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第三部分纤维板第一章概述第二章原料第三章纤维分离第四章浆料处理第五章成型与热压第六章干法与半干法生产工艺特点第一章概述一、基本概念纤维板：是以植物纤维为原料，经过纤维分离、板坯铺装、热压成型或干燥等工序生产的板状材料。硬质板：密度d0.8g/cm3软质板：密度d0.5g/cm3中密度板（MDF）：密度d=0.5-0.8g/cm3二、发展历史纤维板生产最早起源于美国：1914，磨木浆绝缘板示范工厂问世；1926，湿法硬质板正式进入工业化生产；1952，干法硬质板生产工艺成熟；1961，在干法硬质板的基础上发明了中密度纤维板（MDF）。我国纤维板工业化生产始于20世纪60年代初，1964，从瑞典引进第一条湿法硬质板生产线，18000t/a；1981，建成第一条国产化设备的中纤板生产线，10000t/a；2000，全国纤维板产量大约在400万立方米。三、纤维板的生产方法简介生产方法：干法生产湿法生产主要区别：干法，是以空气为纤维运输和成型的介质，需要加入胶粘剂，产品为两面光；湿法，是以水为纤维运输和成型的介质，无需（或少量）加入胶粘剂，产品一面光。湿法生产工艺过程干法生产工艺过程四.纤维板的应用领域建筑装修材料：隔墙板，天顶装修和地板等；家具材料：现代板式家具多以中纤板为材料；包装材料：硬质纤维板大多用于包装材料；隔音保温材料：软质纤维板主要用于建筑物的隔音、保温；车辆船舶的箱体材料：现代火车、汽车和客轮的内舱隔墙多用中纤板制做；电器产品箱体材料：现在电视机、收音机和组合音响的箱体大多用中纤板制做。五.纤维板工业的发展趋势第二章原料第一节原料种类及纤维形态第二节纤维原料的化学成分及主要性质第三节原料对产品质量的影响及原料选择第四节原料准备第二章原料第一节原料种类及纤维形态一.原料种类纤维原料专用人工林：桉树、松木、杨木等木材原料木材加工剩余物：板皮、截头、木芯、碎单板等植物原料木材采伐剩余物：间伐材、枝桠材、伐根等非木材原料：竹材、蔗渣、棉杆、稻草等矿物纤维合成纤维偶而少量加入二.植物纤维原料中主要细胞及其纤维形态1.几个基本概念：纤维：长度远大于宽度、两端尖削的细小材料纤维细胞：细长、壁厚、腔小的植物细胞木材纤维：木材中的纤维细胞木纤维：特指阔叶材中起机械支撑作用的一类细胞纤维素：一种构成植物细胞壁的主要化学成分，它是由β-D葡萄糖基通过1-4甙键连接而成的高分子化合物，分子式为（C6H5O10）n。2.木材的主要细胞含量及纤维形态1）主要细胞针叶材：管胞薄壁细胞（含泌脂细胞、射线细胞、薄壁组织）90%以上4-10%阔叶材：木纤维导管分子薄壁细胞（含射线、泌脂细胞、薄壁组织）50%左右30%左右20%左右各类细胞在木材中所占比例（参看书中图表）1）纤维形态通常用纤维长度、纤维宽度、长宽比、胞壁厚度、壁腔比、腔径比等指标来描述纤维形态。纤维长度：一般为0.5—5mm纤维宽度：一般为20—50um胞壁厚度：一般为4—10um不同树种之间、同株内不同部位之间，纤维形态具有很大的变异1）纤维形态的均一性纤维形态的变异性，用频数分布图来表示3.禾本科植物的主要细胞及其纤维形特征禾本科植物：竹子、甘蔗和草类等，与木本植物的主要区别：禾本植物具有明显的节，没有侧向形成层，直径不能连续长大。1）细胞含量主要细胞有：纤维细胞、薄壁细胞、表皮细胞、石细胞、导管分子和筛管分子禾本植物各类细胞含量：2）纤维形态特征第二节纤维原料的化学成分及主要性质一.纤维原料中的化学成分及其分布1.纤维原料中的化学成分三素：纤维素、半纤维素和木素。纤维素：50-60%半纤维素：10-25%木素：15-30%。针叶材中的木素含量高于阔叶材，半纤维素含量低于阔叶材。少量成分：树脂、单宁、色素、果胶、蛋白和无机灰分等。2.树干与枝桠的区别3.树皮的化学成分纤维素和半纤维素含量很低，抽提物含量很高纤维素热水抽提物树干材58.8%1.7%枝桠材44.8%6.6%4.