木材深加工热压工艺

黄景锋 李攀腾

摘要：本文论述了多层压机纤维板的生产压制过程和分析纤维板剖面密度曲线，并根据多层纤维板使用情况和受限性，以改进多层纤维板剖面密度分布为目的，对热压工艺进行改进。分析多层压机纤维板生产压制过程的原理，提出改进热压工艺的思路，主要在热压工艺中的高压补偿阶段进行预设压制位置和多次高压补偿控制，在热量传递阶段增加压力和位置控制，并通过PLC运行控制，实现板坯在持续高压状态下形成高表面密度，热量传递阶段增设压力和位置控制方式，使压机从“闭合”到“张开”缓慢过渡，实现纤维板板芯密度均匀。从而达到提高多层压机纤维板板面密度和芯层密度的目的，提高了多层压机纤维板性能和使用效果。

关键词：多层压机 纤维板 热压工艺 剖面密度 内结合强度

纤维板因为有着良好的加工性能，在现代家具制造和室内装饰装修等领域中有着广泛的应用。而调查了解到：在家具制造方面，除了满足固定五金链接件外，如果其板面一般则只能用在贴三胺纸（或一般的贴面纸）后使用；但如果其板面质量好、光滑度足够（表面密度在950～1020），而且颜色均匀、细腻，它还可以往更高级方面领域使用，如喷亚光漆、烤漆、喷高光亮度漆等；如果板芯还具备良好的镂铣效果的话，还可以镂出不同图案，并通过喷漆、吸塑等工艺，用于不同功能的家具制造、文具盒、工艺品等方面。而了解纤维板生产的人都知道，热压工艺是纤维板生产过程中将纤维压制成板的一个过程，也是决定纤维板基本性能的最关键的过程。所以，研究和改进热压工艺对纤维板的生产有着重要的意义。

1 纤维板的压制过程

1. 1. 多层压机生产纤维板的压制过程（一个压制周期）

如图1所示，这是多层压机纤维板压制热压工艺曲线图，图中分两个部分，第一部分是压力和时间T的变化曲线（图1中上部分），第二部分是压机间距和时间T的变化曲线（图1中下部分）。在一个压制周期（压制过程）一般分为五个阶段，第一阶段（如图1中的①）

图1 多层压机纤维板压制热压工艺曲线图

是压机闭合阶段（T1），压机先快速闭合，压机层间距快速减小，当纤维板坯贴到压板时，压机闭合速度转慢，这时纤维板坯在高压力作用下开始慢慢收缩，并将板坯内空气排出，当达到一定的收缩度后压机又快速闭合，达到预定设置的压力P和位置S,压板同时对纤维板坯热量传递，对板坯加热；第二阶段（如图1中的②）是高压补偿阶段（T2），在此阶段，板坯在高压力和热传递的作用下自然收缩，使板坯上下面胶粘剂预固化，形成了一定的固化层（行业俗称硬层），当板坯收缩到达预设位置后，系统压力快速卸荷至设定压力，并在一定的压力下进入第三阶段；第三阶段（如图中的③）是热量传递干燥阶段（T3），此阶段中，利用PLC控制方式，在给压机设置一个压力范围对板坯进行压制，同时热量传递进行加热干燥；第四阶段（如图中的④）是固化和定型阶段（T4），在经过第三阶段的加热后，板坯已经有了足够受热程度，并通过在此段再对板坯添加压力，使板坯收缩到预设厚度并使之胶固化；第五阶段（如图中的⑤）是卸压张开阶段（T5），此阶段压力逐渐降低，使蒸汽排出，保证蒸汽逸出力小于板材的内结合强度，避免板材分层的情况，最后压机快速张开，完成板材压制过程。

1. 2. 多层压机生产纤维板的剖面密度曲线

图2 多层压机纤维板剖面密度曲线

经过对多层压机生产的纤维板进行剖面密度分析发现，其的剖面密度曲线如图2，多层压机生产的纤维板剖面密度如图2所示（以厚度为18mm为例）。从图2中可以看出，曲线呈“V”形，板材平均密度为734Kg/m³，最高密度为905Kg/m³，最低密度为613Kg/m³，最高密度是平均密度的1.23倍，而最低密度是平均密度的83%。

2 分析和改进思路

从用户对纤维板的加工、使用情况了解到：表面密度过低会导致贴纸、胶接不牢，容易脱落，喷漆效果不佳且用漆量大，导致成本增加，加工打孔固定件固定不牢等；板芯密度低也会使用户在镂铣时起毛、开孔固定件不牢。而表面结合强度取决于表面密度，内结合强度取决于板芯密度，所以，表面密度低而表面结合强度也随之低了，板芯密度低也导致内结合强度也随之低。而在图2中，我们可以了解到，图中曲线的表面密度和板芯最低密度点都过于低，这也是一般的多层压机纤维板共同存在的不足点。

所以，提高表面密度和板芯密度是改进多层纤维板品质的一个方向，而要提高表面密度和板芯密度，则要对压制过程中相应的阶段进行改进，也就是对热压工艺进行相应的改进，从而在生产成本不变的情况下达到预期效果。

