調(diào)施膠工藝過程的控制是密度板生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了能得到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的密度板,必須要使膠液的配比準(zhǔn)確,并按工藝要求對(duì)纖維按比例定量施膠。原膠和各種輔助添加劑的配比不合理,會(huì)導(dǎo)致成品板物理力學(xué)性能下降,如靜曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、吸水厚度膨脹率等;施膠量(施膠比)過高、過低或不穩(wěn)定都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格或原材料浪費(fèi)。因此,為了獲得合格的產(chǎn)品,就需要選用合理的調(diào)施膠工藝及性能較好的調(diào)施膠設(shè)備和控制系統(tǒng)。

1密度板調(diào)施膠技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

密度板調(diào)施膠技術(shù)主要是指調(diào)施膠的工藝、設(shè)備及控制系統(tǒng)。

1.1密度板的調(diào)施膠工藝

調(diào)膠工藝:調(diào)膠指將各種膠液原料根據(jù)工藝參數(shù)的要求,按比例送入調(diào)膠罐混合調(diào)制而成。調(diào)膠靠工藝參數(shù)的確定來保證質(zhì)量,調(diào)制好的膠液可以由拌膠罐送入儲(chǔ)膠罐,以備施膠時(shí)使用。調(diào)膠的目的就是使施膠后制備的密度板具有較高的膠合強(qiáng)度和耐水、耐久、耐老化的性能;調(diào)制的膠液在膠合過程中達(dá)到較快的固化速度,提高生產(chǎn)效率;調(diào)制的膠液具有較好的操作性能,具有一定活性期,一般調(diào)制后的膠液可使用的時(shí)間為3~4h。

施膠工藝:在干法密度板生產(chǎn)中,施膠有多種方法,按施膠的先后順序,分為纖維干燥前管道施膠和干燥后管道施膠;按方式不同可分為攪拌機(jī)施膠和管道施膠。目前,國內(nèi)多采用纖維干燥前管道施膠的方法,即采用纖維先施膠后干燥的生產(chǎn)工藝。

在干法密度板生產(chǎn)中,施加膠粘劑有多種方式,不同的施加方式有各自的特點(diǎn),且有相應(yīng)的適用范圍和局限性。在密度板發(fā)展的初期,基本上采用攪拌機(jī)施膠,即將干燥后的纖維在高速拌膠機(jī)中施膠。該方法優(yōu)點(diǎn)是膠耗量較少,板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度較高;缺點(diǎn)是膠與纖維混合中很難攪拌均勻,不可避免地存在膠斑、纖維結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。膠斑影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量和裝飾處理,而結(jié)團(tuán)影響了纖維施膠的均勻性,進(jìn)而影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量;而且拌膠機(jī)為了控制含水率,要求纖維必須干燥到含水率5%以下,使干燥過程中有著火隱患。因此該法目前已很少使用。

近幾年投產(chǎn)的中密度密度板生產(chǎn)線,多采用批量式管道施膠的方法,即采用纖維先施膠后干燥的生產(chǎn)工藝。該方法是將膠粘劑通過輸膠泵送入熱磨纖維排料閥后的管道中,纖維則借助蒸汽的高速噴出,處于良好的分散懸浮狀態(tài),從而使膠粘劑與纖維得到充分均勻的混合。與早期的攪拌施膠相比,管道施膠的優(yōu)點(diǎn)之一就是使膠粘劑與纖維得到充分均勻的混合,克服了纖維結(jié)團(tuán)、板面產(chǎn)生膠斑的缺陷。但采用此種施膠技術(shù)也有不利之處,即膠液需批量存儲(chǔ),膠液易提前預(yù)固化、膠液性能下降,一旦發(fā)生生產(chǎn)線故障則造成膠液失效,浪費(fèi)嚴(yán)重;施膠量(纖維與施膠量配比)不穩(wěn)定、不均勻,管道流掛,膠液用量偏大;調(diào)施膠控制精度低,工作可靠性差,造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本增加、質(zhì)量下降。

目前國外有一些廠家提出應(yīng)用纖維先干燥后施膠這種方法。提出的理由是盡管干燥前施膠容易實(shí)現(xiàn),但由于在管道中蒸汽的作用,有一部分膠在高溫的作用下將會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而且有一部分纖維在管道中會(huì)發(fā)生沉降,勢必會(huì)降低膠的性能、增加膠液的施加量,從而影響產(chǎn)品性能,增加生產(chǎn)成本。用先干燥后施膠的方法,可以根據(jù)干燥后的纖維量,決定施加膠粘劑的量,施膠量計(jì)量準(zhǔn)確,控制精度高,可以減少膠粘劑的用量;但難點(diǎn)是如何保證施膠均勻,滿足生產(chǎn)率的要求,而且它的技術(shù)顯然沒有先施膠后干燥的技術(shù)成熟和穩(wěn)定。

