第2章人造板的种类

人造板生产技术与应用——顾继友-1-第2章人造板的种类人造板是以木质材料或其他植物纤维为原料，经过专门的加工工艺过程，通过胶接或复合作用，在一定条件下制成的板材或型材。胶接作用通常是利用胶黏剂进行胶接，也可利用木质材料自身的化学成分通过高温水热作用或者利用外加活化剂实现白胶合，也称为无胶胶合。由于世界性的天然林木材资源的锐减，致使木质原料供给结构发生了根本变化，速生材、小径材、低劣质材已经成为主要木质原料，而人造板生产是一种高效利用这种木质原料的重要手段之一。另外，人造板生产还可以实现节约木材资源，提高优质木材原料的利用效能和附加值。现今，人造板工业已经成为我国木材工业的重要组成部分，由于近年来我国的人造板工业高速增长，我国的人造板产量已居世界第一位。2.1人造板生产的观状近年来我国人造板生产发展速度非常快，1985年人造板产量为161.58万立方米，到1995年全国人造板产量为1684.59万立方米，10年增长10倍多。到2007年我国人造板总产量已经达到8838.58万立方米，其中纤维板为2729.84万立方米、胶合板为3561.56力立方米、刨花板为829.07万立方米、其他人造板1718.09万立方米。单板产量达到1265万立方米，人造板表面装饰板为25689万立方米。我国已经成为世界第一大人造板生产大国，但在产品质量、工艺技术、产品种类等方面还存在一定的问题，有待发展提高。由于人类生产和生活大量地消耗木材，致使天然林木材资源锐减，木材原料供给结构发生了根本改变。木材资源从以天然林为主转向森林抚育间伐材、人工林的速生材，此外竹材、非木材的植物纤维原料、农业剩余物等也成为重要候补原料。然而随着经济的持续发展和人民生活水平的提高，对木质材料的需求量在增大，对人造板质量的要求在提高。原料结构的变化给人造板生产带来许多新的技术问题，这些为人造板生产提出了新的必须面对解决的课题。生产低污染、对环境破坏小的产品，即4R产品。充分利用可再生资源（regrow），木材和植物纤维原料是可再生的生物质原料，它是利用太阳能通过光合作用将二氧化碳转化成的天然有机高分子原料，是环境友好原料；减熵原则（reduceentropy），要求用较少原料和能源投入来达到既定的经济目的，即在产品生产过程中产生的废料、废气、废水低，能耗少，减少对环境的污染；再使用原则（reuse），较多地体现在产品制造和包装容器的重复使用中，生产者应将制品和及其包装当作一种日常生活器具进行设计，使其反复使用；再循环原则（cecyl，），使木材制品完成使用功能后，可重新变成可以利用的资源。研究开发新产品，如功能性人造板、特殊结构人造板、各种复合人造板等。应用高新技术，如蒸汽喷蒸热压技术、新型环保胶黏剂及其胶接技术、计算机模拟技术等。2.2人造板分类人造板品种繁多，由于不同类型的人造板应用场所不同，其产品性能差别较大、功能不同。另外，用于不同用途的人造板在密度、胶黏剂种类、原料种类、被胶接单元的形状，以人造板生产技术与应用——顾继友-2-及制造方法等差别也较大。因此，关于人造板的分类尚无统一的标准。在此就人造板生产过程、使用性能、原料种类、被胶接单元进行分类。2.2.1按生产过程分类通常按生产过程中产品成型介质可分为干法生产、湿法生产和半干法生产。干法生产原料输送和板坯成型所用介质为空气，被胶接单元的含水率低，如刨花板、华夫板、定向刨花板、中密度纤维板、硬质纤维板等。湿法生产原料的输送和板坯成型所用介质为水，被胶接单元的含水率高，如软质纤维板、湿法硬质纤维板、湿法中密度纤维板、矿棉板（轻质装饰天花板）等。半干法生产是综合了干法和湿法生产的优点，既节约用水而又无废水问题，同时又借助水分的作用使木质纤维实现白胶合，如半干法硬质纤维板。但是，由于纤维含水率相对较高，致使纤维分散困难易结团，导致铺装成型效果不理想。2.2.2按人造板使用性能分类根据人造板的使用性能可分为普通人造板、防潮人造板、防水人造板、结构人造板和功能人造板，其性能划分依据所用胶黏剂性能、使用特点和添加助剂等因素。