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01 第一章 木材及木质复合包装材料.ppt

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本课件从包装木材的分类入手,讲清木材的宏观构造、吸湿性与干缩湿胀等物理性质,再给出抗压、抗拉、抗弯、抗剪等力学指标与握钉力、弯曲能力等工艺性能,最后介绍胶合板、纤维板与刨花板三类人造板材。

胶合板箱实物图,展示胶合板板材的层叠纹理与成箱外观
刨花板托盘与木匣图,显示刨花板在托盘铺板与木匣箱壁上的使用形态
OSB板箱实物图,显示定向刨花板作箱板时的片状纹理与箱体
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第1页:胶合板与胶合板箱

胶合板箱:以胶合板作箱板制成的包装箱,是木材包装容器中应用较广的一种箱型。

第2页:刨花板托盘与木匣

刨花板托盘、木匣:以刨花板为材料制作的托盘与木匣类包装容器。

第3页:OSB板箱

OSB板箱:以定向刨花板(OSB)作箱板制成的包装箱。

第4页:包装木材的分类与利弊

天然木材
针叶木材:红松、落叶松、白松、马尾松等;阔叶木材:杨木、桦木等。
人造木材
纤维板:纤维板、木丝板、刨花板等;胶合板:三夹板、五夹板等。

木材的优点:质轻,强度高,有一定的弹性,能承受冲击和震动作用,容易加工,具有很高的耐久性且价格低廉。

木材的缺点:各向异性,易受环境温度、湿度的影响而变形、开裂、翘曲和降低强度,易于腐朽、易燃、易被白蚁蛀蚀等。这些缺点经过适当处理可以消除或减轻。

第5页:木材的宏观构造切面

木材的构造可从三种切面观察:

横切面
垂直于树轴的剖面,可见树皮、形成层、木质部、年轮、导管、脂道、髓心、髓线、心材、边材等。
纵切面
与树轴平行的剖面。
径切面
通过树轴的纵切面。
弦切面
不通过树轴的纵切面。

第6页:树皮、木质部与年轮

树皮
树干最外的一层,由外皮软木组织(或称栓皮)和内皮组成。
新生层
位于树皮内皮与木质的交界之间,形成一层极薄的粘膜。
木质部
新生层多年生长积累的结果。
  • 春季生长最旺盛,多生成薄壁宽腔的导水细胞,木质松软、颜色浅淡,称春材(早材)。
  • 随季节变迁生长减慢,生成厚壁窄腔的支撑细胞,木质坚硬、颜色较深,称夏材(晚材)。
  • 冬季停止生长,在横切面上显出各年生长的木质分界线,称为年轮;年轮在径切面上呈与树轴成角度的带形条纹,在弦切面上呈近于椭圆的套环形状。
  • 夏材率:横切面上沿半径方向一定长度中所含夏材宽度的总和占该长度的百分率,用以衡量木材质量。

第7页:髓心、髓线与心材边材

髓心
木质的中心,最初生成的木质,直径约在3~5mm之间。
髓线(木射线)
由髓心长出,成辐射状并与树轴垂直,输送和储存养分并穿过各层的径向管道;韧皮部分的髓线称韧皮射线。针叶树的髓线非常细小,阔叶树的髓线较多,麻栎、青冈栎等宽大易见。
心材
靠近髓心的木质,由年老或已死细胞组成,孔隙多为树脂和单宁填充,色深、耐腐、强度较高,但木节较多不便于弯曲。
边材
木质边缘部分,由年轻或新生细胞组成,含较多水分、淀粉和油类,色浅易腐、强度较低,质软节少便于弯曲。

髓心和髓线大多由薄壁细胞组成,质松软、强度低而脆弱,不耐腐蚀,干燥和使用过程中最易沿此开裂。

第8页:木材的物理性质

木材的使用质量主要决定于它的物理、力学、化学和工艺等性质,其中起主要作用的是物理性质,尤其是吸湿性——几乎木材的所有性能都受含水量影响。

木材的主要物理性质有:

  • 外观
  • 吸湿性和含水量
  • 变形
  • 重量

第9页:木材外观:颜色与纹理

颜色

  • 由颜色可以识别木材的树种和品种。
  • 心材比边材深,夏材比春材深,颜色在一定程度上反映木材的密度、强度和耐久性。
  • 含水量多的木材比干燥的木材颜色深;受菌类感染常出现红、褐、蓝等暗色斑点或条纹,感染过久则霉烂腐朽并有恶臭;久受大气作用呈暗灰色,受高温作用多变成黑色。

纹理

  • 针叶木材纹理均匀而简单,阔叶树木材随树种各具特有纹理,纹理是选用木材的条件和识别树种的方法之一。
  • 松、杉、水曲柳、麻栎等的弦切面和槭、山毛榉等的径切面都有美观纹理,最适于做精制的包装木箱。

第10页:木材外观:声音与气味

声音

  • 木材传声性很强,干燥木材和沿顺纹方向传声性更好。
  • 敲击时声音清晰响亮的多为干燥坚实的木材;含水量增加或密度减小,声音减弱;腐朽木材只能发出暗哑的声音。

