基于秸稈板的板木家具關(guān)鍵制造工藝研究

張 婷 申黎明 Zhang Ting & Shen Liming

(南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037）

基于秸稈板的板木家具關(guān)鍵制造工藝研究

張 婷 申黎明 Zhang Ting & Shen Liming

(南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037）

本文分析了秸稈板的板件性能和加工性能，同時(shí)總結(jié)了基于秸稈板的板木家具的生產(chǎn)工藝流程和所需的工藝設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，具體研究了秸稈板表面貼面、表面涂飾和零部件接合的制造工藝，并分析了這三種工藝的影響因素，最終總結(jié)了秸稈板表面膠貼木質(zhì)貼面材時(shí)的貼面工藝、秸稈板表面硝基底漆和聚氨酯色漆涂飾的工藝和秸稈板零部件之間的接合工藝。

表面貼面；表面涂飾；零部件接合

基于秸稈板的板木家具，主要指的是采用實(shí)木制作家具的框架或主要受力構(gòu)件，用秸稈板制作其他非受力及展示部位，如家具的側(cè)板、底、頂、隔板等，并通過(guò)貼面或表面涂飾等工藝使其在外觀上能體現(xiàn)實(shí)木家具韻味的一類家具。秸稈板板木家具的最大特點(diǎn)在于無(wú)甲醛釋放量，屬于綠色環(huán)保家具[1]。除此之外，用秸稈人造板替代傳統(tǒng)木質(zhì)人造板，不僅節(jié)約了木材資源，而且也改善了因焚燒麥秸稈而帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，符合現(xiàn)代普遍提倡的低碳生活理念。

1 秸稈板材料的主要特性和加工性能

1.1 秸稈板材料的主要特性

麥秸刨花板（PB）和麥秸密度板（MDF）的生產(chǎn)均采用異氰酸酯樹脂膠作為膠黏劑，其各項(xiàng)物理性能與木材密度板、刨花板相比，能達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。秸稈板最大的優(yōu)點(diǎn)是不含游離甲醛，此外，秸稈板比普通刨花板加工性能好，加工性能上接近木材密度板?？偟膩?lái)說(shuō)，秸稈板的特性可以概括為：體積小，強(qiáng)度高，剛性、抗震性能好，而且還有良好的保溫、隔熱、隔音效果以及防火性能,其具體物理性能如下表1所示。

表1 麥秸人造板的物理力學(xué)性能[2]

1.2 秸稈板的加工性能

秸稈板板木家具在制造過(guò)程中，家具零部件的加工主要涉及到鋸、銑、磨、鉆四種加工方式，這些加工工藝的優(yōu)劣將直接影響后續(xù)表面裝飾、膠合、貼面、封邊等工藝質(zhì)量。綜合秸稈板的機(jī)加工工藝，可以從鋸解、砂光和鉆孔三點(diǎn)來(lái)說(shuō)明秸稈板的加工性能[3]。

首先，秸稈板經(jīng)過(guò)鋸解后，其表面粗糙度和輪廓大高度分別能達(dá)到4.4、79.3微米，遠(yuǎn)低于鋸解后的刨花板，所以，秸稈板能夠進(jìn)行板邊型面加工，而且鋸解性能良好。其次，砂光過(guò)后的麥秸稈與刨花板的表面粗糙度雖然均有所下降，但砂光后的秸稈板表面粗糙程度依然比刨花板高出17.6%，因此為了達(dá)到滿意的加工效果，秸稈板需要在進(jìn)行后續(xù)工序之前進(jìn)行充分砂光，并且進(jìn)行表面貼面與涂飾工藝是非常有必要的。秸稈板鉆孔加工性能表現(xiàn)為：經(jīng)過(guò)鉆孔后的秸稈板，鉆孔內(nèi)表面粗糙度和輪廓最大高度為5微米和3微米，優(yōu)于刨花板，且板面孔徑偏差明顯比板邊孔徑偏差小，在垂直于板件纖維方向鉆孔，比在平行于板件纖維方向鉆孔，能獲得更強(qiáng)的握釘力[4]。

