中密度纖維板板壞密度與含水率對熱壓板間距誤差的影響

中圖分類號：TP202；TH186 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10.7525/j.issn.1006-8023.2025.04.016

Abstract：Inorder to explore the influence of slab densityand moisture contentof medium densityfiberboard（MDF）on thespacing errrof hot pressing plate intheentrancesectionofcontinuous press，，therelated experiments ofslabdensity and moisture contentof7.7mm（thin plate）and16mm（thick plate）MDFonthe spacing errof hot pressing plate at fourhot pressing positions in the entrance section were cariedout.Combined withtheactual production situationof two kinds offiberboardslabsatthefirsthotpressng position，thepredictionmodelsof theinfluenceof slabdensityand moisturecontent on the spacing error of hot pressing plate were established respectively.The experimental results showed thatthe hotpressing plate spacing error waspositivelycorelatedwiththedensityof the twokindsofslabsand negatively correlated with the moisture content.The relative error of the predicted value of the2 models was within 5 % ，and the prediction effect was good.Itcaneffectively predict the spacing errorofhot pressing platecaused bydiferentslabdensityandmoisturecontent.The research results provide somereference andreference fortheprecise controlof slab thickness in hot pressing process.

Keywords：Fiberboard;continuous hot press； hot pressing plate spacing；density of slab；moisture content

0 引言

中密度纖維板（mediumdensityfiberboard，MDF）是利用木材資源的枝丫材、小徑材、竹材及其他植物原料制成的人造板材，由于其具有良好的物理力學(xué)及機(jī)械加工性能，已廣泛應(yīng)用于家具制造業(yè)、室內(nèi)裝修業(yè)及建筑業(yè)等方面[1-3]。相較于天然木材，MDF的綜合利用率更高，有利于我國林業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展[4]。

熱壓工藝決定了纖維板的產(chǎn)品質(zhì)量，利用連續(xù)壓機(jī)施加給板壞合適的溫度與壓力等條件，使板壞熱壓膠合為厚度、密度及各項物理力學(xué)性能均達(dá)標(biāo)的毛板[5-6]。在實(shí)際生產(chǎn)中，板壞彈性對熱壓板有反作用力，熱壓板間距的實(shí)際值與設(shè)定值存在一定誤差，影響板壞厚度的控制精度7。此外，壓制板壞產(chǎn)生的反彈力受到板壞密度及含水率的影響呈不均勻分布，導(dǎo)致間距誤差產(chǎn)生不確定性，加大了對板壞厚度的控制難度[8-10]。若毛板厚度過大，不僅會導(dǎo)致砂光量較高，造成原料浪費(fèi)；還會影響成品板力學(xué)性能，降低產(chǎn)品質(zhì)量[11-12]。人口段是熱壓環(huán)節(jié)板厚控制的基礎(chǔ)，因此對于人口段熱壓板間距誤差的研究十分必要，但目前暫無相關(guān)試驗性的驗證與分析。

本研究通過試驗分析，重點(diǎn)探究MDF板壞密度及含水率對人口段4個熱壓位置的熱壓板間距誤差的影響，并根據(jù) 7.7mm 與 16mm 厚度板的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立熱壓板間距誤差的預(yù)測模型，旨在為板厚控制提供理論依據(jù)，優(yōu)化MDF生產(chǎn)工藝，提高國產(chǎn)纖維板的產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗方案設(shè)計

1.1 材料與設(shè)備

試驗材料取自河北某纖維板廠生產(chǎn)的 7.7mm （薄板）與 16mm （厚板）的MDF板壞。利用企業(yè)現(xiàn)有的辛北爾康普ContiRoll型連續(xù)壓機(jī)（鋪裝寬度為 2700mm ），纖維板生產(chǎn)線配帶設(shè)備：水分檢測儀、位移傳感器和電子計時器，以及紅外測距儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1. 2 試驗方法

該企業(yè)生產(chǎn) 7.7mm 與 16mm 纖維板時，連續(xù)壓機(jī)入口段4個熱壓位置的熱壓板間距如圖1所示。圖1中理想距離是板廠制定的熱壓板間距最優(yōu)值，實(shí)際距離則是在每個熱壓位置測量的100組熱壓板間距的平均值。

