纤维板自粘合成形工艺及其机理研究

摘要

在人造板产业迅速发展的同时，原材料匮乏和游离甲醛释放的问题日益凸显。本研究以木材纤维为原料，不添加任何胶粘剂及其它添加剂，采用干法纤维板生产工艺，来探索无胶纤维板成形的可行性，及其实验室条件下的热压工艺；并采用响应面法优化热压温度、热压压力、热压时间和纤维含水率四因素交互作用下的最佳工艺；另外，运用XRD和FTIR对其成形机理进行了初步的研究。得出如下结论：
　　 (1)在不添加胶粘剂及其它添加剂的情况下，通过热压工艺控制相关热压参数，可以制得较好性能的无胶纤维板。
　　 (2)单因素试验表明：在本试验范围内，热压温度对24 h吸水厚度膨胀率和内结合强度影响较大；热压时间的延长对内结合强度提高幅度较大，而静曲强度和弹性模量则是先升高后降低；增加纤维含水率对降低24 h吸水厚度膨胀率和增大内结合强度有较大影响；密度、内结合强度和24 h吸水厚度膨胀率随热压压力的增大分别呈线性增加和减小，但在9 MPa的转折点后变化均不大，静曲强度和弹性模量随之则呈现先增大后降低的趋势。当密度小于1.3 g/cm3时，板材的各项物理力学性能随密度增加而有显著提高，但大于1.3g/cm3时，各指标的变化都不大。
　　 (3)采用响应面分析法对影响无胶纤维板自粘合成形的热压温度、热压压力、热压时间和纤维含水率四个主要因素的交互作用进行了研究，结果表明：热压温度和纤维含水率的交互作用对静曲强度和弹性模量的影响显著；热压温度和热压压力的交互作用对24 h吸水厚度膨胀率和密度的影响显著；热压温度和热压时间的交互作用对内结合强度的影响较显著。
　　 (4)根据响应面曲线及其等高线分析与模型方程优化，在达到行业标准地板基材用纤维板LY/T1611-2003和欧洲高密度纤维板物理力学性能指标EN622-5:1997相关指标的前提下，结合实际生产的成本因素，即热压温度最低、热压压力最小、热压时间最短、纤维含水率尽可能高，最后得到无胶纤维板热压自粘合成形的最佳工艺参数为：热压温度184.65℃、热压压力5.32 MPa、热压时间4.02 min、纤维含水率11.54％。考虑到实际操作的方便，可设置为：热压温度185℃、热压压力5 MPa、热压时间4 min、纤维含水率12％。
　　 (5)根据XRD和FTIR分析表明：本试验下，热压后板材的纤维结晶度比原材料的纤维结晶度低，且热压条件已使得纤维素发生一定程度降解，其固有结晶区受到破坏。无胶纤维板热压过程中，由纤维自身化学成分发生的一系列化学变化及分子力的结合都有助于其自粘合成形，但主要作用更倾向于木素塑化、熔融、流展，再冷凝致其粘合成形的这一过程。