三层实木复合地板生产工艺和设备的改进

    中国地板迈出国门、走向世界，仅仅不到五年的时间，中国已成为世界上地板出口量最大的国家。
    从今年1月两个世界顶级地面材料展览会上获悉，世界地板销售商把大量地板订单投向中国，四大类地板外销都呈现出强劲势态；从当前出口量来看，四大类地板中，强化木地板销售量最大，三层实木复合地板、竹地板出口量远远大于内销量；从国内和国外市场发展趋势看，增长速度最快的是实木复合地板，其中最受青睐的产品是表层厚度为2～4mm的实木复合地板。
    实木复合地板之所以有此殊荣，除了其独具的综合优势外，与技术上不断的改进发展是分不开的。实木复合地板目前在市场上主要分为三种:多层实木复合地板，三层实木复合地板和二层实木复合地板。现就国外国内具代表性的三层实木复合地板在生产工艺和设备上所作的改进，作一简略介绍和分析，并在此基础上提出了一套采用高频热压法的国产实木复合地板生产线设计和配套方案，以适应市场发展需要。
    1 三层实木复合地板生产工艺的改进
    三层实木复合地板由表层、芯层和底层木料组成。表层材料是锯切的优质阔叶材薄板。芯层材料是锯切的普通软杂木板条，对木材的质地无特殊要求，但不允许腐朽、虫蛀，通常是价廉的松木、杨木。底层材料是旋切的木单板，树种选择可因地制宜，目前多用杨木、松木等。
    所有三层实木复合地板的木料，都必须干燥至含水率6%～8%。表层硬阔叶材在干燥后期应进行喷蒸处理，以消除木材在干燥过程中产生的内应力，使干燥好的木料达到使用时不翘曲、不开裂的要求。木材干燥时的纵向收缩率很小，可忽略不计，径向和弦向的收缩率较大，而且弦向收缩率是径向的1.2～3倍，因此干燥不当会造成木材横截面上产生辐射状的裂纹和弦切板材收缩成瓦片状等缺陷。为了除去木材的缺陷和减少木板的收缩翘曲，实木地板通行的规格为300～1200mm长，50～125mm宽，12～18mm厚，因此从原木到木地板的出材率仅20%。实木地板取材常为几十年至百余年才成材的硬阔叶材，为了节约珍贵的阔叶材，人们想出了只用4～3mm厚的珍贵阔叶材作表层，其余用生长较快的普通木材，组成12～15mm厚三层实木复合地板。
    利用木材纵向干缩率接近零的特性，表层阔叶材木条与芯层木条(不用宽条而用窄条拼成整张，以减少芯板的干缩变形量)成互相垂直状，此外用整张1.5～2mm厚的木单板与芯板木纹成垂直作底层，三层一起胶压成整块大幅面复合木地板块。这样的地板块结构平衡，强度大，稳定性高，据实测的数据，其干缩率仅是不复合木材的1/6。这种大幅面生产工艺，便于大规模工业化生产，生产效率高，生产成本低，产品物美价廉。将表层3～4mm厚的硬木条，不用胶粘剂，拼摆成2200mm×900mm大板，与芯板、底板组成板坯，送至热压机胶压成整块大板，确有一定难度。德国Hildebrand公司最先用13mm厚的硬木条摆拼成大幅面板，在板的上下各铺一层已涂胶的整张芯板块，在芯板块最顶面和底面铺上各一张木单板，组合成五层的板坯一起送入热压机胶压成大块复合地板，然后分锯成250～300mm宽、2200mm长的地板块，再用上下对齐的双圆锯机将13mm厚的硬木条层锯开成4.5mm厚硬木表层的三层复合木地板块。双圆锯锯开300mm高、2200mm长的硬木条层，锯路要保持4mm而绝不能跑锯，否则会一边厚一边薄造成次品甚至废品。芬兰Raute公司利用11mm厚的硬木条摆拼成大幅面表层，与芯层、底层组成五层的板坯，送入热压机胶压成大块复合木地板。大板经多片圆锯机锯解成215mm宽、2200mm长的地板块，再用薄带锯机将硬木条层锯开成表层4.2mm厚的三层复合木地板。薄带锯机的允许锯路为2mm，但实际生产操作中锯条遇硬块处易跑偏，使表层厚度误差超限，造成次品甚至废品。此后，Hildebrand公司和Raute公司不断改进，都改用4 mm厚的表层木条摆拼成大幅面板，与芯板块和底层木单板组成三层板坯，送至热压机胶压成复合地板块。
    2 三层实木复合地板主要设备的改进
    2.1  表层板拼板机
