提高刨花板压机生产能力的探究

1、1绪论11研究背景11.1.1我国人造板工业现状1l1.2我国人造板工业而临的问题41.2研究目的、意义和内容71.2.1目的与意义71.2.2 内容71.3国内外研究综述8131试验研究81.3.2工程应用131.3.4儿种方法的优缺点比较151.4研究创新点151.5研究基木思路152 方案设计与可行性分析172方案设计172.1.1影响刨花板热压周期的因素172.1.2缩短热压周期的方法192.1.3拟采用的加热方案202.4与创花板传统生产工艺的比较212.2可行性分析222.2.1刨花加热用热來源与供热222.2.2创花加热222.2.3影响分析与解决扌音施233 余热利用与换热装置

2、的设计及计算253.1方案设计253.2换热装置设计及计算253.2.1预热所需热介质情况计算253.2.2热交换器面积计算283.2.3可使创花提扁的温度计算294. 创花预热工艺对热压影响的分析与预测314对不同厚度板坯热压周期的影响314.2可提高压机生产能力计算314.3可减少压机热能消耗计算324.4产生的经济效益计算355. 结论与建议415.1结论415.2存在问题及建议41参考文献43致谢45附录461緒论1.1研究背景1丄1我国人造板工业现状人造板是以木材或者其他植物纤维为原料，通过专门的工艺过程加工、施加胶黏剂或 者不加胶黏剂，在一定条件下压制而成的板材或型材。建国55年来

3、，尤英是进入20世纪 90年代以來，我国人造板工业取得了长足的发展。在满足国家经济建设和环境保护的需要、 实现我国木材和木材制品生产从主要依靠天然林到主要依靠人工林的重大转折、促进木材 资源的高效利用等方面都发挥了重要作用。进入新世纪以来，由于国家经济和社会发展需求、政府资源综合利用政策和企业家卓 越努力，以综合利用林区“三剩”物、人工林木材和次小薪材为原料的人造板制造业得到 了超常规的快速发展。“十五”期间，人造板生产规模年均增长22%,累计产量达到21004. 30万ra是“九五”时期的2.8倍巴 图1-1为2000-2004年我国主要人造板的总产量。图1-1 2000 2004年我国人造

4、板产量至2005年底，我国共有人造板生产企业6000多家，生产规模6000多万m3,成为世 界人造板生产笫一大国。人造板生产的快速增长，推动了我国木材制品出口贸易的高速发 展，2004年我国木制品岀口总额达58. 14亿美元，折合原木材积1958m31o随着我国经济 建设和住房改革的快速发展、西部大开发的进展以及2008年北京奥运会和2010年上海世 博会的召开，我国对人造板的需求将不断增加，可以说我国已经成为无可争议人造板生产 和消费大国。作为人造板三大主体产品z的刨花板，无论在企业数量、生产产量、产品质量以及 市场容量等方面，都取得了令人瞩目的进步，我国已经成为一个创花板生产和消费的大国。

5、 刨花板很早就在世界以及我国发展起來，刨花板幅面大、尺寸稳定性好、吸水率较低、表 面细致平滑、静曲强度和平面抗拉强度较高，并h具有良好的机械加工和表面装饰性能， 因而广泛应用于建筑结构、包装箱、家具壁板、构件等。随着刨花板生产工艺技术的改进 与捉高，使得刨花板具冇独特的优良性能，所以英自问世以来得到迅速发展，现己遍及世 界各大洲，并一直具有很好的市场。我国刨花板生产起始于建国初期，直到引进德国年产3万n?成套刨花板技术后得到迅 速发展，生产技术日趋完善，产品质量不断提高；品种日益增多，用途不断扩大。与此同 时，生产规模也逐渐增大，经济效益逐渐提高。通过对引进国外先进技术和设备的消化吸 收，已经

6、成为一个产业。到1994年，我国刨花板年产量已达到169万na这几乎是1980 年年产量（7.8万n?）的21倍。进入21世纪以后，随着我国消费市场的升温以及创花板 的用途逐步被市场接受，我国的刨花板产量逐年上升（见图1-2） o 2004年，我国刨花板生 产量达到创记录的643万m3o 2005年我国刨花板产量为576万m3,比2004年有所降低, 但仍比1999年增长了 13. 9%o 2_3120220022119981996 年1994 一 9921990图1-2 1990-2005年我国创花板产量但为了满足国内市场需求，我国每年还要从国外进口大量的创花板（见图1-3） o 2005年

7、我国进口刨花板63.40万ra比2004年略有降低;而同期岀口刨花板仅为9. 50万代。 创花板进出口量的差距说明我国创花板消费市场需求吒盛。图1-3 1994-2005年我国刨花板进出口量目前，刨花板生产线的建设正朝着大规模、高质量、高档次、大幅面及产品厚度范围 大、适应性广的方向发展。我国的创花板生产线和生产金业组成比较复杂，既有大型的现 代化生产线，也存在着大量手工作坊式的工厂；既有从国外全线引进、代表世界先进水平 的连续平压生产线，也冇大量的半机械化、半自动化的生产线存在。复杂的生产状况使得 我国创花板生产能力一直没有较权威的统计资料，各种机构的统计数据也不尽相同，但比 较一致的看法是

8、：我国现冇刨花板生产企业600多家，生产线超过800条，我国的刨花板 生产已经达到相当的规模总量。在我国的刨花板生产线屮，有相当一部分是作坊式的小 型生产线，其产品质量不高，环保性能不合格，据不完全统计，截止到2006年，我国已 投产规模以上的刨花板生产线冇93条，生产能力为375. 4万n?（见表1-1）。表1-1 我国刨花板生产能力发展概况护2031锄2001-2005年已建与在建拟建2006年在建投产投产合计量与丄亠込生产护护线护亠“护丄亠込生产生熾覚护线二生产线二能力/万卅万卅万卅万h万z57200.43617518221111596.47 119虽然国内刨屁板的生产能力正在逐年增加，

