人造板及生产工艺

人造板及生产工艺
人造板wood based panel
将或其他木质材料加工成各种形态后，施加胶粘剂和其他添加剂制成的板材。

其基本产品是、和。

人造板的诞生，标志着木材加工现代化时期的开始，使过程从单纯改变木材形状发展到改善木材性质。

这一发展，不但涉及全部木材加工工艺，需要吸收纺织、造纸等领域的技术，从而形成独立的加工工艺。

此外，人造板还可提高木材的综合利用率，1立方米人造板可代替3～5立方米原木使用。

概况技术是人造板生产工艺的基础。

它的发明,可以上溯到公元前3000年。

公元前1世纪初，罗马人已熟知单板制造技术与胶合板制造原理。

1812年法国人发明了单板锯切机，1834年，法国又颁布了刨切机专利。

10年之后，经过改进的旋切机在工业生产中正式使用。

此后旋切机不断改进，促进了胶合板工业的发展，19世纪中叶，德国首先建立了胶合板厂。

纤维板工业是在近代造纸技术基础上发展起来的。

1898年英国首先在圆网造纸机上制造成半硬质纤维板。

1914年美国用磨木浆下脚料生产绝缘板，并建成绝缘纤维板工厂。

1916年，干法成型工艺首次在奥地利出现。

1924年美国创造了马松奈脱法(爆破法)纤维分离技术，因而到1928年已能生产出高质量的硬质纤维板。

1931年瑞典发明阿斯普伦德法，次年在瑞典建立了第一个用此法生产的硬质纤维板厂，至此纤维板制造工业就脱离了造纸业而成为独立的工业门类。

1943年美国研究干法和半干法制造工艺获得成功，50年代初，在美国、联邦德国、捷克斯洛伐克和奥地利分别建厂，用上述两法生产硬质纤维板。

60年代初，以干法生产工艺为基础制成中密度纤维板，1966年美国建成第一个中密度纤维板厂。

刨花板的发展始于19世纪后期。

1887年德国用锯屑加血胶制成板材，是为刨花板之始。

1889年德国用木工刨花制成刨花板获得第一个专利。

20世纪初合成树脂胶粘剂的出现，为刨花板工业生产准备了条件。

1935年法国用废单板制成长条刨花，在铺装成型中使各层刨花垂直相交排列组成板坯,是刨花板中定向技术的先导1937年瑞士提出三层刨花结构的制造工艺。

1941年在德国建立了第一个装备齐全的刨花板工厂，就使刨花板工业完成了它的技术准备阶段。

40年代末，随着英国和德国分别研究出刨花板连续生产的巴德列夫法和奥卡尔法，并制成相应的成套连续式生产设备，刨花板生产遂进入工业体系。

中国胶合板工业始于20世纪20年代初。

刨花板在1949年前仅有水泥木丝板，1952年开始生产蛋白胶刨花板,1956年才出现树脂胶刨花板1958年开始试制纤维板，60年代初在北京、上海建立湿法纤维板厂，70年代初建成干法和软质纤维板生产线，1980年开始生产中密度纤维板。

现在全部人造板生产能力已超过200万立方米。

特点与锯材相比，人造板的优点是：幅面大，结构性好，施工方便；膨胀收缩率低，尺寸稳定，材质较锯材均匀，不易变形开裂；作为人造板原料的单板及各种碎料易于浸渍,因而可作各种功能性处理(如阻燃、防腐、抗缩、耐磨等）；范围较宽的厚度级及密度级适用性强；弯曲成型性能比锯材好。

人造板的缺点是胶层会老化,长期承载能力差,使用期限比锯材短得多，抗弯和抗拉强度均次于锯材。

但终因木材日缺，人造板被用来代替锯材的许多传统用途，其产量也迅速增加。

西欧国家锯材与人造板产量之比已从1950年的20:1下降到1983年的2.1:1；中国的二者之比，也从1950年的34:1降到1983年的10:1，下降趋势尚在继续。

