王 瑛，張喜燕，雷亞芳

（西北農林科技大學 林學院，陜西 楊陵 712100）

麥秸是生產定向結構麥秸板（OSSB）的主要原料，在麥秸人造板的生產過程中不可避免的會混入少量的麥葉、穗軸等原料。混入的這些原料能否與膠黏劑很好地相容，不僅與所選膠黏劑的性能有關，而且與原料自身的特性有很大關系［1］。原料的性能是影響人造板各項性能的一個很重要的因素［2－3］，國內學者對麥秸稈的微觀構造及化學成分含量進行了研究［4－7］。研究表明麥秸稈外表面光滑，形成的角質層阻礙膠滴的潤濕、擴散和滲透［8－9］；麥秸外表面、麥葉和穗軸的表面羥基濃度非常低，不利于膠黏劑的潤濕。異氰酸酯膠（MDI）對麥秸內表面的接觸角比對麥秸外表面的接觸角?。?，9－10］，對麥葉的接觸角最大，即潤濕性最差［1］。所以麥葉、穗軸的含量對板材的性能會有一定的影響，但目前關于麥葉、穗軸對麥秸板性能的影響未見報道。依據企業(yè)實際生產情況，壓制含有不同比例麥葉、穗軸的定向結構麥秸板，參照GB／T17657－1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》測定各板材的密度、含水率、吸水厚度膨脹率、彈性模量、靜曲強度以及內結合強度［11］，分析不同比例麥葉、穗軸的含量對板材性能的影響，并探索產生這種影響的原因，為企業(yè)改進生產工藝，提高板材性能提供指導。

1 材料與方法

1．1 材料

試驗材料均由諾菲博爾板業(yè)（楊凌）有限公司提供。

麥秸原料：手工將原料分選為麥秸、麥葉、穗軸3種，麥秸原料的含水率為7．6%。劈裂秸稈長度30～100 mm，麥葉長度30～150 mm；穗軸5～50 mm。

膠黏劑：異氰酸酯膠（MDI），棕色粘性液體，NCO含量30．5%～32．5%，粘度250～350 mPa·s（25℃）。

脫膜劑：由二甲基硅油201和聚乙烯蠟為基材聚合而成的無色透明粘稠液體。

熱熔膠：熱熔膠棒。

1．2 儀器與試劑

DXL－1500KN型熱壓機：咸陽威迪機電科技有限公司生產；CMT5504萬能力學實驗機：深圳市新三思公司生產；WAB型精密推臺鋸：歐登多（秦皇島）機械制造有限公司；101－1AB型電熱鼓風干燥箱；天津泰斯特有限公司生產；自制定向鋪裝模具；電子天平、電子計數秤、氣壓噴涂裝置、實驗室自制拌膠機、水浴鍋等。

1．3 方法

麥秸板的制造工藝基本上沿用了木質碎料板的生產工藝，主要區(qū)別或關鍵技術是備料過程和使用的膠料劑［12－13］。首先，將干燥后的麥秸原料拌膠，把拌過膠的麥秸原料定向鋪成板坯，經人工預壓后送到熱壓機進行熱壓，待壓制好的板子冷卻后齊邊，最后分檢入庫。本研究的定向鋪裝是利用自制的定向鋪裝模具進行定向鋪裝并控制板坯幅面的大小，鋪裝成縱橫交錯的3層結構板，2表層原料用量各占原料總量的25%，方向一致；芯層原料用量占原料總量的50%，方向與表層方向垂直。板坯的鋪裝采用手工的方式進行［14］。鋪裝時，要盡量使麥秸原料鋪撒均勻，以保證板坯每個位置的密度一致。定向結構麥秸板的生產工藝流程見圖1［7，15］。

圖1 生產工藝流程Fig．1 Manufacturing technique process

按照上述工藝流程，參考諾菲博爾板業(yè)（楊凌）有限公司生產定向結構麥秸板的熱壓工藝，壓制定向結構麥秸板。施膠量8%，板材目標密度0．70 g·cm－3，板材規(guī)格為400 mm×400 mm×10 mm。

試驗是在劈裂麥秸中添加不同比例的麥葉、穗軸，使用異氰酸酯膠（MDI）壓制定向結構麥秸板，測定各板材的物理力學性能，探索麥葉、穗軸的含量對定向結構麥秸板性能的影響。通過對麥秸原料的分選、稱量，其中麥葉含量為4．75%，穗軸含量3．69%；試驗測試完整的小麥植株中麥葉含量為26．3%，穗軸含量3．8%［15］。因此，分別壓制含麥葉5%、15%、25%的板材，含穗軸1%、3%、5%的板材，以100%劈裂麥秸壓制的定向結構麥秸板為對照組，共7組。每組各壓5塊，結果取其平均值（表1）。