9、但是与世界相比较而言，刨花板的发展就 没有纤维板的发展快（见表1-2、表1-3） 0我们可以看出我国纤维板的生产己经领先与 世界，但是刨花板的生产与世界工业强国相比述是冇一定的差距。表1-2 世界mdf生产能力地区，国家产能/万m32002 年2003 年2004 年2005 年中国1 038.01 383.01 s80.02 231.0欧洲1 196.11 306.31 413.11 456.1北美洲497.6497.6497.6556.9东南亚2s6.2295.0312.0319.1南美洲292.5310.5310.5310.5东北亚178.8188.2188.2208.2大洋洲168.5

10、171.0180.5180.5其他地区49.075.075.083.0总计3 706.74 226.64 856.95 314.3表-3世界创花板生产能力地区/国家产能万m32002 年2003 年2004 年2005 年欧盟3 215.43 112.43 177.13 177.4欧洲其他地区1 070.51 091.51 128.51 170.0美国931.3852.2852.2852.2东南亚564. 9564.9696.3765.7中国579. 1579. 1642.9762.9南美洲467. 9477.9510.9562.9加拿大402.3402.3402.3402.3东北亚263.4

11、258.4258.4258.4亚洲其他地区226. 1226. 1234.0237.4大洋洲118. 1118. 1124. 8124. 8非洲122.7122.7122.7122.7墨西哥s5.785.785.785.7总计8 047.47 s91.3s 236.18 522.41.1.2我国人造板工业面临的问题总体上看，我国木材类产品供需矛盾尖锐，行业整体索质不高、金业规模偏小、产品质 量和效益较差、宏观调控薄弱等问题十分突出。特别是一些地方家庭作坊式木材加工企业 遍地开花，盲冃无序发展，造成加工能力与当地可供木材原料资源严重失衡,诱发了森林资 源的超限额采伐，其至滥砍滥伐。现将我国人造板

12、工业面临的问题总结如下叫(1) 木材消耗结构不合理，综合利用率低。人造板工业消耗天然林多、人工林少;消耗 原木产品多、综合利用产品少。以人工林、林区剩余物为原料的人造板占木材原料消耗结 构的比率不足40%，而以大径级天然林资源为主要原料的木材加工产品占60%以上。同时, 我国木材综合利用率仅有40%，而国外林产工业发达国家一般达到了80%以上。按现有生产 规模和加工能力推算，木材综合利用率每提高一个百分点,相当于增加木材供给40万n?。(2) 人造板企业数量多、规模小。我国人造板企业平均规模较小,个别地区一个县胶合 板企业达千家，很多都是家庭作坊式的小厂，生产规模平均仅有几百立方米,不仅产品多

13、数 不合格，而11环境污染较严重。(3) 竞争无序，假冒伪劣产品充斥市场。从整体而言,大部分企业产品质量仍处在较低 水平，大量不合格产品充斥市场，影响了优质产品的销售，甚至严重危害人民生命健康。(4) 企业技术装备和管理水平低，技术开发慢。由于企业技术装备水平低，致使企业原 材料及能源消耗量大，造成资源浪费，同时导致产品质量较差。(5) 国外企业在国内办厂，国内企业的优势荡然无存，再加上中国加入世贸组织之后 产生的贸易壁樂导致了国内产品缺乏国际竞争能力。(6) 人造板产量结构极不合理。近年来我国近年来刨花板的发展速度远低于中密度纤 维板，刨花板的产量和产能都不足中密度纤维板的1/2(见图1-4

14、) o屮欧中密度纤维刨花图1-4我国和欧洲中密度纤维板与创花板生产能力比较我国刨花板发展的低迷，除了刨花板工业进入门槛低、规模小、管理差、劣质产品鱼 口混珠扰乱市场的因素外，还与我国刨花板成套设备水平不高、规模偏小有关。产能规模 越小，单位产品综合能耗越高。单线产能规模小是我国人造板工业最突出的问题之一。以 屮密度纤维板为例，2000年前的全部国产设备平均单线设计产能不足3万nr7a,至今国产成 套设备平均单线设计产能仅在4万nf7a左右。刨花板单线产能更低，据不完全统计，我国 的刨花板生产线超过600条(也冇人声称总数超过800条),但2005年我国刨花板总产能仅 1100万n?左右(含进口

15、设备生产线)，平均单线产能不足2万m7a8o这也是我国刨花板工业效益低下、产品质量混杂的一个重要原因。p4图1-5 世界刨花板牛产线平均单线产能比较制约刨花板生产能力发展的主要因素有：一、大型刨花板生产线投资大。创花板生产发展的滞后，直接导致创花板生产线设备 开发和研究的落后。目前，国内机械制造业还没冇掌握大规模刨花板生产所需要的刨片技 术、刨花干燥技术、精确施胶技术、新型的机械式铺装技术、连续式热压技术以及高度自 动化的生产控制技术等。年产8m3以上的刨花板生产线的主要设备还需要进口，导致新 建刨花板生产线投资成本的上升。以新建一条年产8万10万n?规模的生产企业为例，刨 花板生产企业的总投