化学成分在细胞壁中的分布细胞壁分为：胞间层、初生壁和次生壁。胞间层：主要为木素和果胶质，纤维素含量很少；初生壁：主要为纤维素、半纤维素和木素组成，木素含量相对较高；次生壁：主要有纤维素组成，含有少量木素和纤维素。次生壁中木素占木素总量的70%以上。二.纤维素的结构与性质1.纤维素的结构1）化学结构：为大约10000个β-D葡萄糖基通过1-4甙键连接而成的直链型高分子化合物。化学分子式：(C6H10O5)n化学结构式：2）物理结构：微纤丝：结晶区：非结晶区：2.纤维素的性质1）物理性质：外观：白色、无臭、无味，具有各向异性；比重：d=1.52-1.56;比热：γ=0.32-.033(大卡/kg.oC力学强度：依主价键来计算，纤维素的拉伸强度可高达780MPa实际结合强度取决于分子链之间的粘合力、结晶度和聚合度2）物理化学性质①纤维素的吸湿特性：纤维素的等温吸附曲线呈“S”形吸湿滞后现象：②纤维素的润胀：③酸性水解：④高温热解：三.半纤维素的结构与性质1.结构：多种糖基（葡、甘、木、阿、半）组成的支链型低分子化合物，聚合度约为200左右。由多种糖基组成与纤维素在结构上的主要区别具有支链聚合度小2.性质：分子链上有许多活性基团，化学性质更为活泼溶解性更好在性质方面与纤维素的主要区别吸湿、润胀能力更强更易于水解和热解四.木素的结构与性质1.结构：木素是由苯基丙烷单元，通过醚键（-O-）和碳-碳（-C-C-）连接而成的具有三度空间的高分子化合物。组成木素的苯基丙烷单元有三种：针叶材木素：主要有愈疮木基丙烷单元组成；阔叶材木素：主要由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷单元组成；禾本植物木素：三种结构单元都有。2.物理性质颜色：天然木素为白色或浅黄，分离出来的木素为褐色。热软化：木素具有良好的热塑性，没有固定的熔点，而具有玻璃化转化点。木材胞间层内的原本木素，有水存在时，100oC开始软化，165-170oC完全融化。水是木素的增塑剂，如高碘酸木素绝干时软化点193oC，当W=27.1%，降至90oC。溶解度：原本木素一般不溶于水，惰性溶剂可使许多植物的木素少量溶解而被抽提出来。3）水解作用引起的化学变化a.水解：木素的抗水解能力最强，其次为纤维素，最弱为半纤维素b.缩合：缩合使降解的逆过程。木素受水解作用，可降解与活化，但在纤维板的热压过程中，被活化了的降解木素又会发生缩合反应。水对木素的缩合反应有的影响：有水存在时，高温下降解的纤维素和半纤维素能溶于水，使得降解的活化木素暴露于表面，能够相互接触而缩合；无水存在时，高温下降解的碳水化合物覆盖在表面，阻碍活化木素之间相互接触，降低缩合，相对地木素降解的速度更大。由此可见，高温蒸煮时水对木素有保护作用。五.其它成分木材的细胞腔中还会存在少量抽提物。水抽提物：单宁、淀粉和糖类，溶剂抽提：树脂、脂肪和蜡质。第三节原料对产品质量的影响及原料选择一.纤维形态与产品强度的关系单根纤维本身的机械强度纤维之间的结合强度软质纤维板：主要取决于后者；硬质纤维板和中密度纤维板：受到两者的影响。1.纤维本身的强度：一方面由纤维本身的因素所决定，如聚合度、结晶度、胞壁厚度、壁腔比和纤丝角等，另一方面受到纤维分离过程中所受破坏程度的影响2.纤维之间的结合强度：一方面决定于纤维形态，另一方面取决于工艺条件。纤维形态与结合强度的关系：1）长度大、长宽比大，结合点增多，有利于结合强度（但纤维过长，易于缠结成团，反而影响结合强度）；2）细胞壁薄、壁腔比小，纤维柔韧性好，易于压成扁平带状，有利于结合强度；3）适当掺和一些短小纤维，可以填充空隙，有利于结合强度。值得注意的是，在生产过程中，为保留纤维本身强度的工艺条件与提高纤维分离度、增加纤维结合强度的工艺条件，两者往往是相互矛盾的，故生产中应该权衡考虑。二.化学组成对产品质量的影响1.强度纤维素纤维细胞的骨架和主体，是影响纤维板产品强度的主要因素。木素固结物质，具有很好的胶固作用，由于木素的作用才使纤维具有一定的的刚性。