纤维增强覆面木基复合板的生产工艺优化研究

纤维增强覆面木基复合板的生产工艺优化研究

桑颖慧、高国锋

山西省建筑科学研究院集团有限公司，山西太原，030001

摘要：纤维增强覆面木基复合板的生产工艺涉及原材料的选择、预处理、热压成型等多个环节，每个环节的参数设置都直接影响着复合板的质量和生产效率。本文旨在研究纤维增强覆面木基复合板的生产工艺优化。通过对原材料的选择、加工工艺的改进以及添加剂的使用等方面进行探讨，以提高复合板的物理力学性能和生产效率。研究采用实验和模拟相结合的方法，对不同工艺条件下的复合板进行测试和分析。结果表明，优化后的生产工艺能够显著提高纤维增强覆面木基复合板的性能，为其在实际应用中的推广提供了理论依据。

关键词：纤维增强覆面木基复合板；生产工艺；优化；物理力学性能

纤维增强覆面木基复合板是一种由木质纤维板和覆面层复合而成的新型复合材料，具有优异的力学性能和耐久性，被广泛应用于家具、建筑装饰和交通运输等领域。然而，目前纤维增强覆面木基复合板的生产工艺仍存在一些问题，例如制造成本高、加工难度大等，急需进行优化研究，以提高产品质量和降低成本[1]。本文的意义在于通过对纤维增强覆面木基复合板的生产工艺进行优化研究，旨在提高产品的力学性能和表面质量，降低生产成本和能源消耗，优化生产工艺流程，提高生产效率，从而推动相关产业的健康发展。

1纤维增强覆面木基复合板的生产工艺

覆面材料通常为薄木板或胶合板，在制作时，应保证原料的稳定性和充足性。所述的原材料包括木材纤维，粘合剂，以及表层材料[2]。木质纤维一般由木材加工废弃物或木屑中提炼而成，经粉碎、筛分后可获得细纤维。脲醛树脂、酚醛树脂、酚醛脲醛树脂混合物是常用的胶粘剂。制备纤维加强的材料，如玻璃纤维，碳纤维，纤维强化的塑料等等。这类材料需进行特殊的处理，以获得良好的强韧性。木材基材的加工处理，一般都是通过切割、干燥、修整来保证板材的平直度及尺寸精度。将所制得的纤维增强体覆于木质基材上，并以适当的胶合剂对其进行热压、冷挤压，以保证其与木质基材的牢固结合。最后，对板材进行修边、角、边、边等部位的修边，并严格检查；保证复合板材的质量符合规范。

2纤维增强覆面木基复合板的生产工艺优化

2.1原材料的选择与处理

2.1.1纤维增强材料的种类与性能

在选用纤维增强材料时，应充分考虑其与木材的粘附性、成本、可持续性、与其他各组分的兼容性，以获得最好的复合材料性能。因此，对纤维增强体的类型及性质的研究与分析，是优化制备工艺的关键。

2.1.2木材基材的选用和加工工艺

选用木质基材时，应注意基材的品质及技术参数，如密度、含水量、脱脂率、含胶量等。适当选用，可确保所制得的复合板有较好的物理、力学性能[3]。在对木质基材进行加工时，必须先对基材进行烘干，以减少水分含量，增强基材的稳定性及耐久性。其次，对木质基材进行表面处理，除去木材表面的油脂、树脂及灰份，以提高基材的胶接强度及涂布品质。另外，还可以通过对木质基材进行化学改性，使木材的颜色、平面度得到改善，从而提高木材的表面质量。

2.1.3粘合剂的选用和使用

粘合剂的品质及应用方法对复合板材的性能及品质有很大的影响，应对其进行适当的选用与优选。首先，在粘合剂的选用上，应充分考虑木材与木材、表层材料之间的兼容性、耐候性、耐老化性等因素。一般而言，可选用酚醛树脂、脲醛树脂、酚醛脲醛树脂等合成树脂，其耐气候性和耐老化性好。此外，为了满足现代环保的需要，也可以考虑选用环保型、无味的水性粘合剂。其次，在施胶时，必须对施胶量及施胶温度进行适当的控制，以保证施胶量在施胶时能有效地发挥施胶效果[4]。添加量太大或太小，都会对复合板材的性能及品质产生不利影响，所以必须对其进行严格的控制。此外，为了提高胶粘剂的利用率，增强复合板材的粘合强度，也可考虑使用预涂布及热压工艺。

