裝飾薄木飾面過程對木門表面電阻的影響?

李 博 張占寬

2015年，我國木門年產(chǎn)量已超5 000萬套，年產(chǎn)值超過了1 200億元，產(chǎn)量和產(chǎn)值均為世界第一[1-2]。在木門產(chǎn)業(yè)向資源節(jié)約、環(huán)境友好方向發(fā)展的過程中，木門涂裝是非常重要的一個環(huán)節(jié)。木制品靜電噴涂技術以其涂料利用率高、環(huán)境污染低、自動化程度高、噴涂質(zhì)量好和效率高等特點深受木制品企業(yè)的青睞，在家具部件、鋼琴琴鍵等木制品的涂裝中得到了廣泛的應用。近年來，靜電噴涂技術也開始在木門的涂裝作業(yè)中取得應用，以廣東潤成創(chuàng)展木業(yè)有限公司為代表的國內(nèi)木門生產(chǎn)龍頭企業(yè)，率先將靜電噴涂技術引進到木門涂裝過程中，取得了很好的效果[3]。

木門靜電噴涂的原理是使涂料微粒經(jīng)霧化裝置（旋杯或圓盤）帶負電荷，而被涂飾的木門長度方向兩個端部接地（作為正極），涂料經(jīng)離心力和靜電斥力得以霧化，并在電場力的作用下，向木門表面高速移動，進而吸附到木門工件表面形成均勻的涂層，實現(xiàn)靜電噴涂的效果[4]。靜電噴涂時，當木門表面相應噴涂區(qū)域到木門接地端部的電阻較大時，會減小靜電噴涂時噴槍與相應噴涂區(qū)域之間的電壓差，進而減小電場力，從而影響木門靜電噴涂的效果（漆膜厚度及其均勻性），同時也會降低涂料的上漆率。因此，在靜電電壓、噴槍與工件間距、旋杯轉速、涂料流量和黏度等參數(shù)保持一定的情況下，木門的表面電阻大小直接決定了其最終的靜電噴涂效果，針對木門表面電阻的實驗研究具有重要的實際意義。

目前，市場上的木門多以實木復合門為主，木門上下表層多以中密度纖維板作為基材，利用裝飾薄木對表層中密度纖維板進行熱壓膠合飾面處理，探究裝飾薄木飾面過程對實木復合門表面電阻的影響規(guī)律能夠為其后續(xù)的靜電噴涂工藝提供關鍵數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。目前，針對木材電阻方面的研究，主要集中在針對單一木材含水率與電阻關系的研究上[5-6]，未涉及與本文研究相關的內(nèi)容。因此，筆者就此方面展開實驗研究，以木門用黑胡桃裝飾薄木、中密度纖維板為研究對象，力求揭示裝飾薄木與中密度纖維板熱壓膠合飾面過程中表面電阻的演變規(guī)律。

1 實驗材料、儀器與方法

1.1 實驗材料

1）黑胡桃（Juglans Nigra）裝飾薄木：1個樣品，規(guī)格為800 mm×150 mm×0.45 mm，產(chǎn)地河北；

2）膠黏劑：隆安寶冷熱壓貼木皮膠，型號980-2，產(chǎn)地廣東；

3）中密度纖維板：1個樣品，規(guī)格為800 mm×150 mm×7 mm，產(chǎn)地河南；

4）絕緣塑料膜：2張，規(guī)格2 000 mm×1 000 mm×0.2 mm，折疊使用，產(chǎn)地山東。

1.2 實驗儀器

1）熱壓機，其型號為HP 8/160油熱式熱壓機，由大連華力新德機械有限責任公司制造。參數(shù)如下：壓板總尺寸為2 920 mm×1 300 mm，總壓力達到160 t，開合行程450 mm，最高溫度可達120 ℃，額定電壓380 V。