由圖1可知，壓制薄板與厚板的板坯時，4個位置的熱壓板間距實(shí)際值與最優(yōu)值均存在一定誤差，在壓機(jī)的縱向長度上誤差遂漸減小。由唐忠榮等[13]與高金貴等[14]的分析可知，密度與含水率是影響纖維板板壞反彈力的重要因素，因此本研究將板壞密度與含水率作為主要的工藝變量，采用單因素試驗，探究其對入口段4個熱壓位置的熱壓板間距誤差的影響。

1. 3 數(shù)據(jù)采集

1.3.1 板壞密度的計算

每隔 5min 利用板壞秤對板壞質(zhì)量 （M） 進(jìn)行一次記錄。每次稱質(zhì)量的板壞長為 2700mm ，寬為 1200mm高為鋪裝厚度，板壞體積（V見表1。板壞密度 （ρ） 利用板壞質(zhì)量（M）、體積（V及密度公式計算得出。

1.3.2 板坯含水率的測量

試驗所用板壞含水率，采集自板壞秤處的水分檢測儀。為得到板坯同一位置的生產(chǎn)參數(shù)，在記錄板壞質(zhì)量時，同時記錄板壞的含水率。由于板壞從人口段第1個熱壓位置運(yùn)動至第4個熱壓位置的所用時間較少，整體的含水率并無明顯變化，因此可依據(jù)采集的含水率，同時研究人口段4個位置的熱壓板間距誤差。

1.3.3 熱壓板間距誤差的計算

連續(xù)壓機(jī)每組的中間油缸處均安裝有位移傳感器，可直接讀取該位置油缸活塞桿的位移量。使用紅外測距儀測量出上、下熱壓板的初始距離，結(jié)合活塞桿的位移量計算出實(shí)際的熱壓板間距，再將其與企業(yè)制定的最優(yōu)間距值做差，即可得到誤差值。

板壞秤與4個熱壓位置之間相隔一定距離，在研究板壞密度與含水率對熱壓板間距誤差的影響時，需用電子計時器對數(shù)據(jù)進(jìn)行定時記錄。利用紅外測距儀測量出，板壞秤至第1個熱壓位置的距離標(biāo)記為1，記作 S₁ ；至第2個熱壓位置的距離標(biāo)記為2，記作 S₂ ；至第3與第4個熱壓位置的距離分別標(biāo)記為 S₃ 與 S₄ 。利用距離（S）、鋼帶速度 （v） 及速度公式，可計算出板壞從板壞秤處運(yùn)動至4個熱壓位置的時間 （T₁，T₂，T₃，T₄） ，具體見表2。

2 試驗分析

2.1板壞密度對熱壓板間距誤差的影響

為減小數(shù)據(jù)的偶然性，將5個批次生產(chǎn)的 7.7mm 與 16mm MDF分別選出800組樣本，按不同批次等分成5組，并求得每組數(shù)據(jù)樣本中板壞密度及對應(yīng)入口段4個熱壓位置的熱壓板間距誤差平均值。壓制薄板板壞時，板坯密度與4個熱壓位置的熱壓板間距誤差關(guān)系如圖2所示；壓制厚板板坯時，板壞密度與熱壓板間距誤差關(guān)系如圖3所示。

由圖2與圖3可知，壓制厚、薄板的2種板坯時，熱壓板的間距誤差均隨著板坯密度的增大而增加，并且誤差的增長率也隨著板壞密度的增大而增加。

該企業(yè)生產(chǎn) 7.7mm MDF制定的密度標(biāo)準(zhǔn)為 ?44± 2）kg/m³ ，圖2中每個熱壓位置的板坯密度最小平均值為第1組的 44.33kg/m³ ，高于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 0.33kg/m³ ，對第1個熱壓位置的熱壓板間距造成了 1.92mm 的平均誤差，對第2、第3及第4個熱壓位置造成的間距誤差分別為 1.81，0.96，0.25mm ；板壞密度最大平均值為第5組的 47.29kg/m³ ，高于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 3.29kg/m³ ，對第