胶合板、刨花板和纤维板三者中，以胶合板的强度及体积稳定性最好，加工工艺性能也优于刨花板和纤维板，因此使用最广。

硬质纤维板有可以不用胶或少用胶的优点，但环境污染是纤维板工业的严重问题。

刨花板的制造工艺最简，能源消耗最少，但需用大量胶粘剂。

生产工艺人造板所用原料，除胶合板需用原木外，大部分来自采伐和加工剩余物,以及小径材(直径在8厘米以下)。

经破碎或削片、再碎后制成的片状、条状、针状、粒状材料可用于刨花板制造。

木片经纤维分离后用于纤维板制造。

这样可使木材利用率较传统利用方式提高20～25％。

70年代开始注意利用树皮、木屑作人造板原料，但树皮只能用在刨花板中层,用量不能超过8％，否则会降低产品强度。

此外，非木质材料也日益受到重视，除蔗渣、麻秆、等在人造板生产中早已被利用外，已扩大到多种植物茎秆及种子壳皮。

各种人造板的制造过程都包括下述5个主要工艺。

切削加工原材料处理和产品最终加工，都要应用切削工艺,如单板的旋切、刨切,木片、刨花的切削，纤维的研磨分离，以及最终加工中的锯截、砂磨等。

将木材切削成不同形状的单元，按一定方式重新组合为各种板材，可以改善木材的某些性质，如各向异性、不均质性、湿胀及干缩性等。

大单元组成的板材力学强度较高，小单元组成的板材均质性较好。

精确控制旋切单板的厚度误差，可提高出材率2～3％。

切削出的刨花形态影响刨花板的全部物理力学性能；纤维形态对纤维板的强度同样有密切关系。

板材最终的锯切、磨削等也影响产品的规格质量。

干燥包括单板干燥、刨花干燥、干法纤维板工艺中的纤维干燥，及湿法纤维板的热处理。

干燥的工艺和过程控制与成材干燥有所不同。

成材干燥的过程控制是以干燥介质的相对湿度为准，必须注意防止干燥应力的产生；而人造板所用片状、粒状材料的干燥则是在相对高温、高速和连续化条件下进行的，加热阶段终了立即转入减速干燥阶段。

单板及刨花等材料薄,表面积大,干燥应力的影响甚小或者不存在。

加之在切削过程中木材组织发生不同程度的松弛，水分扩散阻力小，木材内部水分扩散规律对单板、刨花等就失去意义。

干燥的热源，大都是用蒸气或燃烧气体。

红外线干燥能量消耗太大，每蒸发1千克水需要5500～18000千焦；而蒸气干燥仅需
4200～5000千焦。

高频干燥优点是被干物料含水率高时的干燥速度快、终含水率均匀，但干燥成本过高。

若与蒸气联合使用实现复式加热则有利的。

真空干燥不仅费用大，生产效率也低。

当以蒸气为热源时，每蒸发1千克水分,单板干燥需1.75～2千克蒸气,刨花干燥需1.8千克左右的蒸气，软质纤维板坯干燥需1.6～1.8千克蒸气。

施胶包括单板涂胶、刨花及纤维施胶。

单板涂胶在欧洲仍沿用传统的滚筒涂胶，美国自70年代起许多胶合板厂已改用淋胶。

中国胶合板厂也用滚筒涂胶。

淋胶方法适宜于整张化中板和自动化组坯的工艺过程。

刨花及纤维施胶现在主要用喷胶方法。

70年代末期，欧美一些国家研究无胶胶合技术，较有进展的是使木质素分子活化，在一定条件下利用木质素胶合；或者利用木材或其他材料中的半纤维素，经处理使之转化为胶结物质进行胶合。

