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原料种类及纤维形态

发布日期:2012-03-04 16:10 作者:admin 点击:

  一、原料的种类

    中密度纤维板生产所用原料的纤维植物,其纤维素含量一般要求在30%以上。植物纤维原料种类很多,大体可分为木质纤维原料和非木质纤维原料两大类。

    (一)木质纤维

    纤维板生产主要使用的是木质纤维原料。它包括采伐剩余物(如:小径材、枝桠、薪炭材)、造材剩余物〔截头)、加工剩余物(边皮、术芯、碎单板及其他下脚料),以及回收的废旧木材等。也可直接以林区或木材加工企业生产的木片为生产原料。

    用作生产的树种很多,北方多为红松、落叶松、云杉、桦木、椴木、水曲柳、榆木等;南方多为马尾松、杉木、枫香等,以及各种野生的灌木条、藤类等。

    (二)非木质纤维

    为了保护生态环境、保护森林资源,国家严格限制森休采伐量,作为中密度纤维板主要原料的木质纤维原料的供应日渐紧缺,因此,非木质纤维原料就占有越来越重要的地位。禾本科植物中的棉杆、甘蔗渣、竹,芦苇等都已得到应用。此外,对草类原料、韧皮纤维以及种毛纤维等也己日渐q1起人们的重视。同时,将废弃物、再生资源回收利用,也能获得很好的经济效益。

    二、原料的主要细胞含量及纤维形态(一)纤维及纤维形态

    任何植物都是由无数的细胞所组成的。这些细胞在生长过程中,由于其在植物体内的位置、机能和生理作用的不同,它们的形状和结构也不相同,通常分为厚壁细胞和薄壁细胞。

    厚壁细胞:在植物体内起增进机械强度的功用,使植物体具有一定的抗张强度、挠曲强度和耐压强度。这些细胞如针叶材的管胞、阔叶材的木纤维和导管细胞、禾本科植物的纤维细胞。这些细胞细而长、胞壁厚而内腔狭窄、两端较小,通称为纤维细胞(简称纤维)。纤维是中密度纤维板主要和有用的组成部分。

    植物中除纤维以外的所有其他细胞,通称为非纤维细胞。例如,木材中的导管、木射线、薄壁细胞,草类中的表皮细胞、石细胞和筛管等,称为“杂细胞”。

    非纤维细胞因壁薄,在纤维分离时容易破碎形成碎片,或因形状短小,在干法加工过程中变为细小粉尘,使成型速度减慢,成品质量降低,所以,非纤维细胞含量是衡量原料质量优劣的重要标准之一。

    纤维形态主要指纤维细胞的长度、宽度、长宽比、壁厚和各种细胞本身的形态特征等。

    (二)木材的主要细胞含量及纤维形态

    1. 主要细胞含量针、阔叶材各类细胞含量是不相同的。针叶材中不同树种间各类细胞组成变化不大,管胞占整个木材体积的90%一95%。阔叶材中不同树种间各主要组织变化很大,如纤维含量高的达80%以上,低的仅为16%。因此,在使用阔叶材为原料时,必须注意不同树种其纤维含量的高低。针、阔叶材主要细胞含量分别见表1---1、2。

    2.纤维形态 常用木质原料的纤维形态见表I-3。可以明显看出,针叶材管胞和阔叶材木纤维相比,其长度大,长宽比大,细胞壁厚。各树种细胞的纤维形态差异很大,且随树龄、立地条件和在树木内所处的部位不同而变化。同一树种中,早材纤维比晚材纤维的长度小,长宽比小,细胞壁薄。此外,同一植株的纤维长度,由树基向_L逐渐增长,到树梢开始减短,枝部更短。在不同的生长轮内也有变异,由髓心向外,纤维长度逐渐增长,到成熟期以后趋于稳定。针叶树的成熟期长达6U年以上,阔叶树成熟较早,如杨木在10年后即可达到大纤维长度。

