人造板实验指导书杨永良解读.docx
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人造板实验指导书杨永良解读
人造板生产工艺学
实验指导
东北林业大学材料科学与工程学院
二〇一四年三月
实验一 原材料质量检测
(一) 单板质量与含水率测定
1实验目的和要求
应用所学理论,通过实验,学习实验方法和检测手段,提高操作技能和科研能力。
要求了解和掌握单板的基本检测方法,加深理解课堂所学理论知识。
掌握仪器设备的工作原理与使用方法。
2实验设备、仪器和材料
数显电子游标卡尺、千分尺,精度为0.02mm;
测量显微镜、直尺、裁纸刀,碳素墨水;
FD100型含水率测定仪,旋切单板(杨木或桦木)。
3实验内容与方法
单板质量的好坏关系到胶合板的质量。
评定单板质量的指标归纳起来有下面四个:
单板厚度偏差,即加工精度;单板背面裂缝度;单板表面粗糙度;单板横纹抗拉强度。
单板背面裂缝越多、越深,则粗糙度差,横纹抗拉强度也就小,涂胶量增加,容易产生透胶,胶合板使用一个时期后,表面容易产生细小裂缝。
单板厚度偏差大,涂胶后胶干缩时产生的内应力不均匀。
热压时板内各点压缩率不一,引起胶合强度不均,容易变形,产品厚度偏差增大,不利于后期加工。
1)单板厚度偏差测定
单板厚度偏差是单板实际平均厚度
与名义厚度S的差值,厚度偏差是鉴定单板均匀性的主要指标,单板各处的实际厚度是不均匀的,根据图1-1进行检测四边的中点,检测后计算出单板的实际平均厚度值和厚度偏差,企业通常规定的各种单板厚度偏差的允许范围见表1-1。
厚度偏差=名义厚度(S)-单板实际平均厚度(
)
2)单板背面裂隙度测定
(1)截取10×10mm试件,通过肉眼观察,找出旋切单板的紧面(光滑无凸起)。
(2)将快干墨水涂于干燥到含水率为20%左右的单板背面(松面),待墨水干后将试件沿横纤维方向切开。
(3)将试件放在测量显微镜下,观察单板背面裂隙的形状,并测量每条裂隙的深度。
(4)单板背面裂隙度计算:
式中:
s—单板的厚度(mm);
∑L—L1+L2+……Ln(mm);
L1,L2,……Ln—各条裂隙的深度(mm);
n—在所测定长度内的裂隙条数(测定长度一般取50~100mm)。
不同树种裂隙特点见表1-2,裂隙形状见图1-2。
表1-1 企业通常规定的各种单板厚度偏差允许范围
树种
单板厚度(mm)
1.0~2.0
2.2~3.75
4.00以上
允许偏差(mm)
椴木
±0.05
±0.10
±0.20
柳桉
±0.05
±0.10
水曲柳
±0.10
±0.15
表1-2 不同树种的裂隙特点
树种
试样数
单板名义厚度
(mm)
裂缝平均条数
(条/cm)
平均裂隙度
(%)
最多裂缝形状
(中位值)
裂缝夹角
(中位值)
水曲柳
174
1.25
7.5
90
斜曲型
45°
5
2.20
5.0
90
斜折型
-
椴木
48
1.25
8.0
40
斜线型
30°
15
2.20
5.0
80
斜曲型
30°
柳桉
70
1.25
6.4
50
斜线型
40°
150
1.25
7.7
-
斜线型
40°
白阿必东
2
3.50
5.0
80
斜曲型
60°
图1-2单板裂缝形状
3)单板含水率测定
(1)仪器工作原理及调制
①FD100型含水率测定仪是采用高频原理,数字显示,分档测量不同树种含水率,测量范围广(0%~100%)测量精度高(±0.5%);
②将转换档位开关转至所测量树种(杨木、椴木、柳木等:
5.0;白桦、马尾松、楸木等:
6.0;落叶松、水曲柳、色木等7.0;中密度板、枫桦、柞木等7.5);
