调施胶工艺过程的控制是密度板生产中的关键环节之一。为了能得到优质、高产、低耗的密度板,必须要使胶液的配比准确,并按工艺要求对纤维按比例定量施胶。原胶和各种辅助添加剂的配比不合理,会导致成品板物理力学性能下降,如静曲强度、抗拉强度、吸水厚度膨胀率等;施胶量(施胶比)过高、过低或不稳定都会导致产品质量不合格或原材料浪费。因此,为了获得合格的产品,就需要选用合理的调施胶工艺及性能较好的调施胶设备和控制系统。
1密度板调施胶技术的应用现状
密度板调施胶技术主要是指调施胶的工艺、设备及控制系统。
1.1密度板的调施胶工艺
调胶工艺:调胶指将各种胶液原料根据工艺参数的要求,按比例送入调胶罐混合调制而成。调胶靠工艺参数的确定来保证质量,调制好的胶液可以由拌胶罐送入储胶罐,以备施胶时使用。调胶的目的就是使施胶后制备的密度板具有较高的胶合强度和耐水、耐久、耐老化的性能;调制的胶液在胶合过程中达到较快的固化速度,提高生产效率;调制的胶液具有较好的操作性能,具有一定活性期,一般调制后的胶液可使用的时间为3~4h。
施胶工艺:在干法密度板生产中,施胶有多种方法,按施胶的先后顺序,分为纤维干燥前管道施胶和干燥后管道施胶;按方式不同可分为搅拌机施胶和管道施胶。目前,国内多采用纤维干燥前管道施胶的方法,即采用纤维先施胶后干燥的生产工艺。
在干法密度板生产中,施加胶粘剂有多种方式,不同的施加方式有各自的特点,且有相应的适用范围和局限性。在密度板发展的初期,基本上采用搅拌机施胶,即将干燥后的纤维在高速拌胶机中施胶。该方法优点是胶耗量较少,板的内结合强度较高;缺点是胶与纤维混合中很难搅拌均匀,不可避免地存在胶斑、纤维结团等现象。胶斑影响产品外观质量和装饰处理,而结团影响了纤维施胶的均匀性,进而影响产品内在质量;而且拌胶机为了控制含水率,要求纤维必须干燥到含水率5%以下,使干燥过程中有着火隐患。因此该法目前已很少使用。
近几年投产的中密度密度板生产线,多采用批量式管道施胶的方法,即采用纤维先施胶后干燥的生产工艺。该方法是将胶粘剂通过输胶泵送入热磨纤维排料阀后的管道中,纤维则借助蒸汽的高速喷出,处于良好的分散悬浮状态,从而使胶粘剂与纤维得到充分均匀的混合。与早期的搅拌施胶相比,管道施胶的优点之一就是使胶粘剂与纤维得到充分均匀的混合,克服了纤维结团、板面产生胶斑的缺陷。但采用此种施胶技术也有不利之处,即胶液需批量存储,胶液易提前预固化、胶液性能下降,一旦发生生产线故障则造成胶液失效,浪费严重;施胶量(纤维与施胶量配比)不稳定、不均匀,管道流挂,胶液用量偏大;调施胶控制精度低,工作可靠性差,造成产品生产成本增加、质量下降。
目前国外有一些厂家提出应用纤维先干燥后施胶这种方法。提出的理由是尽管干燥前施胶容易实现,但由于在管道中蒸汽的作用,有一部分胶在高温的作用下将会发生化学反应,而且有一部分纤维在管道中会发生沉降,势必会降低胶的性能、增加胶液的施加量,从而影响产品性能,增加生产成本。用先干燥后施胶的方法,可以根据干燥后的纤维量,决定施加胶粘剂的量,施胶量计量准确,控制精度高,可以减少胶粘剂的用量;但难点是如何保证施胶均匀,满足生产率的要求,而且它的技术显然没有先施胶后干燥的技术成熟和稳定。
另外,意大利IMAL公司提出了管道和搅拌联合施胶工艺。采用这种工艺可以在不影响产品性能的前提下,减少施胶时间,提高生产效率,减少胶斑的产生,同时又能降低胶的用量。该工艺在保留原来的拌胶机设备的基础上,增加一套管道施胶装置,在总施胶量不变的前提下,将一部分胶由管道施入,另一部分胶通过搅拌施加。但这样的系统较为复杂。
1.2密度板的调施胶设备
密度板调施胶设备按采用的胶的计量系统不同,大体分容积式、减压式、流量计式等3种型式。
①容积式调施胶(包括施蜡)计量系统,以意大利IMAL公司制造的设备为代表,国内生产中小型中密度密度板成套设备也多以此种批量式调施胶设备配套。容积式调施胶设备的胶料配制与TC/80计量系统主要由配胶机(上部有5个贮罐,分别为树脂胶罐、水罐、固化剂罐、氨水罐、和备用罐,下部为一个胶料混合器)、输出计量、泵组、控制与显示以及各种贮罐、管道组成。
②减重式调施胶、施蜡计量系统,以德国迪芬巴赫(die-ffenbacher)公司开发的GRADO胶料系统为代表。该系统已广泛用于中密度密度板和刨花板等不同板种的人造板生产。它包括:纤维进给、纤维称重、胶的配制、按重量控制原理的调胶与减重系统、胶料泵组进给单元、信号检测和反馈、数据采集、打印等。