2）ACL 800型號表面電阻測試儀，電阻的測量精度可達1%，測量電阻的量程為103～1 012 ?，濕度量程為10%～90%RH，溫度量程為0～37.8 ℃。

1.3 實驗方法

1）在黑胡桃裝飾薄木表面順紋方向（長度方向）的一側端部標記初始點，然后在其順紋方向上依次標記距初始點距離為2.5、12.5、22.5、32.5、42.5、52.5 cm的點；在中密度纖維板長度方向的一側端部標記初始點，在中密度纖維板的長度方向上依次標記距初始點距離為2.5、12.5、22.5、32.5、42.5、52.5 cm的點；在絕緣塑膜長度方向的一側端部標記初始點，在絕緣塑膜的長度方向上依次標記距初始點距離為2.5、12.5、22.5、32.5、42.5、52.5 cm的點。

2）ACL 800型號表面電阻測試儀校準、記錄環(huán)境的溫濕度；將黑胡桃裝飾薄木置于絕緣塑料膜上方，將ACL 800型號表面電阻測試儀的一個輸入端置于黑胡桃裝飾薄木表面上的初始點，另一個輸入端置于1）中標記的黑胡桃裝飾薄木表面上的其他點位，依次測量黑胡桃裝飾薄木在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻值。再采用同樣的方法測量中密度纖維板在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻值。

3）在絕緣塑膜上均勻涂布一層膠黏劑，將ACL 800型號表面電阻測試儀的一個輸入端置于絕緣塑膜表面上的初始點，另一個輸入端置于1）中標記的絕緣塑膜表面上的其他點位，測試濕膠層在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻值；將涂布膠黏劑的絕緣塑膜放置通風良好處，待濕膠層完全凝固干燥后，再采用同樣的方法測試干膠層在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻值。

4）將黑胡桃裝飾薄木粘貼于涂有膠黏劑的中密度纖維板之上，整平，在膠黏劑濕潤狀態(tài)下，將ACL 800型號表面電阻測試儀的一個輸入端置于黑胡桃裝飾薄木表面上的初始點，另一個輸入端置于1）中標記的黑胡桃裝飾薄木上的其他點位，測試此時含有濕膠層的膠合試件在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻值。

5）將步驟4）中含有濕膠層的膠合試件置于熱壓機下進行熱壓處理，使膠黏劑層完全干燥、凝固。

6）取出熱壓機下的膠合試件，將ACL 800型號表面電阻測試儀的一個輸入端置于黑胡桃裝飾薄木表面上的初始點，另一個輸入端置于1）中標記的黑胡桃裝飾薄木上的其他點位，測量此時含有干膠層的膠合試件在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻。

7）將6）中獲得的含有干膠層的膠合試件放置環(huán)境中3 h以上，待其完全冷卻，將ACL 800型號表面電阻測試儀的一個輸入端置于黑胡桃裝飾薄木表面上的初始點，另一個輸入端置于1）中標記的黑胡桃裝飾薄木上的其他點位，測量此時膠合試件在環(huán)境溫濕度下、不同測量長度的表面電阻。

2 結果與分析

該實驗于2016年3月底在廣東潤成創(chuàng)展木業(yè)有限公司的木門靜電噴涂生產(chǎn)線上完成。經(jīng)過測試，實驗環(huán)境濕度為66.2%、溫度為25.7 ℃，實測結果如表1所示。

2.1 中密度纖維板、黑胡桃裝飾薄木的表面電阻

表1 表面電阻的實測結果Tab.1 Measurement results of surface resistance

在實驗環(huán)境的溫濕度下，當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，中密度纖維板的表面電阻在1×108～5.25×108?變化，量級在108?；黑胡桃裝飾薄木的表面電阻在3.11×108～4.12×109?變化，量級在108～109?之間。由于中密度纖維板的質(zhì)地比黑胡桃裝飾薄木更加致密，并且其自身含有一定量導電性較好的膠黏劑，因此其表面電阻比黑胡桃裝飾薄木的更小，導電特性更好。

2.2 絕緣塑膜上濕膠層與干膠層的電阻

在實驗環(huán)境的溫濕度下，將膠黏劑均勻涂布在絕緣塑膜上，當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，絕緣塑膜上濕膠層的電阻在7.62×104～5.67×105?變化，量級在104～105?之間。由于液體狀態(tài)的膠黏劑含有導電填充材料與高分子聚合物[7-8]，其電阻遠遠小于中密度纖維板和黑胡桃裝飾薄木的表面電阻。