③手持仪表,(探头勿与被测物接触)将开关推向ON位置,液晶显示0.00±0.5以内,如不在其范围内,缓慢调整调零旋钮,使液晶屏上显示数字在±0.05以内即可。
(2)含水率测定
将仪器探头与木材表面接触,待数字稳定后显示的数字为木材含水率。
测定单板不同位置三点数值。
每组测定三张单板,求出平均值。
(3)注意事项:
①由于高频穿透能力较强,在测量时被测单板底部不能由金属或其它感应物。
②测量方向不同,含水率不同,正确方法为顺向木材纹理测定。
(二) 刨花、纤维质量与含水率测定
1实验目的和要求
熟悉刨花与纤维筛分值、形状系数、滤水度、松散系数的测定方法和检测手段,提高操作技能。
要求了解和掌握刨花和纤维质量检测的基本方法,学会仪器设备的工作原理与操作规程,加深理解课堂所学理论知识。
2实验设备、仪器和材料
振动筛分机、天平(感量为0.01g)、SC69-02型水份快速测定仪、MOC-120H电子水分计、Q12型滤水度测定仪、秒表、电子卡尺、千分尺、热磨纤维、木质刨花。
3实验内容与方法
1)刨花筛分值测定
(1)将筛子按网目从大到小的顺序放到震筛机上(一般选用的网目为:
50、20、16、12、8、6、4),按随机抽样法,将混合均匀的刨花称取100g左右,放入最上面的筛子中(即,最小网目的筛子),封好上盖。
(2)开动筛分机,工作6~8min,取下组筛,分别称量存留在各筛网上和筛底的刨花重量。
然后计算每份重量占总重的百分比。
最后根据测得的结果绘出直方图(纵坐标为百比%,横坐标为筛网不同网目)。
2)刨花形状系数测定
从测筛分值的每层筛网上取10片刨花,用卡尺和千分尺测每片刨花的长度、宽度和厚度,刨花的形状系数用下式表示:
长厚比(S)=l/d,
宽厚比(j)=W/d
式中:
W—刨花宽度;l—刨花长度(mm);d—刨花厚度(mm)。
刨花的形态直接影响产品的物理力学性能。
在其它工艺条件相同时,随着刨花长度的增加,其产品的静曲强度提高,内结合强度下降,尺寸稳定性改善;在其它工艺条件相同时,刨花板的静曲强和内结合强度随刨花宽度增加而下降,尺寸稳定性变差;随着刨花厚度增大,其各项性能均有所下降,刨花厚度一般控制在0.3~0.8mm之间,只有将刨花合理搭配,才可获得好的产品质量。
刨花的形状系数为所有形状系数的算术平均值。
3)纤维滤水度测定
(1)空白实验:
将滤水度测试仪用水冲洗干净,特别是铜网,然后放好上圆筒,用压紧手柄压住,若漏水,应重新凋整铜网及密封圈,直到水不泄露为上。
打开进水阀门注入清水(水温为21℃),使水面上升到标尺线(10L),关闭进水阀。
打开泄水阀,同时按动秒表记时,当水面达到下水位指示线时,立即按停秒表,清水流出时间为9.6s,说明仪器工作正常。
(2)用天平称取相当于128g绝干纤维的湿纤维。
(3)将称好的纤维加水(8L左右)稀释,并用搅拌棒搅拌均匀,使纤维团充分散开。
(4)打开进水阀门,注入清水,使水面高于铜网,但以不超过5mm为宜。
(5)将搅拌好的浆料倒入圆筒内,打开进水阀,使浆液达到标尺线。
(6)将圆筒中的浆料充分搅拌均匀后,打开泄水阀,同时按动秒表记时,当水面达到下水位指示线时,立即按停秒表,测得的秒数即为该纤维的滤水度(以s为单位)。
如果试样绝干纤维重不等于128g,可按图1-3校正。
例如实测纤维滤水度为27s的绝干纤维重为123g(干燥后所称)。
在图中先找出123g与27s的垂直线交点,并以此点作平行于附近斜线的延长线,此线与绝干纤维128g纵轴线相交,再以此点作横轴的水平线得出纤维滤水度为28s,即是校正后的纤维滤水度。
4)纤维松散系数(松紧度)测定