80年代初，加拿大成功地利用蒸渣制成了无胶刨花板。

中国林业科学研究院和东北林业大学也都在进行无胶胶合技术的研究，已取得初步成果。

成型和加压胶合板的组坯，刨花板纤维板的板坯成型和加压都属于人造板制造的成型工艺。

木材学对木材构造的研究揭示了木纤维在天然木材中的排列方式有层次性和方向性，因而能承受自然界对木材所施加的一定限度的外力。

人造板制造工艺的演变，无疑受到这一认识的影响:刨花板、纤维板板坯层次由单层改变为3层及多层结构；板坯中刨花及纤维的排列也由随机型趋向于定向型；而胶合板的相邻层纤维方向互相垂直排列则改善了木材在自然生长条件下形成的各向异性缺点，提高了尺寸稳定性。

加压分预压及热压。

使用无垫板系统时必需使板坯经过预压。

它使板坯在推进热压机时不致损坏。

热压工序是决定企业生产能力和产量的关键工序，人造板工业中常用的热压设备主要是多层热压机，此外，单层大幅面热压机和连续热压机也逐渐被采用。

刨花板工厂多用单层热压机，中密度纤维板制造中使用单层压机就可以实现高频和蒸气联合使用的复式加热，有利于缩短加压周期和改善产品断面密度的均匀性。

最终加工板材从热压机卸出后，经过冷却和含水率平衡阶段，即进行锯边、砂光，硬质纤维板需经热处理及调湿处理。

过去板材锯边都是冷态锯切，现在也用热态锯切法，但决不能采用热态砂光方法，热砂会损坏成品表面质量。

根据使用要求，有些板材还需进行浸渍、油漆、复面、封边等特殊处理。

分类人造板的新品种日益增多，其分类方法也随之不断变化。

常用的分类方法有下述几种：①按所用树种分针叶材胶合板、阔叶材胶合板等；②按用途性质分室外用胶合板、室内用胶合板、结构用胶合板、装饰用胶合板等；③按成型工艺分湿法、干法、半干法纤维板；④按加压方式分平压、挤压、辊压刨花板等；⑤按产品密度分，有低密度、中密度、高密度刨花板；软质、中密度、高密度（硬质）纤维板等；⑥按胶合材料分，有有机胶合人造板、无机胶合人造板等。

由于各种人造板之间互相渗透，加上复合板的出现，分类概念逐渐模糊，各种板材之间的界限也将逐渐打破。

趋势新一代的人造板，其组成单元和结构方式将会按特定的要求经过预先设计制成，产品设计概念将进入人造板工业，复合结构和定向结构尤将经过产品设计。

这将在更大程度上提高木质材料的利用率并扩大其用途范围。

人造板工业所用的材料，也将由单一型向复合型发展。

此时人造板在数量上和品种上定会急剧增长。

现在人造板所用的木质材料可按其形状从单板直到最小的木纤维分成14种。

如果人造板板坯结构由单一型改变为二元型和三元型（即用2或3种不同形状的木质材料组成板坯），则14种形状的材料可制出上千种产品。

而当前国际市场上的人造板品种仅有64种，中国包括正在试产的品种在内仅18种。

已有的产品大都系单一结构。

这说明人造板开发的潜力还很大，如果再进一步发展木质材料与金属、塑料、非金属矿物等组成的复合结构，则人造板工业的前景将更为广阔。

人造板制造过程包括的主要工艺
切削加工原材料处理和产品最终加工，都要应用切削工艺,如单板的旋切、刨切,木片、刨花的切削，纤维的研磨分离，以及最终加工中的锯截、砂磨等。

将木材切削成不同形状的单元，按一定方式重新组合为各种板材，可以改善木材的某些性质，如各向异性、不均质性、湿胀及干缩性等。

大单元组成的板材力学强度较高，小单元组成的板材均质性较好。

精确控制旋切单板的厚度误差，可提高出材率2～3％。

切削出的刨花形态影响刨花板的全部物理力学性能；纤维形态对纤维板的强度同样有密切关系。

板材最终的锯切、磨削等也影响产品的规格质量。

干燥包括单板干燥、刨花干燥、干法纤维板工艺中的纤维干燥，及湿法纤维板的热处理。

干燥的工艺和过程控制与成材干燥有所不同。

成材干燥的过程控制是以干燥介质的相对湿度为准，必须注意防止干燥应力的产生；而人造板所用片状、粒状材料的干燥则是在相对高温、高速和连续化条件下进行的，加热阶段终了立即转入减速干燥阶段。