半纤维素吸湿性强、本身的强度小，半纤维素含量太高不利于纤维板产品的强度。抽提物对纤维结合有一定影响，含量高时不利于产品强度。2.吸湿性在植物细胞的主要组分的吸湿性和吸湿膨胀性：半纤维素纤维素木素相对湿度为95%时，它们的平衡含水率分别为：47-63%，24-30%，8-23%。三.原料选择1.原料质量评定原料质量评定包括：化学成分、纤维含量、纤维形态和加工性能等方面。化学成分：纤维素含量愈高愈好。一般要求原料的纤维素含量达到30%以上，半纤维素和木素含量应尽量地低。纤维含量：纤维细胞含量是决定原料质量的最主要因素。非纤维细胞含量过高，不能生产出合格的产品，一般要求纤维含量达到50%以上。纤维形态：纤维长度大、长宽比大、胞壁较薄的纤维原料较好。加工性能：主要是指削片和磨浆的难易程度。一般软材优于硬材，湿材优于干材。原料质量综合评定：木材最好，其中针叶材优于阔叶材，树干材优于枝桠材，边材优于心材，早材优于晚材。蔗渣纤维形态好、有弹性，可生产出质量上乘的产品，但蔗渣含有大量髓细胞，应采用除髓措施对蔗渣原料进行除髓处理。竹材虽然纤维含量高、形态好，可生产出优质产品，但竹材密度大、材质硬，加工困难。2.原料选择的原则纤维板生产的原料选用应从原料质量、来源和价格等方面进行综合考察。3.原料搭配适当地进行原料搭配，不但可以降低生产成本，还可以提高产品等级，原料搭配包括：木材原料中不同树种的搭配，木材原料与非木材原料的搭配。4.树皮的利用少量树皮，可降低热磨时的动力消耗，有利于提高产品的耐水性。所以，在纤维板原料中允许带有树皮，但树皮含量应该控制在20%以下，否则会影响产品表面质量，降低产品强度。第四节原料准备一.原料的贮存与运输为了保证生产能够连续进行，厂内需要一定数量的原料储备，至少要有一个月生产的贮存量。原料贮存场地：应该干燥、平坦，应具有良好的通风、排水和防火等条件。草类原料堆垛：应注意保持原料干燥，一般含水率应小于12%，否则会发热升温而自燃。不同的原料要分开贮存。原料运输：通常采用皮带运输机从贮料场运送至削片机。二.备料工艺流程备料是纤维板生产的第一道工序，原料来源不同，备料的工艺流程也会有所不同。以下是用专用人工林为原料的典型的备料工艺流程。三.削片为把木材原料切削成一定尺寸规格的木片的生产过程。1.木片规格要求木片尺寸均匀，切口平滑，尺寸规格为16-30*15-25*3-5mm，原料的含水率35-40%，这时切削的木片质量最好，而且切削阻力小，电能消耗少。2.削片设备纤维板的削片设备有盘式削片机和鼓式削片机两种。大厂：多采用盘式削片机，多刀盘式削片机最好，它加工的木片合格率可达到95%以上。小厂：一般采用鼓式削片机。林区：用枝桠材削片时，可采用移动式盘式削片机。3.影响木片质量的因素1）原料本身方面：2）削片机类型：3）刀片的锋利程度：4）刀片安装位置：四.木片筛选与再碎不合格的木片不能进入木片蒸煮工序，木片切削后需要对木片进行筛选。碎屑：应该作为废料除去，粗大木片：需要再碎，通常用锤式再碎机再碎，使其成为合格的木片。筛选设备：生产中常用的木片筛选机械有平面筛和圆筒筛两种。五.木片磁选木片磁选过程是让木片经过电磁吸铁装置，清除木片中夹带的金属物，以保证后续纤维分离设备的正常运行。工厂常用的有辊式磁选器和轮式磁选器两种：六．木片水洗木片水洗的作用木片水洗装置：七.木片运输与贮存木片的运输设备：皮带运输机：适合于倾角小于17-16o刮板运输机：适合于倾角45o以下翻斗提升机：适合于倾角45o以上气力输送机：适合于各种倾角，木片在气流中的密度：0.35-0.5kg/m3气流速度：15-25m/s为了保证连续生产，工厂应该保持有1-2天的木片贮存量。贮存木片的料仓：按材料分有按形状分有常见的为立式结构料仓，有如下4中形式，其中（1）、（3）两种形式应用最多。第三章纤维分离第一节纤维分离的目的与要求第二节原料的软化处理第三节纤维分离第四节浆料贮存、浓度调节和检验第三章纤维分离纤维板生产：先纤维分离，再重新组合。纤维分离，又称为制浆。第一节纤维分离