用一个292.4mm×292.4mm×292.4mm的木箱(或金属箱),以干燥后的纤维自然填满箱体,刮出超出顶面的纤维量,然后称出装满纤维后箱子重量,即可计算出松散系数,松散系数按下式计算:
式中:
W2—填满纤维后箱子重量(kg);
W1—空箱子重量(kg);
V—箱子体积(0.025m3)。
5)刨花、纤维含水率测定
(1)SC69-02型水份快速测定仪的使用方法与操作规程:
①首先将水份测定仪的天平锁住,在称盘内加上10g砝码,打开锁紧装置,旋动微调旋钮或横梁前端的小平衡砣,使零位刻度线对准基准刻度线。
②再次锁紧水份测定仪天平,在感量0.01g的天平上称取5g待测原料,放到水分测定仪的托盘上,在加码盘内放5g砝码,打开锁紧装置,用待测原料将天平调到零位刻度线。
③开启红外线灯,加热10~15分钟,然后关灯冷却,在左起第二组读出该原料的含水率,若称取10g原料,则读左起第一组数据。
(燥后的刨花绝对含水率以2~6%为宜),若称取5g原料,则读左起第二组数据。
④SC69-02型水份快速测定仪测出刨花含水率为相对含水率,还需要换算成绝对含水率。
换算公式如下:
式中:
W绝—刨花或纤维绝对含水率(%);
W相—刨花或纤维相对含水率(%)。
图1-4投影仪屏幕上刻度线和读数示意图
⑤水份测定仪刻度的有效数量为200个分度,分三组数字,左起第一组,用于使用10g试样测定,分度值0.005%,200个分度值合计为10%;左起第二组,用于使用5g试样测定,分度值0.1%,200个分度值合计为20%;右起第一组,用于取样和使用10g以下任意重量的试样测定时,失去水份的重量,分度值为0.005g,200个分度值合计为1g,见图1-4。
⑥当失水重量大于1g时,应在加码盘上添加砝码,含水率按下式计算:
式中:
K—水份仪上的读数(%);
G—样品重量(g);
g—加码盘上因失水量超过1克时添加砝码的重量(g)。
(2)MOC-120型电子水分仪的使用方法与操作规程:
①将仪器背面上的电源开关置于ON位置。
②按操作说明设定各种测定条件。
a.测定条件的设定
测定方式为自动停止方式(水分变化量0.05%/30s);干燥温度(120℃);校正值(100%);测量值基准分湿量基准水分MW(WetBase)、干量基准水分MD(BryBase)、固体量SOL(Solid)。
b.菜单的设定
测定值基准的选择:
湿量基准水分MW(WetBase)是蒸发后水分质量与干燥前的质量的比例;干量基准水分MD(BryBase)是蒸发后水分质量与干燥后的质量的比例;固体量SOL(Solid)是干燥后的残留质量与干燥前的质量的比例。
测定值基准显示最小位(UNIT)的设定:
在质量显示状态下按MENU键;UNIT亮灯,显示现在选择的测定值基准;按ENTER键,移向UNIT设定,现在选择的测定值基准闪烁;按SELECT键,此时,MW-MD-SOL依次闪烁;对所要选择的测定值基准上按ENTER键,现在选择的显示最小位闪烁;按SELECT键来选择0.01~0.1;在选定的显示最小位闪烁时,按ENTER键,返回。
OUTPUT(输出形式)的选择:
计算机(数值)、打印机(数值或图形)。
③打开加热器盖,将样品盘放到提圈上,与提圈一起装到水分仪上。
此时,提圈的槽与防风圈内侧的凸部相吻合。
④关上加热器盖,确认显示屏上显示稳定标志(O)后,按下TARE/RESET键。
显示‘-----’和‘TARE’,上下移动样品盘,进行零点调整,当TARE消失,显示屏显示0.000g时,零点调整结束。
⑤打开加热器盖,将试样装入样品盘中,关闭加热器盖。
⑥确认显示屏上显示稳定的(O)后,按下START/STOP键,显示从质量显示(g)切换为水分显示(%),显示测定时间,测定中的时间是显示经过的时间(min)。