    3.纤维形态的均一性在考虑纤维长宽度时,只考虑平均值是不全面的。同一原料中纤维各种长宽度的频率和分布是纤维板生产中确定原料搭配方案时应该考虑的内容之一。

    (三)禾本科茎秆纤维原料的主要组织含量及纤维形态

    1.主要细胞含量禾本科植物包括草类和竹类,它们的茎一般有明显的节和节间。节间有实心的,如甘蔗、棉秆等;也有空心的,如竹、芦苇、芦竹等。

    ①d为胞腔直径,d=L-4w。

    禾本科植物作为纤维原料,主要是它们的茎秆。其苇秆的横切面上有3种组织:表皮组织、基本薄壁组织和维管组织表皮组织含有长、短两种细胞,短细饱又有栓皮、硅质两种。基本薄壁组织所占比例较大,由薄壁细胞组成,在细胞间有明显的胞间隙。维管组织分布于基本薄壁组织之中,由纤维细胞和导管构成根据维管束排列方式:成圈排列.多为打心:成早_刑分布,名为实心表11给出了若干禾本科植物原料的纤维细胞和非纤维细胞的含量。

    由表1---4可见,禾本科植物非纤维细胞比木材高得多,竹类接近20%~3U%,其他草类更高。

    2.纤维形态特征若干种禾本科植物原料的纤维形态特征列于表卜一5。由表可见,除竹类、甘蔗渣的纤维比较细长外,其他植物纤维都比较细而短,其平均长度在1. 0-1. 5 mm之间,平均宽度在10 ^}20t.m之间。

   

    三、纤维形态对板主要性能的影响(一)强度

    在加工过程中,原料经切削、分离,纤维会被切断、撕裂和压溃,但绝大部分热磨纤维仍保留了原来的形态。因此,原料与板坯中的纤维形态虽概念不同,但关系密切板制品的强度决定于单体纤维本身的强度和纤维之间的结合强度。单体纤维本身强度,对中密度纤维板的强度有较明显的影响。

    板内单个纤维的强度取决于原料中的纤维细胞强度和它在生产过程中所受的破坏程度。植物细胞的强度,除与纤维素的聚合度和结晶度有关外,与它本身的微观形态有直接联系。细胞壁的厚度、壁腔比越大,强度越高。此外,细胞壁次生壁中层
    纤维间的结合强度取决于其的交织性能和结合时的工艺条件。纤维形态和纤维交织性能之间的关系有以下几方面:第一,长度大、长宽比大的纤维具有较好的结合性能;第二,细胞壁较薄、壁腔比较小的纤维在纤维分离和热压过程中容易压扁,成为带状,柔软性较好,具有较大的接触面积;第三,长短、粗细纤维的合理搭配可以填补纤维之间的空隙,增大接触面,提高产品密度和结合强度。

    据上分析,纤维形态对产品强度的影响很大,但关系也比较复杂。为保留纤维本身强度所需要的条件往往与为提高纤维之间的结合强度所需要的条件相互矛盾,故不可过于单独强调某一方面。由于针叶材管胞含量非常高,纤维的固有强度高,长度大,长宽比大,故一般认为,针叶材优于阔叶材。此外,少量的杂细胞对提高产品密度和增加纤维之间的接触面积也有一定作用。

    (二)耐水性和膨胀干缩率

    原料中各种纤维的结构形态对纤维板的吸湿和吸水能力有一定影响。细胞内的毛细管(细胞腔)和微毛细管(细胞壁内微纤维之间的空隙)不仅是水分转移的渠道,且是水分的贮存机构。各种毛细管尺寸的大小和数量,以及细胞壁上纹孔的构造,都影响着纤维对水的吸着能力。

    次生壁S:层是整个细胞的主要组成部分,这一层的微纤维与纤维轴之间的夹角很小。当纤维在吸湿或吸水之后,横向(包括径向和弦向)膨胀率很大,轴向非常小。由于在板内纤维的轴向与板面平行,而且在长宽两个方向的排列基本均匀。所以,中密度纤维板的厚度膨胀率比长度方向大得多,而长宽方向的膨胀率相差不大。板的密度越大,在同一厚度内所排列的纤维数目越多,厚度膨胀率越大。

    各种细胞壁内S2层的微纤维绕角因树种、立地条件及细胞在植物内的部位不同而各有差异。此外,各种细胞壁内S:层的厚度也不相同。所以,原料不同,产品的湿胀干缩率也明显不同。

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