膠合板制造工藝學(xué)4課件

1、第四章 單板干燥和加工第1頁，共33頁。4-1 單板干燥的終含水率一、最適宜的單板終含水率旋切后的單板含水率很高，不符合膠合工藝的要求（濕熱法除外），必須進(jìn)行干燥，太高太低都不行。如果干燥含水率過低，會(huì)出現(xiàn)以下問題：當(dāng)木材含水率低于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，就易出現(xiàn)干縮，干縮損失大。含水率越低，干燥時(shí)間越長，容易浪費(fèi)能源，降低干燥機(jī)生產(chǎn)能力。 含水率低，在加工運(yùn)輸過程中易破損。 含水率過低，涂膠后膠粘劑易滲透到單板上去，同時(shí)由于含水率過低的單板羥基活性減小和單板表面纖維的物理性能受損傷，這些都會(huì)影響膠接強(qiáng)度。第2頁，共33頁。如果含水率過高也不行，會(huì)出現(xiàn)以下問題：如果含水率過高，涂膠組坯后，膠易滲透到表板

2、表面上，形成透膠。如果含水率過高，在熱壓過程中易產(chǎn)生分層鼓泡。如果含水率過高，熱壓膠合后膠合板含水率很低，要排除更多水分，在膠合板熱壓膠合過程中，各層單板收縮變形很大，因此膠合板內(nèi)應(yīng)力較大，易變形。如果含水率過高，膠固化不充分，膠合強(qiáng)度不好。(5) 濕單板在貯存中易產(chǎn)生邊緣開裂、中間發(fā)霉變色等缺陷。第3頁，共33頁。 對(duì)于酚醛、脲醛樹脂膠合板，要求單板的終含水率為8%-12%最適宜；血膠、豆膠等蛋白質(zhì)膠的膠合板，要求單板的終含水率為8%-15%。單板含水率的測(cè)定方法有重量法、電阻測(cè)濕法、介質(zhì)常數(shù)測(cè)濕、微波測(cè)濕法。 第4頁，共33頁。2 單板干燥的基本原理一、單板干燥的特點(diǎn)（與板、方材比較）可采

3、用高溫快速干燥工藝，t=170180，最高300， 由于溫度高，干燥速度可大大加快。為什么單板干燥可采用高溫快速干燥？ （1）旋切后的單板由于幅面大，厚度小，主要依靠橫跨纖維 方向的橫向通道傳導(dǎo)水分，水分移動(dòng)的路徑短（因?yàn)槟?材里的水分可以以細(xì)胞腔作為縱向通道，順著纖維長度 方向運(yùn)動(dòng)，從木材的兩端面排出（長度方向），也可以 以細(xì)胞壁的紋孔作為貫通的橫向通道，細(xì)胞壁內(nèi)還有許多 孔隙使水分從木材側(cè)面排出（寬度或厚度方向）。（2）單板在旋切過程中有些纖維被切斷，材質(zhì)比較疏松，水 分向外傳導(dǎo)阻力小，單板表面蒸發(fā)作用和內(nèi)部擴(kuò)散作用彼 此相適應(yīng)，采用高溫也不會(huì)產(chǎn)生開裂、變形等缺陷。第5頁，共33頁。2.

4、可采用高速氣流垂直單板表面噴射，高速氣流可達(dá) 15-20m/s，大大提高干燥速度。 采用高速氣流為什么能提高干燥速度？ 當(dāng)高速熱氣流平行于單板表面流過時(shí)，相互之間產(chǎn)生了摩擦，而使氣流速度減小，與單板表面接觸的薄層，速度接近于零，呈現(xiàn)凝滯的空氣薄膜，把熱空氣與單板表面隔開，這層薄膜稱為臨界層。 臨界層的厚度隨著離板端距離增加而增加，由于單板中的水分只能通過緩慢的擴(kuò)散作用，穿過臨界層而進(jìn)入空氣流，同時(shí)空氣流中的熱量緩慢的通過臨界層向單板內(nèi)部傳導(dǎo)，因而臨界層影響了熱交換的效率，降低了單板中的水分逸出速率。a121單板 2-氣流速度a臨界層第6頁，共33頁。 近年來，國內(nèi)外對(duì)單板干燥的特性作了較深的研