单板及刨花等材料薄,表面积大,干燥应力的影响甚小或者不存在。

加之在切削过程中木材组织发生不同程度的松弛，水分扩散阻力小，木材内部水分扩散规律对单板、刨花等就失去意义。

干燥的热源，大都是用蒸气或燃烧气体。

红外线干燥能量消耗太大，每蒸发1千克水需要5500～18000千焦；而蒸气干燥仅需4200～5000千焦。

高频干燥优点是被干物料含水率高时的干燥速度快、终含水率均匀，但干燥成本过高。

若与蒸气联合使用实现复式加热则
有利的。

真空干燥不仅费用大，生产效率也低。

当以蒸气为热源时，每蒸发1千克水分,单板干燥需1.75～2千克蒸气,刨花干燥需1.8千克左右的蒸气，软质纤维板坯干燥需1.6～1.8千克蒸气。

施胶包括单板涂胶、刨花及纤维施胶。

单板涂胶在欧洲仍沿用传统的滚筒涂胶，美国自70年代起许多胶合板厂已改用淋胶。

中国胶合板厂也用滚筒涂胶。

淋胶方法适宜于整张化中板和自动化组坯的工艺过程。

刨花及纤维施胶现在主要用喷胶方法。

70年代末期，欧美一些国家研究无胶胶合技术，较有进展的是使木质素分子活化，在一定条件下利用木质素胶合；或者利用木材或其他材料中的半纤维素，经处理使之转化为胶结物质进行胶合。

80年代初，加拿大成功地利用蒸渣制成了无胶刨花板。

中国林业科学研究院和东北林业大学也都在进行无胶胶合技术的研究，已取得初步成果。

成型和加压胶合板的组坯，刨花板纤维板的板坯成型和加压都属于人造板制造的成型工艺。

木材学对木材构造的研究揭示了木纤维在天然木材中的排列方式有层次性和方向性，因而能承受自然界对木材所施加的一定限度的外力。

人造板制造工艺的演变，无疑受到这一认识的影响:刨花板、纤维板板坯层次由单层改变为3层及多层结构；板坯中刨花及纤维的排列也由随机型趋向于定向型；而胶合板的相邻层纤维方向互相垂直排列则改善了木材在自然生长条件下形成的各向异性缺点，提高了尺寸稳定性。

加压分预压及热压。

使用无垫板系统时必需使板坯经过预压。

它使板坯在推进热压机时不致损坏。

热压工序是决定企业生产能力和产量的关键工序，人造板工业中常用的热压设备主要是多层热压机，此外，单层大幅面热压机和连续热压机也逐渐被采用。

刨花板工厂多用单层热压机，中密度纤维板制造中使用单层压机就可以实现高频和蒸气联合使用的复式加热，有利于缩短加压周期和改善产品断面密度的均匀性。

最终加工板材从热压机卸出后，经过冷却和含水率平衡阶段，即进行锯边、砂光，硬质纤维板需经热处理及调湿处理。

过去板材锯边都是冷态锯切，现在也用热态锯切法，但决不能采用热态砂光方法，热砂会损坏成品表面质量。

根据使用要求，有些板材还需进行浸渍、油漆、复面、封边等特殊处理。

三聚氰胺贴面板生产工艺
三聚氰胺板，全称是三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面人造板。

是将带有不同颜色或纹理的纸放入三聚氰胺树脂胶粘剂中浸泡，然后干燥到一定固化程度，将其铺装在刨花板、中密度纤维板或硬质纤维板表面，经热压而成的装饰板。

三聚氰胺板不是新产品，名称花哨不代表产品新鲜。

北京市木材家具质量监督检验站长说，此种板材早已在国内生产，最初是用来做电脑桌等办公家具，多为单色板，随着家庭中板式家具的流行，它逐渐成为各家具厂首选的制造材料，表面色彩和花纹也更多。