16、资需要15亿2.0亿人民币，而采用国产设备的中密度纤维板生产 企业仅需要0.8亿1.0亿元。基建投资的增加，必然导致经济效益的下降，使得许多 投资者望而却步。二、能源问题。据文献报道，我国单位产值的综合能耗是世界平均水平的4.8倍何。 就我国的人造板产品而言，其能耗同样也高于世界同行业的平均水平值圈。众所周知， 在人造板生产中，创花板的能耗量是比较高的。据统计剥刨花板生产线中平均消耗总热 量为240千克标准煤/na实际最大用热量为900 t克标准煤/代，其中热压所需的最大用 热量约为77千克标准煤/卅。按照这样的平均能耗水平估算，一个年产10万nf的刨花板厂, 年耗煤大约3万t,热能消耗成本约

17、占生产成本的15%0能源价格上涨以后，能源成本所 占比例逐步增加。基建投资的增加，能源成木的增加必然导致经济效益的卜降，使得许多投资者望而却少。1.2研究目的、意义和内容1.2.1目的与意义我国“十一五”经济社会发展规划纲要为实现“资源利用效率显著提高”的发展n标, 提出了单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右的要求。人造板工业是一 个资源依赖型工业，为实现“十一五”吋期国家经济社会发展目标，有效地降低人造板生 产能源消耗是我国人造板工业的重要课题。节能降耗也是国内外人造板工业孜孜以求的目 标，61960年到2000年间，欧洲生产1代人造板所耗用的可再生能源、石化类能源和电能 都

18、在持续下降，石化类能源下降到不足原来的1/3,电能约为原来的1/3。由美国能源部、 林产品工业和科研机构在10年前发起的“2020议程” (agenda2020)旨在提高工业生产力、 减少能耗、降低对环境的影响。其确定的长期研究规划和关键优先技术领域中，首要问题 就是降低能耗，通过技术创新，到2020年使能耗减少50%0 11,1面对世界经济全球化，人造板工业也存在着如何应对国际市场的竞争，作为国民经济 发展小支柱产业的木材工业是一资源依赖型的工业，是资源和能源消耗的大户。企业在管 理和技术措施上稍有不慎，就会给企业带來巨大的经济损失，同时也会造成能源的极大浪 费，因此，能源的节约既关系到企业

19、的发展，也关系到国家资源的有效利用。以节约能源 求效益，以降低能耗求发展的节能降耗已成为木材工业探讨的重要课题在刨花板的产量不断增加的情况下，开发新产品、增加产品品种、提高产品质量、降 低成本将是今后企业发展的主攻方向。因此，在保证产品质量的前提下，通过节能降耗、 降低成本來提高产品竞争力这一有效措施，已得到企业的重视。在生产或工艺设计中有意 识的进行节能设计是降低产品成木，提高经济效益的有效途径，也是响应国家节能降耗的 号召。本课题在尽量不改变现有刨花板生产工艺以及设备的条件下的探究通过预热刨花来 提高压机生产能力的方法，以求达到节能降耗的效果。该研究不仅为创花板生产工艺方法 的进一步研究提

20、供了思路，而且提岀了热能再利用的方法，为能源再利用拓宽了思路。122内容首先对刨花板生产工艺进行研究，尤其是热压工序的影响因素，找出影响热压时间的 几个主要因素说明预热干创花对板坯内部水分、温度分布规律的影响，从理论上论述预热 干刨花应用到生产来缩短热压周期、捉高产能的方法的可行性。设计余热利用方案，计算 热交换过程中所需热介质情况以及热交换器的面积。计算生产不同厚度的创花板在预热达 到不同的温度后分别能缩短的热压时间，从而得岀能够节约的能源及所带來的经济效益。1.3国内外研究综述热压时间取决与板坯芯层的升温速度及胶黏剂的固化速度。传统的热压方法靠热压板(或垫板)向板坯的接触传热，芯层升温慢，

21、尤其是生产厚板的情况下，单纯依靠提高热 压温度来缩短热压时间是很有限的，而容易引起板坯表层胶的过早固化，影响产品质量， 因此研究提高热压效率的方法就自着重要意义，缩短热压周期、寻找最佳热压工艺 条件也成为大家深入探讨的课题。目前，关于刨花板热压工艺的研究主要有 以下几种:131试验研究喷蒸热压klauditz, w (1959)以当刨花板坏达到所定厚度时喷射过热水蒸汽来制板的方法在 德国取得了专利。专利中详细说明了把由于水蒸汽的喷射而升高了的板坯含水率降低到适 当含水率所必需的干燥时间。用100°c以下固化的热固性酚醛树脂胶粘剂，采用此法制造 出了比重低于0. 35的刨花板。问okh

22、ot-skii, y.v和thoman, b. (1973)在法国取得了不用胶粘剂通过向板坯内喷射 过热水蒸汽来制造刨花板的专利。此方法是在长时间(510min)喷射蒸汽后继续进行热 压。他们对在蒸汽压力7、8kgf/cm2,热压时间1、2> 3min的条件下制造出来的刨花板进 行了比较:蒸汽压力较低的其抗弯强度较高，热压吋间为2min时其材质为最好，并指出向 板坯内喷射的水蒸汽的冷凝是抗弯强度和剥离强度降低的原因。问shen, k. c. (1973)提出了在侧面封闭的状态下把板坏加压到所定厚度后喷射饱和水 蒸汽的方法。他用酚醛树脂胶粘剂、向板坯喷射压力21kgf/cm2(22rc)水

23、蒸汽、热压时间 lmin,制造出了密度0. 76g/cm厚25mm的刨花板。1974年alcnius, n.r.提出了在热压 中的封闭了的板坯内喷射气体或液体的装置。丽geimer, r. l. (1983)提出了不封闭侧面对板坯喷射饱和水蒸汽来缩短热压吋间的方 法，并进行了制板实验。他采用此法用lmin30s的热压时间制造出了密度064g/cn?、厚 13mm的酚醛树脂刨花板。他述以白杨为原料，用聚氨基甲酸脂树脂胶粘剂制造出了密度提高刨花板压机生产能力的探究0.480. 80g/cm3厚12. 550. 8mm的刨花板，并进行了材质调查。冋佐佐木光等(1988)进行了一系列用蒸汽喷射式半连续