③流量计调施胶系统,根据热磨纤维排放量和含水率的变化,进行自动调整施胶量,全部由计算机自动控制。在胶料管道上装有电磁流量计,胶液流经一个交变磁场,与磁力线作垂直方向运动,产生一个感应电动势信号。此信号由转换器进入流量显示器控制装置中(该装置由显示仪和调节器组成),从显示仪中可以直接读出胶的流量。进入调节器的电流信号,与来自热磨机运输螺旋转速传感器的电流信号和木片含水率信号,经调节中心运算后,输出一个信号,此信号经计算机触发可控硅操作器控制施胶电机转速,从而达到施胶量随热磨机木片进料量的变化而得到相应调整的目的。
1.3密度板的调施胶控制
1.3.1密度板的调胶控制
调胶控制就是实现对不同比例添加原料的控制。国内外主要有以下几种方法。
①液位控制法:利用电磁流量计或椭圆齿轮流量计,对胶泵输出的胶液进行直接检测。
②计量筒检测法(体积计量法):对筒内的固体体积的胶量进行计时检测,从而推算出胶液的流量。
③计量泵法:通过提高控制计量泵的转速来控制原料的加入量。
④失重计量法:利用微电脑(包括单片机和工业计算机)对施胶泵进行测量,时间T内胶泵累计的输出胶液重量之和,就是胶液的输出量。
目前,国内多采用液位控制法、计量筒检测法、计量泵法3种方法。
1.3.2密度板的施胶控制
施胶阶段的任务就是通过控制纤维与胶粘剂的比例,控制好胶液的施加量,使胶液均匀地分布在纤维上。目前,国内的调施胶自动控制系统的施胶控制过程基本上是相同的,即根据纤维流量的大小,设定纤维与胶液的配比,施胶泵从胶液混合罐中抽出胶液喷向纤维,通过电磁流量发送器反馈测量和施胶电机转速确定施胶量。施胶控制大部分采用PID(比例、积分、微分)常规控制,但实际常规PID施胶自动控制系统存在着时变及惯性滞后现象,而且在实际生产中,管路存在着不同的干扰信号,系统传递函数随着环境条件的变化而变化,用常规PID控制难以达到预期效果。这是由于常规PID控制只适用于单输入单输出的定值系统,根本无法解决多输入多输出、非线性、时滞及惯性滞后等诸多问题。
2并行在线密度板调施胶技术的研究
分析目前密度板调施胶技术的应用现状、存在问题,并吸收国内外相关先进经验的基础上,我们提出了并行在线密度板调施胶新技术。
并行在线调施胶原理如图1所示。
并行在线调施胶工艺方法,即:原胶、水、添加剂、固化剂等通过工艺配方按比例单独各自通过管道、变量泵、调速电机和流量计直接输入混合罐中进行均匀搅拌,混合罐直接与管道连接施胶,取消了中间的贮胶罐,以避免因停产或意外事故造成的胶液损失,实现边调边施的并行在线工艺;采用高精度称重、液位传感器等,控制化学组分,依据调胶配方控制配比,准确计量;采用基于神经元网络建模的模糊自适应并行在线密度板调施胶控制系统,较精确地实现定量施胶,动态地把施胶量反馈到控制中心,根据原料(纤维量)来动态地调整施胶量,提高胶量和原料的计量精度,提高施胶均匀度,使施胶量稳定,节省用胶量,满足不同原料、不同生产工艺的要求,为密度板产品质量和生产效益提供技术保证。
并行在线调施胶装置主要由不锈钢制做的原胶罐、水罐、固化剂罐、添加剂罐、混合罐等罐组,液位传感器,调速电机,泵组,重量传感器,流量计,电磁阀及管道等组成。与之相配套的调施胶控制系统采用配方操作的形式,方便了原料优化配比调节,可找出较佳配比;采用变量泵并行调速、流量计计量并行同时下料,节约了调胶的生产时间;为了防止系统由于长期运行导致流量测量不准确,采用高精度重量传感器进行流量计的校正,真正实现了调胶的精确控制,准确计量,提高了系统的精确度。同时针对以往的原胶液位测量采用浮漂探针式的传感器所产生的测量不准确、清洗困难的弊端,采用了非接触式的传感器,很好地解决了以上问题。调施胶系统采用PID模糊自适应控制,原胶、水、添加剂、固化剂等有自己单独的贮罐,并按配方比例各自单独通过调速电机和变量泵直接输入混合罐中进行均匀搅拌;成分的多少通过流量计来进行配比,中间取消了贮胶罐,边搅边施,保证连续化的生产,使搅拌的时间和施胶的时间协调,不出现等胶的情况。因为模糊自适应控制系统对参数变化和环境变化不灵敏,能用于非线性和多变量复杂对象,而且收敛速度快、鲁棒性好,并且可以在运行中不断修正自己的控制规则来改善控制性能,运用这种方法有利于改善密度板的施胶控制,使胶流量始终保持动态平衡。
3结束语
综合当前国内生产密度板的调施胶工艺、设备及控制系统的应用现状和存在的问题,笔者认为我国密度板调施胶技术应在吸收国外先进技术基础上,向着以高精度、并行在线式调施胶(各种化学物质通过独立的计量泵和流量传感器单独计量施加)的先进生产工艺发展,自行开发适合我国国情及发展状况的调施胶生产工艺、设备及自动控制系统,增强在线控制和监控手段,提高调施胶控制过程的智能化、人性化、简单化程度,从根本上保证密度板产品质量,以实现优质、高产、低耗、绿色环保。
