采用高頻加熱方式制造不同結(jié)構(gòu)竹木復(fù)合板穩(wěn)定性的測試

曾春雷 曹勝利 王春明 張長武 于文吉 黃海兵

（1.黑龍江省木材科學(xué)研究所,哈爾濱150081;2.黑河市愛輝區(qū)林業(yè)局,黑龍江黑河164300; 3.中國林科院木材工業(yè)研究所,北京100091）

采用高頻加熱方式制造不同結(jié)構(gòu)竹木復(fù)合板穩(wěn)定性的測試

曾春雷1曹勝利2王春明1張長武1于文吉3黃海兵1

（1.黑龍江省木材科學(xué)研究所,哈爾濱150081;2.黑河市愛輝區(qū)林業(yè)局,黑龍江黑河164300; 3.中國林科院木材工業(yè)研究所,北京100091）

竹材和木材都是由微小纖維排列組成的多孔型各向異性材料，在不同的方向有不同的強(qiáng)度性能和脹縮特性，本文利用竹材較高的硬度和楊木輕質(zhì)的特點(diǎn)，采用高頻加熱方法，研制不同厚度(18～50 mm)的竹木復(fù)合板，其中較厚板材可用于桌臺面、門板等，較薄板材可用于家具板、櫥柜板等。竹材和木材在纖維紋理方向的強(qiáng)度大于弦向和徑向，濕脹干縮變化比弦向和徑向小。本研究研制的竹木復(fù)合板由3層或5層縱橫交錯的組合結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，竹材的表層、芯部為楊木，在厚度方向上采用奇數(shù)層；通過每層材料形式、種類和厚度的變化，考察復(fù)合后板材的尺寸穩(wěn)定性和形狀變化。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

試件包括5.5 mm厚竹板，自然色；13 mm厚楊木條指接拼板，1.2 mm厚楊木單板；脲醛樹脂膠。設(shè)備有高頻壓機(jī)，KU-CPD0210型，最大壓力274 T；高頻發(fā)生器，F(xiàn)DY-2001型（木材用），額定輸出功率20 kW；恒溫恒濕箱；尺寸測量儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 組坯方法

根據(jù)竹木復(fù)合板可能的用途，設(shè)計4種型結(jié)構(gòu)：

（1）在復(fù)合板的厚度方向上采用5層結(jié)構(gòu)，并且相鄰兩層的纖維方向相互垂直（下同）；第1層和第5層為5.5 mm厚的竹板，第2、3、4層為13 mm厚楊木條指接拼板（a型）。熱壓后，竹木復(fù)合板的厚度約48 mm。

（2）在復(fù)合板的厚度方向上采用3層結(jié)構(gòu)；第1層和第3層為5.5 mm厚的竹板，第2層為13 mm厚的楊木條指接拼板（b型）。熱壓后，竹木復(fù)合板的厚度約23 mm。

（3）在復(fù)合板的厚度方向上采用5層結(jié)構(gòu)；第1層和第5層為5.5 mm厚的竹板，第2層和第4層為厚1.2 mm厚的楊木單板，第3層為13 mm厚的楊木條指接拼板（c型）。熱壓后，竹木復(fù)合板的厚度約25 mm。

（4）在復(fù)合板的厚度方向上采用5層結(jié)構(gòu)；第1層為5.5 mm厚的竹板，第3層為13 mm厚的楊木條指接拼板，第2、4、5層為1.2 mm厚的楊木單板（d型）。熱壓后竹木復(fù)合板的厚度約21 mm。

1.2.2 穩(wěn)定性檢測方法

1.2.2.1 尺寸（長度和厚度）穩(wěn)定性檢測方法

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中尺寸穩(wěn)定性試驗(yàn)有兩種方法：一是檢測試件相對濕度由65%+5%到8% +5%和35%+5%的尺寸變化；二是試件經(jīng)過干熱和高濕處理后，測量試件的尺寸變化?？紤]到方法一的檢測條件與實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)相對接近，故選擇方法一進(jìn)行檢測。

1.2.2.2 翹曲度檢測方法

翹曲度是衡量板狀材料變形的重要指標(biāo)，按照GB/T21128-2007《結(jié)構(gòu)用竹木復(fù)合板》標(biāo)準(zhǔn)中要求的翹曲度檢測方法，同時依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)法》中的試件處理?xiàng)l件（30%+5%、65%+5%、85%+5%），試件需要在一定溫濕度條件下長時間（1～2個月）處理至恒重，處理設(shè)備的內(nèi)部空間有限，所以本研究通過檢量相對濕度為30%+5%、65%+5%和85%+5%時，600 mm×600 mm(長×寬)試件的翅曲度，來考察不同組坯結(jié)構(gòu)的竹木復(fù)合板形狀變化情況。