普通人造板为非结构用材，不具有防潮防水功能，多用于家具制造等。通常使用非结构的二类胶黏剂，如脲醛树脂胶黏剂。防潮人造板属于非结构的室内型人造板，与普通人造板的不同之处是其具有防潮功能，主要用于厨房家具用材和地板用材等经常接触潮气或短时间接触水的环境，通常使用三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂。为了与普通型脲醛树脂胶黏剂制造的人造板区别，在制板时加入绿色颜料，使板材呈现绿色，这主要是由于三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂固化后的颜色与脲醛树脂胶黏剂的颜色相同，不易区别。防水人造板是用在经常与水接触环境的人造板。在制造工艺和原料等方面与普通人造板和防潮人造板基本相同，主要区别是制板所用胶黏剂不同。防水人造板使用的是防水性胶黏剂，如三聚氰胺树脂胶黏剂、三聚氰胺—尿素共缩合树脂胶黏剂、异氰酸酯树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂等。当采用三聚氰胺树脂胶黏剂、三聚氰胺—尿素共缩合树脂胶黏剂及异氰酸酯树脂胶黏剂时，为了与普通型人造板及防潮型人造板区别，在制板时加入灰色颜料。结构人造板是用作承受载荷的木结构材料，因此，结构材料的使用性能主要是力学性能和耐老化性能。产品对原料要求高，制造时必须使用一类防水性结构型胶黏剂，如酚醛树脂胶黏剂、间苯二酚树脂胶黏剂、三聚氰胺树脂胶黏剂、异氰酸酯树脂胶黏剂等。功能人造板在使用性能方面体现在装饰功能、阻燃功能、抗虫功能、耐腐蚀功能，以及对电、光、磁、热、声等特殊功能。功能人造板是在其制造过程中，通过添加不同种类的添加剂或者采用特殊的处理方法而制成的具有特殊功能的人造板材。2.2.3按人造板制造时所用被胶接原料单元进行分类根据人造板构成原料单元的大小和纤维的排列对木质材料分类如表2—1所示。人造板是利用胶黏剂将不同规格的木质原料胶接制成的板状材料，不同板种的差别主要体现在被胶接木质原料单元的大小、单元纤维的排列规律及所使用胶黏剂的种类。表2·1构成人造板的原料单元种类、单元纤维排列及胶黏剂种类与人造板品种的关系[1]人造板生产技术与应用——顾继友-3-构成要素(单元)木质人造板材类别无机类人造一维纵向排列二维交错排列随机排列板材类别大↑单元尺寸↓小木板集成材、胶接木材单板LVL胶合板单板条(stick)(单板条结构材)(parallam)(单板条层积板)大片刨花长条刨片OSLOSB华夫板(大片刨花板)条片(strand)板细长刨花薄片刨花(定向刨花板)碎料板石膏碎料板刨花板水泥刨花板纤维(定向MDF)软质纤维板MDF硬质纤维板石膏纤维板注：人造板类别：LVL为单板层积材；OSL为定向层积材；OSB为定向刨花板材；单板条结构材是将单板条拼接成帘子状的单板，然后集成制成结构材；单板条层积板是将单板条拼接后，如胶合板一样相互垂直层积制成的板状材料；定向刨花板及定向MDF分别是由刨花及纤维垂直交织定向的板状材料；MDF为中密度纤维板。原料单元：木板（锯材）是厚度为20mm左右的板材；单板是厚度为3mm左右的薄板；单板条是宽度为l0~20mm的卫生筷子状单板；大片刨花是厚0.6mm×宽50mm×长（50~70）mm的刨花；长条刨片是厚0.6mm×宽20mm×长（50~300）mm的刨花；细长刨花是厚0.6mm×宽l0mm×长（10~30）mm的刨花；刨花是比细长刨花小的刨花的总称；纤维是木材纤维束。表2—1中也包括期待将来开发的材料，用括号表示。构成原料单元的纤维按一个方向排列（一维纵向排列）制成的材料一般作为梁等结构材料，按二维或纤维随机排列制成的材料多作为壁板等平面材料使用。（1）集成材是将板材或小方材使其纤维方向相互平行，在长度、厚度以及宽度方向集成胶接而成的材料。即将小板材胶接汇集成一体而形成的结构材。由于在制造过程中原料板材已被干燥、去除节子与开裂等缺陷，因此可以得到材质均匀的大长度、大断面的材料。变形与开裂少是其特征之一。