摘要：重點介紹了高強度刨花板生產線從原料制備到鋪裝成型工序所必備的關鍵技術和設備。已經投產的刨花板生產線可通過工藝技術升級改造，使較終刨花板制品剖面密度分布明顯改善，板邊部均勻密實，板材的內結合強度、靜曲強度、握螺釘力等力學性能顯著提升，同時降低膠黏劑等物料消耗，為企業(yè)節(jié)能增效。
近年來，我國定制家具產業(yè)蓬勃發(fā)展，帶動了定制家具上游人造板產業(yè)的快速發(fā)展。由于刨花板具有良好的力學性能、尺寸穩(wěn)定性和易加工飾面等優(yōu)點，被廣泛地應用于定制家具生產中。隨著消費者對居家空間設計和利用率追求的提高，根據室內空間設計的要求，定制家具柜體設計有時需要加寬或加高。但是，在傳統(tǒng)定制家具的設計中，由于刨花板靜曲強度不高，柜體內跨度較大時板材承壓后抗彎曲能力明顯下降，需要使用五金件或加強件來輔助提高其承載能力。如何提高刨花板的靜曲強度，突破板材對定制家具設計的限制，長期以來一直困擾著設計師們。由此一種密度低（約600kg/m3）、強度高（靜曲強度17MPa左右）的高強度刨花板應運而生。
高強度刨花板又被業(yè)內人士稱為“很強刨花板”，其較初是在2016年刨花板產業(yè)發(fā)展研討會上，由迪芬巴赫（Dieffenbacher）集團的劉守華先生根據實驗室的較新研究結果提出的。這種理念一經提出就得到很多與會專家和企業(yè)家的響應，很快就有生產企業(yè)開始嘗試并取得階段性的成功。豐林集團在南寧籌建新刨花板生產線時，就優(yōu)先考慮了全線按照高強度刨花板進行規(guī)劃設計。該生產線由德國迪芬巴赫公司進行整體工藝設計，備料采用了旗下邁耶（Maier）公司的兩工段大刨花制備工藝，單通道落料箱式滾筒干燥機，特殊設計的大刨花氣流分選機（風選機）和調拌膠計量系統(tǒng)，優(yōu)化升級的表層氣流鋪裝機和芯層鼠籠輥鋪裝機，迪芬巴赫新型預壓機和CPS連續(xù)壓機。該生產線于2018年3月14日投產，成為中國乃至世界上條真正意義上的高強度刨花板生產線，產品一經投產就得到市場的認可，在刨花板創(chuàng)新發(fā)展上起到了很好的引領和示范作用。
原料制備是生產高強度刨花板的關鍵工序之一，傳統(tǒng)的刨花板生產工藝中，備料工段使用兩工段技術，削片機削出來的木片長度大約30 mm，木片的長度決定了刨片機出來的刨花長度。要得到高強度刨花板生產需要的薄而長的扁平刨花，則需對削片機和刨片機進行改良。首先，需要削片機能夠生產出長度在70mm左右的大木片。其次，把削出來的大木片經過篩選除雜后加工出長度約70 mm的大片刨花?，F以邁耶公司的兩工段大刨花生產技術為例進行簡要介紹，該技術為迪芬巴赫的全球專利技術（在中國的專利號是CN1313253C）。圖1為邁耶兩工段大刨花制備技術示意圖。
木材原料通過抓車送入鏈條運輸機或振動上料器，經過皮帶運輸機和分級式篩選機，使得物料中一些小的樹皮和石頭等從分級式篩選機的鉆石輥間隙掉落并被收集后運走，在分級式篩選機后用磁鐵除鐵器剔除混入木料中的鐵質金屬，將木料直接輸送進入到改進型的鼓式削片機里進行削片。