目前市场上的板式家具采用进口和国产两种板材。

“三聚氰胺”是制造此种板材的其中一种树脂胶粘剂，带有不同颜色或纹理的纸在树脂中浸泡后，干燥到一定固化程度，将其铺装在刨花板、中密度纤维板或硬质纤维板表面，经热压而成的装饰板，规范的名称是三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面人造板，称其三聚氰胺板实际上是说出了它的饰面成分的一部分。

将各种具有特殊性能的原纸，经过浸渍无色透明的三聚氰胺树脂，而底层纸浸渍酚醛树脂胶，通过浸渍后使胶料均匀地渗透到纸质纤维中去，然后将浸渍纸进行干燥，排除水分及溶剂等挥发物。

各种原纸的浸渍及干燥是装饰板制造的关键工序，必须要使原纸充分、均匀地浸渍树脂液达到要求的树脂含量，浸渍胶液后经干燥装置除去溶剂及一些挥发物，使树脂的缩聚进行到某种程度，并残留一部分挥发分，以保证浸渍纸在热压过程中，树脂呈熔融状态时有足够的流动。

各种原纸经浸渍干燥后，用塑料薄膜密封放在恒温恒湿环境中保存。

温度约为20摄氏度，湿度约为50—60%的保存条件。

后按产品规格要求的厚度，将各种浸渍纸配成坯。

并在热压机中进行加热加压，一般加热温度为135—150摄氏度，为了得到良好的表面光泽，可采用冷—热—冷的热压工艺，即板坯进入压机时热板温度低于50摄氏度，以免树脂局部固化，然后升温加压，在卸压前先要将热压温度降下来，降至50摄氏度时才能降低压力，张开热板。

使用压力约6—8MPa。

待压成板后，再在纵横裁边机上裁边，后在装饰板背面进行砂光。

便生产成三聚氰胺树脂装饰板。

胶合板生产工艺流程
原木加工生产胶合板的工艺流程
原木→原木锯断→木段蒸煮→木段剥皮→单板旋切→单板干燥→单板整理→涂胶组坯→预压→热压→裁边→砍光→检验分等→
包装入库
单板加工生产胶合板的工艺流程
单板整理→涂胶组坯→预压→热压→裁进→砂光→检验分等→包装入库
加工工艺损耗
在胶合板整个生产过程中，原木锯断、单板旋切、单板干燥、单板整理、热压、裁边、砍光对木材损耗有影响，它分为有形损耗（有加工剩余物的）和无形损耗（干缩和压缩）。