表1 麥秸板的壓板方案Table 1 The test scheme of the experimental straw panel

將壓制好的毛板在室溫下放置2周以上時間，利用精密裁板鋸進行齊邊加工，裁成規(guī)格為380 mm×380 mm×10 mm的板材。參考GB／T17657－1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》和LY／T 1580－2010《定向刨花板》，設計出最佳裁板方案，裁截出標準試件［15］，測定各組板材的密度、含水率、吸水厚度膨脹率、彈性模量、靜曲強度以及內結合強度。

2 結果與分析

試驗測試結果（表2）可以看出，各等級板材的密度變化不大，均接近于板材的目標密度0．70 g·cm－3，符合預期。因此認為板材的密度對板材物理力學性能的影響可以忽略不計。

2．1 含水率

由表2看出隨著麥葉、穗軸添加比例的增大，板材的含水率變化范圍不大，因此認為含水率對板材性能沒有影響。依據LY／T1580－2010國家標準《定向刨花板》規(guī)定，允許定向刨花板的含水率在2%－6%之間，因此符合國家標準。

2．2 24 h吸水厚度膨脹率

表2表明，D組板材的吸水厚度膨脹率是16．3%，Za、Zb、Zc組板材的吸水厚度膨脹率分別為20．4%、23．5%、27．9%。隨著穗軸含量增加，板材的吸水厚度膨脹率增大。Zc組板材的吸水厚度膨脹率比對照D組高出了71．2%。說明穗軸對板材的吸水厚度膨脹率影響大，其主要原因有：穗軸中半纖維素的含量（38．9%）較麥秸中半纖維素含量（35．87%）高［7］。半纖維素是無定型物，主鏈和側鏈上均含有較多的羥基（－OH）和羧基（－COOH）等親水性基團，是木材中吸濕性極強的組分，是板材產生吸濕膨脹的重要因素之一。其次，穗軸的密度較麥秸大，且材質較硬，不易壓縮，在同樣規(guī)格的板材內部，相同質量的穗軸所占的空間比麥秸所占空間小，使得板材內部的孔隙增多，吸水性能增強。另外，穗軸表面的蠟質層較厚，蠟質層的存在會影響膠黏劑與穗軸之間的膠接性能，吸水性能增強，直接導致板材的吸水厚度膨脹率增大。

表2 試驗測試結果Table 2 The test result of the experimental straw panel

Yc組板材的吸水厚度膨脹率為29．9%，比D組高出83．4%，并且隨著麥葉含量的增大，板材的吸水厚度膨脹率明顯增大，說明麥葉對板材吸水厚度膨脹率的影響顯著（表2）。主要原因：1）麥葉的長度較大，在拌膠過程中，容易造成原料的施膠不均勻，板材內部缺膠或少膠的部位增多，板材的吸水性能增強。2）麥葉的灰分含量（9．96%）較麥秸的灰分含量（5．21%）高，灰分的存在不利于膠黏劑對原料的潤濕，導致板材的膠合性能變差，吸水性增強。3）麥葉中木質素的含量（12．24%）比麥秸木質素的含量（16．36%）低。木質素是一種熱塑性的高分子物質，在熱量的作用下，木質素塑化熔融，熔融后部分木質素將會包裹或填充在細胞壁的外圍，能夠在一定程度上阻礙水分的進出。因此，隨著麥葉含量的增大，板材內部木質素的含量降低，將會使水分的進出變得相對容易，導致板材的吸水厚度膨脹率增大。

2．3 靜曲強度和彈性模量

2．3．1 平行方向性能 從表2可知，D組板材的靜曲強度和彈性模量分別是54．9、5 926．4 MPa，Ya、Yb、Yc組板材平行方向的靜曲強度分別為52．5、50．0、46．5 MPa，平行方向彈性模量分別為5 899．3、5 760．1、5 306．8 MPa。麥葉含量越高，板材的靜曲強度和彈性模量越低。Yc組板材平行方向的靜曲強度和彈性模量最低，與D組板材對比，其平行方向靜曲強度和彈性模量分別降低了15．3%、10．5%。分析原因：1）因為麥葉本身的強度比麥秸的強度低很多，韌性也較差。2）麥葉的尺寸較大，纏繞性很強，在板坯鋪裝時，影響原料中麥秸的定向效果，其自身的定向效果也差，使得板材的彈性模量和靜曲強度降低。3）麥葉的纖維素含量（35．16%）比麥秸中纖維素的含量（41．11%）低很多，纖維素中存在結晶區(qū)和無定形區(qū)。在結晶區(qū)，纖維素分子鏈的排列定向有序，且密度較大，側面的羥基也可形成氫鍵構成一定的結晶格子，對強度的貢獻極大［16］。所以，隨著麥葉含量的增大，板材內部纖維素的含量降低，從而使板材的彈性模量和靜曲強度降低。