1個熱壓位置的熱壓板間距造成了 3.03mm 的平均誤差，對第2、第3及第4個熱壓位置造成的間距誤差分別為 2.64，1.65，0.76mm 。

16mm 厚板的5組板坯密度平均值中，最小為第1組的 50.34kg/m³ ，比該規(guī)格MDF的 （50±2.5）kg/m³ 密度標(biāo)準(zhǔn)高 0.34kg/m³ ，引起第1個熱壓位置熱壓板3.26mm 的平均間距誤差；引起第2、第3與第4個熱壓位置的間距誤差，分別為2.45、1.13、0.33mm。 16mm 厚板的最大板壞密度平均值為第5組的 55.15kg/m³ ，比該規(guī)格MDF的 （50±2.5）kg/m³ 密度標(biāo)準(zhǔn)高 5.15kg/m³ 引起第1個熱壓位置熱壓板 4.57mm 的平均間距誤差；引起第2、第3與第4個熱壓位置的間距誤差分別為 3.36，1.97，0.86mm 。

由此可見，在試驗范圍內(nèi)（薄板板壞密度為44.33＼～47.29kg/m³ ，厚板板壞密度為 50.34～55.15kg/m³） ，減小板壞密度，且盡可能地達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)值，是減小入口段熱壓板間距誤差的有效措施。此外，從圖中還可以明顯地看出，相同的熱壓位置下，壓制厚板板坯時熱壓板的平均間距誤差比壓制薄板板壞時大。因此，在生產(chǎn)厚板時要施加更大的熱壓壓力以抵消板壞產(chǎn)生的反彈力。

2.2板壞含水率對熱壓板間距誤差的影響

求得樣本中5組數(shù)據(jù)的板壞含水率及對應(yīng)人口段4個熱壓位置的熱壓板間距誤差平均值。薄板的板壞含水率對4個熱壓位置的熱壓板間距誤差影響如圖4所示，厚板的板壞含水率對4個熱壓位置的熱壓板間距誤差影響如圖5所示。

由圖4與圖5可知，在 7.7mm 纖維板的5組板壞含水率平均值中，含水率平均值最小為第1組的

7. 43% ，比企業(yè)制定的 8%±0.5% 的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)小0.57% ，對第1個熱壓位置的熱壓板間距造成了2.78mm 的平均誤差；對第2、第3和第4個熱壓位置的熱壓板間距造成了 2.50，1.31，0.62mm 的誤差；含水率最大為第5組的 8.52% ，比企業(yè)制定的 8% ±0.5% 的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)大 0.52% ，對第1個熱壓位置的熱壓板間距造成了 1.57mm 的平均誤差；對第2、第3和第4個熱壓位置的熱壓板間距造成了 1.27.0.68 /0.19mm 的誤差。

16mm 纖維板的5組板壞含水率平均值最小為第1組的6. 03% ，比 7%±0.5% 的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)小 0.97% ，引起了第1個熱壓位置熱壓板 3.18mm 的平均間距誤差，引起第2、第3和第4個熱壓位置熱壓板的間距誤差分別為 2.99，1.71，0.77mm 含水率最大為第5組的8.01% ，比 7%±0.5% 的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)大 1.01% ，引起了第1個熱壓位置熱壓板 1.98mm 的平均間距誤差，引起第2、第3和第4個熱壓位置熱壓板的間距誤差分別為1.77、1.03、0.30mm 。

由此可見，試驗范圍內(nèi)（薄板含水率為 7.43%～ 8.52% ，厚板板壞含水率 6.03%～8.01% 的熱壓板間距誤差隨著板壞含水率的增大而減小。因此在生產(chǎn)中，也可以適當(dāng)?shù)靥岣邿釅呵暗陌鍓暮剩岣甙迮鞯乃苄?，以減小熱壓時入口段產(chǎn)生的熱壓板間距誤差。通過以上對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析可知，熱壓板間距誤差是多因素共同影響下的綜合結(jié)果，通過單因素分析很難完整地闡釋引起誤差的原因?；诖耍狙芯客ㄟ^試驗數(shù)據(jù)建立板壞密度及含水率對熱壓板間距誤差的預(yù)測模型，探究密度、含水率對間距誤差的影響。

3板坯密度和含水率對熱壓板間距誤差的預(yù)測模型

3.1 模型假設(shè)

