CN110216746A - 包含秸秆和不同尺寸的木材刨花混合的芯层的人造板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种人造板,包括表层和芯层,所述表层包含:占所述表层4~8重量%的胶粘剂;占所述表层0~10重量%的助剂;和余量的秸秆;以及所述芯层包含:占所述芯层3~7重量%的胶粘剂;占所述芯层0~10重量%的助剂;和余量的芯层混合料。其中,所述芯层混合料包含秸秆和木材,并且所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
Description
技术领域
本发明涉及人造板领域,具体涉及一种秸秆和木材混合的人造板。
背景技术
目前,我国人造板制造仍以木材原料为主。但是由于国家对环境及森林资源的保护,逐步限制采用木材加工人造板,而社会对人造板的需求却在不断加大,因此,不少人造板制造企业陷入木材资源短缺的困境。
农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源,我国每年的农作物秸秆产量在7亿吨左右。但是,由于受消费观念和生活方式等因素的影响,长期以来,我国的秸秆资源处于高消耗、高污染、低产出的状况,相当多的一部分农作物秸秆被弃置或焚烧,没有得到合理的开发利用。近年来对农作物秸秆(水稻、小麦、大豆、棉花、亚麻等农作物秸秆)综合利用的研究日益受到重视,将秸秆进行一系列复杂的工业处理后压制成板材是重要的研究方向之一。
传统的秸秆人造板为纯秸秆人造板,即人造板完全由秸秆原料制成,但是,纯秸秆人造板存在着形态差、强度低等问题,不易满足刨花板国家标准。另外,表层为秸秆、芯层为木材的人造板的研究也在进行,但是,在这种人造板中,芯层完全由木材制成,仍然需要使用大量的木材,不符合国家对环境及森林资源的保护政策。
发明内容
本发明的目的是为克服上述矛盾,减少对木材的使用,提供了一种秸秆和木材混合的人造板。
根据本发明的一个方面,提供一种人造板,包括表层和芯层,
所述表层包含:
占所述表层4~8重量%的胶粘剂;
占所述表层0~10重量%的助剂;和
余量的秸秆;以及
所述芯层包含:
占所述芯层3~7重量%的胶粘剂;
占所述芯层0~10重量%的助剂;和
余量的芯层混合料,
其中,所述芯层混合料包含秸秆和木材,并且所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
可选地,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径在4~15mm的范围内。
可选地,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,优选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。
可选地,所述秸秆由一种秸秆组成或由多种秸秆混合而成。
可选地,所述人造板的密度在690kg/m3以上。
可选地,所述人造板的密度为约690kg/m3。
可选地,所述胶粘剂为异氰酸酯胶。
根据本发明的另一方面,还提供一种人造板,由芯层、上表层和下表层构成,
所述上表层包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述上表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述上表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆;
所述芯层包含:秸秆与木材的混合料、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述芯层的重量百分比为3%~7%,所述助剂占所述芯层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆与木材的混合料;以及
所述下表层包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述下表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述下表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆,
其中,在所述秸秆与木材的混合料中,所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
可选地,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,优选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。
可选地,所述人造板的密度在690kg/m3以上。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果中的至少一个:
(1)采用农作物秸秆与木材混合制造人造板,有效地解决了我国木材资源短缺的问题;
(2)在芯层中采用不同筛网筛选出的木材刨花混合,能有效改善人造板的原料结构,从而提高人造板质量。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述,本发明的其它目的和优点将显而易见,并可帮助对本发明有全面的理解。
图1为人造板的结构示意图。
图中:31-表层,32-芯层,33-表层。
需要说明的是,附图并不一定按比例来绘制,而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一个实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另外定义,本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
在本文中,表述“人造板”是指将木材或非木材植物纤维原料加工成刨花(或碎料),施加胶粘剂(和/或其他添加剂),组坯成型并经热压而成的一类人造板。
表述“秸秆”可以指成熟农作物茎叶(穗)部分或部分禾本科植物的总称,例如,可以包括小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗、烟杆和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分,以及竹类或芦苇类的杆茎。
表述“刨花”是指木材或非木材原料经机械加工而成的具有一定形态和尺寸的片状、条状、针状、棒状和/或颗粒状碎料。
在本文中,除非另有说明,“A尺寸的木材刨花”一般指通过筛网孔径为A的筛网筛选出的木材刨花。
在本文中,除非另有说明,表格中列出的百分比一般表示重量百分比。
根据示例性实施例,提供一种人造板,如图1所示,所述人造板可以包括表层31、33和芯层32。
其中所述表层可以包含,占所述表层4~8重量%的胶粘剂,占所述表层0~10重量%的助剂和余量的秸秆;
所述芯层可以包含,占所述芯层3~7重量%的胶粘剂,占所述芯层0~10重量%的助剂和余量的芯层混合料。
所述助剂可以是防水剂、防霉剂、防腐剂、阻燃剂中的至少一种。
发明人研究发现,在板材的表层秸秆形态及其条件相同的情况下,随着芯层的刨花尺寸的变化(即,筛选芯层刨花的筛网孔径增加),板材的各项理化性能指标会产生如下变化:
(1)芯层刨花尺寸粗大时,在高温高压的条件下,芯层刨花难以被压缩,产生的反弹力也大,且刨花粗大不易被软化,故将表层秸秆纤维挤压的更薄、密度更高,故板材表面结合强度就增加;反之,芯层刨花细小时,芯层很容易被压缩,易被软化,芯层反弹力小,表结合强度低。所以,随着芯层刨花尺寸的增大,板材的表结合强度(SB)逐渐增加。
(2)随着表结合强度增加,板材的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和板面握钉力(SHC-V)也会随之增加。即,随着芯层刨花尺寸的增大,板材的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和板面握钉力(SHC-V)逐渐增加。
(3)当芯层刨花粗大时,粗大刨花不易被软化和密实化,板材的内结合强度降低。所以,随着芯层刨花尺寸的增大,板材的内结合强度(IB)逐渐降低。
(4)当芯层刨花偏细时,刨花本身的强度会减小,虽然较为密实,但螺钉的握持力也偏小;当刨花尺寸变大时,刨花本身的强度增加,在一定的密实度条件下,当螺钉拔出时螺纹牙对木材纤维造成剪切破坏,抗剪切力较大,握螺钉力较大;如果刨花的尺寸过大,芯层比较疏松,木螺纹线形成不充分,抗剪切力下降,握螺钉力减小。所以,随着芯层刨花尺寸的增大,板边握钉力(SHC-H)会先增加后降低。
(5)随着芯层刨花尺寸变大,芯层刨花变得比较稀疏,板材的吸水厚度膨胀率逐渐增加;同时,板材的吸水厚度膨胀率还与表结合强度有关,当表结合强度较低时,表层密度低,容易导致板材吸水膨胀;随着芯层刨花尺寸变大,表结合强度逐渐增加,会导致板材的吸水厚度膨胀率降低。所以,随着芯层刨花尺寸的增大,吸水厚度膨胀率(2h-TS)会先增加后降低。
在上述研究的基础上,发明人发现,如果使用通过单一筛网筛选出的刨花形成芯层,不容易实现“表结合强度”、“内结合强度”、“静曲强度”、“弹性模量”、“板面握钉力”、“板边握钉力”、“2h吸水厚度膨胀率”各个指标的全部优化。例如,当选择具有较大筛网孔径的筛网筛选出芯层刨花时,可能实现“表结合强度”、“静曲强度”、“弹性模量”、“板面握钉力”的优化,但是“内结合强度”、“板边握钉力”、“2h吸水厚度膨胀率”可能不满足要求;当选择具有较小筛网孔径的筛网筛选出芯层刨花时,可能实现“内结合强度”、“板边握钉力”、“2h吸水厚度膨胀率”的优化,但是“表结合强度”、“静曲强度”、“弹性模量”、“板面握钉力”可能不满足要求。
因此,发明人提出,使用至少两种筛网筛选出的刨花来形成芯层,以实现“表结合强度”、“内结合强度”、“静曲强度”、“弹性模量”、“板面握钉力”、“板边握钉力”、“2h吸水厚度膨胀率”各个指标的全部优化,使得各项理化性能均达到最佳状态。
