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竹片胶合板_

发布时间:2020-10-05 09:35

  竹片胶合板_工程科技_专业资料。6.6 竹材(片)胶合板 6.6.1 概述 (1)定义 竹材胶合板又称竹片胶合板,它是将竹筒软化展开后,经一系列加工成为 一定厚度的竹片或竹板,再经干燥、涂胶、组坯、热压等工序制成的一种竹质人 造板。

  6.6 竹材(片)胶合板 6.6.1 概述 (1)定义 竹材胶合板又称竹片胶合板,它是将竹筒软化展开后,经一系列加工成为 一定厚度的竹片或竹板,再经干燥、涂胶、组坯、热压等工序制成的一种竹质人 造板。 (2)概述 ①竹材胶合板是南京林业大学张齐生院士的一项科研成果,它是以带沟槽 的等厚竹片为其构成单元胶合而成的,竹片是通过辗平刨削法来制备的。 ②该产品的主要特征是:竹材的高温软化-展平。 将竹筒剖分成竹块后,通过高温软化、直接展开成竹片,再经一系列工序 制成板材。 因此,“竹材的高温软化-展平”工艺,是该产品制造工艺的核心。 ③竹材胶合板即可作普通结构板材,也可通过板材接长和表面处理作车厢 底板。 ④与前几节所述几种竹材人造板所用竹篾基材相比,竹片的单元较大,加 工要求较高,工艺相对复杂,从竹筒直接加工成竹片,手工无法进行,必须用专 用机械。 6.6.2 普通竹材胶合板的生产工艺 6.6.2.1 生产工艺流程 毛竹→截断→去外节→剖开→去内节→水煮高温软化→展平→刨黄→刨 青→预干燥→干燥定型→铣(锯)侧边→涂胶→组坯→预压→热压→纵向锯边→ 横向锯边→成品 6.6.2.2 生产工艺特点 (1)原料准备 ①用竹要求 (a)由于采用软化—展平工艺 ,需刨青、刨黄,目前压刨最小加工厚度为 3mm,故需大径级的竹子为原料。 (b)生产竹材胶合板的竹子应该要求胸径 9cm 以上的毛竹和其它大径竹,如 桂竹、巨竹、龙竹等。 (c)选用 5 年生以上的竹子。 (d)一般宜选用秋、冬季里砍伐的竹子。 (b)生产竹材胶合板的竹子应该要求胸径 9cm 以上的毛竹和其它大径竹,如 桂竹、巨竹、龙竹等。 (c)选用 5 年生以上的竹子。 (d)一般宜选用秋、冬季里砍伐的竹子。 ②原竹截断、去节和剖分 (a)截断 竹材胶合板生产用的竹子都是以长度 7~9m 左右,重量 25~35kg 左右 的原条竹(简称原竹)为原料。 第一,先截去原竹根部刀砍形成歪斜的端头。 第二,截断从根部向稍部进行 竹材从根部起约 1.5m 左右(胸径)高度内竹肉特别厚,由此厚度减薄率 大,直至 2.0m 高度,再以后厚度的减薄率开始趋缓。直径的变化也有类似的趋 势。 为了提高竹材利用率故,第一段应截成芯板用短竹筒,2、3 段可 截成面、背板用长竹筒,第四段以后再截芯板用短竹筒。 第三,弯曲度较大的原竹、应多锯芯板用短竹筒或截掉弯曲度特大的短竹 筒,力求锯成的竹筒通直或弯度小。 第四,截断时应留足加工余量。通常长、宽上的加工余量为 50~60mm。 (b)去外节 采用竹筒去外节机,该机依靠突出在靠板外的旋转刀刃将竹筒去外节依次 切去。 (c)剖分 为了便于弧形竹片展平,并减小展平过程中产生的应力,需将竹筒剖分, 常剖分成 2~3 块、刀盘上固定互成 180°的 2 把切刀,通过传动链条上的挡块推 动竹筒前进,进行剖分。 (2)竹片加工 ①软化 (a)原理 第一,将半圆形竹筒展开,则竹筒外表面受到压应力,内表面受到拉应 力。 σ=E·S/2r 上式为竹筒展平时的所受的应力公式。 S:竹筒的壁厚(一定值); r:竹筒的曲率半径(一定值); E:竹筒展平方向(横向)弹性模量。 