1）假設(shè)入口段加壓油缸工作狀態(tài)良好，不存在因油缸質(zhì)量問題引起的熱壓板間距誤差。

2）忽略板壞在輸送過程中的水分蒸發(fā)，將板壞秤處測得的含水率視為板坯位于人口段時的含水率。

3.2 模型建立

由于連續(xù)壓機(jī)4個熱壓位置的熱壓板間距誤差預(yù)測模型的建立方法相同，因此以選出的800組 7.7mm 與 16mm 纖維板的板壞在第1個熱壓位置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，分別針對板壞密度與含水率對熱壓板間距誤差的影響建立數(shù)學(xué)模型，并檢驗其精度。利用MAT-LAB擬合工具箱CurveFittingTool對函數(shù)進(jìn)行多次擬合，為保證模型準(zhǔn)確且適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際，直至函數(shù)回歸方程決定系數(shù) R²?0.8 ，并使預(yù)測模型具有一定魯棒性[15-17]

設(shè)板壞密度為 X ，含水率為 Y， 經(jīng)過多次擬合后得到熱壓板間距誤差 （Z） 對 X，Y 的函數(shù)形式為

Z=P₀+P₁X+P₂Y+P₃X²+P₄XY+P₅Y²₀ 式中： P₀，P₁，P₂，P₃，P₄，P₅ 為方程參數(shù)，求解結(jié)果見表3。

表3預(yù)測方程求解結(jié)果

表3中擬合度 R₁²=0.9022 是指 7.7mm 薄板的因變量Z的 90.22% 可以由該預(yù)測模型確定;擬合度 R₂²= 0.9071是指 16mm 厚板的因變量Z的 90.71% 可以由該預(yù)測模型確定。2種模型的樣本充足，回歸方程的決定系數(shù)都較高，均方誤差 F 均遠(yuǎn)超檢驗臨界值，且Flt;α（α 顯著性水平），因此2種模型具有較好的可信度[18]。

3.3 模型分析

對2個模型的擬合函數(shù)進(jìn)行繪圖，可得熱壓板間距誤差與板壞密度及含水率的關(guān)系，如圖6所示。當(dāng)含水率不變時，熱壓板的間距誤差隨著板壞密度的增大而增大，且誤差的增長率越來越大；當(dāng)板壞密度不變時，熱壓板間距誤差隨著含水率的增加而減小。應(yīng)用此模型，通過 7.7mm 與 16mm 纖維板的板壞密度及含水率，可以實(shí)現(xiàn)對連續(xù)壓機(jī)第1個熱壓位置熱壓板間距誤差的預(yù)測。依靠誤差的預(yù)測值，可提前調(diào)整液壓油缸活塞桿的位移量，從而提高板壞厚度的控制精度，并且可以借鑒該方法建立其他厚度板或其他熱壓位置的熱壓板間距誤差模型。

3.4模型誤差檢驗

為驗證板壞密度、含水率對熱壓板間距誤差預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，分別重新測量5組 7.7mm 與 16mm 纖維板的板壞密度、含水率及對應(yīng)第1個熱壓位置的熱壓板間距誤差，得到誤差的預(yù)測值與實(shí)際值，列于表4。

由表4可知，預(yù)測精度均在合理的范圍內(nèi)，熱壓板間距誤差預(yù)測值的可信度良好。因此，認(rèn)為 7.7mm 及16mm 纖維板的板壞密度與含水率，對連續(xù)壓機(jī)入口段第1個熱壓位置的熱壓板間距誤差預(yù)測模型具有較好的預(yù)測效果。

4結(jié)論

本研究采用單因素試驗法研究了中密度纖維板的板壞密度及含水率對熱壓板間距誤差的影響，利用MATLAB建立了預(yù)測模型，并進(jìn)行了預(yù)測精度的驗證。得出以下結(jié)論。

1）在人口段相同的熱壓位置下，壓制厚板時的熱壓板間距誤差比壓制薄板時的大。

2）實(shí)際生產(chǎn) 7.7mm 與 16mm 的MDF時，熱壓板間距誤差隨著板壞密度的增大而增大，當(dāng)密度過高時誤差急劇增大；隨著板坯含水率的增大而減小，呈近似線性的反比例關(guān)系。

3）利用企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分別建立了 7.7mm 與 16mm 纖維板的板壞密度及含水率，關(guān)于連續(xù)壓機(jī)入口段熱壓板間距誤差的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測誤差的準(zhǔn)確率均在 90% 以上，且模型預(yù)測值與實(shí)際值的相對誤差在 5% 以內(nèi)，2個預(yù)測模型的預(yù)測精度較高，預(yù)測效果良好。利用該模型可以提高中密度纖維板熱壓工藝中板壞厚度的控制精度，為纖維板的高質(zhì)量生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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