邁耶公司生產的鼓式削片機，刀輥經過優(yōu)化設計，具有自動調節(jié)平衡功能，可把短木頭、鋸材邊皮、枝丫材等次小薪材和回收的廢棄木材加工成所需要尺寸的大木片。邁耶公司制造的型號為HRL-OSB 1600/600×1200-11 EW的鼓式削片機，單機生產能力為53 t/h（木片絕干質量），可更換削片機底部篩網，通過變頻器來調節(jié)進料速度，用一臺削片機，既能生產出適用于高強度刨花板生產所需的長度70 mm左右的大木片，也可生產適于定向結構刨花板生產的長度150 mm左右的大木片。
加工后的大木片，再經過一個木片分級篩，進一步篩出里面的雜質后進入木片緩沖料倉。如果生產環(huán)境條件允許，建議在木片篩選后增加一道木片水洗工序，將木片在80℃左右的熱水中進行水洗，其作用主要是洗掉木片中砂石和泥土，同時對所有木片進行勻濕。若木材原料中有回收廢棄木材，與新鮮木材混合時，木材的含水率不同，經過勻濕后木片的含水率相對接近，便于刨片機刨切。緩沖料倉中的大木片再通過料倉底部螺旋出料機構送入刨片機加工成大刨花，大刨花通過皮帶運輸機送入濕刨花料倉。
圖1 邁耶兩工段大刨花制備技術示意圖
邁耶公司生產的MSF 1500 SKR 64型刨片機，設計構造獨特，轉子底刀進行了創(chuàng)新設計，通過優(yōu)化底刀數量、調整底刀與刀環(huán)角度（見圖2）和采用360°均勻布料系統(tǒng)和靜置刀環(huán)技術，在葉輪高速旋轉的作用下，獲得足夠的離心力把大木片緊緊地壓在固定刀環(huán)的耐磨板上（見圖3），獲得了較優(yōu)化的切削環(huán)境，并且大刨花從刨花排料通道排出時不會產生擺動、彎曲、壓碎等情況，從而得到高質量的大刨花。在切削過程中，木片長度方向上幾乎沒有損失，能夠切削出長條、大片的寬平刨花。
圖2 邁耶刨片機內部結構
圖3 邁耶刨片機大刨花切削示意圖
與傳統(tǒng)的長材刨片機相比，兩工段刨片制備技術加工出來的刨花長厚比好。另外，與長材刨片機加工制備的長方形刨花（見圖4）不同，兩工段刨片制備的刨花邊部不規(guī)則、不成直角（見圖5），有著顯著的更加均勻的張力過渡，使得板材的內結合強度、靜曲強度和握螺釘力得到了明顯提升，不但可以生產高強度刨花板用刨花，而且通過調整設備結構可生產長度150 mm左右的定向結構刨花板用刨花
圖5 邁耶兩工段刨片制備的大刨花
刨花板生產過程中對干燥后刨花含水率的控制要求比較高，一般在2%左右。這就要求干燥機的設計既要滿足芯層大片刨花的干燥，又要滿足表層細小粉末狀刨花的干燥，同時還需要考慮各種含水率不同的原材料在同一臺干燥機內完成干燥并較終得到相對均衡的含水率。迪芬巴赫集團旗下申克曼皮爾（SPE）公司的單通道干燥機，通過干燥筒前“Ω”型預干燥和重物分離裝置，可實現不同含水率的原料分別進料和對高含水率刨花進行預干燥。整個干燥過程分為預干燥、干燥和物料均衡3個階段，通過干燥設備的獨特設計，可以保證刨花干燥較終含水率在2%左右
另外，濕刨花通過一個進料轉閥后進入到干燥機，該轉閥在設計時需要考慮大刨花的通過量，以防止大刨花在轉閥處堵塞。
刨花篩選通常使用機械方式，常見刨花篩選使用矩形擺動篩，通過擺動篩篩網不同的網孔尺寸將刨花按照其幾何尺寸進行分類。一般使用3層篩網，分離出來的刨花分為4類：粉塵、表層刨花、芯層刨花和過大刨花。其中，表、芯層刨花直接用于生產，粉塵因含沙石量較多基本上送入能源工廠當作燃料處理，過大刨花則被送入打磨機再次打磨。