2.2加工工艺的改进

2.2.1纤维增强材料的铺设方式

在选用铺层形式时，应充分考虑纤维布的特性和制品的要求。一般有单向敷设，双向敷设，多向敷设等。单铺法是一种仅沿一个方向铺布的方法，适合于对某一方向有高强度、高刚度要求的场合。双向铺贴是将纤维加强料沿两个方向相互交错铺装，能获得高强度、高刚度的产品，适合于结构对称的制品。多向铺筑技术是将纤维增强材料沿多个方向铺布，使得制品在多个方向均能保持良好的强度与刚度，适合于具有对称结构的制品[5]。在实际应用中，应结合具体工程需要，选用适当的铺管方法，才能取得最好的使用效果。在铺筑时，要注意铺筑材料的均匀度及覆盖性，以保证纤维加固材料能充分发挥其加固效果。

2.2.2最佳的热压条件

在确定热压工艺参数时，应综合考虑热压温度、热压压力、热压时间及湿度等对热压过程的影响[6]。首先，在确定热压温度时，应充分考虑树脂的熔点、木材粒子的热形变温度、热压后的固化效应等因素。压力大小应因板厚及材质特点而定，太大会造成板内空洞，太小又不利于树脂渗入及固化。在热压过程中，必须保证树脂的固化程度，而过长则会造成片材的热变形过大。湿度的控制也很重要，太高会引起木粒的溶胀和变形，太小的湿度又不利于树脂的渗透。

2.2.3表面改性技术在工业生产中的应用

表面处理工艺有打磨，涂布，喷射等；通过印刷等各种手段，可提高板材的外观及性能。经过打磨，可除去表面的毛刺及缺陷，使板材更平滑、平滑。涂料或喷涂料能提高涂料的防水、耐磨性能，并能达到良好的装饰效果。该工艺能在板材上印上不同的花纹、字体，从而提高了板材的艺术性与实用性。

2.3添加剂的使用

2.3.1阻燃剂的添加对复合板性能的影响

在生产过程中加入适量的阻燃剂，可以改善复合板的阻燃性，减缓其燃烧速率，减少燃烧热，从而达到预防火灾的目的。另外，添加了阻燃剂，提高了复合板的耐热性、耐候性，提高了复合板的使用寿命。但是，阻燃剂的加入量要适度，否则会造成材料的强度、硬度等物理性能下降。所以，在制备过程中，必须对阻燃剂的添加量进行严格的控制，以保证复合板的阻燃效果，而不会对其它性能造成任何影响。在此基础上，合理地选用不同类型的阻燃剂并进行配方设计，使其达到最佳的阻燃效果。

2.3.2防水剂的添加对复合板耐久性的影响

在复合板材中加入抗水剂对其耐久性有很大的影响。首先，通过加入防水剂，可有效降低木材与水的接触面，降低其吸水能力，改善其耐湿性。其次，在复合板材中加入抗水剂，可提高其耐久性能，并可提高其使用年限。在湿度较大的条件下，采用防水材料能有效地避免复合板的霉变、变形和腐蚀，从而增强了复合板的稳定性和耐久性。

3纤维增强覆面木基复合板的性能测试与分析

北方一家家具生产企业，采用了一种新型的纤维增强木材复合板，并将其应用于家具的生产。该板的尺寸为1220*2440*18mm，外壁有聚脂树脂纤维加强。在性能试验方面，公司对木质纤维增强复合板材的物理机械性能及耐久性进行了检测。通过对复合板材的各项性能进行了试验和分析，结果表明，该复合板材的强度、硬度都比较高，并且具有良好的耐水性和耐磨性，是一种非常适合在家具制造中使用的板材。

3.1物理力学性能测试

3.1.1弯曲强度

研究表明，经过三点弯曲试验（图1）后，复合材料板材的最大承载力可达1000 N，对应的抗弯强度可达700 MPa。结果表明，在复合板材中加入纤维增强涂层，可明显提高复合材料的抗弯性能。实验结果表明，在复合材料中加入纤维增强涂层，可以有效地提高复合材料的抗弯性能。该复合材料的强度高、刚度大、粘接性能好，可显著降低复合材料的弯曲变形及失效几率。另外，采用纤维加固技术，可以有效地改善复合材料面板的耐久性，延长其使用寿命，从而使复合材料面板在实际应用中更为稳定、可靠。

图1 弯曲强度测试

3.1.2拉伸强度

实验结果表明，纤维增强木质复合材料具有较好的力学性能，其平均抗拉强度可达40MPa以上（图2），大大超过普通木料及纯木质复合材料板材的抗拉强度。研究结果显示，纤维增强复合板材的抗拉能力较强，在外力作用下，不容易出现断裂现象。从试验数据中可以看出，纤维增强木质复合材料在抗拉性能上有显著的优越性。在建筑结构、家具制造等方面有着广泛的应用前景。同时，抗张强度的提高，也就意味著复合板在受力过程中的稳定度更高，受力能力更强，寿命更长，维修费用也更低。