根据本发明的示例性实施例,所述芯层混合料包含秸秆和木材,并且所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
可选地,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径在4~15mm的范围内。
例如,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,可选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。再例如,所述第一筛网孔径可以为4mm,所述第二筛网孔径可以为8mm。
根据示例性的实施例,所述秸秆可以由一种秸秆组成或由多种秸秆混合而成。
发明人对采用不同筛网筛选出的木材刨花形成芯层的方案进行了对比实验,如表1所示,方案1的芯层包括30重量%的木材刨花、30重量%的稻草、30重量%的棉杆和10重量%的油菜梗,并且,木材刨花为经5mm的筛网筛选出的木材刨花,即,方案1的芯层混合料包含多种秸秆和单一筛网筛选出的木材刨花;方案2的芯层包括40重量%的木材刨花、30重量%的稻草和30重量%的棉杆,并且,木材刨花为经4.5mm的筛网+5mm的筛网筛选出的木材刨花,即,方案2的芯层混合料包含多种秸秆和两种筛网筛选出的木材刨花;方案3的芯层包括50重量%的木材刨花、30重量%的稻草和20重量%的棉杆,并且,木材刨花为经4.5mm的筛网+5mm的筛网筛选出的木材刨花,即,方案3的芯层混合料包含多种秸秆和两种筛网筛选出的木材刨花;方案4的芯层包括60重量%的木材刨花、30重量%的稻草和10重量%的棉杆,并且,木材刨花为经4.5mm的筛网+5mm的筛网筛选出的木材刨花,即,方案4的芯层混合料包含多种秸秆和两种筛网筛选出的木材刨花。
在下面的实验中,除非另有说明,板材厚度均为约18mm,原料(包括表层原料和芯层原料)的含水量控制在9-11%。
表1采用不同尺寸的木材刨花形成芯层的方案
对于每个方案,可以压制至少两块板,然后根据刨花板国家标准GB/T4897-2015要求,以及依照GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法,发明人对根据方案1-4制造的人造板的各项理化性能进行了测试,测试的理化性能指标如表2所示。
表2根据方案1-4制造的人造板理化性能
其中,“SB”表示“表结合强度”,“IB”表示“内结合强度”,“MOR”表示“静曲强度”,“MOE”表示“弹性模量”,“SHC-V”表示“板面握钉力”,“SHC-H”表示“板边握钉力”,“2h-TS”表示“2h吸水厚度膨胀率”。
从实验数据可以看出,根据方案1制造的人造板,除MOR、MOE满足国家标准之外,其它检测指标均不满足国家标准。与方案1相对比,根据方案2、3、4制造的人造板的各项理化性能均超过国家标准。
通过以上对比实验可以发现,在芯层中采用不同筛网筛选出的木材刨花混合,可以显著提高人造板的各项理化性能指标。
根据以上结果的趋势,进一步降低板材的密度,找出板材理化性能达标时的最低密度,如表3所示。在表3的实验方案中,方案A和B主要是针对表1中的方案2,即“芯层包括40重量%的木材刨花、30重量%的稻草和30重量%的棉杆,并且,木材刨花为经4.5mm的筛网+5mm的筛网筛选出的木材刨花”的方案。
表3在采用不同尺寸的木材刨花形成芯层时继续降低密度的实验方案
对于每个方案,可以压制至少两块板,然后根据刨花板国家标准GB/T4897-2015要求,以及依照GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法,发明人对根据方案A、B制造的人造板的各项理化性能进行了测试,测试的理化性能指标如表4所示。
表4根据方案A、B制造的人造板理化性能
其中,“SB”表示“表结合强度”,“IB”表示“内结合强度”,“MOR”表示“静曲强度”,“MOE”表示“弹性模量”,“SHC-V”表示“板面握钉力”,“SHC-H”表示“板边握钉力”,“2h-TS”表示“2h吸水厚度膨胀率”。
对比方案A、B的结果,可以看出,随着密度的降低,板材的整体性能也随之降低,但都达到标准要求。密度在690kg/m3时,除握钉力勉强达标外,其它理化性能指标都超国家标准较多;密度在710kg/m3时,板材的各项理化性能指标都超国家标准较多。因此,在采用不同筛网筛选出的木材刨花形成芯层时,允许的密度为约690kg/m3,当板材的密度为约690kg/m3以上时,板材的各项理化性能指标都能满足国家标准。
根据示例性的实施例,所述胶粘剂可以为异氰酸酯胶,这样能使甲醛释放量为零,有利于环境。
根据示例性的实施例,提供一种人造板,可以由芯层、上表层和下表层构成。
示例性地,所述上表层可以包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述上表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述上表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆。