24、压机制造低密度厚创花板的实 验)。他们使用这种压机，用热压周期90s、喷蒸吋间815s制造出了厚60100mm的低 密度(最小0.4)刨屁板，并发现在距长1200mm的压机的两端300nmi处，不进行水蒸汽的直 射可以改善刨花板长度方向的剥离强度和刨花板的厚度变动。另外还探讨了使用连续式蒸 汽喷射热压机时的板坯内的温度分布及其随时间的变化。问史强(1991)介绍了蒸汽注入式热压技术原理：蒸汽注入式热压是在热压机的压板扳 面上开许多个一定规格按一定密度分布的小孔，热压中，压力蒸汽被送入压板，曲板面小 孔注入扳坯，对板坯直接加热。他还分别介绍了开式和自闭式蒸汽注入式热压技术研究概 况，最后得出结论

25、：蒸汽注入式热压技术处于发展完善之中。从结构形式来讲，开式的对 缩短热压时间很冇效.但不能捉高板子的稳定性，冇蒸汽损失，对胶种要求冇局限性；自 闭式优点多一些，对缩短热压时问，提高稳定性很有作用。同hata等人(1993)通过实验得出，在传统热压的情况下，要使成板厚为20nmi和40nmi的 板坯芯层升温到100°c各需3分钟和11分钟;而应用喷燕热压在可比条件下，板坯芯层几 乎在瞬间便升温到100°co正因如此，这一新技术可望显著降低热压时间。呵李凯夫(1994)翻译了年日本的木材工业一文，介绍了喷蒸热压法原理和研究，展 示了此技术现状与前景。喷蒸热压法是将高温水蒸汽靠外

26、部压力射入板坯内部，板坯整体 均一而迅速加热，可在短时间内制板，曲于作为移动水蒸汽的空隙在板坯内大量存在，所 以此技术较为适用，特别适合制造厚板。阴冈本广志等(1994)进行了蒸汽喷射热压法对刨花板性能改善的实验。即制造各种蒸 汽处理条件下的刨花板，然后调查高压蒸汽对板的力学性能、尺寸稳定性的影响。结果发 现蒸汽压力越高、喷蒸时间越长，板的尺寸稳定性就越好，但其力学性能就越低；反z, 力学性能就越高、尺寸稳定性就越差。蒸汽喷射热压法制造刨花板的最佳条件是;蒸汽压 力6kgf/cm2时，喷蒸时间6090s;蒸汽压力5kgf/cm2吋，喷蒸吋间90180s。在这样的 条件下能够制造出力学性能好、尺

27、寸稳定性极高的中密度纤维板。网孙光瑞(1995)做了在刨花板热压过程屮表而增湿处理的试验，发现采用板坯表而增 湿热压工艺，可以缩短刨花板的热压周期，提高生产率，热压周期可以缩短2-3分钟；板 坯表面壇湿可以提高板的表面质量，在一定程度上改善了刨花板的物理、力学性能，特别 是减小刨花板的厚度偏差，而不会改变刨花板的平衡含水率；板坯增湿较好范围为 0. 10-0. 20g/cm2,增湿层厚度比以1/5-1/10,热压温度以200左右为宜。测王洁瑛，刘正添(1995)研究了刨花板喷烝热压的参数、热压基本规律及成板性能。第9页共50页其中热压参数有板坯渗透性、蒸汽、喷气板、喷气量；热压基本规律冇温度、

28、压力、气压、 含水率；成板在密度梯度、尺寸稳定性、内结合强度上都有了一定的提高。他们还列举了 geimer曾作过的工业化试验。最终得到结论喷烝热压技术要广泛应用于工业，以生产性能 负荷要求的成木，还存在着一些理论和实践上的休i难，如设计合理的喷气装置，确定蒸汽 的最佳参数，喷气工艺等，但geimer等人的时间已充分证明，这一技术的工业化是完全 可行的。捉高热压效率，降低能源消耗，生产高尺寸稳定性的刨花板（或纤维板），喷蒸 热压必将发挥其应有的作用。创徐咏兰、周梅剑、华毓坤（1997）指出刨花板热压加热方式目前国内外广泛使用热压 板接触加热，国外也有部分使用高频一热压板联合加热;此外，欧美一些国

29、家研究开发且 已投入工业化主产的有蒸汽注入板坯一热压板加热，简称喷蒸热压法。他们为改进上述各 种加热方法，采用喷蒸一真空热压法制备刨花板工艺进行初步试验。得出结论为（1）喷蒸 热压使板坯中心温度快速提高，有利于板坯中胶料充分固化，因而板的ib、ts、尺寸稳定 性及游离醛释放量等指标优于普通热压的制品。（2）喷蒸热压由于加速板坯中心温度的提 高，所以大大缩短热压周期，提高生产率，降低能耗。（3）在木次试验条件下，喷蒸热压 最优工艺为:热压温度165°c,热压时间los/nmi，喷蒸时间16s,真空处理时间12s,压 制的刨花板可达a类二级品要求。（4）采用喷蒸热压工艺，真空处理是必不可

30、少的。曲王洁瑛、刘止添、崔文彬（1997）研究以杂种毛白杨无性系（popul us tomcntosawo 4年生幼龄格为原料，应用喷蒸坟和传统热压两种方法來生产杨木刨花板.刨花板内施胶 量为10 %的腺醛树脂胶（uf） , 口标厚度分别取10 , 15 , 20 , 25mm ,热压温度固定在 180 °c.喷蒸热压时所用饱和蒸汽的压力为013015mpa ,毎种厚度下喷时间一定，取两 个压时间;传统热压时每种厚度下各取4个热压时间.然后测定刨花板试件的力学强度和 物理性能、吸水厚度膨胀率、吸水率、密度、含水率及力学性能，重点探索喷蒸热压对杨 木刨花板热压法生产的刨花板的静曲强度和