气味

  • 各树种所含化合物不同,可由气味区别树种。
  • 新伐木材气味最大,随干燥和储存时间延长而减弱。
  • 气味丧失或改变说明木材已经变质,发出霉腐气味则早已腐朽。

第11页:木材的吸湿性与水分状态

吸湿性
木材自空气中吸收水分的能力,随环境温度和相对湿度改变;环境温度越低或湿度越大,吸水能力越强。
还水性
环境温度升高或空气相对湿度降低时,木材向空气中散失水分的性质。

吸湿和还水是木材内部水分与空气水分的平衡过程,两者达到平衡时木材既不吸水也不散失水分。

木材中水分以三种状态存在:

  • 化学结合水:含量很少,一般不超过1%~2%。
  • 自由水:存在于细胞间隙和细胞腔中,由细胞的毛细管作用吸入。

第12页:吸附水与含水率表示

  • 吸附水:由细胞的吸附作用进入细胞壁的水分。
  • 吸湿性以自由水和吸附水的总和衡量;水分先被细胞吸入细胞壁,其余积存于细胞腔和细胞间隙;干燥时先失去自由水,再失去吸附水。
  • 新伐和潮湿木材含三种状态的水分,完全干燥的木材仅含化学结合水。
  • 相对含水率:含水重量与当时湿木重量的百分比;绝对含水率:含水重量与木材绝对干燥后重量的百分比。

第13页:纤维饱和点与平衡含水率

纤维饱和点
干燥过程中全部自由水散失、细胞壁中仍充满吸附水时的含水量临界点,此时木材机械强度最低。
饱和含水率
纤维饱和点时的相对含水率,随树种略有差异;20℃时一般为25%~35%,随温度上升而降低,通常采用30%为其平均值。
平衡含水率
周围空气蒸汽压与木材表面蒸汽压相等、水分吸收与散发达到动态平衡时的含水率,使用中的木材平衡含水率都低于纤维饱和点。

第14页:干缩湿胀与变形翘曲

干缩与湿胀

  • 含水率低于纤维饱和点时,吸附水增减会使细胞壁胀缩,引起木材体积胀缩。
  • 厚壁细胞比薄壁细胞胀缩量大,坚密而重的细胞比松软而轻的胀缩量大,细胞横向比纵向胀缩量大;夏材比春材大,横纹方向比顺纹方向大,弦向比径向大。
  • 弦向胀缩量约6%~12%,径向3%~6%,纵向仅约0.1%;木制品使用中主要散失水分,常用干缩率衡量胀缩量。

变形与翘曲

干燥过程中各部分干燥速度不同、各方向干缩率也不同,木材极易变形;变形受原来形状、厚薄、宽窄、年轮、纹理、部位、容重、树种以及干燥速度的影响。

第15页:木材的开裂与防止

  • 变形严重时木材产生内应力而翘曲甚至开裂;变形通常向髓心和湿面方向突出,并向垂直木纹的方向翘曲,使接合处松弛或凸起,甚至产生裂纹和开裂。
  • 干燥不均匀时木材内部产生压应力,超过横纹抗拉强度即引起开裂;即使强度尚能抵抗内力,加工后因内应力与表面塑性变形仍会引起变形、翘曲或开裂。
  • 防止措施:干燥时采取适当措施使木材均匀干燥;尽量采用胶合木、胶合板等代替木材,或采用容重轻、收缩性小的木材。

第16页:木材的比重与容重

  • 一般树种的木材比重变动不大,约介于1.3和1.7之间,通常采用平均值1.5。
  • 干燥木材的容重平均约500kg/m³,木材孔隙率很大。
  • 容重随树种、树龄、生长条件、部位、孔隙率、含水率而改变,通常小于1000kg/m³;含水率是最主要的影响因素,常以含水率15%的容重作为标准容重。

第17页:木材的力学性质项目

木材的力学性质主要包括:

  • 抗压强度
  • 抗拉强度
  • 抗弯强度
  • 抗剪强度
  • 硬度、弹性模量

第18页:木材的抗压强度

  • 按受力方向与木纹的关系,抗压强度分顺纹和横纹两种,横纹又分径向和弦向。
  • 顺纹抗压强度极限大且较稳定,是木材使用的主要形式,常用值为30~70MPa;针叶树顺纹抗压强度极限为横纹的10~15倍,阔叶树约为横纹的3~7倍。
  • 具有粗大髓线的树种(麻栎、青冈等)径向为弦向的1.5倍,其他树种无显著区别;弦向抗压强度极限约为径向的1.5倍。

第19页:木材的抗拉强度

  • 顺纹抗拉强度较抗压强度大2~3倍,通常可达100~500MPa;因抗拉制品端部接合处受拉时常先破坏于横纹受压或剪切,顺纹抗拉强度目前尚无法充分利用。
  • 横纹抗拉强度极小,约为顺纹的1/4~1/2,木材通常不用作承担横纹受拉的制品。