    国内外有些木材加工机器厂研制了拼3～5 mm厚的表层短木条拼板机。三层实木复合地板表层木条多是50～70 mm宽、150～400 mm长，最好能拼成900 mm宽、2200 mm长的大板，但由于条件限制，目前，一般只能拼200 mm宽的大板；木条拼接时，要求相邻木条的端面接缝前后错开，不得在同一线上，普通冷压胶轮转式拼板机无法拼这些短薄木条。为此，一家木材加工机器厂另行设计了有大工作台面的复合地板表层板双向拼板机，该机机身呈五角柱形，有五个工作面，每一工作面有一长方形平面，工作面的一个长边和一个端边装有多组压力油缸，侧面已涂胶的木条拼摆在大工作台上，长边和端边的油缸将木条挤压成无缝的大平板。该拼板机每拼完一块板可自动转动72.5度，使下一工作面可进入拼板工序。当五个工作面都拼完板和第一块板的冷压胶已固化时，可将第一块板卸下，继续拼下一块板。冷压胶合主要靠固化剂使胶在室温中固化。固化剂添加量如太少，则固化时间长，影响产量，但胶的生活期较长，不至于未用完就凝固。如固化剂加多，胶的固化时间可缩短，但过多的固化剂会使胶尚未涂完即开始预固化，从而影响胶合强度，甚至导致胶拼的板开胶。此外，3～5 mm厚的硬木短木条侧向和端向加压压力如不够，板内木条间易出现缝痕或干后显出胶线；压力如过大则板面极易拱起甚至散开。总之，这种拼板机产量太低，质量不易稳定，尚待进一步改进。
    意大利Costa公司研制出全自动4mm表层板高频连续拼板机。它将加工好的各种长度木条分别存放在三组喂料器中，每组喂料器又各有三个储木柜，柜中的木条按自动控制中心所给出的信号，分别启动柜边的汽缸将木条从柜中推至皮带输送机的皮带上。这样可保证相邻两行木条的端头接缝能前后错开，不在一条线上。木条在皮带上向前移动，经涂胶滚侧面涂胶，再往前便有侧压辊筒侧向挤紧和端向顶紧，经高频电场胶层迅速被加温固化，即胶拼成表面平整、严密无缝的大块表层板，再经自动截锯按规格截成表层板。规格表层板与已涂胶的整张芯板和木单板叠合成板坯，送入热压机胶压成复合木地板块。这种自动高频拼板机，自动化程度高、结构复杂、造价昂贵，目前只有Costa厂独家生产，推广不多。
    2.2  地板热压机
    复合地板的热压工序，可用传统的热压机，也可用高频热压机进行。传统热压机的热介质有蒸汽、热水和导热油三种。它都以热传导方式，先加热热压板，再由热压板加热地板的表底层板，逐渐将热能传导至胶层，使胶受热固化。为了使胶层固化一致，热压板各部分(尤其是热介质进口和出口之间)要求温度偏差越小越好。温差过大，胶的固化也随之有快有慢，当温度高的部分固化时，温度低的部分尚未完全固化，不延长热压时间就达不到要求的胶合强度。此外，这种加热方法使木板产生热应力，严重时可引起木板翘曲变形或表面裂纹等。这种热压方式的固化时间一般为8～10分钟。
    另一种是高频热压法。首先将侧面不涂胶的木条摆拼成表层板，用真空吸运机吸运至已涂胶芯层和底单板叠成的板坯上，然后一起由输送机自动送入高频热压机中放置在精确位置。在压板闭合但尚未加压时，辅助的四周侧向挤紧装置对表层板施行侧面挤紧，使表板的木条拼接严密无缝，然后压机升压至要求压强。这时高频发生器启动，发出高频电波使胶层迅速升温而固化，加热固化时间一般只需几十秒至1分钟。整个热压工作周期约2分钟。
    用高频电波加热复合地板是选择性加热。木板的含水率为6%～8%，高频电波就选择含水率为45%～50%的脲醛胶胶层直接加热，固化均匀，不会发生预固化和局部不固化而影响胶合强度。但是因胶层面积有2200×900mm大，层数多(一次热压2块三层复合木地板)，高频发生器必须是大功率的——输出100kW，热压机整机造价是普通热传导热压机的一倍多，投资较大。但它效率高，生产成本低，投资回报比普通热压机快。
    3  高频热压实木复合地板生产线设计和配套方案
    我们详细研究分析了德国、意大利和芬兰等成套复合地板设备制造厂的生产工艺、专用运输设备和专业机器设备后，决定选用表层木条侧面不涂胶和高频热压胶合的生产工艺，有针对性地设计了大幅面表层板真空吸运机、芯板条整张化机、芯板和底单板自动组坯机及大功率高频热压机等，配以其他木地板厂通用的木材干燥室、锯机、刨机、涂胶机、砂光机、油漆辊涂机、紫外光敏漆固化机，即能生产实木复合地板。
    这套复合木地板生产线有以下优点：
    1）生产效率高，生产线可年产50万m2(按二班制220天工作日计算)或70万m2(按二班制280天工作日计算)。
    2） 产品灵活多样。除生产欧洲流行的50～60mm宽、250～450mm长木条拼成表层的复合木地板，也可以把表层的木条放宽至80～110mm宽、400～500长的表层，其外观与国内流行的实木地板相当，但稳定性高，可节约3/4硬阔叶材。
    3） 本套国产专业设备，其所生产的产品，在质量、性能和美观上都可与国外同类产品媲美，但其售价仅为进口同样机器的1/5～1/8，且在售后服务、易耗件另部件供应上都较进口设备价廉和及时。
    4） 该生产线不仅适用三层实木复合地板，不限地板厚度，同时也适用二层、多层实木复合地板，只要面层厚度超过2.5mm，均能发挥增值效果。