31、内结合强度及尺寸稳定性的影响.结论为:相 对于传统热压法，喷蒸热压可以明显缩短杨木刨花板生产所需的热压时间，而且使刨花板 具有优异的内结合强度;但是，它对饱花板的静曲强度并没有显著影响；在保证刨花板的 强度，缩短热压时间的条件下，改善了杨木刨花板的尺寸稳定性。画徐咏兰、周梅剑、华毓坤（1998）喷蒸热压与常规热压创花板的试验和所得制品断面 密度分布的差别，以及喷蒸热压不同密度刨花板断面密度分布的差别，并通过分析刨花板 断面密度分布与物理力学性能之间的关系，验证了喷蒸热压工艺的优点。得出结论：1） 喷蒸热压与常规热压刨花板，在同样的公称密度下，两者的断面密度分布是不同的，前者 明显比较均匀，但其

32、芯层密度高于后者，因i佃前者的内部结合强度、侧而握钉力均高丁后 第10页共50页者。2）喷蒸和热压板联合加热方式适合不同厚度刨花板的制造，对厚板制造更显出优越 性一热压周期短，甜质均匀。3）在喷蒸热压工艺下，刨花板公称密度不同，断面密度分 布不同，板的性能也不同，因此，可通过调节刨花板的密度和密度分布，获得所需性能的 刨花板。创徐长妍、华毓坤、练友胜（1999）采用喷蒸真空热压工艺，观测不同聚合度的水溶性 pf树脂胶在杨木大片刨花板中的分布及其对板性能的影响，为确定合理的喷蒸热压工艺参 数提供依据。得出结论为：1）用荧光反射显微技术观察水溶性pf树脂胶在创花中的渗透 情况是可行的。经365側紫

33、外光照射后，刨花组合体中的木材组织呈黄色，pf胶呈棕褐 色，因而可清晰区分开来。2）采用合适喷蒸真空热压技术压制水溶性pf树脂胶大片创花 板，可有效地缩短热压时间。3）采用喷蒸真空热压技术压板时，喷蒸引入的水分对水溶 性pf树脂胶具冇稀释作用，会增加胶的流动及对木材的渗透，不利于水分的排除。4）喷 蒸真空热压杨木创花板时，有必耍采用聚合度比传统热压工艺耍大的pf胶。5）喷蒸时机、 喷蒸时间和喷蒸保持时间是重要的热压参数，其取值会影响pf胶在刨花板中的分布及板 的内结合强度。泗杜官本、杨忠、黄伟（2000）研究通过对中纤板和刨花板板坯表面增湿处理试验，即 在成型线上向板坯的上下表而定量喷洒冷水，

34、使表层含水率高于芯层，产生“蒸汽冲击” 效应，以此获得与蒸汽注入热压相似的效果，旨在探索板坯表面增湿处理对中纤板性能 的影响趋势，在结果分析的基础上，发现存在问题并提出改进方案。板坯增湿处理可使板 材密度明显增加，毛板厚度减小约3%,但厚度偏差平均减少40%以上;静曲强度平均增加 28. 8%,最高可达46.5%,弹性模量平均增加25. 9%,最高可达31.6%,内结合强度的增加 幅度较小;增湿处理过的板材预固化层可减少30%左右，同时板而更加光滑帑实，冇利 于提高砂光质量。理论上分析，增湿处理可缩短热压周期，但受实际条件限制，尚未 进行相关试验。因此，增湿处理后热压工艺的调整、处理工艺条件的

35、确定，如增湿量大 小、原材料的影响、板坯厚度的影响以及各种因素的交互作用等还有待进一步明确。一旦 在生产线上实施增湿，还需将控制部分与主线融合，以确保增湿过程与生产同步。提高 增湿的均匀性、解决增湿过程屮容易发生的粘运输带等问题也冇待于进一步深入研究。泅冯长富、王守祥（2001）介绍了人造板喷蒸试验压机，指出喷蒸热压工艺是：在压机 闭合后，具有一定压力的饱和蒸汽从上下两面（也可单面）注入板坯内，使板坯中心温度 快速提高，板坯屮表芯层胶黏剂基木达到同时固化，这不仅使所得制品质量均好，而且大 大缩短热压时间，提高生产率。人造板生产采用喷蒸热压工艺的优点是：生产的人造板如 屮密度纤维板、刨花板等产品

36、，剖而密度分布均匀、内部结合强度和侧而握钉力较高；喷第11页共50页蒸热压时间较常规接触加热时间缩短了因此比同样规模产量的设备投资少、能耗低，可降 低产品的生产成本；制品板面的预固化层薄，砂削量小；常规胶黏剂均适用于喷蒸热压工 艺。特别是使用甲醛类树脂时，出于此工艺可使胶黏剂固化完全、且喷蒸压机又具有真空 抽吸系统，因而制品的游离醛释放量明显降低徐长妍(2001)围绕酚醛树脂胶杨木大片刨花板的喷蒸一真空热压技术，利用by602 e4 型试验压机，分析研究了，喷蒸一真空热压过程屮杨木大片刨花板坯内部的温度场，水溶 性a阶酚醛树脂胶在杨木大片刨花表面的流动、分布及其向木材超微结构内的渗透规律， 以