5、究，從提高溫度和氣流速度兩個(gè)方面來加速干燥過程。目前，廣泛采用的噴氣式干燥機(jī)就是采用垂直單板表面噴射高速熱氣流來沖破或擾亂臨界層來提高傳熱效率，加速內(nèi)部水分的擴(kuò)散，縮短干燥時(shí)間。第7頁，共33頁。二、單板干燥過程I 加熱期 單板剛接觸熱空氣，單板表面的自由水蒸汽壓低于干燥機(jī)內(nèi)熱空氣的蒸汽壓，因此單板表面水分基本不蒸發(fā)。干燥時(shí)間（min）單板溫度（）單板含水率（%） 熱空氣所供給的熱量全部用來提高單板的溫度，使單板溫度很快上升到濕球溫度。含水率溫度第8頁，共33頁。II 恒速干燥期 是以蒸發(fā)自由水為主，單板表面水分的蒸發(fā)速度和單板里面水分向外傳導(dǎo)的速度大致是相等的，因此稱為恒速干燥期。熱空氣所供

6、給的熱量全部用于水分蒸發(fā)，單板的溫度仍然維持在濕球溫度。干燥時(shí)間（min）單板溫度（）單板含水率（%） 在這一階段也蒸發(fā)掉一少部分吸著水，這表現(xiàn)在含水率遠(yuǎn)在纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)，單板就開始干縮。吸著水存在于細(xì)胞壁內(nèi)，失去吸著水，木材就會(huì)發(fā)生干縮。這一階段時(shí)間很短。第9頁，共33頁。III 減速干燥期（1）減速干燥第一階段： 蒸發(fā)掉全部自由水和大部分吸著水，在此階段單板表面水分的蒸發(fā)速度和單板里面水分向外傳導(dǎo)的速度已經(jīng)不相適應(yīng)了，單板干燥速度開始下降。干燥時(shí)間（min）單板溫度（）單板含水率（%） 在此階段熱空氣供給的熱量大部分用于水分的蒸發(fā)，一小部分用于提高單板溫度，使單板的溫度基本維持在濕球溫度

7、而略有升高，這是單板干燥的重要階段。 第10頁，共33頁。（2）減速干燥第二階段： 在此階段單板含水率低于纖維飽和點(diǎn)很多，水分向外傳導(dǎo)更加困難，水分蒸發(fā)速度也大大下降；干燥時(shí)間（min）單板溫度（）單板含水率（%） 熱空氣所供給的熱量一小部分用于水分蒸發(fā)，大部分用于提高單板溫度，使單板溫度很快上升到干球溫度，這樣就完成了單板干燥過程。第11頁，共33頁。三、影響單板干燥速度的主要因素 單板干燥速度直接影響干燥機(jī)生產(chǎn)能力，提高干燥速度是提高干燥機(jī)產(chǎn)量的最有效方法。干燥速度實(shí)際就是單板水分排出的速度，影響因素總的來看可分為兩大方面： 干燥介質(zhì)的影響：包括介質(zhì)溫度、熱空氣相 對(duì)濕度、熱空氣速度。 單

8、 板 本 身 條 件：包括單板樹種、單板初含 水率、單板厚度等。第12頁，共33頁。 干燥介質(zhì)的影響 干燥介質(zhì)溫度（熱空氣溫度） 干燥介質(zhì)溫度是影響單板干燥速度的重要因素。溫度越高，供單板內(nèi)部水分汽化的能量就越大，使得干燥單板內(nèi)的水分很快汽化，則單板內(nèi)外蒸汽壓力梯度增大。同時(shí)，由于單板表面水分蒸發(fā)快，使單板內(nèi)外含水率梯度也增大，水蒸氣擴(kuò)散速度和水分傳導(dǎo)系數(shù)相應(yīng)增大，單板水分排出速度加快，干燥速度加快。即溫度升高，干燥速度快。 生產(chǎn)中干燥機(jī)通常是由飽和蒸汽通過散熱器供給熱量，使干燥介質(zhì)達(dá)到一定溫度。因此干燥機(jī)內(nèi)溫度主要取決于干燥用飽和蒸汽溫度。飽和蒸汽溫度與其壓力是成對(duì)應(yīng)關(guān)系的，蒸汽壓力越大，其