2 秸稈板板木家具生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備

秸稈板板木家具的生產(chǎn)工藝流程與普通板木家具大致相同，均為：選材-備料-機(jī)械加工-涂裝-成品五個(gè)步驟。秸稈板作為基材之一，其生產(chǎn)流程大致包括：裁板、砂光、貼面、封邊、成型、鉆孔、涂飾七大工藝；實(shí)木料作為另一大基材，其生產(chǎn)流程大致包括：截料、銑削、刨削、成型、鉆孔、砂光、雕刻、涂飾等工藝。秸稈板板木家具制造主要設(shè)備有：推臺(tái)鋸、帶鋸機(jī)、木工鏤銑機(jī)、壓刨、冷壓機(jī)、熱壓機(jī)、拼板機(jī)等，其型號(hào)和性能參數(shù)如下表所示。除此之外，還需萬(wàn)能鋸、木工車床、多軸鉆、立臥鉆、臺(tái)鉆、拼縫機(jī)、單板剪切機(jī)、寬帶砂光機(jī)、電腦裁板機(jī)、曲直線封邊機(jī)等設(shè)備，具體如表2所示。

表2 秸稈板板木家具主要生產(chǎn)設(shè)備

3 秸稈板板木家具關(guān)鍵制造工藝

3.1 秸稈板家具板件表面貼面技術(shù)[5]

目前秸稈板家具常用的飾面材料以木質(zhì)飾面材為主，如白橡、水曲柳和中密度薄板，其他材料主要包括聚氯乙烯（PVC）塑料薄膜等，所需的設(shè)備有冷壓機(jī)和熱壓機(jī)，如下圖1、圖2所示。秸稈板表面貼面的工藝流程大致可以歸納為：基材砂光→薄木拼接→涂膠→組坯→陳放→冷壓/熱壓→靜置→邊部處理，八個(gè)步驟。具體來(lái)講，基材砂光時(shí)，需用180#砂紙從左往右，手動(dòng)砂光4遍，涂膠量以100g/m?為宜，板件表面需均勻布膠，組坯后到加壓膠貼前需陳放30min，目的是使膠液浸潤(rùn)和水分散失，以提高膠合強(qiáng)度，膠壓方式可以選擇冷壓或者熱壓，具體膠壓參數(shù)如表3所示。膠壓后需檢查薄木膠貼質(zhì)量，并放置7d，一方面使膠粘劑充分固化，另一方面需要消散板件內(nèi)部的應(yīng)力，增加穩(wěn)定性。

圖1 MH525冷壓機(jī)

圖2 QIULIN熱壓機(jī)

影響秸稈板表面貼面效果的因素有很多，比如熱壓工藝（壓力、溫度、時(shí)間）、秸稈板密度、飾面材料、陳化時(shí)間、陳放時(shí)間等。就熱壓工藝而言，其中壓力對(duì)貼面效果的影響最大，其次是時(shí)間，溫度對(duì)貼面效果的影響最小。當(dāng)壓力適中時(shí)，就會(huì)增加膠黏劑與秸稈板的接觸面積，同時(shí)能使膠液滲透到板件內(nèi)部，提高膠合強(qiáng)度；當(dāng)壓力過(guò)小，膠黏劑只能停留在板件表面；當(dāng)壓力過(guò)大，秸稈板被過(guò)分壓縮，膠液難以滲透進(jìn)密實(shí)的秸稈碎料中，不能提高膠合強(qiáng)度。當(dāng)熱壓時(shí)間適中時(shí)，膠黏劑充分滲透進(jìn)板件并形成膠釘，明顯改善膠合強(qiáng)度；當(dāng)熱壓時(shí)間過(guò)短時(shí)，膠黏劑沒有足夠的時(shí)間產(chǎn)生膠接力；當(dāng)熱壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，膠層分子量過(guò)大，膠接界面破壞，膠合強(qiáng)度降低。熱壓溫度對(duì)貼面效果的影響最小，一般控制在90-100℃為宜，溫度過(guò)高，膠合強(qiáng)度也會(huì)下降。

3.2 秸稈板家具表面涂飾技術(shù)