37、及喷蒸一真空热压工艺。结果表明，采用实验室by602 e4型非封闭喷蒸一真空试验压 机压制水溶性a阶酚醛树脂胶杨木大片刨屁板，可得到性能良好的刨花板产品；喷蒸吋机 的合理的选择、饱和蒸汽压的设定、喷蒸时间、蒸汽保持时间和抽真空时间及喷蒸一抽真 空的合理安排，不仅可以有效缩短刨花板的热压时间，大幅度捉高生产率，并将刨花板的 热压时间缩短到传统热压时间的30%左右；喷蒸一真空热压创花板的尺寸稳定性得到明显 改善，在不增加施胶量的前提下，板的内结合强度也得到改善，但板的抗弯性能比传统热 压刨屁板低；喷蒸一真空热压刨花板屮的有害气体(如游离甲醛)的含量明显降低;喷蒸一 真空热压刨花板的断面密度分布比传

38、统热压刨花板均匀，这在环境保护方面具有重大意义; 实验所得回归方程的预测偏差小，可用于预测刨花板的性能。国刘恩永(2002)指出当压机闭合且板坯被压缩后，通过压板上的蒸汽喷射孔向板坯内 喷射具冇一定温度和压力的水蒸汽，水蒸汽从板坯表面冲向芯层，对纤维和刨花加热，使 板坯整体温度迅速提高，促使胶粘剂快速固化，以提高热压机的生产效率.采用喷蒸喷射 技术，可以单面喷射蒸汽，也可以双面喷射蒸汽，但双面同时喷射蒸汽的效果更好.蒸汽 压力根据胶种确定，目前，生产屮多采用脉醛树脂胶，蒸汽压力通常为0. o. 6mpa,相应 的温度为140°c左右严幻徐长妍，华毓坤(2002)采用南京林业大学饱和蒸

39、汽喷蒸试验压机，压制水溶性pf胶 杨木大片刨花板。结果表明，采用喷蒸真空热压(s iv p)技术，热压时间可缩短到传 统热压的35%左右；板的吸水厚度膨胀率(7s)缩小33%;在和同施胶量下，板的内结 合强度(/)捉高约15%,同时甲醛释放量降低约24%；但板的抗弯性能冇较大幅度的下 降；此外，板材芯层最低密度值比传统热压的板增高，断面密度分布趋于均匀。何择龙(2004)指出喷蒸热压技术是近10余年來国际上发展起來的一种人造板生产 新工艺，其原理是在热压过程屮将高温蒸汽注人板坯屮，使板坯内部温度快速升高至胶的 固化温度之上，加速胶的固化，缩短热压周期。它可以有效提高中纤板和刨花板的生产效 率，

40、保证产品产量，减少能耗，降低成本，在屮纤板和刨花板生产屮具冇广阔的应用前景。第12页共50页与常规热压工艺相比，喷蒸热压技术冇以下特点：生产效率高、产品质量高，性能好、能 量消耗少、甲醛释放量低、产品厚度不受限制。他谢力生、李昱坤、李翠翠、程敏（2007）采用喷蒸热压方式对中低密度纤维板坯进行 热压，测定并记录热压过程小板坯屮心层开始升温的时间、达到100 °c的吋间、稳定温 度及达到稳定温度的时间、热压结束后板坏的含水率；分析蒸汽压力、目标厚度、目标密 度、热压温度及板坏含水率对其影响。结论为：1影响喷蒸热压传热速度最显著的因子是 目标密度，密度增加，板坯中心层达到10ctc的时间

41、成倍增加；蒸汽压力越高中心层达到 100°c的时间越短，密度较人时影响显著；目标厚度对传热速度的影响不人；热压温度越 高传热越快，热压温度较低吋影响较大；2、影响稳定温度最显著的因子是口标密度，密 度增大稳定温度明显提高；稳定温度随蒸汽压力的提高而提高，密度较大时影响显著；稳 定温度随目标厚度的增大而略冇降低；热压温度和板坏初含水率对稳定温度的影响很小， 可以忽略不计；3、影响喷蒸后板坯含水率最主要的因了是蒸汽压力，喷蒸后含水率随蒸 汽压力的提高而明显壇加，随目标厚度的增加而稍冇增加，随热压温度的提高而下降，随 板坯初含水率的提高而提高；4、对于口标密度13g/cm 口标厚度50 m

42、m的纤维板，采用 喷蒸热压时，板坏中心层达到100°c或稳定温度所需的时间仅约为普通热压时的1/200 321.3.2工程应用一、导热汕加热技术刘树皿、贾淑梅、冯百判、李遵伟（1994）分析了应用介质油炉对热压机供热的优点, 指出介质油护是一种产生热量的热源设备，载热介质（介质油）在热锅炉中加热到一定温 度，在供热系统屮封闭式强制循环流动，从而实现热量传递过程。具有优点：1介质油（载 热体）沸点高，易获得高温；2介质油单位体积热容t大，提高压机效率；3介质油炉热效 率高，节省能源。阿孙军（2003）研究了热油供热系统的特点以及应用于人造板热压机的热油供热系统， 得出结论：（1）人造板

43、热压工序采用热油系统加热具有高温低压、热压温度均匀、系统能 源利用率高等优点，建议在人造板行业推广应用。（2）热油供热技术应用于热压工序时， 一般应采用二次循坏系统。（3）采用热油供热系统时，应重视导热油在高温下的炭化、氧 化等变质现象，系统设计吋必须考虑停屯保护问题。（4）热汕炉排烟温度一般较高，为降 低排烟热损失，并使热油炉能在稳定负荷下运行，提高热油炉木体热效率，应尽可能设置 余热利用装置。附张良(2004)分析了韶关刨花板厂改造的实例，该厂选配了常州能源设备总厂产的一 台，75万大卡的燃油式导热油炉，将压机改造为导热油压机，由导热油炉供热；同时从系 统中分流部分高温导热油，经热交换器换