（2）单板层积材（1aminatedveneerlumber，LVL）是将木段旋切的单板使其纤维方向按一个方向排列胶接层积制成的材料。单板的厚度在3mm左右，由数层到数十层构成。虽然未去除缺陷，但与集成材相比由于层积数多，其可靠性更高。因为将单板纵向相接，从原理上讲可制成无限长的材料。可利用速生针叶林的间伐材与弯曲材等小径级短尺寸木材，提高其出材率，并且通过装置的自动化可提高其生产性能。（3）单板条结构材（parallam）是将宽度为20mm左右的单板条沿纤维方向胶接形成的材料。采用微波加热的连续热压，可连续生产45cm×65cm左右的大断面材料。（4）定向层积材（o日dentedstrandlumber，OSL）是使纤维方向长度为30cm的薄木片（长条刨片）胶接层积而成的材料。现在，单板条结构材以及OSL已在北美投人生产。这类材料到目前为止还主要用于窗框、门框、楼梯等木构造住宅的木结构用材以及家具制造用材。但是，最近证实大型木材的耐火灾能力强，因此礼堂和体育馆等大型建筑物的结构也已开始使用。这类结构材必须具有足够的安全性和耐久性，此外结构材自身素材所具有的花纹美感也是十分重要的。（5）胶合板是使单板的纤维方向相互垂直交错叠和层积胶接而成。一般为三合板，也生产五合板、七合板等，我国多生产三合板。木材纵向（纤维方向）强度是横向强度的十多倍。LVL是使单板纤维方向一致并充分发挥了轴向强度的材料，与其相对应胶合板在整人造板生产技术与应用——顾继友-4-个板面上具有平均的强度，属二维定向材料。目前使用的柳安胶合板从强度、尺寸稳定性以及表面平滑性等方面是作为构造部件，还是作为二次加工用基板都具有非常优良的特性。但是，现在由于适于制作胶合板的木材枯竭与热带雨林保护问题等的资源、环境两方面原因，其生产逐渐走人困境，将逐渐移向针叶材胶合板与以下所述木质板材、或者将其组合的复合板生产方向发展。（6）定向刨花板（orientedstrandboard，OSB）是使长度从5～10cm的长条刨花定向，使表层和芯层垂直交错，胶接形成的板材。与其相似的（定向）有大片刨花板（华夫板）。因为强度性能优良，在北美作为代替结构胶合板的材料需求量在迅速增加。我国在这方面虽有研究，并也已建厂。但是，由于我国木材消费结构与国外不同，市场还有待于开拓。关于胶贴刨切薄木，浸渍纸、合成树脂薄膜贴面装饰的基材，替代柳安胶合板并已普遍用于以刨花和纤维为原料单元的刨花板和密度为0.35～0.80g／cm3的中密度纤维板。特别是MDF由于其表面平滑、边部致密、可进行雕刻与曲面加工、边部处理方便，因此作为家具用材、框架结构、房子四周的廊子、壁脚板等的制造用材，对其需求量急速增长。此外，作为外墙板的水泥刨花板其用量显著增长。耐候性、耐久性及防火性比其他板材格外优良。作为内装材在欧洲开发了石膏刨花板和石膏纤维板，已开始生产。这类木质材料的开发逐渐向以小的构成原料单元制成的材料方向发展。一般，构成原料单元越小，对缺陷的分散性越好，增加了材料的均匀性，可靠性提高。国外木质材料的供给伴随着住宅构成法律标准的变化，将从现在的制材和胶合板时代转向集成材和木质板材的时代。2.2.4从复合材料的角度出发对人造板进行分类人类面临的21世纪，除了经济繁荣、生活水平提高和科技发达等特征外，人口的急剧增长、环境污染、资源和能源的匮乏等已成为困扰人们的问题，探索有效的对策和出路将日益迫切。在钢铁、水泥、高分子材料和木材四大材料中，钢铁、水泥和高分子材料是不可再生能源，都取自于矿质资源和煤与石油原料，其能耗都是木材的30～40倍，对它们可总结为：高能耗、不可再生、可再利用再循环性相对差。木材是唯一一种满足3R原则[2]：减熵原则（Reduce，节能、低／无污染）、再循环原则和可再生原则的绿色产品，因此木材应是人们最佳的选择材料。虽然木材本身具有众多优点，但其缺点如尺寸稳定性相对差、绝对强度相对低、易腐、干缩湿胀明显等，使得木材本身在很多场合无法完全代替钢铁、水泥和高分子材料。即便如此，目前的能源和资源问题，使得人们不得不借助于科技，改进木材的不足，尽量以木代钢、