第二,减小展平时反向应力的有效手段是减小 E 值,而 E 值又和竹材自 身的温度、含水率、表面状态有关,这些因素可以人为改变的。 竹材的软化是减小竹材弹性模量 E 的措施。 (b)软化的方法 第一,化学药剂处理法 将竹材浸泡在石灰水、烧碱、亚硫酸钠、氨水等碱性溶液内,可以改变竹 材的化学结构,经过一定时间后,达到一定程度的软化效果。 缺点是:一是化学药剂破坏了竹材的内部结构,降低了其强度,使竹材颜 色变黑或发黄;二是消耗的化学药剂增加了生产成本,处理后的废液对环境有污 染,若处理会增加费用。 第二,提高含水率 竹材经过收购、运输、贮存后含水率不均匀且偏低。为了提高塑性,减小 E 值,必须提高含水率。 通常采用冷水或热水浸泡的方法。冷水浸泡节能、时间长、软化效果差, 较少使用。热水浸泡是将竹材置于 70-80℃的热水中,浸泡 2-3 小时,不仅提高 了竹材的含水率,也提高了竹材的初始温度,效果较好,这一过程通常也叫水煮。 第三,提高温度 纤维素要在 130-150℃条件下才有一定的塑性,半纤维素、木素、分别在 80℃、100℃即可具有一定塑性。 竹材中纤维素含量 40-60%,半纤维素含量 14-25%。木素含量 16-34%, 因此,纤维素的软化是关键点。所以,通常将竹材的温度提高到 130-150℃,才 能使竹材有一定的塑性。 (c)软化工艺 分为两个阶段 第一阶段,水煮。目的是提高竹材的含水率和初始温度,竹片放入 70-80℃ 热水中浸泡 2-3h。 第二阶段,高温软化。将竹材提高到 140-150℃温度。 ②展平与辊压 (a)展平的方式 第一,一次加压展平 即将半圆形竹筒放在单层或多层展平机内,一次加压展平。设备和工艺简 单,但展平中应力大,裂缝深,质量差。 第二,分段加压展平 即将半圆形竹筒的圆弧分成若干段,在展平机内依次分段进行加压展平。 应力小,裂缝多而分散且不贯穿竹青表面,质量好,但是单边受力负荷不均,生 产效率低。 第三,连续加压展平 将半圆形竹筒放入连续加压展平机内,使竹筒在沿圆弧切线方向进给的同 时受到展平。应力小,裂缝多而分散,且不贯穿到竹青表面,展平效果理想,但 竹材有尖削度、弯曲度,设计和制造连续机困难,目前尚未使用。 目前,生产中采用的是一次加压展平方式。 (b)展平工艺 第一,加压展平-保压工艺 (Ⅰ)将经过水煮和高温软化的竹片,送入多层(4-5 层)展平机内一次加 压展平。 (Ⅱ)展平后卸压,压板张开,排除水分,让竹片自由收缩。 (Ⅲ)再加压并保压 1-2min 后卸出,送入压刨机进行刨削加工。 (Ⅳ) 竹片的含水率和温度是保证展平效果的关键。 通常水煮 2-3h 后,竹片含水率可保持在 60-80%左右; 在 180-200℃高温软化机(箱)内加热 3-5min 后,一般竹青表面“冒出油” 时,即表示已达到适宜的展开温度 150℃左右。 (Ⅴ)加压展平-保压工艺的主要缺点 一是因为竹材具有尖削度,竹片厚薄不一,不可能完全展平,使得刨削中 所留竹青、竹黄量多,影响胶合质量和外观质量。 二是多层结构,采用自下而上的加压方式,难以实现连续化生产。 三是热压板内需同蒸汽加热到 150℃,耗能多。 四是热压板频繁的上下运动,加热的蒸汽管头易损坏。 第二,(加压)展平-辊压工艺 (Ⅰ)将软化后的竹片先送入展平机一次加压展平,不经保压即卸压,而 展平机的上下钢板均不加热。 (Ⅱ)展平机采用单层结构。 (Ⅲ)一次加压展平后的竹片立即进入竹材辊压成型机辊平。辊平机由上 下 4 对辊子组成,竹片再经 4 次受压展平。辊子和竹片的接触是线kg/cm。 (Ⅳ)(加压)展平-辊压工艺的特点: 一是竹片的所有位置均能受压,因而展平效果较“加压展平-保压工艺”有 了很大的提高,大大减少了刨削时竹青、竹黄的刨削量,同时提高了竹片的表面 质量。 