44、成热风供给干燥机，同吋将油炉排出的高温尾气 加以利用。得出的结论为：机载热体热稳定性高；传热性好；热效率高及节能，比蒸汽热 力系统节能30%-50%；低压下具有高沸点，系统在350°c下常压运行，安全性好；热容量 大；运行及维修费低的优点。冇机载热体供热系统在刨花板生产屮比蒸汽更冇优势，热质 量高，节能降耗明显，能提高产品质量，确保工艺用热耍求，技术可行，经济效益显著。 35李海燕(2005)研究了有机热载体加热炉(俗称导热油炉)采用导热油作为传热介质用 于热压的效果，发现其具有热稳定、导热效率高、能耗低的特点，特别适用于mdf热压机 缩短热压周期和散热片式干燥机捉高热效率。导热油(

45、冇机热载体)作为一种优良的传热介 质，它具有高温低压的传热特点，且热效率高、传热均匀、温度控制准确，又有明显的节 能效果。因此，它广泛用于六十多个工业和部门。实践也证明导热油在mdf生产热压领域 屮的应用是成功的，有效地提高产品质量和系统综合热能利用率及降低生产成木，取得了 明显的经济效益和社会效益。导热油加热炉的热效率高导热油供热系统的热损失小。沏二、连续平压机欧阳琳(1997)研究发现传统的热压机会使流水式的人造板生产线到此突然中断。这 不仅造成生产节拍失衡，为此不得不増设加速运输机、快速运输机等一系列设备以平衡 节拍。另外压制的板材厚度不均，原材料消耗率高，能耗大等等，也都是间歇式热压

46、机不足之处。连续式平压机具有生产连续化、产品质量好、板材厚度精确、原材料消耗率 低、板材规格多、生产率高、节电、省热、简化了生产设备、材尽其用、由于不使用厚度 规，因而变换生产板材的厚度时勿须停机，可以“在线”调节，只需几分钟即可转换 不同厚度的板材生产、综合效益好。阿刘波(2005)指出连续平压热压机问世至今20多年，其生产能力很快超过了单层热 压机和多层热压机主产能力的总和，成为当今大型和超大型人造板生产线的首选设备，其 优势十分明显。其优点为：1、生产过程连续化由于连续平压热压机板坯的压制过程是完 全连续的，完成了生产过程的连续化，这是最显著的特点，也是最大的优势所在，它扫除 了人造板生

47、产线连续化生产的唯一障碍；2、生产效率高整个热压工序压机无开启、闭合 和装卸板等动作产生的辅助吋间损失，因而生产效率高，板厚度越小优势越明显，热压板 单位面积生产能力为单层热压机或多层热压机的2倍；3、运行平稳 液压系统无峰值与空 载的大幅度波动，系统压力近乎恒定，处于一种静止或半静止状态。整个系统无液压冲击 和机械冲击，噪音低、运行平稳，整机寿命长；4、产品质量好 板材质地细密，板而平整, 断面密度梯度分布合理，比强度高；5、原材料消耗低加热与加压同步，板材预固化层极 薄，砂光量小，粉尘少；无横向裁边损失，可节约原料17%； 6、能耗低 可节电、节热20% 以上。唐忠荣、谢芳(2006)对目

48、前应用较为普遍的、采用接触加热的平压法和辘压法的工 作原理、工艺流程、设备特点及性能、经济性能和产品性能等进行了比较分析：1、连续 式平压机与周期式压机相比，工艺合理，制品质量优良。材料消耗少；设备精度高。适合 大规模的人造板生产，缺点是投资、维修、保养费用高。2、周期式单层压机较适合生产 刨屁板和人造板贴面加工；周期式多层压机适合纤维板、创花板的屮小规模生产，也适合 于胶合板生产。连续式辗压机较适合生产薄型人造板。岡1.3.4几种方法的优缺点比较喷蒸热压：热压时间只是比原来的工艺略有缩短，没有减少对能源的使用导热油加热技术：导热油、设备等方面的成木高，没有最大化节约连续平压法：压机本身成本高

49、，一般使用于屮薄板，较少使用于厚板；它只是延长了 热压机的长度，其热压时间并没有缩短。14研究创新点微小地改动工艺就能够明显缩短压机的工作时间；成本增加少，却创造了很大经济效益；打破传统的提高压机产能的方法；合理利用生产线中的余热，节约能源，相应国家节能降耗的号召；为废物再利用提供新方法；保护环境。1.5研究基本思路我国刨花板、中密度板生产线儿乎都是上个世纪所建，单线的产量规模小，各个企业 为了实现规模生产，为了捉高竞争力，生产线都分分超负荷运行，这就耍求我们必须捉高 生产能力來满足这一要求。热压是刨花板生产的关键工序，也是质量与产量的核心控 制部位，热压环节能耗是很高的，是决定整个生产线能耗

50、的主要工序，对成本的影响是 巨大，它与企业降低成本，提高效益紧密地联系在一起。所以木研究就是在保证 和提高刨花板物理力学性能的前提下，利用生产线中余热在铺装前对干刨花经行加热，达 到缩短热压周期，提高设备利用率，从而达到降低整条生产线的能耗，节约能源，增加经 济效益的效果。合理的利用余热加热，一方而可以减少废热排放的污染，另一方而捉高了压机的生产 能力，产量提高，能源利用率也随z提高，经济效益也必然增加。2 方案设计与可行性分析2.1方案设计2.1.1影响刨花板热压周期的因素热压即使热量经过热压板板面传递给垫板（用垫板时），垫板再传给板坏表层，然后 再逐步传递到板坯中央，促使胶黏剂固化的过程。