⑦测定结束时,加热标志消失,显示测定结束标志(*),蜂鸣器响10S后,复位TARE/RESET键,测定结果显示消失,显示干燥后的质量。
⑧打开加热器盖,垂直上提提圈,取出样品盘,扔掉测完的试样。
如果需要继续测定,必须使仪器冷却下来,间隔1~2min,确认整个仪器冷却后进行下一次测定。
⑨测定完全结束时,电源置于OFF位置。
实验二胶合板胶合实验
1实验目的和要求
通过实验进一步消化和理解课堂上讲授的理论知识;熟悉和掌握胶合板的胶合工艺和操作规程;初步了解热压机、预压机的使用方法。
2实验设备、仪器和材料
试验热压机、预压机、电子天平,感量为0.01g、千分尺,精度0.01mm、钢卷尺、板刷、记号笔;
表板:
采用椴木、杨木(或水曲柳)旋切单板(300×300);
芯板:
采用杨木旋切单板(300×300);
胶粘剂:
采用脲醛树脂胶(UF树脂胶);添加剂:
工业面粉;固化剂:
氯化铵。
3实验内容与方法
每组3-4人,选取表板2张,芯板1张,利用脲醛树脂胶以干法生产压制规格为300×300×3mm的普通胶合板一块,热压工艺与热压参数由各组根据不同的胶种、不同的树种、涂胶量、添加剂用量、陈放时间等具体情况来设定,然后计算单板涂胶量(双面)和胶合板的压缩率,并将实验数据填入表1-4中。
1)脲醛树脂胶的调制
把实验室自制或外购的胶合板用脲醛树脂胶(胶粘剂的固体含量一般为45-48%)按表1-3进行调胶。
表1-3脲醛树脂胶调制配比
原料
脲醛树脂胶
工业面粉
氯化铵
重量比(g)
100
10~20
0.5~1
用烧杯在天平(感量0.1g)上称取脲醛树脂100g,面粉10g~20g,将面粉缓慢倒入脲醛树脂胶中,边加入边搅拌,搅拌均匀后再加入氯化铵。
每加一种材料以后都要认真搅拌使之均匀混合,然后再加入第二种材料,切不可将氯化铵先加入,以免面粉结团。
2)按工艺要求选配好单板:
单板含水率不大于12%,一般5~10%为宜。
3)观察表板(面板、背板)的松紧面,并将表板的松紧面用彩笔作上不同的标记。
4)测量并记录芯板的长度a和宽度b。
把三张单板配好,在一固定点对应的测出三张单板的厚度S1、S2和S3,同时称量出三张单板的质量G1。
把测量的结果填入实验数据记录表1-4中。
5)芯板涂胶
用板刷将调制好的脲醛树脂胶均匀地涂在芯板两面,芯板涂胶量(双面)按280~300g/m2计算。
计算出应涂在芯板上胶粘剂的质量(g)。
6)称量并记录下涂胶后三张单板质量G2
将涂完胶的芯板两面各放一张表板,然后放在天平上称量三张单板质量(G2)。
7)按胶合板的过程原则进行组坯。
组坯时注意将作好标记的表板紧面朝外。
组坯后的板坯要陈化10~15min(渗胶)。
8)胶合板胶合
把陈化好的板坯放入热压机,按下列工艺条件进行热压。
单位压力:
0.8~1.0Mpa、热压温度:
105~110℃、热压时间:
2.5~3min(热压机内每间隔压制一张胶合板)
所需单位压力与热压时表压力之间的换算公式为:
式中:
P表—热压机的表压力,MPa;a—板坯长度,30cm;b—板坯宽度,30cm;
P单—所需单位压力,MPa;d—热压机活塞直径,23cm。
热压时间达到后,开始降压卸板。
降压时一定要使热压机缓慢张开或分段降压,以免过快发生分层鼓泡现象。
9)测量并记录下压制好的胶合板厚度h。
将上面测得的结果填入表1-4。
10)计算单板涂胶量(双面)
单板涂胶量按下式计算:
式中:
Q—单板双面涂胶量,g/m2;G1—三张单板涂胶前质量,g;
G2—芯板涂胶后三张单板的质量,g;
F—单板面积,它为单板长度a与宽度b的乘积,m2。