另外,意大利IMAL公司提出了管道和攪拌聯(lián)合施膠工藝。采用這種工藝可以在不影響產(chǎn)品性能的前提下,減少施膠時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,減少膠斑的產(chǎn)生,同時(shí)又能降低膠的用量。該工藝在保留原來的拌膠機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上,增加一套管道施膠裝置,在總施膠量不變的前提下,將一部分膠由管道施入,另一部分膠通過攪拌施加。但這樣的系統(tǒng)較為復(fù)雜。

1.2密度板的調(diào)施膠設(shè)備

密度板調(diào)施膠設(shè)備按采用的膠的計(jì)量系統(tǒng)不同,大體分容積式、減壓式、流量計(jì)式等3種型式。

①容積式調(diào)施膠(包括施蠟)計(jì)量系統(tǒng),以意大利IMAL公司制造的設(shè)備為代表,國內(nèi)生產(chǎn)中小型中密度密度板成套設(shè)備也多以此種批量式調(diào)施膠設(shè)備配套。容積式調(diào)施膠設(shè)備的膠料配制與TC/80計(jì)量系統(tǒng)主要由配膠機(jī)(上部有5個(gè)貯罐,分別為樹脂膠罐、水罐、固化劑罐、氨水罐、和備用罐,下部為一個(gè)膠料混合器)、輸出計(jì)量、泵組、控制與顯示以及各種貯罐、管道組成。

②減重式調(diào)施膠、施蠟計(jì)量系統(tǒng),以德國迪芬巴赫(die-ffenbacher)公司開發(fā)的GRADO膠料系統(tǒng)為代表。該系統(tǒng)已廣泛用于中密度密度板和刨花板等不同板種的人造板生產(chǎn)。它包括:纖維進(jìn)給、纖維稱重、膠的配制、按重量控制原理的調(diào)膠與減重系統(tǒng)、膠料泵組進(jìn)給單元、信號(hào)檢測和反饋、數(shù)據(jù)采集、打印等。

③流量計(jì)調(diào)施膠系統(tǒng),根據(jù)熱磨纖維排放量和含水率的變化,進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整施膠量,全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。在膠料管道上裝有電磁流量計(jì),膠液流經(jīng)一個(gè)交變磁場,與磁力線作垂直方向運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢信號(hào)。此信號(hào)由轉(zhuǎn)換器進(jìn)入流量顯示器控制裝置中(該裝置由顯示儀和調(diào)節(jié)器組成),從顯示儀中可以直接讀出膠的流量。進(jìn)入調(diào)節(jié)器的電流信號(hào),與來自熱磨機(jī)運(yùn)輸螺旋轉(zhuǎn)速傳感器的電流信號(hào)和木片含水率信號(hào),經(jīng)調(diào)節(jié)中心運(yùn)算后,輸出一個(gè)信號(hào),此信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)觸發(fā)可控硅操作器控制施膠電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到施膠量隨熱磨機(jī)木片進(jìn)料量的變化而得到相應(yīng)調(diào)整的目的。

1.3密度板的調(diào)施膠控制

1.3.1密度板的調(diào)膠控制

調(diào)膠控制就是實(shí)現(xiàn)對(duì)不同比例添加原料的控制。國內(nèi)外主要有以下幾種方法。

①液位控制法:利用電磁流量計(jì)或橢圓齒輪流量計(jì),對(duì)膠泵輸出的膠液進(jìn)行直接檢測。

②計(jì)量筒檢測法(體積計(jì)量法):對(duì)筒內(nèi)的固體體積的膠量進(jìn)行計(jì)時(shí)檢測,從而推算出膠液的流量。

③計(jì)量泵法:通過提高控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速來控制原料的加入量。

④失重計(jì)量法:利用微電腦(包括單片機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī))對(duì)施膠泵進(jìn)行測量,時(shí)間T內(nèi)膠泵累計(jì)的輸出膠液重量之和,就是膠液的輸出量。

目前,國內(nèi)多采用液位控制法、計(jì)量筒檢測法、計(jì)量泵法3種方法。

1.3.2密度板的施膠控制

施膠階段的任務(wù)就是通過控制纖維與膠粘劑的比例,控制好膠液的施加量,使膠液均勻地分布在纖維上。目前,國內(nèi)的調(diào)施膠自動(dòng)控制系統(tǒng)的施膠控制過程基本上是相同的,即根據(jù)纖維流量的大小,設(shè)定纖維與膠液的配比,施膠泵從膠液混合罐中抽出膠液噴向纖維,通過電磁流量發(fā)送器反饋測量和施膠電機(jī)轉(zhuǎn)速確定施膠量。施膠控制大部分采用PID(比例、積分、微分)常規(guī)控制,但實(shí)際常規(guī)PID施膠自動(dòng)控制系統(tǒng)存在著時(shí)變及慣性滯后現(xiàn)象,而且在實(shí)際生產(chǎn)中,管路存在著不同的干擾信號(hào),系統(tǒng)傳遞函數(shù)隨著環(huán)境條件的變化而變化,用常規(guī)PID控制難以達(dá)到預(yù)期效果。這是由于常規(guī)PID控制只適用于單輸入單輸出的定值系統(tǒng),根本無法解決多輸入多輸出、非線性、時(shí)滯及慣性滯后等諸多問題。