2 結(jié)果與分析

本研究中，600 mm×600 mm竹木復(fù)合板試件翹曲度與4×8呎板材所檢測的翹曲度不會完全相同，但由于翹曲度按百分比計算，所以二者的數(shù)值仍然具有一定的可比性。

表1 不同結(jié)構(gòu)竹木復(fù)合板穩(wěn)定性能測試結(jié)果

表1中，c型結(jié)構(gòu)和d型結(jié)構(gòu)的縱橫向試件線性膨脹率ΔL值相差較大，而a型和b型結(jié)構(gòu)的ΔL值相差相對較小，這是由于竹材和木材都是各向異性的非均質(zhì)材料，弦徑向的脹縮比縱向大得多，竹材和楊木條指接拼板在a型結(jié)構(gòu)和b型結(jié)構(gòu)竹木復(fù)合板中為互相垂直分布，濕度變化時縱向制約了弦徑向上的脹縮，在一定程度上牽制了尺寸的變化，改善了材料的穩(wěn)定性；從順紋理材料在厚度方向上所占的百分率（48%、46%）也可以看出同樣的結(jié)果，垂直交叉分布也使材料的承載能力在板面內(nèi)更均衡。竹材和楊木條指接拼板在c型和d型結(jié)構(gòu)中都是縱向分布，弦徑向上的脹縮集中在一個方向較多，并且僅由2張橫向單板牽制，致使整個復(fù)合材料縱橫向線性膨脹率相差較大，從順紋理材料在厚度方向上所占的百分率（91%、89%）也可看出這一結(jié)果。

在厚度方向上順紋理材料的分布比率，50%是個理想的數(shù)值，越接近這個值，縱橫向上的性能越均衡；越偏離50%，單一方向性能增強(qiáng)，而另一方向性能會有所下降。

3 結(jié)論

3.1 本研究中，4種型結(jié)構(gòu)竹木復(fù)合板的翹曲度最小0.06%、最大0.46%，都比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值小許多倍(GBT21128-2007《結(jié)構(gòu)用竹木復(fù)合板》中規(guī)定翹曲度不超過1.5%)，由此可見，與接觸式加熱比較，高頻加熱可使板的整體同時受熱，板材內(nèi)部溫度相對均勻，不存在較大含水率梯度，因此大大降低了內(nèi)在因素對竹木復(fù)合板變形的影響，穩(wěn)定性更好。

3.2 d型結(jié)構(gòu)材料種類和厚度都不對稱，翹曲度雖然比其它結(jié)構(gòu)高，但符合標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以滿足實(shí)際使用要求；而且用單板代替一側(cè)竹材，降低了竹木復(fù)合板成本并仍可具有竹材的外觀。這種不對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的意義在于：兩個不同材質(zhì)的表面會帶來不同的質(zhì)感和外觀，產(chǎn)品成本降低，可進(jìn)一步拓展開發(fā)廉價材代替優(yōu)質(zhì)材，所以高頻加熱制造非對稱結(jié)構(gòu)板具有一定優(yōu)勢。

3.3 順紋理材料占比為91%和89%的c型和d型結(jié)構(gòu)的線性膨脹率橫向明顯大于縱向，表明可以通過調(diào)整組坯方向，制造單一方向性能突出的竹木復(fù)合板，即單一方向的線性膨脹率和強(qiáng)度兼優(yōu)的定向竹木復(fù)合材料，以滿足特殊用途需要。

［1］周曉燕.國外結(jié)構(gòu)人造板尺寸穩(wěn)定性的研究技術(shù)［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2000(6):6-10.

［2］ISO/TC 89.ISO 16985-2003木質(zhì)板材-隨相對濕度改變板材尺寸變化的測量［S］.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，2003.

［3］鮑甫成，江澤慧.中國主要人工林樹種木材性質(zhì)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1998.

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［7］岳金方.竹木復(fù)合材是良好的家具和家裝用材［J］.人造板通訊,2004(5):17-18.

［8］中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

［9］楊亮慶，畢克新，閆超.組坯層數(shù)對集成材彎曲性能的影響［J］.林業(yè)科技，2014,39(3):50-52.

第1作者簡介：曾春雷（1963-），男，研究員，主要從事木質(zhì)復(fù)合材料、木質(zhì)功能材料、環(huán)境友好材料等方面的研究。

（責(zé)任編輯：潘啟英）

1001-9499（2017）01-0047-02

2016-11-01