11)压缩率计算
胶合板的压缩率按下式计算:
式中:
△—胶合板的压缩率,%;h—胶合板厚度,mm;
∑S—热压前三张单板厚度之和,mm。
4观察胶合板质量及所发现的问题,写出实验报告。
表1-4胶合板胶合实验数据记录表
芯板规格
三张单板未涂胶前质量
G1(g)
芯板涂胶后三张单板质量G2(g)
涂胶量
(g/m2)
各层单板厚度(mm)
胶合板厚度h(mm)
胶合板的压缩率△
(%)
长度a
(cm)
宽度b
(cm)
S1
S2
S3
实验三中密度纤维板制板实验
1.实验目的和要求
通过实验进一步消化和理解课堂上讲授的理论知识;熟悉和掌握中密度纤维板制板全过程以及原料计算方法;初步了解热压机、预压机、拌胶机的使用方法。
2.实验设备、仪器和材料
100吨试验热压机、50吨试验预压机、空气压缩机、多功能拌胶机、胶粘剂自动调控系统、20kg电子秤(感量1g)、电子天平(感量0.01g)、秒表、塑料烧杯、量筒、玻璃棒、电子天平、卡尺。
干燥后的纤维、脲醛树脂胶、固化剂(氯化铵)、防水剂(石蜡乳液)、油酸等。
3.实验内容与方法
每组3-4人,用脲醛树脂胶压制幅面为320×340mm的中密度纤维板二块,厚度可在8、10、12、14、16mm厚度内自行选定,每组根据设定的中密度纤维板的密度、厚度、施胶量等来确定热压条件与工艺参数。
1)原料用量计算
(1)确定中密度纤维板的密度:
中密度纤维板的密度(绝干密度)可设定为0.7g/cm3、0.75g/cm3或0.8g/cm3。
(2)确定中密度纤维板的施胶量:
中密度纤维板的施胶量可设定为8%、10%或12%。
注:
施胶量的百分比是指固体树脂对绝干纤维重量比而言。
(3)确定固化剂的用量。
固化剂一般使用氯化铵(NH4CL),浓度为20%,用量为固体胶粘剂重量的1.0~2%。
(4)确定防水剂的用量。
常用防水剂有液体石蜡、固体石蜡以和石蜡乳化液等。
一般防水剂用量为绝干纤维重量的0.5~1%。
(5)根据中密度纤维板幅面和厚度计算需要绝干纤维重量。
实验室压制中密度板幅面为:
长×宽=320×340mm。
厚度由各组根据实际情况确定。
(6)中密度纤维板原料用量计算
a.中密度纤维板板重量计算:
式中:
G板——中密度纤维板重量(g);a—纤维板长度(cm);b—纤维板宽度(cm);
h—设定板的厚度(cm);ρ—设定板的密度(g/cm3)。
b.绝干纤维重量
式中:
G绝干纤维—绝干纤维重量(g);P蜡—防水剂用量百分比;
P固—固化剂用量百分比;P胶—胶粘剂用量百分比。
c.根据纤维含水率,计算出实际需要湿纤维重量
式中:
G湿纤维—湿纤维重量(g);G干纤维—绝干纤维重量(g);W—纤维含水率(%)。
d.根据设定施胶量,计算出干胶(固体胶)用量
式中:
G干胶—固体胶重量(g);G干纤维—绝干纤维重量(g);
P胶—胶粘剂施加量(%)。
e.根据胶液固体含量算出所需要的液体胶的重量。
中密度纤维板液体胶用量计算公式为:
式中:
G液胶 —液体胶粘剂重量(g);m—胶粘剂固体含量(%)。
f.根据设定固化剂用量比例,算出实际重量
中密度纤维板固化剂用量计算公式:
式中:
G固—固化剂重量(g);n—固化剂浓度。
P固—固化剂用量%,为干树脂重量的1~2%;
g.根据设定防水剂用量比,计算出实际防水剂重量
中密度纤维板防水剂为液体石蜡时,计算公式为:
中密度纤维板防水剂为石蜡乳液时,计算公式为:
式中:
G液蜡—液体石蜡重量(g);G乳蜡—石蜡乳液重量(g);
P蜡—防水剂施加百分比(%);k—石蜡乳液浓度。
2)拌胶