秸稈板家具表面涂飾的涂料品種主要有三類：硝基色漆、聚氨酯色漆和不飽和聚酯色漆。秸稈板表面涂飾硝基底漆工藝流程為：

打磨基材→ 配制底漆→ 刷涂底漆→常溫干燥→打磨→二遍底漆→靜置

秸稈板表面涂飾聚氨酯色漆工藝流程：

打磨基材→ 刮涂膩?zhàn)印馗稍铩澳ツ佔(zhàn)訉印?砂磨基材→配制涂料→刷涂色漆→常溫干燥→砂紙砂磨→二遍色漆→靜置

具體來(lái)講，由于基材含有蠟質(zhì)層，所以表面比較光滑，在對(duì)板件進(jìn)行底漆涂飾前需要進(jìn)行充分打磨。膩?zhàn)右允喾叟c聚氨酯漆按質(zhì)量比3：1進(jìn)行配置，其中聚氨酯漆按質(zhì)量比色漆：固化劑=1：1的比例配制。刮膩?zhàn)又靶枰獙⒒谋砻婺久⒒覊m等清除，砂紙打磨后，可用嵌刀少量刮涂，從左往右，要求膩?zhàn)訉庸瓮亢穸染鶆?，表面光潔平整，待膩?zhàn)痈稍锖罂捎?60#砂紙打磨并再次刮涂膩?zhàn)?。待膩?zhàn)訉幼龊煤?，再進(jìn)行底漆或色漆的涂飾，為了獲得理想的涂飾效果，底漆和色漆分別需要做兩遍，并進(jìn)行充分打磨。在二遍底漆和色漆完畢后，需要在恒溫恒濕狀態(tài)下（溫度22℃、濕度60%～7 0%）靜置7天以上才能投放到下個(gè)工序。

影響秸稈板表面涂飾效果的因素有很多，比如基材種類、打磨次數(shù)、刮涂膩?zhàn)拥谋閿?shù)、底漆遍數(shù)、色漆遍數(shù)、漆膜厚度等。具體來(lái)講，基材種類對(duì)秸稈板表面涂飾效果的影響主要體現(xiàn)在基材密度上。高密度的基材，表面粗糙度小，表面越光滑，無(wú)水乙醇的流動(dòng)性越好，漆膜附著力越好，而且漆膜光澤度越好。密度高的基材，經(jīng)打磨后，能明顯減少基材表面的蠟質(zhì)層，使活性層顯露，降低表面吸收性，有利于涂料的流平，減少涂料的使用量；另外基材密度越高，基材孔隙率就越小，涂層越致密。增加打磨次數(shù)以及刮涂膩?zhàn)拥谋閿?shù)、底漆、色漆的遍數(shù)，都是為了降低基材表面粗糙度，增加漆膜光澤度[6]。

3.3 秸稈板板木家具零部件接合技術(shù)

秸稈板板木家具零部件之間的接合方式概括來(lái)說(shuō)主要包含榫接合、膠接合、連接件接合、釘及木螺釘接合等種類，零部件的接合形式有有L型、T型、十字型、X型和Y型等[7]。L型和T型連接如下圖3和圖4所示。

圖3 L型連接

圖4 T型連接

制造秸稈板家具時(shí)，若采用L型連接，安裝尼龍預(yù)埋螺母時(shí)，不能選用24mm的螺桿，因?yàn)榘寮亩瞬繒?huì)發(fā)生破壞，而且螺桿也會(huì)歪斜，必須安裝34mm的螺桿。若采用T型連接，則可以根據(jù)需要任意選用螺桿，連接強(qiáng)度也比L型連接的要好。效果最好的是L型連接與34mm螺桿結(jié)合，或者是T型連接與34mm螺桿結(jié)合使用。其次，若以圓棒榫為連接件，圓棒榫榫孔深度比圓榫長(zhǎng)度長(zhǎng)約0.5—1.5mm，圓棒榫與圓榫孔的過(guò)盈量為0.1—0.5mm最適宜，最佳過(guò)盈量為0.2mm。若連接時(shí)采用乳白膠施膠，孔位在板件端部時(shí)強(qiáng)度最優(yōu)；若以三合一偏心連接件為連接件，當(dāng)采用尼龍預(yù)埋螺母時(shí)，導(dǎo)向孔直徑與預(yù)埋螺母外經(jīng)的比值在0.91—0.93mm左右，即鉆出的導(dǎo)向孔要略微比預(yù)埋螺母的直徑??；當(dāng)采用聚氯乙烯預(yù)埋螺母時(shí)，導(dǎo)向孔深度為10mm。