2并行在線密度板調(diào)施膠技術(shù)的研究

分析目前密度板調(diào)施膠技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問題,并吸收國內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們提出了并行在線密度板調(diào)施膠新技術(shù)。

并行在線調(diào)施膠原理如圖1所示。

并行在線調(diào)施膠工藝方法,即:原膠、水、添加劑、固化劑等通過工藝配方按比例單獨(dú)各自通過管道、變量泵、調(diào)速電機(jī)和流量計(jì)直接輸入混合罐中進(jìn)行均勻攪拌,混合罐直接與管道連接施膠,取消了中間的貯膠罐,以避免因停產(chǎn)或意外事故造成的膠液損失,實(shí)現(xiàn)邊調(diào)邊施的并行在線工藝;采用高精度稱重、液位傳感器等,控制化學(xué)組分,依據(jù)調(diào)膠配方控制配比,準(zhǔn)確計(jì)量;采用基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建模的模糊自適應(yīng)并行在線密度板調(diào)施膠控制系統(tǒng),較精確地實(shí)現(xiàn)定量施膠,動(dòng)態(tài)地把施膠量反饋到控制中心,根據(jù)原料(纖維量)來動(dòng)態(tài)地調(diào)整施膠量,提高膠量和原料的計(jì)量精度,提高施膠均勻度,使施膠量穩(wěn)定,節(jié)省用膠量,滿足不同原料、不同生產(chǎn)工藝的要求,為密度板產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益提供技術(shù)保證。

并行在線調(diào)施膠裝置主要由不銹鋼制做的原膠罐、水罐、固化劑罐、添加劑罐、混合罐等罐組,液位傳感器,調(diào)速電機(jī),泵組,重量傳感器,流量計(jì),電磁閥及管道等組成。與之相配套的調(diào)施膠控制系統(tǒng)采用配方操作的形式,方便了原料優(yōu)化配比調(diào)節(jié),可找出較佳配比;采用變量泵并行調(diào)速、流量計(jì)計(jì)量并行同時(shí)下料,節(jié)約了調(diào)膠的生產(chǎn)時(shí)間;為了防止系統(tǒng)由于長期運(yùn)行導(dǎo)致流量測量不準(zhǔn)確,采用高精度重量傳感器進(jìn)行流量計(jì)的校正,真正實(shí)現(xiàn)了調(diào)膠的精確控制,準(zhǔn)確計(jì)量,提高了系統(tǒng)的精確度。同時(shí)針對(duì)以往的原膠液位測量采用浮漂探針式的傳感器所產(chǎn)生的測量不準(zhǔn)確、清洗困難的弊端,采用了非接觸式的傳感器,很好地解決了以上問題。調(diào)施膠系統(tǒng)采用PID模糊自適應(yīng)控制,原膠、水、添加劑、固化劑等有自己單獨(dú)的貯罐,并按配方比例各自單獨(dú)通過調(diào)速電機(jī)和變量泵直接輸入混合罐中進(jìn)行均勻攪拌;成分的多少通過流量計(jì)來進(jìn)行配比,中間取消了貯膠罐,邊攪邊施,保證連續(xù)化的生產(chǎn),使攪拌的時(shí)間和施膠的時(shí)間協(xié)調(diào),不出現(xiàn)等膠的情況。因?yàn)槟：赃m應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化和環(huán)境變化不靈敏,能用于非線性和多變量復(fù)雜對(duì)象,而且收斂速度快、魯棒性好,并且可以在運(yùn)行中不斷修正自己的控制規(guī)則來改善控制性能,運(yùn)用這種方法有利于改善密度板的施膠控制,使膠流量始終保持動(dòng)態(tài)平衡。

3結(jié)束語

綜合當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)密度板的調(diào)施膠工藝、設(shè)備及控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題,筆者認(rèn)為我國密度板調(diào)施膠技術(shù)應(yīng)在吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上,向著以高精度、并行在線式調(diào)施膠(各種化學(xué)物質(zhì)通過獨(dú)立的計(jì)量泵和流量傳感器單獨(dú)計(jì)量施加)的先進(jìn)生產(chǎn)工藝發(fā)展,自行開發(fā)適合我國國情及發(fā)展?fàn)顩r的調(diào)施膠生產(chǎn)工藝、設(shè)備及自動(dòng)控制系統(tǒng),增強(qiáng)在線控制和監(jiān)控手段,提高調(diào)施膠控制過程的智能化、人性化、簡單化程度,從根本上保證密度板產(chǎn)品質(zhì)量,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、綠色環(huán)保。