榿木旋切單板以及用于制造細(xì)木工板的工藝研究

鄧臘云， 陳澤君， 王 勇， 范友華

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

榿木旋切單板以及用于制造細(xì)木工板的工藝研究

鄧臘云， 陳澤君， 王 勇， 范友華

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

通過(guò)設(shè)置不同的旋切厚度對(duì)不同樹(shù)齡的榿木原木進(jìn)行單板旋切試驗(yàn)，分析單板厚度和背面裂隙率，探討榿木單板旋切的適應(yīng)性和制造細(xì)木工板的工藝，并采用正交法優(yōu)選最佳制造細(xì)木工板的熱壓工藝參數(shù)。結(jié)果表明：當(dāng)杉木板芯厚度為12 mm、榿木單板厚度為2.8 mm時(shí)，熱壓溫度為125 ℃、熱壓壓力為1.3 MPa、熱壓時(shí)間為8 min、施膠量為220 g/m2時(shí)，橫向靜曲強(qiáng)度最大。

榿木單板； 細(xì)木工板； 熱壓工藝

四川榿木(AlnuscrematogyneBurk.)，樺木科，榿木屬植物[1]。北美的紅榿木與我國(guó)的四川榿木是同種樹(shù)種，材質(zhì)相近，北美紅榿木木材顏色偏淺紅色[2]，四川榿木顏色偏淡黃色。北美紅榿木(商品名：Red Alder)是重要的用材用樹(shù)種，生產(chǎn)的紅榿木薄木廣泛應(yīng)用于人造板及家具表面裝飾。榿木木材材質(zhì)輕軟，硬度居中，旋切加工性能良好[3]。目前，我國(guó)湘西的退耕還林四川榿木林地有10萬(wàn)hm2左右，大多為8～15年生樹(shù)木，胸徑約12～26 cm。近年來(lái)，我省的細(xì)木工板產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，用于細(xì)木工板的中板主要采用廣西的桉木單板[4]。由于桉木的供應(yīng)日益緊缺[5]，開(kāi)發(fā)其他可代替的木材原料已成為細(xì)木工板產(chǎn)業(yè)急需面臨的問(wèn)題。榿木單板用于細(xì)木工板的制造還未見(jiàn)報(bào)道，本文通過(guò)對(duì)榿木的單板旋切工藝和進(jìn)行細(xì)木工板制造的熱壓工藝進(jìn)行研究，探討榿木用于細(xì)木工板的中板以代替現(xiàn)在使用的桉木單板，為實(shí)現(xiàn)榿木資源的高價(jià)值利用提供技術(shù)支撐[6-8]。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

榿木原木產(chǎn)自湖南吉首市，分別為6年、7年、8年、9年生不同的樹(shù)齡，胸徑120～160 mm，榿木生材含水率70%～80%；杉木芯板產(chǎn)自湖南桃江，采用寬度40～60 mm、長(zhǎng)度400～800 mm的杉木條指接涂膠拼板而成，經(jīng)砂光后的厚度為12 mm，含水率8%～12%；楊木單板產(chǎn)自山東，厚度0.5 mm；脲醛膠黏劑產(chǎn)自桃江縣福森木業(yè)有限公司；面粉購(gòu)自京山金玉面麥有限公司。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

BQ18型數(shù)控?zé)o卡軸單板旋切機(jī)(福州三森機(jī)械有限公司制造)、單層熱壓機(jī)(青島國(guó)森機(jī)械有限公司制造)、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、空氣對(duì)流干燥箱、針插式含水率測(cè)定儀、電子秤、涂膠棍、砂光機(jī)等。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1 榿木旋切方法 新采伐的榿木原木從根部開(kāi)始截取兩段長(zhǎng)度為1300 mm的木材，在無(wú)卡軸旋切機(jī)上固定兩端的中心位置進(jìn)行旋切加工，旋切時(shí)木材的含水率在70%～80%，旋切線(xiàn)速度為35 m/min，切削后角為40′～1°，先旋切掉樹(shù)皮和尖削部分，待木材圓整后進(jìn)一步旋切榿木單板[9-11]。

1.3.2 榿木單板制造細(xì)木工板方法 杉木芯板經(jīng)砂光后兩面均勻涂膠，膠黏劑為脲醛樹(shù)脂加入22%的面粉調(diào)制而成，在杉木芯板的兩面貼合榿木單板進(jìn)行冷壓，冷壓時(shí)間為40 min，壓力為1.2 MPa。冷壓后再進(jìn)行熱壓試驗(yàn)，本試驗(yàn)對(duì)該熱壓試驗(yàn)進(jìn)行正交試驗(yàn)。對(duì)熱壓后的板坯進(jìn)行修補(bǔ)，存放4天使含水率平衡后進(jìn)行砂光[12]。

