[发明专利]一种控制纤维板断面密度分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人造板生产工艺的优化技术，特别涉及一种优化控制纤维板断面密度分布的方法，属于木材加工技术领域。

背景技术

断面密度分布是指板材在厚度方向上的密度分布，断面密度分布是人造板材料，特别是纤维板的一个非常重要的结构特征，它影响着板材的物理力学性能。由于传统多层热压机生产纤维板过程普遍采用基于压力控制的热压曲线，不利于热压过程板坯内部应力的调控，且在闭合阶段，表层胶黏剂快速固化，纤维压缩率很小，易形成预固化层，因此，形成的断面密度分布呈明显的“M”型结构（也称马鞍形结构）分布：预固化层过厚，芯层密度相对较低，表芯层过渡期厚度过大，使得板材性能偏低，强重比（即板材的强度与重量的比值）低。因此，“M”型结构的断面密度分布不够合理，需要后期将较厚的预固化层砂光、去除，芯层密度低，导致板材的内结合强度低。传统方法生产的纤维板均在两侧表面产生3mm左右松软的预固化层，需要用砂光机去掉，浪费了纤维、胶等大量原料，造成污染。

纤维板断面密度分布并不一定是越均匀越好，也不一定是梯度越大越好，不同用途的纤维板所需的断面密度分布曲线并不一样。理想的纤维板断面密度分布有两种：一种是断面密度分布较为均匀的板材，称之为均密纤维板，适用于当需要塑料贴面板覆面时的中低密度纤维板；另一种是表层密度高、芯层密度低且分布均匀的板材，称之为“U”型断面密度分布纤维板，采用该断面密度分布的板材可以得到很高的强重比。“U”型断面密度分布纤维板与“M”型断面密度分布的板材相比，“U”型断面密度分布纤维板具有“消除表面低密度区和使得芯层断面密度分布更为均匀”等特点，使得在相同平均密度的条件下，表层密度和芯层密度都得到提高，从而提高板材的强度。采用传统热压工艺难以实现该目的。因此，需要研发新工艺去消除表面低密度区和均匀化芯层断面密度分布。

平压法热压中密度纤维板一般采用厚度规控制板坯厚度，传统的热压过程可以分成板坯压缩阶段、板坯厚度保持阶段和卸压3个阶段。Winistorfer利用在线密度监测系统研究中密度纤维板热压过程断面密度分布的变化，得出中密度纤维板的断面密度分布主要形成于板坯压缩阶段后期和板坯厚度保持阶段前期，厚度保持阶段对断面密度分布的影响有限。板坯压缩阶段和厚度维持阶段前期的厚度调节对中密度纤维板的断面密度分布控制具有重要意义。Wang S Q采用分段压缩板坯的热压工艺成功制取芯层密度分布较为均匀的板材，但由于板坯压缩时间很短及板坯承受压力的有效压缩厚度很小，难以实现精确的控制。因此，热压过程的板坯压缩阶段对断面密度分布形成具有重要意义，同时又难以模拟与预测；对于普通的多层压机而言，无法实现板坯压缩过程的厚度控制，因此难以有效地控制板材的断面密度分布。

理论上经改良的传统热压工艺可以制造理想的“U”型断面密度分布纤维板。但由于不同树种和形态的纤维力学性能差别较大，传统热压工艺作为一种压力主导型的工艺操作方法，其工艺方法设置本身给热压过程带来了很大的不确定性，例如：加压闭合速度的不确定性、加压闭合时间的不确定性、高压压力的设定缺乏依据、忽视含水率的作用等，同时工艺参数难以合理并且稳定的确定。因此为了保持热压工艺的稳定性和制取“U”型断面密度分布纤维板，应该修正传统热压工艺，实现预固化层的消除和芯层密度分布均匀化。预固化层消除技术主要包括：降低表面升温速率、减缓表面胶粘剂固化以及提高表面纤维塑性等方法。

目前常用增加板材的表面含水率的方法来减小板材的预固化层，但是太高的含水率容易形成过低的芯层密度和鼓泡、分层等热压缺陷，且采用分层铺装不同含水率的板坯不仅增加工艺难度，并且难以即时实现纤维含水率的调控和测量，因此分层铺装不同含水率纤维在实际生产中难以操作。采用表面喷水的工艺，表面喷水可以使得在热压过程中表层含水率高于芯层，产生“蒸汽冲击”效应，以此获得与蒸汽注入热压相似的效果，从而缩短热压周期、减少表面低密度区厚度、提高产品质量，但是该技术使得板材芯层密度进一步降低，降低内结合强度。

例如专利号为CN200810162378.6的中国发明专利公开了预固化层减少的方法,包括纤维制造、铺装、预压、纵横锯截、多层压机装板、热压、卸板、冷却、裁边、砂光，其特征是在纤维坯板的上、下表面与多层压机的热压板之间增设有延迟传热板。该技术虽然通过降低板坯表面升温速率的方法，避免在升压阶段板坯表面达到固化温度，从而减少预固化层，但是该技术无法彻底消除预固化层，仍需要砂光处理，去除较厚的预固化层，造成原料浪费。