二是展平机的上、下钢板不加热,减少了热能消耗。 三是“软化-展平-辊压”实现了连续化生产。 (Ⅴ)软化-展平-辊压生产流水线 由于采用“展平-辊压工艺”,因此可以实现高温软化-展平-辊压连续化生 产。 见下图。 竹材“软化-展平-辊压”连续化生产流水线.竹片连续输送软化炉 2.展平机 3.斜坡金属滑道 4.竹片辊压机 ③刨削加工 (a)竹片辊压后,利用竹片本身的余温立即进行刨削加工。 一是因为竹片辊压过后温度通常在 80-100℃,具有较大的塑性,硬度也较 低,这时刨削可以降低功率消耗和噪音,减少刀具的磨损。 二是因为竹材的硬度很高,一般约 72.0MPa,相当于硬阔叶材中的栎木, 在常温下刨削进料十分困难,功率消耗大,刀具磨损厉害、噪音大。 (b)采用专用压刨机进行,与普通木材压刨机相比,其特点为: 第一,为防止进料时打滑(竹青、竹黄光滑),进出料上下辊采用双驱动, 进料辊上刻有纵向沟槽。 第二,因切削大,所以刀轴直径适当加大。 第三,竹片硬度大,工作台易磨损,所以工作台面应进行热处理以提高耐 磨度或设计成装配式磨损后以便配损。 (c)竹片刨削顺序 一般先削竹黄面,因为竹青面比较光滑可以作为刨黄时的基准面。刨黄过 后再刨竹青面。 (d)刨削后竹片的厚度 3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、 5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、 8.0mm,等 ④干燥 (a) 竹片经高温软化、展平、辊压后、刨削后的含水率一般可达 35%-50% 左右 ,因此必须干燥。因为大量的实践证明:使用 PF 时,竹片含水率应小于 8%,使用 UF 时应小于 12%,才能获得理想的胶合强度。 (b) 竹片的厚度比木单板厚的多,用木单板的干燥机 ,其时间要长达 15-60min,故竹片必须采用由自己特点的干燥工艺与设备。 第一,预干燥 采用以竹材加工废料为燃料的高效螺旋燃烧炉竹片干燥窑,常用单炉双窑 结构。 干燥介质:热湿空气。 干燥时间:10-12h。 终含水率:12-15%。 预干后的竹片,进入竹片干燥定型机进行干燥。该设备是在水平面上由多 组上下成对的热压板和钢带进料装置组成。它采用步进式进料和间歇接触加热加 压相配合来完成竹片的干燥。 ⑤齐边加工 目前多数胶合板厂都使用铣边机齐边,生产效率低。 (3)胶合及加工 ①涂胶 (a)竹片厚度 3.0-8.0mm。 (b)涂胶量 双面 300-350g/m2;填充剂为面粉、豆粉等,加入量为 1%-3%。 (c)胶粘剂 工厂常用 PF51 水溶性酚醛树脂胶。由于现有酚胶中的游离酚含量高,对 环境有污染,可进行改性。 采用落叶松栲胶代替 40%的苯酚制成单宁酚醛胶(简称 TPF).但 TPF 胶 颜色较深,易污染板面,且粘度随温度的下降而下降,涂胶不便。 采用多羟基化合物(简称 TD)代替 30%的苯酚制成 TD 改性酚醛胶(简 称 TDPF),效果较好。 (d)涂胶设备 四辊筒涂胶机,它的涂胶量是通过挤胶辊来调节,上下胶辊之间的距离随竹 片厚度用相应的调整,因此涂前比较均匀,操作也较方便。 ②组坯 (a)组坯要遵循以下原则:对称原则,奇数层原则,相邻层竹片纹理相互垂 直原则。 (b)要求“一边一角一头齐”,即以一个长边和一个短边为基准边,且应相互 平直并成直角。 (c)要求面板用材质好的竹片,背板用材质稍差竹片;面背板的竹青面向外, 竹黄面向内;芯层相邻竹片的竹青、竹黄面的朝向要交替依次排列,以防止产生 变形。 ③预压 (a)目的 为了防止板坯向热压机装板时产生位移而引起叠芯、离缝等缺陷;为了缩 短热压时间,应将板坯预压,使其预胶合成一整体。 (b)用 PF 作胶粘剂时,由于其具有良好的初粘性,预压效果较理想;而使 用 UF 时,则应在其中加入一定量的聚乙烯醇或填加一定量的豆粉、面粉等填充 剂,增加胶的初粘度,提高预压效果。 (c)预压工艺 压力:0.8-1.0MPa; 时间:90-120min。 ④热压 (a)热压采用热-热工艺。 热压温度: 用 PF 时,135-140℃; 用 UF 时,115-120℃; 热压时间: 1.1min/mm; 热压压力: 3.0-3.5MPa, 板坯压缩率: 13-16%。 (b)竹材胶合板热压时的单位压力比木材胶合板的 0.8-1.2MPa 大得多,主要是 因为竹片的硬度和厚度偏差比木单板大。但比竹席胶合板和竹篾层积材小,因此 其密度也较低。 (c)为防止鼓泡现象,在热压后期通常采用三段降压工艺。 第一段,工作压力降到平衡压力。 对酚醛约降到 0.3-0.4MPa,这段时间可快点,三层板一般 10-15 秒。 第二段,由平衡压力降到零。 这段时间不能太快,否则会出现“鼓泡”现象,3 层板约 30-50s。 第三段,由零到热压板完全张开。 可以以最大速度卸荷,使热压板张开。但需要注意在表压为零时,压机最下 面一间隔中的板坯实际上承受着所有热压板的自重压力,因此降到最后一块板时 要适当放慢速度,以防止鼓泡。 ⑤合板锯边 (a)在纵、横裁边机上裁边 裁边质量要求:边部平滑无明显锯痕、两边互成直角、尺寸偏差符合标准 规定、尽量减少焦边现象。 (b)竹材胶合板卸出热压机时,温度很高,需热堆放。 第一,利用余热使胶继续固化。当胶固化约 85%时,就可以卸出进行热堆 放,利用余热继续固化。 第二,内部匀温,消除内应力,防止产生翘曲变形。 第三,堆放时最上面需加盖 2-3 张次品,以防止面板冷却不均匀而产生变 形。 第四,堆放时间通常不少于 24h。 6.6.3 车厢底板的制造工艺 6.6.3.1 概述 竹片胶合板主要用作车厢底板,在我国解放牌、东风牌、跃进牌等载货汽 车和客车上作车厢底板使用得到广泛应用。 汽车制造厂要求车厢底板用竹材胶合板的长度应与车厢长度相等,而压制 的板材较短故需进行接长,但不允许用短板在长度方向进行对接。 6.6.3.2 铣斜面热压接长工艺 (1)工艺流程 竹材胶合板→端头铣斜面→斜面涂胶→斜面搭接、加钉→热压接长→锯边 →表面涂胶→压网纹、表面胶固化→成品 (2)工艺特点 ①合板铣斜面 (a)竹材胶合板接长的方法有指接、榫接和斜面胶接等多种形式,研究表 明,以铣斜面热压胶合板接长效果最为理想。 (b)竹材胶合板车厢底板的厚度常用规格为 15mm 和 22mm,认为采用 1: 5.5 以上的斜率即可满足要求。 ②斜面涂胶 (a)在对接的两块板的斜面上涂上与加工竹材胶合板相同的胶粘剂,涂胶应 均匀,涂胶量不宜太大。 (b)为了便于搬上热压机热压接长,将涂过胶的板子斜面搭接上后,再钉上 钉子(几个钉子,其应略小于板厚),这样可提高强度,以防斜接面移位。 ③热压接长 (a)热压时工艺参数与同厚度的竹材胶合板基本相同。 (b)单位压力不得不大于压制竹材胶合板时的压力。 ④涂表面胶、压网痕 (a)为了提高耐腐蚀、耐虫蛀、抗老化性能以及尺寸稳定性,需在竹胶合 板表面涂 PF,在加温、加压下使其固化,在两表面形成牢固的树脂保护层。 (b)为了满足汽车制造厂对底板颜色的要求,可在 PF 中加入着色剂。 (c)为了增加车厢底板与装载货物之间的摩擦力,防止车辆行驶中货物产 生滑移,同时提高外观质量,接长后的竹材胶合板涂表面胶以后,在热压固化时, 需在竹材胶合板的正面覆上一张铁丝网,使板面形成一定形状和深度的网痕。 (d)竹材胶合板的铣斜面热压接长工艺,是目前常用的工艺。但该工艺竹 材消耗量大,工艺繁琐,连同热压在内两次长时间的加温、加压,对产品质量有 影响。 更重要的是接头处的强度受斜面平整度的影响很大,通常接头处的强度只 能达到竹材胶合板本身强度的 70%。 6.6.3.3 一次热压成型大幅面工艺 (1)工艺流程 为了克服竹材胶合板斜面接长工艺的缺点,采用竹片铣斜面后涂胶、组 坯,再一次热压成大幅面竹材胶合板。 工艺流程为: 干燥齐边后的竹片(面板、背板、长芯板)→端头铣斜面→(短芯板竹片 涂胶,长竹片端头洗面涂胶)→组坯→热压→锯边→两表面涂胶 →压网纹、表 面胶固化→成品 (2)工艺特点 ①铣斜面 (a)竹片的斜率应为 1:7.5~10 左右。 (b)面板、背板、长芯板竹片的端头需铣斜面,而短芯板则不需要。 ②涂胶 竹片端头斜面涂胶所用的胶粘剂,与热压所用的胶粘剂相同。 ③组坯 组坯时,面、背板竹片采用斜面搭接加长,但板材任一横截面上只允许 存在一个搭接头。 大幅面竹片胶合板板坯结构示意图 1.斜面搭接接头 2.面板竹片 3.涂胶芯板竹片 4.背板竹片 ④热压胶合 (a)竹片组坯需在输送带上进行,因此组坯完成的竹片不能用手工搬运, 应直接进入装板机。 (b)热压机幅面 热压机总压力为 2050t,热压板幅面 4600mm×1400mm,层数为 10 层, 生产的板材幅面尺寸为 4500mm×1300mm。 (c)热压工艺与普通竹材胶合板相同:单位压力 3.0-3.5MPa,热压温度 135-145℃,时间 1.lmin/mm。 锯边、涂表面胶、压网纹与铣斜面热压接长工艺相同。 6.6.4 覆膜竹片胶合模板 6.6.4.1 概述 (1)该产品是张齐生院士的一项科研成果。它是以竹材胶合板为基材,定 厚砂光后,在其上下板面依次配置一张涂胶木单板,酚醛树脂胶膜纸和三聚氰胺 胶膜纸,组坯覆膜热压而成。 (2)钢模板具有易变形、易锈蚀、脱膜困难,使用周期短、浇注成混凝土 表面平整度差等缺陷,而竹胶合板模板刚好能克服其缺点,在建筑业中代替钢模 板使用,前景广阔。 (3)清水混凝土模板:很多桥梁、电站、隧道等工程建筑中,建筑物的混 凝土一次浇注成型,而不再进行表面修饰,这种场合使用的模板叫做清水混泥土 模板,属高档模板。 因此,研发了覆膜竹片胶合模板。 6.6.4.2 生产工艺特点 (1)对基材的要求 ①基材板超过 3mm 以上的缝隙,缺损都必须用相同的材料,修补后才能 覆膜,否则会使此处压力较小,塑化不够而出现条状“白花”。 ②所有基材都必须定厚砂光,保证误差在±0.2mm 范围内。 (2)横纹木单板 ①可以改善因各方面原因所形成的厚度误差而产生压力不均,造成的覆膜 表面质量缺陷,如色差、波浪纹、露底(反映出基材缺陷)、局部胶合不良等。 ②竹材胶合板基材多为三层结构,纵、横的静曲强度、弹性模量差异较大, 在基材两面各增加一层木单板后,可增加横向的强度和模量,缩小纵横之间的两 者差异。 ③单板厚度为 1.2-1.5mm,W<8%,应无死节、孔洞、夹皮、虫眼、腐朽 等缺陷。 (3)胶膜纸 ①底层纸(牛皮纸) 原纸定量 80~100g/m2;浸渍酚胶,上胶量 80~120%,浸渍干燥后挥发分 含量 10~20%。 ② 面层纸(装饰纸) 为钛白纸,定量 100g/m2;浸渍三聚氰胺改性树脂,上胶量 80~120%。 (4)热压覆膜工艺 ①目前,工厂采用热-热工艺,热压温度 135~140℃,单位压力 1.5~1.8MPa,热压时间随厚度而定。 ②热-热工艺中,降压前 5~10min,提前关闭蒸汽阀和充压泵,快到热 压周期终点时,再分段降压。