9、溫度越高。第13頁，共33頁。 當(dāng)容器（如鍋爐）內(nèi)的氣體溫度為100（隨海拔高度增加，溫度相應(yīng)的升高），而濕度為100%時(shí)，容器內(nèi)的空氣全部排出而被水蒸氣所代替，此時(shí)的水蒸氣叫做飽和水蒸氣，此時(shí)容器內(nèi)的壓力是一個(gè)絕對(duì)壓力（1kg/cm3,即約為0.1MPa），壓力表的讀數(shù)是零。 干燥機(jī)內(nèi)熱空氣的溫度與蒸汽壓力大小直接有關(guān)。 蒸汽的壓力與蒸汽本身的溫度有以下關(guān)系： 第14頁，共33頁。絕對(duì)壓力P（公斤/厘米2）飽和溫度（）絕對(duì)壓力P（公斤/厘米2）飽和溫度（）1.099.098.0169.612.0119.629.0174.533.0123.8810.0179.044.0142.9211.018

10、3.205.0151.1112.0187.086.0158.0813.0190.717.0164.1714.0194.13表 飽和蒸汽壓力與溫度關(guān)系表第15頁，共33頁。 生產(chǎn)中要提高干燥機(jī)內(nèi)熱空氣溫度的途徑主要是提高加熱用蒸汽壓力。目前使用的干燥機(jī)絕大多數(shù)采用0.6-1.2MPa的飽和蒸汽作為熱源加熱散熱器。 干燥機(jī)回水系統(tǒng)不暢和疏水器出現(xiàn)故障，會(huì)造成蒸汽流通阻塞，內(nèi)部積水多，而降低散熱器熱效率，使介質(zhì)溫度降低。第16頁，共33頁。 熱空氣相對(duì)濕度 熱空氣相對(duì)濕度是指空氣被水蒸氣所飽和的程度（簡(jiǎn)稱濕度），其數(shù)值可用干濕球溫度計(jì)測(cè)出干球溫度和濕球溫度，查干濕球溫度與相對(duì)濕度表，求出空氣的相對(duì)濕

11、度值。 當(dāng)干球溫度一定時(shí)： 干濕球溫度差越大，說明相對(duì)濕度越小，則熱空氣 吸收水分的能力越大，單板干 燥速度越快。 干濕球溫度差越小，說明相對(duì)濕度越大，則熱空氣 吸收水分的能力越小，單板干 燥速度越慢。第17頁，共33頁。 風(fēng)速影響 風(fēng)速高，干燥時(shí)間短，干燥速度快，對(duì)流傳熱的干燥機(jī)風(fēng)速超過2m/s時(shí)，對(duì)干燥速度的影響就減小，所以過大的風(fēng)速不起作用，相反增加動(dòng)力消耗，經(jīng)濟(jì)風(fēng)速一般為 1-2 m/s。噴氣式干燥機(jī)噴射的氣流要有足夠的速度才能沖破臨界層，一般風(fēng)速是 15-20m/s，速度越大，效果越好，但同樣要考慮動(dòng)力消耗的合理性。第18頁，共33頁。（二）單板條件的影響 樹種 樹種對(duì)干燥速度影響很

12、大，容重大的樹種，干燥速度慢，其原因有兩個(gè)： a容重大的樹種和容重小的樹種在同一厚度，同一含水率時(shí)， 如果蒸發(fā)出同樣數(shù)量的水分，則容重大的樹種的單板含水率 減小的數(shù)值小。 b容重大的樹種，其木材組織中的細(xì)胞腔較小，而細(xì)胞壁較 厚，因此在低含水率范圍內(nèi)，水分傳導(dǎo)的阻力大，所以干燥 速度慢。 一般管孔粗大的樹種，水分排出阻力小，所以干燥速度快（如水曲柳），相反管孔細(xì)小樹種排除阻力大，干燥速度慢（如椴木），水曲柳、樺木、椴木、楊木干燥速度依次為水曲柳樺木椴木楊木，因此不同樹種干燥速度不同，不能同時(shí)進(jìn)行干燥。第19頁，共33頁。 初含水率 初含水率高，干燥速度慢。單板厚度 單板在干燥過程中，水分主要是