芯板與榿木單板膠合后的板坯由于表面顏色較深[13]，不利于后續(xù)的表面裝飾，需要再膠合一層顏色較淺的楊木單板，并提高板面的平整度。楊木單板采用厚度為0.5 mm的旋切單板，含水率為12%。板坯經(jīng)過(guò)兩面涂膠，涂膠量為160 g/m2，在芯板的兩面貼合楊木單板進(jìn)行冷壓，冷壓時(shí)間為6 min，壓力為1.2 MPa。冷壓后再進(jìn)行熱壓，熱壓時(shí)間為4 min，溫度115 ℃，壓力1.6 MPa。對(duì)熱壓后的板坯進(jìn)行修補(bǔ)，存放2天使含水率平衡后進(jìn)行砂光。

板坯與楊木單板膠合后得到的板坯表面平整、顏色較淺，可以采用三聚氰胺浸漬膠膜紙進(jìn)行熱壓飾面，得到可以直接用于室內(nèi)裝飾或家具材料使用的免漆細(xì)木工板[14]。榿木單板用于細(xì)木工制造技術(shù)路線(xiàn)圖(見(jiàn)圖1)。

圖1 榿木單板用于細(xì)木工制造技術(shù)路線(xiàn)圖Fig.1 Technical strategies of Alnus crematogyne veneer for application of blockboard

1.3.3 榿木旋切單板測(cè)試方法 在旋切的榿木單板上截取200 mm寬的單板條一塊作為單板厚度檢測(cè)試件，在距離單板兩端100 mm處和板條中央分別測(cè)量單板的厚度。單板背面裂隙率檢測(cè)是在連續(xù)單板帶上每隔5圈取一次單板條，每次等距離截取200 mm寬的單板條，在單板條上截取大小100 mm×100 mm的試件各20塊作為檢測(cè)試件，單板在自然條件下干燥到含水率接近30%時(shí)，在單板背面均勻涂布繪圖墨水，干后沿試件橫纖維方向切開(kāi)，觀測(cè)裂隙的特征，用10倍放大鏡測(cè)定30 mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)單板斷面上的裂隙條數(shù)和深度，裂隙率是裂隙深度與單板厚度之比的平均值。

1.3.4 榿木單板旋切單因素試驗(yàn) 在榿木單板旋切工藝中，設(shè)計(jì)6年、7年、8年、9年生的不同樹(shù)齡榿木木材；選2.2 mm，2.4 mm，2.6 mm，2.8 mm，3.0 mm的不同旋切名義厚度，按照1.3.3的方法測(cè)定單板厚度、裂隙條數(shù)、背面裂隙率。

1.3.5 榿木單板熱壓正交試驗(yàn) 榿木單板與杉木芯板熱壓試驗(yàn)中，采用8年生的榿木木材旋切成2.8 mm厚的單板，干燥至含水率12%后作為熱壓試驗(yàn)的單板，選擇熱壓溫度、熱壓壓力、熱壓時(shí)間、涂膠量作為考察因素，按L9(34)設(shè)計(jì)四因素三水平熱壓試驗(yàn)(見(jiàn)表1)，試驗(yàn)重復(fù)3次，以橫向靜曲強(qiáng)度為指標(biāo)對(duì)熱壓工藝進(jìn)行優(yōu)化。

表1 正交試驗(yàn)因素和水平Tab.1 Factorsandlevelsfororthogonalexperiments水平因素A熱壓溫度(℃)B熱壓壓力(MPa)C熱壓時(shí)間(min)D涂膠量(g/m2)11201.3618021251.5820031301.710220

2 結(jié)果與分析

2.1榿木木材樹(shù)齡對(duì)單板裂隙率的影響

從表2中可以看出，在旋切的名義厚度為2.6 mm時(shí)，隨著樹(shù)齡的增加，榿木單板的平均裂隙數(shù)增加，單板的背面裂隙率有所提高。這可能是因?yàn)闃伳倦S著樹(shù)齡的增長(zhǎng)，木質(zhì)構(gòu)造越趨向緊密，硬度也會(huì)增加，木質(zhì)較軟的木材更適合旋切加工，軟質(zhì)木材旋切的單板質(zhì)量更好[15]，但在6～9年的樹(shù)齡里變化并不顯著。綜合考慮榿木的單板質(zhì)量和產(chǎn)出效益，采用8年生的榿木加工生產(chǎn)榿木單板綜合效益較好[16]。

表2 不同樹(shù)齡的榿木單板背面裂隙率Tab.2 CrackrateofthebackinAlnuscrematogyneveneeratdifferentage榿木樹(shù)齡(年)名義厚度(mm)實(shí)際平均厚度(mm)平均裂隙數(shù)(條/cm)背面裂隙率(%)62.62.594.849.8172.62.585.153.6082.62.605.055.3692.62.615.262.65

2.2單板旋切厚度對(duì)單板裂隙率的影響

從表3中可以看出，在樹(shù)齡為8年時(shí)，隨著旋切厚度的增加，榿木單板的平均裂隙數(shù)減少，但單板的背面裂隙率隨著提高。這可能是因?yàn)闃伳灸静脑谏男袟l件下，在一定范圍內(nèi)榿木單板旋切厚度越大，越有利于單板旋切生產(chǎn)[17]，但厚度增加會(huì)導(dǎo)致單板的脆性提高，容易使裂隙延伸，從而提高裂隙率。

