随着木材资源供求关系日益紧张,原材料多元化是今后人造板行业发展的重要方向之一。其中农作物秸秆产量大、来源广、种类多,是木质资源的理想替代品。但秸秆强度普遍不高,而大片刨花具有强重比高、施胶量少、稳定性好等特点,用大片木刨花和秸秆碎料制备的木材-秸秆突变结构碎料板不仅可以缓解木材资源短缺现象、提高秸秆利用率,还可解决传统人造板强重比低的问题,为高性能人造板的研究与可持续发展提供新思路。本文以稻草秸秆碎料和杨木大片碎料为原材料,异氰酸酯(MDI)、酚醛树脂(PF)为胶粘剂,按照三层突变结构设计,制备强重比较高的杨木-稻草复合碎料板。研究表芯层碎料质量比、板材密度、表层碎料目数和芯层PF胶施加量等四个因素与板材剖面密度分布、表面特征和理化性能的关系,优化原料配比、板坯结构和工艺控制参数,探究了层状结构差异大的板材的破坏机理,主要研究结论如下:(1)表层采用稻草秸秆细料,芯层采用杨木大片碎料,所制板材的表层最高密度和芯层最低密度相差较大,比值为3.3～3.5,相较于普通板材高出一倍左右,从表层过渡到芯层的密度曲线变化陡峭,剖面密度呈现明显的“U”型分布。(2)随着表层稻草碎料质量比的增加,芯层大片碎料质量比减少,使得表层最高密度和芯层最低密度均降低,表层厚度增加,表面平均粗糙度从2.393μm增至4.404μm,表面接触角从108.2°降至89.9°;表层和芯层结合强度、静曲强度、弹性模量、板面握钉力和板边芯层握钉力均下降。通过综合比较,较优的表芯层碎料质量比为4:6。(3)板材密度对板材性能影响显著。随着板材密度降低,板材整体的密实化程度降低,表层内结合强度、芯层内结合强度、静曲强度、弹性模量、板面握钉力和板边握钉力均降低。密度为500 kg/m~3的板材表面预固化层达到0.93mm;板面平均粗糙度从2.246μm增加至5.137μm,表面接触角从119.3°减少至96.6°;在保证物理力学性能满足要求的条件下,杨木-稻草复合碎料板密度可降至560kg/m~3,强重比达到45089N i m/kg,大片刨花的增强效果明显。(4)随着表层稻草碎料目数的增大,表层最高密度增加,芯层最低密度降低,二者比值为3.5～3.9;表层内结合强度从0.80MPa增至1.04MPa,当目数为60-80目时,板材静曲强度和弹性模量达到最大值,分别为31.48MPa和4038MPa,板面握钉力从2093N降至1696N,板边芯层握钉力从1672N降至1510N;2h-TS在1%-3%之间,24-TS在7%-8%之间。综合板材质量和制造成本,表层稻草细料目数在40-80目之间较为合适。(5)当芯层PF胶添加量从4.5%增至9.0%时,芯层内结合强度从0.64MPa增加至0.80MPa;静曲强度、板面握钉力和板边芯层握钉力均增加;2h-TS、24h-TS分别从9.3%、16.0%降至4.6%、11.7%;甲醛释放量从0.43mg/100g增至0.59mg/100g,但低于1.6mg/100g,满足日本F☆☆☆☆级标准;(6)杨木-稻草复合碎料板的破坏过程主要包括弹性变形、非弹性变形和韧性(分层)破坏等三个阶段,表现为分层断裂,这种破坏类型的板材具有断裂预警的作用。(7)表层采用稻草秸秆细料和和施加量为5.0%的MDI胶,芯层采用杨木大片碎料和施加量为6.0%的PF胶(替代4.0%的MDI胶),压制三层突变结构的杨木-稻草复合碎料板能达到《GB/T 4897-2015刨花板》中干燥状态下家具用(P2型)或承重用(P4型)刨花板的要求,胶黏剂成本可以降低50%左右。