13、沿厚度方向排出，因此厚度對(duì)單板干燥速度影響較大，厚度越大，水分向外傳導(dǎo)的距離越長，移動(dòng)的阻力增大，干燥速度低；反之單板越薄，水分移動(dòng)的距離短，阻力小，干燥速度快。第20頁，共33頁。四、提高干燥機(jī)生產(chǎn)效率的幾項(xiàng)措施（1）在干燥機(jī)允許的額定壓力范圍內(nèi)，盡可能提高 蒸汽壓力，達(dá)到提高干燥機(jī)熱空氣溫度的目的。（2）經(jīng)常檢查回水管路和疏水器，保證回水暢通。（3）定期清掃散熱器和噴箱中的灰塵。（4）經(jīng)常檢查皮帶，保證風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（5）零片干燥時(shí)，注意合理擺片，提高干燥機(jī)填充 系數(shù)。（6）嚴(yán)格掌握終含水率在規(guī)定范圍內(nèi)，不要過干。第21頁，共33頁。4-3 單板干燥設(shè)備一、單板干燥設(shè)備的分類（一）按傳熱方式分

14、： 空氣對(duì)流式 接觸式 聯(lián)合式（二）按單板傳送方式： 網(wǎng)帶式 輥筒式（三）按干燥機(jī)內(nèi)熱空氣流動(dòng)方向與干燥機(jī)縱向中心線之間的關(guān)系 縱向通風(fēng) 橫向通風(fēng)： 氣流氣流平行于單板表面 氣流與單板便面垂直噴射第22頁，共33頁。1234579861-電動(dòng)機(jī) 2-排濕管 3-離心式風(fēng)機(jī) 4-網(wǎng)帶 5-噴氣箱6-加熱器 7-蒸氣管 8-單板 9-新鮮空氣入口二、噴氣式網(wǎng)帶干燥機(jī)第23頁，共33頁。（1） （2） （3） （4）圖 噴嘴形狀在滿足一定風(fēng)速的前提下，要求盡可能降低阻力，減少動(dòng)力消耗，同時(shí)力求風(fēng)速均勻第24頁，共33頁。三、單板的干縮和變形（一）單板的干縮ag= b-Bb100第25頁，共33頁。（

15、二）單板干燥易產(chǎn)生的缺陷及原因1. 單板變形及開裂（1）單板在干燥過程中產(chǎn)生變形及開裂的原因單板在整個(gè)幅面上材質(zhì)不均勻；單板幅面各個(gè)部分水分蒸發(fā)速度不同（2） 解決辦法使干燥機(jī)內(nèi)各處的溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度基本一致單板在有一定外力拉近的情況下進(jìn)行干燥對(duì)塊狀單板的干燥可以使單板邊部互相搭接在一起，使前后板邊重疊1-2cm,以減少邊部水分蒸發(fā)速度；或者在兩邊寬度上噴水輥筒式干燥機(jī)中的輥筒起到機(jī)械熨平作用連續(xù)單板帶干燥時(shí)，可在單板邊部貼上加強(qiáng)封邊膠帶邊材心材含水率相差較大的樹種，應(yīng)該是邊心材分別進(jìn)行干燥第26頁，共33頁。2.單板含水率不均產(chǎn)生原因 單板初含水率不均 干燥條件不一致第27頁，共33頁。單板干燥應(yīng)檢驗(yàn)的項(xiàng)目單板含水率單板含水率的均勻程度單板的干燥缺陷分類干燥與分類碼垛第28頁，共33頁。4-4 單板剪裁及單板加工一、單板剪裁（一）濕單板剪切 B=b+0+ g式中：B-濕單板的寬度； b-膠合板的寬度 0 膠合板裁邊加工余量； g 單板的干縮余量對(duì)于楊木，使單板剪裁的尺寸如下： 3 1030 mm 4