定向刨花板:优化刨花片

生产定向刨花板(OSBs)所选用的木料品质需要比生产其它类型的人造板选用的木材更高。新型原材料的使用为生产商开辟了一个成本优化的新领域。Radoslaw Mirski & Dorota Dziurka,波兰波兹南生命科学大学

作为一种新型的刨花板产品,定向刨花板(OSBs)必须使用具有足够长度的刨花片(strand)来打造,这样才能确保产品获得较好的定向效果。然而,生产这种类型的刨花片,前提条件是需要使用比打造其它类型的人造板制品所选用的木材原料更好品质的木料。木质原材料的有限获取和供给已经提升了这种材料的价格,继而在很大程度上迫使生产商使用其它更廉价以及在加工和处理过程中更令人头痛的原材料。

近年来,废弃木材(经回收后重新得到消费和生产的木材)的使用以及工厂每年的废弃物比率都得到了显著的增长。在欧洲地区,木材加工过程中所产生的各种工业废弃木材,例如锯末、木屑或木块已经成为了一种重要的刨花板生产原料。

鉴于此,旨在提高定向刨花板生产量的一种可行性的解决方案是使用各种新型的树种,例如美国枫香、日本雪松、日本花旗松;混合几种类型的木片或废材。 此外,研究还发现使用上等精致的木片作为定向刨花板的芯层成分不会导致板材的性能出现任何显著的退化迹象和趋势。

另外一种减少价格不菲的木材原料成分的方式便是通过降低板材密度来实现。密度是对木基材料的物理和力学性能显著产生影响力和作用的一种物理参数,因此板材密度的减少意味着这些性能随之得到降低。然而,当前行业生产的定向刨花板产品的特征主要体现为具有更好的性能,尤其是力学性能。

 

潜在的成本优化

当压缩率(板材密度和木材密度之间的比率)为1.3比1.5时, 刨花板的性能被认为是比较理想的。保持板材良好的力学性能,即将定向刨花板的平均密度控制在450千克/立方米的范围内要求生产过程发生重大的技术革新。

这里的关键是需要确定定向刨花板所需的最小平均密度,其目的是确认板材在制造流程中能够在不引入任何革新和变化的情况下仍然满足力学性能的要求,其解决方案是选择具有特定长度的刨花片。

为了确定松木的密度,分别从35款用于生产刨花木片的圆木试样上切削出3.5cm厚度的圆盘。圆盘的平均直径为12.33cm。每张圆盘上生产五款样品(一款来自于芯层,另外四款来自于外围层),用于确定木材在完全干燥状态下的密度。松木样品的平均密度为548千克/立方米。

该款定向刨花板是使用工业松木刨花片制成的。刨花片首先使用网眼规格为0.5 x 0.5 mm的滤网将细颗粒和粉尘筛选出来,然后在确定刨花片的散重(bulk weight)后再对其进行筛分析。在这种情况下,散重被定义为每单位体积内松散堆积以及非胶合的刨花片的重量。

最终得到的板材规格为15毫米厚的三层定向刨花板,板层之间的比率为1:2:1。用于外层和芯层的刨花片的水分含量分别为6.2%和5%,这些刨花片在其干重为百分之三的条件下使用聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI胶)进行粘合。在这种情况下,无需使用额外的试剂来改善板材的疏水性。

根据相关标准对板材进行测试。主要评估了以下的板材特性:刚性模量(MOR)和弹性模量(MOE)(EN 310 人造板:弯曲强度与弯曲弹性模量检测);内结合强度(IB)(碎料板和纤维板.与板平面垂直的拉伸强度的测定);煮沸试验(V100)后的内结合强度;以及24小时后厚度方向(TS)的溶胀率(基于PN-EN 317标准)。

OSBS的一个特征是其使用的刨花片的尺寸。通常情况下,刨花片的规格为75-120 毫米长,20-30毫米宽以及0.3-0.7毫米厚。这一用于生产刨花片的技术往往会导致最终的板材形状和线性尺寸的分布极其不均匀。因此,很难对用于该研究的刨花片进行描述,因为它们的尺寸和形状均匀性会显著影响其散重。散重间接表示了板材在压合过程可以实现的最小密度。

该研究中使用的刨花片的散重约为65千克/立方米。根据研究表明, 该刨花片仅包含了25%长度和厚度达标的刨花片以及10%具有标准宽度的刨花片。

 

细颗粒组分和力学性能

刨花片中所含有的细颗粒组分越高,其散重也越大,而板材在给定的密度条件下的力学性能也越差。基准水平的散重被假定为65千克/立方米,而刨花板是通过对板坯进行四到十次的压缩处理后被生产出来的。

当定向刨花板的密度为620千克/立方米时,其特征是具有非常高的内结合强度以及弹性模量。同时,定向刨花板测得的刚性模量与工业等级的板材相似,但其弹性模量则明显低于工业板材。

另外一方面,具有最高评估密度值的定向刨花板也在垂直于板平面的方向展现出相当高的拉伸强度(同时在煮沸试验开始前和结束后)。定向刨花板展现的超过标准70%之多的高耐煮沸性是特别令人惊叹的,因为这个指标要求似乎是定向刨花板制造商最难达到的。

随着定向刨花板密度的降低,板材在接受煮沸试验之前与之后的耐煮沸性差异也有所降低。正如预期的那样,密度的降低也伴随着板材厚度方向的溶胀率的减少。对照试样板材测得的高溶胀值是由于缺少疏水剂的原因所致。

通常情况下,密度为590-650千克/立方米的工业级定向刨花板具有可接受的肿胀水平,因此可以假定增加一款疏水剂后有望将检测值降低到令人满意的程度。出于这个原因,此参数的最小密度值尚未确定。

非常高的拟合系数是由于在计算中同时使用了密度的平均值以及力学评估参数的平均值。定向刨花板采用线性回归方程计算出来的最小平均密度介于401到423千克/立方米之间。

其中最令人惊讶的结果是,当板材的密度相对较低时(403千克/立方米),其内结合强度值能够满足标准要求。这一点是有可能实现的,因为高品质的刨花片会促进板材芯层形成强劲的粘合力,尽管选择的压应力水平较低。

 

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