(1)将称好的纤维到入拌胶机内,把称量好的胶粘剂、固化剂和防水剂进行混合,混合时要不断地搅拌,以防局部快速固化,防水剂可以和胶粘剂合喷,也可单喷。
(2)待纤维、胶粘剂、防水剂准备完毕,开动搅拌机、空气压缩机和胶粘剂流量泵进行拌胶。
拌胶机的搅拌速度控制在80~120r/min,搅拌时间应保证纤维和胶粘剂充分地、均匀地混合。
空气压缩机的压力一般应控制在0.4~0.5MPa为宜。
为使胶粘剂与纤维充分混合,胶粘剂流量控制在40~60r/min为宜。
(3)拌胶后的纤维含水率应在14%以下为宜,这样即可以保证纤维板质量,防止鼓泡和分层现象,同时又可以缩短热压时间,提高效率。
含水率可以用SC69-02型水分仪快速测定或按下面的公式计算:
式中:
W—拌胶后的纤维含水率(%);W1—拌胶前的纤维含水率(%);
m—胶粘剂的固体含量(即干树脂在胶液中的百分比);
P—胶粘剂用量的百分比(即胶的固体重量与绝干纤维重量百分比)。
注:
拌胶后的纤维含水率忽略了固化剂带入的水份的影响,因为这部分水份很微量,但使用石蜡乳液代替液体石蜡做防水剂时所带的水份不能忽略,因此不能用此公式计算拌胶后的刨花含水率,要用水分快速测定仪测定。
3)铺装
垫板使用前,为防止热压后粘板,可在垫板与纤维板坯接触面涂擦少量油酸,然后放入模框箱下面。
将拌胶后纤维进行铺装,为了使纤维分布均匀,防止由于铺装不均使热压后的板密度不均,在模框箱铺装口上放置一个金属丝网,使纤维通过金属丝网而均匀地落入下面的模框箱内。
4)预压
(1)拌胶纤维在模框箱内铺装完毕,在纤维上面放置二块垫块,送入预压机。
在预压机内预压15~20秒左右,单位压力一般为1.5~1.8MPa。
所需的单位压力与预压机表压力之间的换算公式:
式中:
P表—热压机的表压力,MPa;P单—所需单位压力,MPa;d—热压机活塞直径,20cm;a—板坯长度,34cm;b—板坯宽度,32cm;
(2)预压成型后,板坯从预压机卸出,拆掉模箱与垫块,在板坯上面再放置一块垫板(同样为防止热压后粘板,与纤维接触面应涂擦油酸)。
5)热压
(1)根据设定的中密度纤维板厚度,选取相应厚度规放在热压板上,厚度规厚度等于设定板的厚度加上两块垫板厚度,根据设定的中密度纤维板密度来确定单位压力,根据单位压力来调整热压机表压力。
(2)将预压后的板坯同上下垫板一同放入热压机里,将旋钮开关置于上升位置,开启低压泵和高压泵按钮,当低压压力达到要求时,关闭低压泵,当高压泵达到要求时,按动秒表开始计时。
(3)热压条件与工艺参数可根据设定的中密度纤维板的密度、厚度、施胶量等来确定,热压条件与工艺参数可参考表1-5和图1-5。
所需单位压力与热压机压力之间的换算公式:
式中:
P热—热压机的表压力,MPa;
P单—所需单位压力,MPa;
d—热压机活塞直径,23cm;
a—板坯长度,34cm;
b—板坯宽度,32cm;
表1-5 不同厚度中密度纤维板热压工艺参数
设定板的厚度(mm)
热压温度(℃)
热压时间(min)
时间分配(min)
高压压力(MPa)
低压压力(MPa)
10
170
24~30s/mm
3~2
5~7
1.5~2.0
180
24~30s/mm
2~2
5~7
1.5~2.0
12
170
24~30s/mm
3~3
5~7
1.5~2.0
180
24~30s/mm
3~2
5~7
1.5~2.0
14
170
24~30s/mm
4~3
5~7
1.5~2.0
180
24~30s/mm
3~3
5~7
1.5~2.0
16
170
24~30s/m
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- 人造板 实验 指导书 杨永良 解读