中密度纤维板热压工艺的研究

论文摘要

为了实现根据中密度纤维板预期剖面密度曲线(VDP)及其相应板材最终性能质量来设计热压工艺参数并对其进行过程控制的目标，达到提高生产线自动控制技术水平从而达到提高生产效率、降低生产成本的目的，论文采取了连续的温度、压力在线测试手段，对传统热压工艺及其工艺效应和热压过程中的物理、力学过程进行了检测分析，对中密度纤维板热压过程中的物理、力学过程进行了模型分析和试验验证，系统提出了基于厚度控制的热压工艺新理论。本文的主要研究成果和创新点为：1．明确了传统热压工艺现存的问题，提出中密度纤维板热压工艺的新思路并研制了反映新思路的工艺设备。传统热压工艺理论基于压力控制完成整个热压过程，存在着加压闭合速度不可控、加压闭合时间不确定的工艺缺陷。论文提出了基于厚度控制的热压工艺新思路，引入传感器技术和计算机控制技术，研制了反应热压工艺新思路的热压设备和测试分析系统，对中密度纤维板热压过程中板坯内的温度场、板坯应力、板坯内蒸汽压等物理量进行了系统全面的的测试分析；2．基于多孔介质传热传质理论和非平衡热力学基础理论建立了中密度纤维板热压过程中板坯内的传热传质非线性一维数学模型。模型充分考虑了多孔介质内部传热传质之间的相互耦合现象，进一步从理论上分析了温度、含水率对各唯象系数的影响；3．基于多孔介质力学基本理论和经典粘弹性理论归纳了热压过程中板坯受压材料的流变特性模型。将热压过程中板坯材料的流变特性分为加压闭合阶段的应力应变关系和保持厚度阶段的应力松弛，模型归纳了多孔介质力学基本理论和经典粘弹性理论关于高聚物流变特性的描述，引入了三个待定参数反映热压工艺因子对被压板坯材料流变特性的影响；4．根据对中密度纤维板热压过程的实测结果，分析了中密度纤维板剖面密度分布形成及其变迁的机理并提出了相应的计算模型，形成系统的基于厚度控制的热压工艺新理论基础；文中提出热压周期决定于板坯芯层温度达到胶粘剂固化温度所需的时间和胶粘剂的固化时间；中密度纤维板剖面密度分布的形成以热压开始为起点，以相应位置胶粘剂的固化为终点，计算结果表明：采用较高的热压板温度、适当的板坯初始含水率和较快的闭合速度可较快地达到预期的芯层温度，能缩短热压周期，提高生产率；在要求板材平均密度一致的条件下，采用较大的加压闭合速度、较高的热压温度和适当的板坯初始含水率，可使板材内部峰值密度增大并向表层方向移动，而芯层密度相应减小；而采取相对较低的加压闭合速度、较低的热压温度和较高的板坯初始含水率，可使板材内部密度分布较为均匀，与试验结果基本吻合；5．从中密度纤维板力学性能的检测方法出发，分析了测试过程中试件的破坏机理。从理论和试验两方面论证了板材弹性模量(MOE)决定于板材中最先破坏点的密度，而板材静曲强度(MOR)决定于板材中最后破坏点的密度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 研究背景
• 1.1 前言
• 1.2 传统碎料重组型复合板材热压成型工艺理论与运用
• 1.2.1 传统热压工艺检测分析与质疑
• 1.2.2 传统热压工艺的自我改进
• 1.3 热压工艺理论国内外研究动态
• 1.3.1 热压过程中的热质交换及VDP形成机理的研究
• 1.3.2 受压板坯力学行为的研究
• 1.3.3 VDP与板材性能的研究
• 1.4 课题研究的设想、内容与突破
• 1.4.1 课题研究设想
• 1.4.2 课题研究方案和技术路线
• 1.4.3 课题研究的特色与创新之处
• 1.4.4 研究的目的与意义
• 2 中密度纤维板热压过程检测分析
• 2.1 试验材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 试验装备
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 中密度纤维板热压工艺的内涵
• 2.2.2 板坯芯层温度变化的影响因素
• 2.2.3 板坯压力变化的影响因素
• 2.2.4 板坯内蒸汽压的影响因素
• 2.3 传统热压工艺理论问题分析
• 2.3.1 传统热压工艺理论在科学方面的不足
• 2.3.2 传统热压工艺理论在技术方面的不足
• 2.3.3 热压工艺新思路的提出
• 2.4 本章小结
• 3 中密度纤维板热压过程中的传热传质
• 3.1 前言
• 3.1.1 Luikov唯象理论
• 3.1.2 Whitaker体积平均理论
• 3.1.3 其它理论模型
• 3.2 热压过程中板坯内部传热传质过程分析
• 3.2.1 热压过程中板坯多孔介质的传热过程
• 3.2.2 热压过程中板坯多孔介质的传质过程
• 3.2.3 基本参数
• 3.3 多孔介质传热传质数学模型的建立
• 3.3.1 非平衡热力学理论基础
• 3.3.2 多孔介质传热传质的唯象方程组
• 3.3.3 多孔介质传热传质的数学模型
• 3.4 数学模型的数值计算
• 3.4.1 热压传热传质对流边界条件下的一维模型及定解条件
• 3.4.2 方程中的计算参数
• 3.4.3 数值计算方法和程序
• 3.4.4 模型数值解分析
• 3.5 本章小结
• 4 中密度纤维板热压过程中材料的流变特性
• 4.1 木材压缩流变特性概述
• 4.1.1 木材压缩应力一应变曲线
• 4.1.2 蠕变
• 4.1.3 松弛
• 4.1.4 影响木材流变性能的因素
• 4.2 中密度纤维板板坯物理特性
• 4.3 MDF板坯热压过程中的流变特性
• 4.4 影响MDF板坯热压过程中流变特性的因素
• 4.4.1 热压温度
• 4.4.2 含水率
• 4.4.3 加压闭合速度
• 4.5 MDF板坯热压过程中应力—应变关系数学模型的建立
• c时板坯的应力—应变关系'>4.5.1 T（x,t）c时板坯的应力—应变关系
• c时板坯的应力——应变关系'>4.5.2 T（x,t）≥T_c时板坯的应力——应变关系
• 4.6 模型计算结果与试验值的比较
• 4.7 本章小结
• 5 中密度纤维板热压工艺的制定
• 5.1 板坯厚度主导的热压工艺原理
• 5.2 热压过程中的压力形成和变化
• 5.3 热压时间
• 5.4 MDF剖面密度的形成
• 5.5 试验方法
• 5.5.1 试验材料
• 5.5.2 试验方法
• 5.5.3 主要试验装备
• 5.6 结果与讨论
• 5.6.1 热压工艺因子对剖面密度分布的影响
• 5.7 本章小结
• 6 中密度纤维板VDP与力学性能的关系
• 6.1 板材密度与强度以及拉伸弹性模量的关系
• 6.2 MDF弯曲破坏机理
• 6.3 试验方法
• 6.3.1 试验材料
• 6.3.2 试验方法
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 板材密度与抗拉强度以及拉伸弹性模量的关系
• 6.4.2 VDP与MOE的关系
• 6.4.3 VDP与MOR的关系
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