刨花在篩選過程中需要把篩選機的頂層網更換成較大網孔的篩網，以便把合適的片狀刨花保留到芯層原料中。根據生產經驗，篩網的網孔尺寸需要適當放大。另外，當頂層篩網網孔加大后，原來部分篩選出的過大刨花進入了芯層料中，這樣經打磨機變成細表層料的過大刨花會減少，需要考慮在篩分出來的芯層刨花出料處做一個分料機構，以便表層料供應不足時補充一部分芯層料到打磨機。
篩分出來的表、芯層刨花需要經過風選機進一步剔除刨花中的沙石、異物以及不合格的桿狀刨花，尤其是生產用于定制家具制造的刨花板，因為刨花中含有的沙石、金屬等異物會損傷刀具，縮短刀具的使用壽命，從而影響生產效率。
下面以迪芬巴赫SPE公司生產的R型刨花風選機為例，簡要介紹其工作原理。氣流通過風選機底部進入，經由氣流分配板和氣流均布網后進入風選室，刨花自風選機頂部轉閥進入風選室，通過底部進入的氣流把刨花快速分散并懸浮起來，刨花厚度合適，懸浮比符合要求的刨花隨氣流經過頂部側面的出口由旋風分離器分離后進入干刨花料倉。厚度偏厚，懸浮比偏大的刨花會落在層篩網上，在旋轉撥料臂的攪動下，刨花被氣流重新吹起來進行再次風選，反復幾次后仍然不合格的刨花通過風選室中部的排放口排出并送到打磨機。沙石和雜質則直接穿過層篩網和底部的氣流均布網，由底部的清潔毛刷收集后經過螺旋運輸機排出。
在高強度刨花板生產過程中，由于芯層料中含有大片刨花，需要對風選系統(tǒng)重新設計，以適應大刨花被順利風選。需要增加進入風選機的風量，并優(yōu)化風選機底層氣流均布網的孔徑以提高風選機內的氣流速度。另外如果原料中使用廢棄家具或者城市回收木材時，建議考慮將風選機剔除的很厚刨花進一步篩選，以剔除塑料，橡膠等異物。
經過計量后的表層干刨花被送入一個帶冷卻系統(tǒng)的圓筒形拌膠機內，在拌膠機中心裝有帶冷卻拌膠爪的旋轉軸，帶冷卻的拌膠爪把膠水、石蠟、固化劑等各種原料與刨花攪拌完成刨花的施膠。
高強度刨花板生產中，芯層刨花施膠一般會選用低轉速拌膠機，如迪芬巴赫DPF公司生產的CB90/50 CL型低速拌膠機，圓周線速度約20 m/s。因為生產高強度刨花板的刨花中有很多長且扁平狀的大片刨花，這種刨花經過干燥后含水率低，刨花自身的韌性變差，若經過拌膠機的高速攪拌容易把刨花形態(tài)破壞。低速拌膠機為了達到拌膠均勻的效果，通常會對拌膠機進行特殊設計，比如配備加長尺寸的拌膠倉體，以延長刨花在拌膠機內的停留時間，同時拌膠爪的低速運轉將刨花的離心運動降低，起到既不破壞刨花形態(tài)又能拌膠均勻的效果。整個拌膠機從進料到出料可分為4個區(qū)域，即進料區(qū)、施膠區(qū)、拌膠區(qū)和出料區(qū)，相應區(qū)域根據功能不同，拌膠機內部的結構也會不同。進料段設計為防沖擊系統(tǒng)，用螺旋取代了部分撥料漿（見圖8），刨花被平滑地送入拌膠機，不會讓大刨花遭到機械沖擊而破壞，刨花在此區(qū)域會形成一個均勻的刨花環(huán)。
圖8 低速拌膠機螺旋進料系統(tǒng)
拌膠后的刨花被分別送入鋪裝站的表、芯層計量料倉，再通過各個鋪裝頭分別進行鋪裝。整個鋪裝過程通過設定的板材密度、素板厚度以及在線監(jiān)測的含水率等參數，由計算機內部通過程序運算進行精準計量鋪裝。對于高強度刨花板生產來說，表層刨花鋪裝無論是機械鋪裝方式（鉆石輥）還是氣流鋪裝方式，對設備和工藝技術要求與普通刨花板沒有明顯的差異，但是對于芯層刨花的鋪裝需要注意以下幾個方面。