而经验告诉我，在多层压机热压工艺中（如图1），第一阶段①和第二阶段②是形成表面密度的关键阶段；第三阶段③是形成芯层结构和板芯密度的关键阶段。而第一阶段是压机快速闭合阶段，它的闭合速度跟硬件有关，即跟液压系统有关。而我想谈论的观点是在不改变生产条件的前提下如何改进达到预期目标。

所以，我的改进思路是对第二阶段②和第三阶段③进行改进。

3 改进方案

3.1 对表面密度的改进方案

通过对热压工艺的分析和对经验的总结，并经过多次试验和总结，我最后采取了在第二阶段②高压补偿阶段进行工艺调整，通过PLC运行控制，进行预设压制位置和多次高压补偿控制，满足板坯在短时间里持续高压缩状态，并通过压板热传递使得板坯表层的温度急速升高并使胶黏剂预固化，使板坯表层形成高密固化层，而固化层厚度可以通过时间T2控制。T2时间越长，固化层厚度越厚，反之就越薄。如图3所示。

图3 改进热压工艺压力位置曲线图

3.2 对板芯密度的改进方案

在多层压机老的热压工艺中，热压压力从高压到低压过渡较快，压制位置也随之过渡快，即压制位置的“闭合”转入“张开”过渡明显，导致板材剖面密度分布呈现“V”型结构，如图2。了解了以上原理，要改变板芯密度则需要对压制过程中压制位置的严格控制，即控制压机从“闭合”到“张开”间转换的快慢。

所以，改进的方案是通过改进程序和PLC运行控制，第三阶段中增设压力和位置控制点，在PLC运行时进行控制压机压制位置，满足压机“闭合”到“张开”的压制位置缓慢过渡，压力和位置曲线如图3所示。从而有效控制板芯密度结构，提高板芯密度。

2.3 改进后的剖面密度曲线

图4 多层压机改进工艺后的纤维板剖面密度曲线图

经过对多层压机热压工艺改进后得出的剖面密度如图4所示，从图4中可以看出，此曲线呈“U”型，板材平均密度为730Kg/m³，表层最高密度为950Kg/m³，板芯最低密度为666Kg/m³，板材芯层密度分布均匀，没有像“V”型最低点的情况。最高密度是平均密度的1.30倍，而最低密度是平均密度的91%。

4 热压工艺改进前、后生产的纤维板性能对比

4.1 剖面密度曲线对比

图2和图4所示是多层压机生产的纤维板剖面密度曲线图。除了了热压工艺中第二阶段和第三阶段有所不同外，其余的生产条件不变，其纤维板的平均密度分别是734kg/m³和730kg/m³，平均密度基本相同。在平均密度基本相同的情况下，经过热压工艺改进，表面最高密度可由905kg/m³提高到950kg/m³，提高了45kg/m³；芯层最低密度由613kg/m³提高到666kg/m³，提高了53kg/m³，最低密度与平均密度的比值由83%提高到91%，提高8个百分点，达到了改进的预期效果。

4.2 力学性能对比

前面已经提到，表面结合强度取决于表面密度，内结合强度取决于板芯密度，表面密度越高，表面结合强度也越高，板芯密度越高，内结合强度也越高。在实际生产中也证实，在平均密度基本相同，改进热压工艺后的产品其表面结合强度和内结合强度有着明显提高，其他的物理力学性能基本相同。如表1所示。

表1 改进前、后纤维板性能对比（以18MM为例）

	原热压工艺		改进热压工艺
平均密度（kg/m3）	734	725	730	728
表层最高密度（kg/m3）	904	895	950	962
芯层最低密度（kg/m3）	613	605	666	670
表结合强度（MPa）	1.09	0.99	1.25	1.32
内结合强度（MPa）	0.68	0.65	0.73	0.78
静曲强度（MPa）	2807	2745	3091	3152

5 结论

对多层压机生产纤维板的热压工艺进行改进后，使其在高压补偿阶段进行多次高压补偿形成较高的表面密度、在干燥传热阶段增加位置和压力控制，使压机在“闭合”到“张开”的过程中进行“压制位置”缓慢动作，使纤维板的板芯密度得以均匀分布，没有出现明显的最低密度点。在提高表面结合强度和内结合强度的同时，也克服了用户在贴纸、胶接不牢容易脱落，喷漆效果不佳且用漆量增大成本增加、打孔固定件固定不牢、镂铣时起毛的缺陷。经过对多层压机热压工艺改进后生产纤维板不仅克服了用户的一些缺陷，产品品质也得以提升，产品在市场的竞争力也得以提高。

6 参考文献

1 徐凤兰主编.中高密度纤维板制造与应用{M}.长春：吉林科学技术出版社，2002

2 周美香.多层压机热压工艺的改进探讨{J}.林产工业，2011,38(3):29～31.

3 王凤鸣.中密度纤维板断面密度分布的控制{J}.林产工业，1996(4):27～32

4 张扬，于志明，于赫.纤维板断面密度分布热压形成过程的研究{J}.北京林业大学学报，2009,31(3):129～134.

5 张扬，于志明.工艺参数对中密度纤维板断面密度分布的影响{J}.北京林业大学学报，2009,31(4):118～122.