示例性地,所述芯层可以包含:秸秆与木材的混合料、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述芯层的重量百分比为3%~7%,所述助剂占所述芯层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆与木材的混合料。
附加地或可替代地,所述下表层可以包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述下表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述下表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆。
示例性地,在所述秸秆与木材的混合料中,所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
可选地,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,优选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。
优选地,所述人造板的密度在690kg/m3以上。
对于本发明的实施例,还需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种人造板,包括表层和芯层,其特征在于,
所述表层包含:
占所述表层4~8重量%的胶粘剂;
占所述表层0~10重量%的助剂;和
余量的秸秆;以及
所述芯层包含:
占所述芯层3~7重量%的胶粘剂;
占所述芯层0~10重量%的助剂;和
余量的芯层混合料,
其中,所述芯层混合料包含秸秆和木材,并且所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
2.根据权利要求1所述的人造板,其特征在于,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径在4~15mm的范围内。
3.根据权利要求2所述的人造板,其特征在于,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,优选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的人造板,其特征在于,所述秸秆由一种秸秆组成或由多种秸秆混合而成。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的人造板,其特征在于,所述人造板的密度在690kg/m3以上。
6.根据权利要求5所述的人造板,其特征在于,所述人造板的密度为约690kg/m3。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的人造板,其特征在于,所述胶粘剂为异氰酸酯胶。
8.一种人造板,由芯层、上表层和下表层构成,其特征在于,
所述上表层包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述上表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述上表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆;
所述芯层包含:秸秆与木材的混合料、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述芯层的重量百分比为3%~7%,所述助剂占所述芯层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆与木材的混合料;以及
所述下表层包含秸秆、胶粘剂和助剂,其中,所述胶粘剂占所述下表层的重量百分比为4%~8%,所述助剂占所述下表层的重量百分比为0%~10%,余量为所述秸秆,
其中,在所述秸秆与木材的混合料中,所述木材至少包含第一木材刨花和第二木材刨花,所述第一木材刨花通过具有第一筛网孔径的第一筛网筛选出,所述第二木材刨花通过具有第二筛网孔径的第二筛网筛选出,所述第一筛网孔径不同于所述第二筛网孔径。
9.根据权利要求8所述的人造板,其特征在于,所述第一筛网孔径和/或所述第二筛网孔径选自4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm和8mm组成的组,优选地,所述第一筛网孔径为4.5mm,所述第二筛网孔径为5mm。
10.根据权利要求8或9所述的人造板,其特征在于,所述人造板的密度在690kg/m3以上。
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