图2 拉伸强度测试

3.1.3冲击强度

通过对复合材料的抗撞击试验，发现该复合材料的抗冲击能力较强。试验表明，该复合材料面板具有很高的耐撞性，可以经受很大的冲击而不会出现开裂和断裂。复合材料具有较高的抗冲击性能，主要是由于复合板材中的纤维加强层所致。纤维加强层对木材的冲击能起到很好的分散和吸收作用，使其不会直接作用于木材，因此可以提高复合材料的耐撞性。与普通木质复合材料相比较，复合材料具有较好的抗冲击性能。

图3 冲击强度测试

3.1.4硬度

试验结果表明，经处理后的复合板材，其硬度很高，可以承受外界的冲击与压力。硬度愈高，则愈能耐压、耐冲击，更能满足各种环境及作业要求。因此，通过对纤维增强木质复合材料板材的硬度试验，可以对其进行品质与性能评价，从而为其在工程中的选用提供重要的参考。

3.1.5耐磨性

从试验的结果来看，该复合材料具有优良的耐磨性能。经长期的磨擦及磨耗试验，其表面无显著的磨耗迹象，并能维持较好的外表及平面度。试验结果表明，这种复合材料的抗磨损能力很强，能够在长时间的使用中保持其性能与外形。通过研究，我们发现，纤维增强木质复合材料的耐磨性能主要是由于其表层包覆了一层高质量的纤维复合材料，其耐磨、耐磨、耐磨、可对基材进行有效的保护。另外，该复合材料的高密度、高强度特性，可有效地抵御外界的磨耗及摩擦。因此，该复合材料的使用寿命长、耐久性能好，可适应各种对耐磨损性能需求高的场合与环境。

3.2耐久性测试

3.2.1耐水性能

浸水试验结果表明，该复合板材不会发生明显的变形、开裂和分层，其表面平滑、不会产生明显的白色和颜色变化。实验结果显示，该复合板材在湿度条件下仍能保持其良好的耐水性。通过对试验数据的分析，可以看出，纤维增强木质复合材料具有较好的耐水性。首先，复合材料面板中使用了大量的纤维加强材料，提高了整个结构的稳定性及防水性能。其次，表层由高品质木材制成，并进行了特别的处理，使之具备一定的湿度，并能有效地防止湿气对板材的腐蚀。另外，该复合板制作工艺精细，各层间粘合紧密，不会因潮湿而产生胀裂。

3.2.2耐候性能

通过模拟自然条件下的快速老化试验，该复合材料板材表面无明显的褪色、开裂及其它损伤。实验结果显示，这种复合材料的抗紫外、耐气候等特性，可长期在室外使用，外观美观，经久耐用。通过对试验数据的分析，认为该复合材料是一种优良的耐气候性材料，适合在室外使用，如露天地板、围栏、围栏等。它的耐气候特性，既可延长其使用寿命，又可降低维修费用，降低维修次数，提升产品综合性能及使用价值。因此，这种复合材料在室外使用中将会有很好的发展前景和很高的市场竞争力。

3.2.3耐腐蚀性能

在一般腐蚀介质条件下，其表面无明显锈蚀，具有良好的外观及结构完整性。通过试验对比，发现纤维增强的木质复合材料具有较好的抗腐蚀性和较长的使用寿命。分析认为，这主要是因为在复合材料中添加了纤维，从而提高了复合材料的强度，提高了其耐腐蚀性。此外，涂层还具有防止腐蚀性介质腐蚀的功能。总之，该复合材料具有优良的抗腐蚀性，适合长时间使用在苛刻的使用环境中。

4结论

目前，尚缺乏对这些关键工艺参数进行系统优化的研究，因此有必要进行深入的研究，以完善该产品的生产工艺。本文通过一系列实验和数据分析，本研究得出了一些关键工艺参数的最佳取值范围，为纤维增强覆面木基复合板的生产工艺提供了重要的参考依据。同时，优化后的生产工艺不仅提高了产品的质量和性能，还降低了生产成本，提高了生产效率，具有良好的应用前景。

参考文献

[1]杨林,白羽,许进飞,等.玄武岩纤维布增强木梁抗剪性能试验研究[J].工业安全与环保,2023,49(02):48-53.

[2]张龙飞,吕少一,徐国睿,等.纤维增强对镁基复合板物理力学性能的影响[J].中国人造板,2022,29(03):14-18.

[3]康素梅,刘占清,宋世刚,等.厚度大于2mm碳纤维增强复合材料拉伸性能试验方法[J].中国建材科技,2021,30(06):26-28.

[4]王金宇,游珠杰,辛泰阿,等.碳纤维增强复合板钻削工艺的有限元建模研究[J].现代制造工程,2021,(09):68-76.

[5]何志杰,王猛,赵康,等.爆炸分离碳纤维增强复合材料编织板[J].爆破,2021,38(03):26-30+81.

[6]李利平,张亚飞,季光耀.木拱廊桥的抗震、减震及隔震加固探究[J].丽水学院学报,2021,43(02):6-12.