0.4 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 2.5-2.0-1.5 1.12 56.5 4612 0.70 13.8
7   木材 0.5 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.75-2.0-1.5 1.09 58.5 4812 0.72 13.5
8   木材 0.6 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 1.10 49.5 4325 0.68 13.6
9   木材 0.8 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 1.12 45.2 4028 0.57 12.1
10   木材 1.0 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 1.13 35.2 3872 0.55 10.2
11   木材 0.5 12 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 3.5-2.0-2.5 1.10 58.2 4632 0.56 11.5
12   竹材 0.5 12 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 3.5-2.0-2.5 1.12 60.5 4895 0.57 11.2
备注：表中试件的含水率为4～13％，热压压力值依次表示水解段压力、排气段压力、塑化段压力；热压时间值依次表示水解段时间、排气段时间、塑化段时间。
表2在不同生产工艺条件下木(竹)材无胶中密度纤维板的物理力学性能一览表
  实施例 原料   HCL施加量/％   板厚/mm   纤维含水率％   石蜡施加量/％                            热压工艺                          物理力学性能
温度/℃ 压力/MPa 时间/min 密度/g·cm3 静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 平面抗拉强度/MPa 吸水厚度膨胀率/％
13   木材 0 6 14 0.5 170 3.5-0.5-3.5 2.0-1.0-1.5 0.85 23.5 2750 0.55 18.6
14   木材 0 6 16 1.0 190 3.0-0.5-3.0 1.5-1.5-1.0 0.86 28.2 2800 0.56 12.3
15   木材 0 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 2.0-1.0-1.0 0.85 30.3 3210 0.58 14.2
16   木材 0 6 22 1.5 210 2.0-0.5-2.0 1.5-1.5-1.0 0.85 23.6 2756 0.55 12.8
17   木材 0 6 19 0.9 220 2.5-1.0-2.5 1.5-1.25-1.25 0.87 30.0 2980 0.57 12.5
18   木材 0.4 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 2.5-2.0-1.5 0.86 30.5 2900 0.56 14.5
19   木材 0.5 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.75-2.0-1.5 0.87 32.6 3050 0.57 13.9
20   木材 0.6 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 0.85 28.8 2850 0.56 13.6
21   木材 0.8 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 0.86 25.2 2765 0.55 12.9
22   木材 1.0 9 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-2.0-1.5 0.85 23.5 2750 0.55 12.2
23   木材 0.5 12 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 3.5-2.0-2.5 0.87 29.7 3120 0.59 13.5
24   竹材 0.5 12 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 3.5-2.0-2.5 0.88 35.6 3269 0.66 14.2
备注：表中试件的含水率为4～13％，热压压力值依次表示水解段压力、排气段压力、塑化段压力；热压时间值依次表示水解段时间、排气段时间、塑化段时间。
表3在不同生产工艺条件下稻草无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表
 实施例 原料  HCL施加量/％  板厚/mm  纤维含水率％  石蜡施加量/％                           热压工艺     物理力学性能
温度/℃ 压力/MPa 时间/min 密度/g·cm3 静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 平面抗拉强度/MPa 吸水厚度膨胀率/％
25   稻草 0 6 14 0.5 170 3.5-0.5-3.5 2.0-1.0-1.5 0.85 23.5 2750 0.55 20.6
26   稻草 0 6 16 1.0 190 3.0-0.5-3.0 1.5-1.5-1.0 0.86 28.2 2800 0.56 12.3
27   稻草 0 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 2.0-1.0-1.0 0.85 30.3 3210 0.58 14.2
28   稻草 0 6 22 1.5 210 2.0-0.5-2.0 1.5-1.5-1.0 0.85 23.6 2756 0.55 12.8
29   稻草 0 6 19 0.9 220 2.5-1.0-2.5 1.5-1.25-1.25 0.87 30.0 2980 0.57 12.5
30   稻草 0.4 6 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-1.0-1.5 0.86 32.5 3325 0.62 13.6
31   稻草 0.5 6 18 0.8 200 3.0-0.5-3.0 1.5-1.0-1.5 0.88 34.6 3460 0.65 12.5
32   稻草 0.6 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 1.5-1.0-1.5 0.85 34.5 3280 0.57 12.0
33   稻草 0.8 6 18 0.8 200 2.5-1.0-2.5 1.5-1.0-1.5 0.85 29.2 2900 0.56 10.2
34   稻草 1.0 6 18 0.8 200 2.0-0.5-2.0 1.5-1.0-1.5 0.87 25.6 2750 0.55 12.1