木材损耗与原木材种、原木规格、设备状况、工艺技术以及成品板规格等因素有关。

原木锯断：进口原木长度一般超过6米，要按工艺要求的长度和质量进行锯断，截取的木段应为胶合板成品尺寸外加加工余量的长度。

例如幅面1220mmX2440mm的成品胶合板，木段长度通常为2600mm或1300mm。

原木的长度和原木的弯曲度、缺陷等直接影响胶合板的出材率，产生的废料有小木段、截头和锯屑等，原木锯断损耗率一般在3～10％。

1.单板旋切：胶合板生产中应用最广的是旋切方法生产的单板，面背板的厚度一般为0.6mm左右，芯板、长中板的厚度一般为1．8mm左右。

该工序损耗最大，一是由于木段不圆度，相当一部分的碎单板不能使用；二是旋切机卡头对木段两端的夹牢而产生端部损耗；三是木芯损耗。

单板旋切产生的废料为碎单板和木芯，由此可见单板旋切损耗量与木段的材质、直径及设备性能有关，这部分损耗率在15％～25％。

2.单板干燥：旋切后的单板含水率很高，必须将单板干燥到符合胶合工艺的要求。

干燥后木材尺寸变小，称为干缩。

因含水率降低，单板的长度、宽度和厚度都会干缩。

干缩损耗与单板的树种、单板的含水率及单板厚度等因素有关。

干缩损耗率一般为4％～10％。

3.单板整理：单板整理包括剪切、拼板及修补。

将干燥后的带状单板、零片单板剪切成规格单板和可拼接单板，窄条单板经过拼接成整张单板，有缺陷的整张单板可通过修补达到工艺的质量要求。

该工序产生的废单板量与原木材质、旋切单板质量、干燥单板质量以及操作工人对单板标准的熟悉程度等因素有关，损耗率一般为4％～16％。

直接进口单板加工成胶合板的该工序损耗率一般为2％～11％。

4.热压：把涂胶组坯好的板坯通过一定温度和一定压力牢固地胶合起来。

热压时随着板坯温度和含水率变化，木材逐渐被压缩，板坯厚度逐渐减少。

该项损耗为压缩损耗，与胶合板的热压温度、单位压力、热压时间、树种和含水率等因素有关，损耗率一般为3％～8％。

5.裁边：将热压好的毛板裁成规格板材。

裁下的边角废料量与胶合板的加工余量、幅面大小有关，胶合板幅面越大，裁边损耗率越小，一般为6％～9％。

6.砂光：对胶合板表面进行砂光，使板面光洁美观。

该工序产生的废料是砂光粉，单板质量好时，砂光量小，砂光损耗率一般为2％～6％。

在材质正常的情况下，原木加工生产胶合板的损耗率一般在47％～55％，直接进口半成品单板加工生产胶合板的损耗率一般在16％～26％。

人造板生产用脲醛树脂合成技术
脲醛树脂胶由于胶合强度好，使用方便，原料易得，成本低廉等特点，被广泛用于中/高密度纤维板生产中，成为最重要的木材胶黏剂品种。

随着人造板工业和家具工业发展，企业对脲醛树脂及其应用后的最终效果，不断提出更高的要求，欧洲、美国、日本等发达国家对人造板甲醛释放限量均有严格限定。

近30年来，对脲醛树脂合成机理及其所制成人造板的甲醛释放量机理研究，一直是各国化工科技人员特别是林产化工科技工作者的研究热点。

通过这些基础研究工作，掌握并获昨了性能优异的树脂。

这些研究涉及到树脂配方设计、合成工艺对分子结构的影响以及经济性的评价。

现结合我们多年的实践，谈谈脲醛树脂合成技术方面的体会。

1强酸介质的酸性合成工艺
强酸合成工艺路线真正用于生产实践的在国内尚不多见，这是一种反传统的脲醛树脂合成方法。

强酸合成工艺的优点，在于树脂固化后，较传统方法合成的树脂有更高的亚甲基桥键，而亚甲基醚键数量较少，而且发现有大量的URON环化合物。

其反应历程为在强酸介质下，醛与尿素反应生成一定数量的URON环结构，然后再进一步聚合成具有URON环链节的高分子。

在树脂中引入URON等杂环衍生物时，由于相对减少了树脂交联程度，增加分子长度，有利于提高树脂水溶性和初黏性，其在生产中的应用，因其热压系数低，显著提高生产效率而引人注目。

其生产工艺各阶段摩尔比对生产的安全性及胶黏剂性能有较大的影响。

我们在强酸介质条件下的合成工艺为：加入全部甲醛，用HCI调反应液PH<2.5，并加入助剂升温到一定温度，分步加入UI反应到终点用NaOH调反应液至金黄色，调前外观为白色透明液体，转变为金黄色非常明显。

加入U2进行二次缩聚，反应达到要求，黏度为18s~20s（涂-4杯）；再调。