51、它有两个作用：问 在加热加压条件情况卜，将板坯迅速压缩到预定厚度。 在保温和保压条件下，板坯成型固化，并使板坯中部分水分变为蒸汽，从板边排出。 热压三要素为：40 温度：使胶固化；增加木材的可塑性，减少压缩时刨花破碎和降低所需的最大压力。 压力：将板坏压缩到规定厚度，使刨花之间在紧密接触的情况下胶合在一起，达到 较高的结合强度。 时间：是胶粘剂固化的保障，要冇足够的热压吋间才能保证刨花板板坯完全固化和 使板坯内水分充分蒸发，并从板边排出。为了能找到缩短热压时间且不影响板性能的方法，就必须研究影响热压时间的因素： 一、胶黏剂类型 不同类型胶黏剂的固化时间不同，一般酚醛树脂胶的热压时间要比啄醛树脂

52、胶长。但目前的改性酚醛树脂胶的固化时间已逐渐接近腋醛树脂胶的固化时间（见表2-1）表2-1每毫米板厚的热压吋间胶种热压时间，min/mm （板厚）180°c220 °c淼醛树脂胶0. 180. 220. 12 0. 14改性酚醛树脂胶0. 200. 220. 15 0. 18异氧酸酯胶0. 180. 20同一胶种因原料配比和制胶工艺不同，其固化时间也不同，故需要不同的热压时间。 例如卬醛和尿素克分子比大的服醛树脂胶的固化时间短（见图2-l）o1001.21.41.61.82.0克分子比f/u7060503020o4()巨莖起至图2-1克分子比对腺醛树脂固化时间的影响 固含量

53、低的树脂胶固化时间比含量高的固化时间长。二、热压板温度t- d 二 40m t- d 二 30md=20m 7-(1=16111 t-d 二 12m0141618热压温度/°c图2-2压板温度与热压时间的关系（d板厚；板坯含水率10%）如图2-2所示，压板温度越高，热传递速度越快，芯层达到100°c的升温时间越短， 胶固化越快；此外，压板温度越高，板坯内水分从表面到屮心、然后从屮心向板边逸出的 速度也越快。因此压板温度越高，热压时间越短。但是，温度越高，表层预固化的可能性 越大。三、板坯含水率在平均含水率相同的情况下，表层含水率高的刨花板板坯所需的热压时间短。在板坯 表面适

54、当喷水也能缩短时间。含水率高的板坯热压时间高于含水率低的。四、刨花板厚度芯层达到10ctc的时间很大程度上反应了热压时间，因此芯层升温和达到100°c所需第18页共50页的时间随板厚的增加而延长。2.1.2缩短热压周期的方法通常我们以热压周期表明热压时间。* “压力一时间”曲线（见图8）,整个热压周期 由若干个时间段组成：图2-3压力一时间1111线是装板时间，t2是闭合时间，几是压实时间，几是保压时间，心是降压时间，ts是张 板时间，t?是卸板时间。其小，除t（和良时间段外的其余时间段均由设备动作所决定，并 且只占整个热压周期较小的比例，可控潜力不大；ti和t5时间段则是创花板生产

55、工艺所确 定，占整个热压周期的比例颇大，它们的增减对热压周期将产生较大影响。显然，从生产工艺角度出发，倘若要提高热压机生产率，缩短周期，必须也只能靠缩 短保压时间和降压时间来实现。在热压过程屮，板坯从热压板获得热量加速树脂胶固化， 同时在胶粘剂与木材（创花）z间产生一系列化学反应而成板。就口前常用的脉醛树脂胶而 言，欲使上述各项反应得以充分进行，除了提供热量，在板坯内创造一个良好的温度环境 外，还必须创造恰当的湿度和酸碱度环境。据资料介绍，热压过程中，板坯芯部区域平均 含水率下降到18%以下z后，板坯内的各项物理变化、化学反应就能够快速进行。可见， 影响刨花板胶合质量的关键在于热压时板坯内的温

56、度、湿度和酸碱度是否适宜。乂从整个 热压周期看，保压时间是板坯获得热量升高温度（实质为芯部区域达到预定温度），为树脂 胶固化创造温度坏境的主要时间，在其间水分排除不多。降压时间是板坯获得热量大量排 除水分（主要排除聚集在芯部区域的水分），为树脂胶固化创造温度环境的主耍吋间。保压 时间取决于板坯芯部区域温度上升的速率;降压时间长短依赖于板坯芯部区域水分排除的 速率，而水分排除的速率乂与芯部区域温度的上升速率和温度的高低密切相关。因而，板坯芯部区域温度上升速率和上升的高度是缩短热压周期的关键所在。当板坯进入压机后，典型的板坯表层和芯层的升温曲线（见图2-4）所示：表层很快达到接近压板温度；芯层分为

57、五段：图2-4典型的板坯表层和屮心层的升温illi线 往段 刨花板板坯开始受热和迅速升温到接近压板的温度，但芯层温度无变化。 t2段芯层温度迅速上升继续到水分开始蒸发为止。 a段芯层温度上升到100°co 几段 芯层保持loortfi温，水变为蒸汽，不断从板边排出。 ts段 芯层温度开始超过100°c,逐渐升高到接近热压板温度。所以要缩短热压时间就必须加快芯层达到100°c的速度，故采用预热干刨花的方法是 可行的，其作用为： 降低了刨花的初含水率； 提高了创花的初始温度，有利于芯层温度的提高，芯层达到100°c的升温时间缩短; 缩短了胶黏剂的固化时间； 有利于板坯的均匀受热，温度平衡。2.1.3拟采用的加热方案方案一：干刨花拌胶前：刨花、纤维作为散料，升温比较快，效果比较好；