一般芯層刨花在進入計量料倉前都會安裝一個膠團分選裝置，以對結團刨花進行分選。需要對分選器進行調整，以保證大片刨花的順利通過。以常見的盤式分選器為例（如圖9），與普通的刨花板生產設備相比，需要把盤片間隙適當加寬。
圖9 盤式分選器
因為芯層刨花中有大量的大刨花，鋪裝機計量料倉內刨花堆積密度會發(fā)生微小的變化，為了消除刨花堆積密度波動帶來的影響，保證鋪裝的效果和精度，建議選用帶有稱重計量單元的計量料倉。迪芬巴赫新的計量控制理念是根據刨花需求量來控制鋪裝出料量，即需要多少就給多少。鋪裝精度取決于板坯重量控制的精確性，把刨花稱重與計量料倉直接聯系起來，以減少鋪裝頭環(huán)節(jié)帶來的滯后影響，在鋪裝計量料倉中實現對板坯重量的控制。安裝在鋪裝計量料倉底部的計量皮帶秤可根據刨花容重變化的偏差及時調整下料量，從而實現精準控制，由鋪裝頭直接完成刨花鋪裝形成板坯結構。這項技術減少了由于刨花容重變化帶來的鋪裝精度誤差，從而使整體鋪裝精度得到提高。
其次，在鋪裝帶上設置總板坯秤，如果出現板坯整體的重量偏差，總板坯秤將分別提供信號給各個鋪裝頭計量料倉，讓所有的計量倉計量皮帶同步按設定的比例進行調整，以實現快速對鋪裝板坯重量的調整，避免了生產線在產品厚度更換和生產啟動時因為鋪裝調整時間長而帶來不必要的刨花消耗[3]。
高強度刨花板區(qū)別于普通刨花板主要體現在其斷面結構上。鋪裝工藝設備的選擇對高強度刨花板的結構影響較大，尤其芯層鋪裝技術是生產高強度刨花板的關鍵。高強度刨花板目前推薦的鋪裝技術，是采用表層氣流+芯層鼠籠拋撒輥組合技術，在連續(xù)平壓法高強度刨花板生產中，以表層氣流、芯層使用鼠籠輥的氣流+機械式組合技術應用較為廣泛。迪芬巴赫鼠籠輥（申克型）鋪裝頭，適合芯層長刨花的鋪裝，通過速度和角度可調的布料輥和分料齒板調節(jié)較佳的刨花流分布，得到大小刨花均勻混合的芯層刨花均質結構（如圖10），使得刨花板有較高的內結合強度和靜曲強度，節(jié)約了膠黏劑等物料消耗，降低生產制造成本。
圖1 1 高強度刨花板與普通刨花板板邊對比
兩工段高強度刨花板生產技術已經在中國葉集麗人木業(yè)公司、臺山威利邦木業(yè)公司、豐林亞創(chuàng)（惠州）人造板公司等多條刨花板生產線上應用并取得很好的效果。其中廣西豐林集團在豐林亞創(chuàng)（惠州）技改項目成功的基礎上，將很強刨花板技術全部應用于南寧新建的刨花板生產線設計和建設，該生產線一經投產就獲得很好的預期效果，產品無論理化性能指標還是外觀應用都獲得索菲亞、歐派等定制家具的認可，并在業(yè)內獲得了很高的關注度，也一度成為后續(xù)刨花板生產線設計的參考樣板。根據索菲亞研究院CNAS認證實驗室出具的檢測報告顯示：產品厚度為18mm，密度為614 kg/m3時，其內結合強度0.52 MPa、靜曲強度15.1 MPa、彈性模量2570 MPa，其余力學指標均優(yōu)于國家標準GB/T 4897—2015《刨花板》中干燥狀態(tài)下使用的承載型刨花板的要求。