穗軸的含量對板材彈性模量與靜曲強度的影響相近，隨著穗軸含量的增大，2項力學性能的數值逐漸減小，性能變差（表2）。主要原因有：1）穗軸的纖維素含量（37．35%）比麥秸中纖維素的含量（41．11%）低。2）穗軸本身尺寸較小，呈短棒狀，鋪裝時很容易沉積在板坯底層，容易引起板材的不均勻性，板材整體連續(xù)性變差，且與其他原料的交錯效果較差，在受外力情況下，含有穗軸的部位容易產生斷裂，影響板材的靜曲強度；同時穗軸硬度較大，彈性較弱，加入板材后使得板材的整體彈性模量變弱。

2．3．2 垂直方向性能 從表2可知，隨著麥葉、穗軸含量的增大，板材垂直方向的彈性模量和靜曲強度也均逐漸降低，板材性能變差，其原因與麥葉、穗軸對板材平行方向性能的影響因素一致。

板材平行方向的彈性模量和靜曲強度均比垂直方向的高，板材中不含麥葉、穗軸時，板材平行方向的靜曲強度和彈性模量分別比垂直方向的高出16．8%、14．9%。說明板材中原料的定向效果較好，對原料定向可以增加板材某一個方向的強度，從而滿足某些特定場合板材的使用要求。

2．4 內結合強度

由表2可知，D組板材的內結合強度為0．58 MPa。Ya、Yb、Yc組板材的內結合強度分別為0．58、0．56、0．51 MPa。Yc組板材的內結合強度比D組降低了12．1%。隨著麥葉含量的增大，板材的內結合強度逐漸降低，嚴重的影響了板材的性能。其原因可能為：1）麥葉中灰分的含量最高（麥秸5．21%、穗軸4．48%、麥葉9．96%），灰分的存在不利于膠黏劑對麥秸原料的潤濕和滲透，影響膠合性能。2）麥葉的尺寸較大，拌膠過程中容易出現拌膠不均勻的現象，從而使板材的內結合強度降低。

當穗軸的含量為1%時，板材的內結合強度出現一個較反常的現象，其內結合強度比含3%穗軸的板材內結合強度低，但是相差不大，可能是由試驗誤差引起的。隨著穗軸含量的增大，板材的內結合強度呈下降的趨勢。其原因可能為通過對麥秸、麥葉、穗軸進行電鏡掃描發(fā)現，穗軸表面的蠟質層最厚，蠟質層的存在將會嚴重影響膠黏劑與刨花之間的膠合質量，影響板材的內結合強度。穗軸質地堅硬，呈短棒狀，不易變換形狀與其他原料交錯結合，也使得內結合強度的變小。

3 結論與討論

麥葉、穗軸對板材吸水厚度膨脹率、彈性模量、靜曲強度和內結合強度的影響較大，其中對板材吸水厚度膨脹率的影響最大。隨著麥葉、穗軸含量的增大，板材的彈性模量、靜曲強度和內結合強度均逐漸降低，板材的吸水厚度膨脹率逐漸增大。

將試驗結果與LY／T 1580－2010《定向刨花板》質量等級標準對比發(fā)現，在試驗條件范圍內，板材的彈性模量、靜曲強度和內結合強度均滿足國家對定向刨花板0SB／1、0SB／2、0SB／3、0SB／4型標準的要求。不添加麥葉、穗軸時，板材的吸水厚度膨脹率可滿足OSB／2型要求；當穗軸的添加比例為1%、3%，麥葉的添加比例為5%、15%時，板材的吸水厚度膨脹率滿足0SB／1型要求；當穗軸的添加比例為5%、麥葉的添加比例為25%時，板材的吸水厚度膨脹率不能滿足國家標準要求。

隨著麥葉、穗軸含量的增大，板材的各項物理力學性能均變差。說明麥秸刨花中含有的麥葉、穗軸不利于定向結構麥秸板性能的提高，因此，生產定向結構麥秸板時應盡量控制或者改進工藝減少原料中麥葉、穗軸的含量，以制得質量和性能更加優(yōu)越的定向結構麥秸板。

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