第20页:静力抗弯强度

  • 木材具有优良的静力抗弯强度,一般静力抗弯强度极限为50~110MPa,约为顺纹抗压强度极限的1.5~2.0倍。
  • 木质制品承受抗弯静力时,因抗拉强度极限大于抗压强度极限,受压区域先发生皱折,然后在拉力区折裂。

第21页:冲击弯曲强度

  • 木材是很好的抗冲击弯曲材料,常用于制造要求承受横向冲击载荷的制品。
  • 春材与夏材区别明显的树种,径向冲击弯曲强度比弦向高;阔叶树中的散孔材两个方向无甚差别。
  • 一般阔叶树的横向冲击弯曲强度比针叶树约大0.5~2.0倍。

第22页:木材抗剪强度与利用

  • 木纹对抗剪强度影响极大;顺纹抗剪强度受年轮方向影响不大,具有粗大髓线的树木弦向抗剪强度较径向约大10%~30%。顺纹抗剪强度极限一般为4~15MPa,约为抗压强度极限的15%~25%。
  • 横纹抗弯破坏的剪切面多与木材纤维平行,强度极限远较顺纹高,一般为3~7倍,但因制品先被横纹受压破坏,利用价值不大。
  • 横纹切断强度极限远远高于横纹抗剪强度极限,实际上很难充分利用。

第23页:木材硬度与弹性模量

  • 硬度随纹而异:针叶树横切面硬度较纵切面约大35%,阔叶树约大25%;径切面与弦切面强度大致相同,具有粗大髓线的树种弦切面硬度大5%~10%。
  • 木材弹性模量较金属材料低并与纹向有关,是木制品容易变形的主要原因之一。
  • 抗拉、抗压弹性模量(E)顺纹比横纹大7~30倍,抗剪弹性模量(G)约为E的1/10~1/3;一般树种E约介于1000~15000MPa之间。

第24页:木材的握钉力

握钉力(持钉力和裹钉力)

  • 木材纤维为钉子所挤压或切断,对钉子产生压力,形成握钉力。
  • 平行纤维方向的握钉力约小于垂直方向25%,弦向和径向相差不大。
  • 握钉力随树种、容重和含水率而变:阔叶树比针叶树大,紧密、干燥、容重较大的木材高于松软、潮湿、容重小的木材。
  • 受钉子尺寸和种类影响:大钉大于小钉,方钉大于圆钉,螺丝钉大于普通钉。

第25页:木材的抗劈裂性

抗劈裂性

  • 以木材顺纹方向单位长度能承担的最大静力劈裂载荷为依据。
  • 抗劈裂性对握钉力有较大的影响,也给木材砍劈加工带来困难。
  • 针叶树的抗劈裂性较阔叶树小,针叶树弦向比径向小;阔叶树因髓线较发达,径向比弦向小,具有粗大髓线的木材差别更明显。

第26页:木材的弯曲能力

弯曲能力

  • 弯曲能力是制造弯曲和弧形木质制品的主要依据,主要取决于木材的塑性:阔叶树的环孔材塑性最好(栎、柳、榆、水曲柳、山毛榉等弯曲能力最高),散孔材次之,针叶树最差(红松、白松最差)。
  • 同一树种中树龄小的弯曲能力比老树好;有木节、斜纹、裂纹和腐朽的木材都没有好的弯曲能力。

第27页:胶合板

胶合板

  • 由原木旋切成薄木片,经选切、干燥、涂胶后按木材纹理纵横交错重叠,通过热压机加压而成;层数均系奇数,有三层、五层、七层乃至更多层次。
  • 各层按木纹方向相互垂直,使各层收缩与强度互相弥补,避免顺纹和横纹方向的差异影响,不会发生翘曲与开裂。
  • 包装轻工、化工类商品的胶合板多用酚醛树脂或脲醛树脂作粘合剂,具有耐久性、耐热和抗菌等性能;包装食品的胶合板多用谷胶和血胶作粘合剂,无臭、无味。

第28页:纤维板

纤维板

  • 板面宽平,不易裂缝、不易腐朽虫蛀,有一定的抗压、抗弯曲强度和耐水性能,但抗冲击强度不如木板与胶合板,适宜作包装木箱挡板和纤维板桶。
  • 分硬质与软质两种:包装纤维板为硬质纤维板,分一、二、三等;软质纤维板结构疏松,具有保温、隔热、吸音等性能,一般作包装防震衬板用。
  • 原料分木质(木材加工后的下脚料与森林采伐剩余物)和非木质(蔗渣、竹、稻草、麦秆等),经制浆、成型、热压等工序制成。

第29页:刨花板与OSB板

刨花板:又称碎木板或木屑板,利用碎木、刨花经切碎加工后与胶粘剂(各种胶料、人工树脂等)拌合,再经加热压制而成。

OSB刨花板:采用施加合成树脂胶粘剂和防水剂的扁平窄长新鲜松树刨片,经定向铺装后高温热压而成的多层结构板材,具有环保、高强度、防潮、稳定不变形、耐冲击、保温、隔热、耐火、易加工等特性,不仅可制作包装箱的箱板和底板,还可制作包装箱的框架,是世界通用的免检包装材料,可回收再利用。

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