在生產中，高強度刨花板能降低膠黏劑等相關物料消耗。實踐證明，通過高強度刨花板工藝優(yōu)化后，可將刨花板密度降低10～50 kg/m3，仍有密度660 kg/m3普通刨花板所具有的力學性能。如傳統(tǒng)工藝生產的厚度18 mm、密度660 kg/m3的刨花板，可用630 kg/m3的高強度刨花板來替代，這樣在制造過程中不但節(jié)省了木材、電耗、熱能和膠黏劑等原材料，而且刨花板的重量更輕。這里以年產30萬m3的高強度刨花板生產線為例，若平均密度降低30 kg/m3，核算其節(jié)約的生產成本如下：
300 000 m3×30 kg/m3=9 000 t，按照成品板6%的含水率計算后得到年原料節(jié)約總量為8460t。參考當前市場價格，木材原料按照900元/t（絕干），E0級固體含量為65%的脲醛樹脂生產直接成本為2 200元/t，木材原料占比為92%，膠黏劑占比8%，其余原輔料忽略不計則：年節(jié)約木材成本8 460 t×92%×900元/t=7004880元，年節(jié)約膠黏劑成本為（8460t×8%/65%）×2 200元/t=2290708元。以上兩項合計總共降低成本約930萬元/年，帶來的經濟效益非常顯著。
高強度刨花板生產中，應用薄而長的刨花后力學性能得到明顯的提高，主要在于長刨花本身的抗彎強度較高、可塑性大，在熱壓時容易被壓實，刨花之間接觸緊密，增加了刨花之間的膠合。因此，應用薄而長刨花作為刨花板的芯層料來生產高強度刨花板，具有以下的優(yōu)點及效果：
1）板材的強度高、物理力學性能好，有較高的內結合強度、靜曲強度、彈性模量和握螺釘力。
2）薄而長的刨花，不僅可以節(jié)約刨削刨花的用電消耗，而且刨花大而薄且表面平整光滑，有利于節(jié)約膠黏劑的消耗量和提高膠合強度。
3）刨花板的尺寸穩(wěn)定性得到改善，2 h吸水厚度膨脹率小。因為，刨花長厚比較大，而且在熱壓過程中板坯壓縮比較大，木纖維的細胞空隙被壓縮，膠黏劑能很好地分布在刨花表面并熱壓固化，從而改善刨花吸水后的膨脹率。
4）板材邊緣均質、密實，空隙小，刨花板的機械加工性能好，二次加工時不易崩邊，板側邊封邊加工后更光滑平整。
5）高強度刨花板市場應用范圍更廣泛，在市場上更有競爭力，可創(chuàng)造更高的產品附加值。
6）可優(yōu)化生產工藝，通過使用一定量的大片狀的薄刨花（刨花平均厚度為0.7 mm），可以制得更高物理力學性能的板材。
在全屋定制以及櫥柜衣柜等家具、室內木門制造企業(yè)的引領下，加上生態(tài)環(huán)保，低碳節(jié)能的消費導向，刨花板因板材性能優(yōu)良、生產能耗低、原料適應性廣及其可以高效利用木質資源，可持續(xù)發(fā)展等特點，被廣泛地推廣使用。隨著消費者認知度的不斷提高，對產品和居住環(huán)境要求日趨嚴格，促使生產企業(yè)不斷提升產品質量滿足市場特殊領域的需求，而高強度刨花板作為一個創(chuàng)新的產品，其所特有的性能，勢必為刨花板產業(yè)的發(fā)展和提升注入新的活力，為刨花板產業(yè)發(fā)展帶來生機。
另外，高強度刨花板雖然得到了市場的普遍認可，但是目前還沒有相關標準對高強度刨花板進行明確的定義，希望隨著這個新產品在市場上影響力不斷擴大，高強度刨花板的標準也能盡快出臺。