备注：表中试件的含水率为4～13％，热压压力值依次表示水解段压力、排气段压力、塑化段压力；热压时间值依次表示水解段时间、排气段时间、塑化段时间。
表4在不同生产工艺条件下麦秸无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表
实施例   原料   HCL施加量/％  板厚/mm   纤维含水率％   石蜡施加量/％                             热压工艺                          物理力学性能
温度/℃ 压力/MPa 时间/min   密度/g·cm-3   静曲强度/MPa   弹性模量/MPa  平面抗拉强度/MPa  吸水厚度膨胀率/％
35   麦秸 0 6 14 0.5 170 3.5-0.5-3.5 2.0-1.0-1.5 0.88 28.6 2930 0.56 22.5
36   麦秸 0 6 16 1.0 190 3.0-0.5-3.0 1.5-1.5-1.0 0.86 30.2 3200 0.58 12.6
37   麦秸 0 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 2.0-1.0-1.0 0.86 32.4 3280 0.58 14.5
38   麦秸 0 6 22 1.5 210 2.0-0.5-2.0 1.5-1.5-1.0 0.87 26.6 2736 0.55 11.6
39   麦秸 0 6 19 0.9 220 2.5-1.0-2.5 1.5-1.25-1.25 0.87 25.0 2880 0.56 12.5
40   麦秸 0.4 6 18 0.8 200 3.5-0.5-3.5 1.5-1.0-1.5 0.86 33.2 3216 0.60 13.9
41   麦秸 0.5 6 18 0.8 200 3.0-0.5-3.0 1.5-1.0-1.5 0.85 35.3 3356 0.62 12.8
42   麦秸 0.6 6 18 0.8 200 3.5-0.8-3.5 1.5-1.0-1.5 0.87 30.2 3189 0.58 12.5
43   麦秸 0.8 6 18 0.8 200 2.5-1.0-2.5 1.5-1.0-1.5 0.86 27.6 3023 0.56 11.5
44   麦秸 1.0 6 18 0.8 200 2.0-0.5-2.0 1.5-1.0-1.5 0.88 24.8 2800 0.57 10.6
45   麦秸 1.5 6 18 0.8 200 2.0-0.5-2.0 1.0-1.0-1.0 0.87 25.8 2908 0.58 10.8
备注：表中试件的含水率为4～13％，热压压力值依次表示水解段压力、排气段压力、塑化段压力；热压时间值依次表示水解段时间、排气段时间、塑化段时间。
表5用H2SO4作催化剂的麦秸无胶高密度纤维板的物理力学性能一览表
 实施例 原料   硫酸施加量/％   板厚/mm   纤维含水率％   石蜡施加量/％                          热压工艺     物理力学性能
温度/℃ 压力/MPa 时间/min 密度/g.cm-3 静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 平面抗拉强度/Mpa 吸水厚度膨胀率/％
46   麦秸 0.2 6 18 0.8 200 2.5-1.0-2.5 1.5-1.0-1.5 0.88 23.5 2795 0.55 13.
47   麦秸 0.3 6 18 0.8 200 2.0-0.5-2.0 1.5-1.0-1.5 0.86 25.8 2900 0.58 11.5
48   麦秸 0.5 6 18 0.8 200 2.0-0.5-2.0 1.0-1.0-1.0 0.87 25.5 2908 0.57 11.2
备注：表中试件的含水率为4～13％，热压压力值依次表示水解段压力、排气段压力、塑化段压力；热压时间值依次表示水解段时间、排气段时间、塑化段时间。

Claims (10)

1、一种密闭式热压工艺制造无胶纤维板的方法，其特征在于：
1)纤维分离、加防水剂：将植物原料分离成湿纤维，并施加原料绝干纤维质量的0.5～1.5％量的防水剂石蜡乳液；
2)干燥、铺装：将湿纤维加热干燥至含水率14～22％，并将纤维按中密度纤维板生产的常规工艺进行铺装；
3)预压：将经干燥、铺装的纤维按中密度纤维板生产常规工艺预压得成型板坯；
4)密闭热压：将成型板坯放在装有密闭框的热压机上进行热压得无胶纤维板；所述的热压过程由水解段、排气段、塑化段组成，其中水解段、排汽段、塑化段的热压温度相同，均为170～220℃；热压压力，水解段和塑化段为2.0～3.5MPa，中间排气段为0.5～1.0MPa；热压时间，水解段为10～20s/mm，排气段和塑化段为10～15s/mm；所述的密闭框为耐高温、不透气材质的封闭框，框的形状与成型板坯相适应，框的最终厚度与厚度规一致。
2、根据权利要求1所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于干燥工序后添加浓度为15～25％的无机酸作催化剂，催化剂添加量为原料绝干质量的0.2～1.5％。
3、根据权利要求2所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的无机酸添加量为原料绝干质量的0.3～0.6％。
4、根据权利要求1或2或3所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的防水剂石蜡乳液施加量为原料绝干质量的0.8～1.0％。
5、根据权利要求1或2或3所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述板坯含水率为16～18％。
6、根据权利要求4所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的板坯含水率为16～18％。
7、根据权利要求1或2或3所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的热压温度为200～210℃，热压压力，水解段和塑化段为2.5～3.5MPa，中间排气段为0.5～0.8MPa，热压总时间为35～40s/mm。
8、根据权利要求4所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的热压温度为200～210℃，热压压力，水解段和塑化段为2.5～3.5MPa，中间排气段为0.5～0.8MPa，热压总时间为35～40s/mm。
9、根据权利要求5所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的热压温度为200～210℃，热压压力，水解段和塑化段为2.5～3.5MPa，中间排气段为0.5～0.8MPa，热压总时间为35～40s/mm。
10、根据权利要求6所述的制造无胶纤维板的方法，其特征在于所述的热压温度为200～210℃，热压压力，水解段和塑化段为2.5～3.5MPa，中间排气段为0.5～0.8MPa，热压总时间为35～40s/mm。
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