柳树
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柳树（蒿柳）和工业木屑制成单层实验刨花板的性能
Krzysztof Warmbier Arnold Wilczynski Leszek Danecki
摘要：本文的目的在于研究由多种柳树（蒿柳）和工业木屑混合物经脲醛树脂粘结制成的单层实验刨花板的一些机械和物理性能。随着柳树颗粒含量的增加，弹性模量和断裂模量减小，反之内结合强度和握钉力都增加。弯曲性能变化很小，含50%柳树颗粒刨花板的这些性能比只含有工业木屑的刨花板大约平均低10%。增加柳屑含量导致吸水性和厚度膨胀率增加。柳树中的蒿柳可以被当作针叶木替代物来生产刨花板。
1、前言
刨花板是应用最广的木材复合材料。包括波兰在内许多国家刨花板产量的持续增长以及森林资源的短缺，使得开发材料代替木质纤维素物生产刨花板成为必要。其中一种可能的原材料就是快生灌木。柳树中的蒿柳就是这样一种出于能源目的而种植的灌木。在波兰它被种在有着6160公顷面积，将近800个丰产林种植园里（Grzybek，2011）。
蒿柳制作刨花板的适用性一直是一个研究很少的课题。Sean和Labrecque（2006）研究了蒿柳中魁北克族的用处。他们研究了用10%-30%柳屑作表层和中间层制成的三层刨花板，并得出结论，柳屑高达30%的刨花板机械性能普遍比工业木屑制成的刨花板高。Frackowiak等（2008）声称三层刨花板的中间层使用25%的柳屑代替针叶木屑可以提高弯曲性能。Warmbier等（2010）发现用柳屑作中间层的三层刨花板机械性能比工业针叶木屑作中间层的要小。目前的研究结果不一致。前两个研究表明柳屑作为工业木屑的替代物能够提高三层板的机械性能，而第三个研究则表明这些木屑使性能变差。
典型商业性刨花板是由一个中间层和两个表层组成的三层刨花板。这些层的结构和性能明显不同。表层由少量木屑和大量树脂制成，有更高的压缩比和密度，因此机械性能也更好。表层在传递由刨花板制成的元素中载荷时非常重要。当这些元素受到载荷弯曲时，表层转移超过三分之二的弯曲时间。可以推断柳屑作为工业木屑的替代物只能用来制作三层刨花板的中间层。鉴于这种情况，仅对中间层为柳屑和工业木屑三层刨花板进行对比研究是不够的。因此，决定研究单层刨花板模拟三层刨花板的中间层。
本研究的目的是为了评价由蒿柳屑和工业木屑制成单层刨花板的一些机械和物理性能，同时这些性能受到多种柳屑含量和树脂含量的影响。
2、材料和方法
本研究的原材料有柳（蒿柳）树干和工业木屑。成长三年的树干是从位于波兰西北地区的Wielkopolska区Miescisko种植园收集的。树干的地步直径从28到35mm，而高度从4.9-5.3m。树皮大约占树干重量的15%。树干风干至湿度为12%后储藏，然后在锤磨机中粉碎。制作三层刨花板中间层的工业木屑是由波兰的Pfleiderer Prospan Wieruszo公司提供。然后柳屑和针叶木屑都用筛眼为4和1mm的分析振动筛筛选。通过4mm筛眼留在1mm筛眼上的木屑被用来制作单层实验刨花板，从而模拟三层刨花板的中间层。木屑被烘干到水分含量低于3%。
脲醛树脂被用来作为粘结剂。采取了两种树脂含量水平，8%和10%。柳屑和工业木屑的比例是下一个因素。这个比例采取了六个值，0%、12.5%、25%、50%、75%和100%。板材的制作参数见表一。每种类型的板都制作了四块实验性板材。
在测试之前所有板材都在控制的条件下（50%相对湿度和20℃）储存了两周。检测试样是从板上切下来的，从而根据合适的欧洲标准确定接下来的机械和物理性能。包括弹性模量（MOE）和断裂模量（MOR）（EN310:1993），内结合强度（IB）（EN319:1993），握钉力（SHS）（EN13446:2002）使用的钉子直径为3.5mm长度为45mm，洞的直径为2.5mm，24小时后吸水性（WA）和厚度膨胀率（TS）（EN317:1993）。每个测试重复20遍。
3、结果和讨论
测试后的刨花板机械和物理性能见表二。随着柳屑含量从0%到100%，机械性能例如弯曲、MOE和MOR逐步减小。当树脂含量为10%时，用100%柳屑制成的刨花板的MOE和MOR分别比用100%工业木屑制成的刨花板小22.1%和15.3%；树脂含量为8%时，分别小19.4%和7.1%。含50%柳屑的刨花板MOE和MOR分别比只含工业木屑的刨花板平均小12.5%和6.2%。随着柳屑含量的增加，弯曲性能的减小可能部分是由柳屑几何结构引起的。这些柳屑的宽长比与工业木屑相比要小。另一个可能引起MOE和MOR减小的原因是树皮的用量，对于柳树来说要比工业木屑多得多。树皮对含有22%和30%蒿柳屑刨花板MOE和MOR的不良影响已经由Sean和Labrecque（2006）观测到。
测试后的刨花板的另外两个机械性能，IB和SHS，与MOE和MOR相反，随着柳屑含量从0%到100%而增长。当树脂含量为10%时，用100%柳屑制成的刨花板的IB和SHS分别比用100%工业木屑制成的刨花板大19.0%和9.2%；树脂含量为8%时，分别小12.2%和8.4%。增长的柳屑含量使得IB和SHS增长可能是由于柳屑的宽度和厚度与工业木屑相比要大。当柳屑含量从10%增加到30%时刨花板IB的增加同样由Sean和Labrecque（2006）观测到。
总体来说，物理性能WA和TS随着柳屑含量从0%到100% 而减小。当树脂含量为10%时，用100%柳屑制成的刨花板的WA和TS分别比用100%工业木屑制成的刨花板小5.5%和10.6%；树脂含量为8%时，分别小8.6%和11.5%。含50%柳屑的刨花板WA和TS分别比只含工业木屑的刨花板平均小1.2%和1.5%。
将树脂含量从8%上升到10%提高了刨花板的性能。使用10%树脂的刨花板MOE、MOR、IB、SHS分别平均大了16.5%、20.6%、10.4%、26.3%，而这些刨花板的WA和TS分别平均小了12.1%和13.6%。值得一提的是，所有测试的板材IB均达到了EN312（2003）标准对P2、P4和P6类型刨花板的要求。此外，使用10%树脂粘合且柳屑含量不大于50%的刨花板MOE均符合该标准对于P2型刨花板的要求。
4、结论
使用蒿柳屑代替由针叶木制成的工业木屑制成单层誓言刨花板。由于这些刨花板是来模拟典型三层刨花板的中间层，它们是由粗颗粒中小于4mm，大于1mm的碎屑制成的。