2.3榿木單板熱壓正交試驗(yàn)分析

采用砂光厚度為12 mm的杉木芯板經(jīng)兩面均勻涂膠，與旋切厚度為2.8 mm的8年生榿木單板進(jìn)行熱壓正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)的性能檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表3 不同旋切厚度的榿木單板背面裂隙率Tab.3 CrackrateofthebackinAlnuscrematogyneveneerwithvariedthickness榿木樹(shù)齡(年)名義厚度(mm)實(shí)際平均厚度(mm)平均裂隙數(shù)(條/cm)背面裂隙率(%)82.22.155.845.8682.42.375.351.5782.62.614.855.1282.82.794.259.6083.02.984.262.03

表4 榿木單板熱壓正交試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析Tab.4 ResultsanddataanalysisoforthogonalexperimentsonAlnuscrematogyneveneerhotpressing序號(hào)熱壓溫度(℃)熱壓壓力(MPa)熱壓時(shí)間(min)施膠量(g/m2)橫向靜曲強(qiáng)度(MPa)1111115.32122216.83133316.54212318.35223116.26231215.87313217.38321317.59332116.5LⅠ116.20016.96716.20016.000LⅠ216.76716.83317.20016.633LⅠ317.10016.26716.66717.433RⅡ0.9000.7001.0001.433 注:表中L代表各因素水平的指標(biāo)均值;R代表各因素水平指標(biāo)值的極差。

橫向靜曲強(qiáng)度是細(xì)木工板產(chǎn)品力學(xué)性能的重要指標(biāo)，在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)橫向靜曲強(qiáng)度與板材的膠合性能有很大關(guān)系[18-20]。表4結(jié)果表明： 當(dāng)杉木板芯厚度為12 mm、榿木單板厚度為2.8 mm時(shí)，熱壓溫度為125 ℃、熱壓壓力為1.3 MPa、熱壓時(shí)間為8 min、施膠量為220 g/m2時(shí)，橫向靜曲強(qiáng)度最大；從極差分析結(jié)果可以看出，各因素對(duì)細(xì)木工板力學(xué)性能影響的主次為施膠量>熱壓時(shí)間>熱壓溫度>熱壓壓力。

3 結(jié)論與討論

(1) 四川榿木旋切加工性能優(yōu)良，可以進(jìn)行生材旋切生產(chǎn)榿木單板。隨著樹(shù)齡的增加，旋切單板的平均裂隙數(shù)增加，背面裂隙率有所提高。綜合考慮榿木的單板質(zhì)量和產(chǎn)出效益，采用8年生的榿木原木加工生產(chǎn)榿木單板綜合效益較好。

(2) 四川榿木在旋切工藝中，隨著旋切名義厚度在一定范圍內(nèi)增加，榿木單板的平均裂隙數(shù)減少，但單板的背面裂隙率逐漸提高。

(3) 四川榿木旋切單板可用于細(xì)木工板的中板用以代替桉木單板利用。根據(jù)細(xì)木工板的產(chǎn)品厚度設(shè)計(jì)，可采用8年生的榿木生產(chǎn)旋切厚度為2.8 mm的榿木單板，用于細(xì)木工板的生產(chǎn)。當(dāng)杉木板芯厚度為12 mm、榿木單板厚度為2.8 mm時(shí)，橫向靜曲強(qiáng)度達(dá)到最大值18.3 MPa，最佳的熱壓工藝參數(shù)為：熱壓溫度為125 ℃、熱壓壓力為1.3 MPa、熱壓時(shí)間為8 min、施膠量為220 g/m2，各因素對(duì)細(xì)木工板力學(xué)性能影響的主次為施膠量>熱壓時(shí)間>熱壓溫度>熱壓壓力。本試驗(yàn)只研究了厚型榿木單板的生產(chǎn)工藝，用于裝飾貼面的薄型單板旋切工藝及刨切工藝還需要進(jìn)一步研究。

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TechnologyofrotarycutAlnuscrematogyneveneerandmanufacturingblockboard

DENG Layun, CHEN Zejun, WANG Yong, FAN Youhua

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Setting up the experiments by cutting theAlnuscrematogyneBurk.logs at varied age with different rotary thickness, the measured veneer thickness and crack rate of the veneer back were analyzed to discuss the adaptability of theAlnuscrematogynerotary veneer and its technology of manufacturing blockboard. Also, the optimal hot pressing technological parameters of manufacturing blockboard were selected by the orthogonal test. The results showed that with thickness 12 mm of Chinese fir core, thickness 2.8 mm ofAlnuscrematogynerotary veneer, the optimal parameters were 125 ℃ for hot pressing temperature, 1.3 MPa for pressure ,8 minutes for the hot pressing time, 220 g/m2for adhensive amount, and the bending strength across grain had the best value.

AlnuscrematogyneBurk.veneer; blockboard; hot pressing technology

2016-7-25

2015年度湖南省林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目(WLK201507)。

鄧臘云(1982-)，男，湖南省祁陽(yáng)縣人，工程師，主要從事木材深加工研究，deng269@163.com。

S 781.7

A

1003-5710(2016)05-0077-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2016. 05. 015

(文字編校：龔玉子)