影響秸稈板握釘力的因素包括板件密度、鉆孔方向、孔深等。板件密度越大，結(jié)構(gòu)越細(xì)密，秸稈纖維能與釘產(chǎn)生較大的摩擦力，能夠大幅增加握釘力。當(dāng)鉆孔方向垂直于板件表面時(shí)，被擠壓而分開的纖維能與釘產(chǎn)生較大摩擦力，進(jìn)而大幅增加接合強(qiáng)度；當(dāng)鉆孔方向平行于板件時(shí)，秸稈纖維與釘平行，難以產(chǎn)生足夠的摩擦力，因此接合強(qiáng)度較低，所以，當(dāng)對(duì)秸稈板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將鉆孔位置設(shè)計(jì)在板件表面，垂直于秸稈纖維方向，盡量避免在板件邊部鉆孔[8]。

表3 不同飾面材料表面貼面工藝

4 結(jié)論

當(dāng)采用木質(zhì)飾面材進(jìn)行貼面時(shí)，若采用熱壓工藝，單位壓力0.5-0.8Mpa，溫度90-100℃，加壓時(shí)間為4min；當(dāng)采用聚氯乙烯薄膜等塑料貼面材料時(shí)，可采用冷壓工藝，單位壓力控制在0.6Mpa左右，時(shí)間控制在4h左右即可，涂膠量為100-120g/m2，在涂膠后膠壓前需要陳放30min，膠壓完畢后需要靜置7d。

秸稈板表面進(jìn)行實(shí)色涂飾之前，需要選取密度高的板件，并對(duì)基材進(jìn)行充分打磨，去掉蠟質(zhì)層。底漆和色漆均需做兩遍，每做一遍，待漆膜干燥后需要用360#砂紙進(jìn)行打磨。在進(jìn)行一遍色漆前，需要進(jìn)行刮膩?zhàn)庸に?，且至少做兩遍膩?zhàn)?，并且將膩?zhàn)訉哟蚰ブ凉鉂嵠秸匡椡戤吅笮枰o置7d以上才能投入下個(gè)工序。

秸稈板零部件之間的接合形式效果最好的是L型連接與34mm螺桿結(jié)合。圓棒榫與圓榫孔的過(guò)盈量為0.1—0.5mm最適宜。當(dāng)采用尼龍預(yù)埋螺母時(shí)，鉆出的導(dǎo)向孔要略微比預(yù)埋螺母的直徑小；當(dāng)采用聚氯乙烯預(yù)埋螺母時(shí)，導(dǎo)向孔深度為10mm。鉆孔位置宜在板面、垂直于秸稈纖維處，并盡量避免在板件端部鉆孔。

（責(zé)任編輯：賀 輝）

[1]范麗麗等.秸稈板在家具方面的應(yīng)用對(duì)策探析[J],家具與室內(nèi)裝飾,2011(10)：104-105

[2]于文吉等.農(nóng)作物秸稈人造板發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J],木材工業(yè),2005(4)：5-8

[3]千一凡等.秸稈板在板木結(jié)構(gòu)美式床具中的應(yīng)用[J],家具與室內(nèi)裝飾,2014(7)：18-19

[4]鐘世祿等.秸稈板的切削加工質(zhì)量和膠黏性能[J],木材工業(yè),2009(6)：39-41

[5]饒?chǎng)?稻草板無(wú)醛家具制造技術(shù)的研究—板件貼面技術(shù)與尺寸穩(wěn)定性[D],南京林業(yè)大學(xué),2008

[6]劉曉文.稻草板表面質(zhì)量與實(shí)色涂飾性能研究[D],南京林業(yè)大學(xué),2010

[7]張岱遠(yuǎn).定制類秸稈板整體衣柜設(shè)計(jì)研究[D],南京林業(yè)大學(xué),2013

[8]趙艷等.秸稈刨花板性能分析[J],吉林林業(yè)科技,2012(4)：21-25

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This paper analyses the performance and machining performance of the straw board , at the same time, summarizes the straw board wood furniture production process and the equipment as needed. On this basis, this paper analyses straw board joint surface cover, surface fi nishing and parts manufacturing technology, and analyses the infl uence factors of the three process, fi nally summarizes the straw board glue to stick the wooden cover material on the of the overlaying process, straw board paint and polyurethane paint coating and straw board joint process between components.

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1006-8260(2015)01-0013-03

國(guó)家林業(yè)局合作項(xiàng)目“環(huán)境友好型秸稈板家具制造技術(shù)推廣”（編號(hào)：201253）