經(jīng)過長時間的冷卻干燥，待絕緣塑膜表面的膠黏劑層完全凝固干燥后，測試其電阻。當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，絕緣塑膜上干膠層的電阻在2.76×107～1.29×108?變化，量級在107～108?之間。同樣溫濕條件下，凝固狀態(tài)的膠黏劑電阻仍然小于中密度纖維板和黑胡桃裝飾薄木的表面電阻。

2.3 熱壓前中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木貼合形成的膠合試件的表面電阻

在人造板表層均勻涂布一層膠黏劑，將黑胡桃裝飾薄木置于濕膠層之上，整平貼合，在膠層處于濕潤的狀態(tài)下，測得此膠合試件的表面電阻。當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，膠合試件的表面電阻在3.47×106～5.54×106?變化，量級在106?。在液態(tài)膠黏劑良好導電特性的影響下，膠合試件的表面電阻大于濕膠層的電阻、小于裝飾薄木與中密度纖維板的表面電阻，膠合試件的導電性得到了提高。電流在膠合試件的傳導路徑如下：電流從正極出發(fā)，首先穿越黑胡桃裝飾薄木的厚度方向向下傳導，在導電特性更好的濕膠層向負極傳導，最后再次穿越黑胡桃裝飾薄木的厚度方向向上傳導，最終達到負極。

2.4 熱壓后中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木貼合形成的膠合試件的表面電阻

將中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木貼合形成的膠合試件進行熱壓處理，形成粘貼牢固的膠合試件。將膠合試件取下，在自身溫度還未下降之前，測試其表面電阻。當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，膠合試件的表面電阻在1.07×109～9.46×109?變化，量級在109?，電阻驟然升高，其表面電阻值分別高于裝飾薄木、中密度纖維板、濕膠層的表面電阻。原因如下：熱壓的過程中表層裝飾薄木的水分大量蒸發(fā)，其電阻大幅度升高；溫度升高使得干膠層的電阻有所升高。

2.5 膠合試件完全冷卻后其表面電阻

將中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木熱壓貼合后形成的膠合試件，放置3 h以上，待其完全冷卻后，測量其表面電阻。當測量長度在2.5～52.5 cm之間變化時，膠合試件的表面電阻在7.51×107～4.42×108?變化，量級在107～108?之間，電阻數(shù)值比熱壓后立即測量的數(shù)值要小，這是完全冷卻后膠合試件大量吸收了空氣中的水分使得表層裝飾薄木電阻降低、溫度降低使得干膠層電阻有所降低的原因?qū)е碌摹４藭r膠合試件表面電阻的數(shù)值大于絕緣塑膜表面干膠層的電阻、小于裝飾薄木與中密度纖維板的表面電阻。

綜合2.1、2.2、2.3、2.4、2.5章節(jié)中所述可得，木門表面熱壓貼合裝飾薄木，當木門完全冷卻下來與環(huán)境溫濕度達到平衡后，木門表層裝飾薄木的特性基本上與裝飾薄木單獨存在的時候差異不大，內(nèi)部常用的中密度纖維板材料也與其單獨存在的時候差異不大，最大的差異是在裝飾薄木與中密度纖維板之間引入了膠黏劑層。因此，導致木門裝飾薄木飾面后表層電阻降低、導電特性提高的最重要原因就是膠黏劑層的引入，在南方潮濕的環(huán)境下，經(jīng)過裝飾薄木飾面后的木門，放置一段時間后，可以不經(jīng)過加濕處理，直接進行靜電噴涂；在北方干燥的環(huán)境下，經(jīng)過裝飾薄木飾面后的木門，在靜電噴涂之前就一定要進行加濕處理，抑或進一步提高凝固狀態(tài)下膠黏劑的電阻，可在膠黏劑中適當?shù)靥畛渖倭渴踇9]、鎳粉[10]或有機導電填料[11]（如摻雜性導電聚苯胺）。

3 結論

1）在相同的溫濕度環(huán)境下，中密度纖維板、黑胡桃裝飾薄木、絕緣塑膜上濕膠層、絕緣塑膜上干膠層中，裝飾薄木的表面電阻最大（108～109?量級），中密度纖維板次之（108?量級），絕緣塑膜上干膠層第三（107～108?量級），絕緣塑膜上濕膠層最?。?04～105?量級）。

2）在相同的溫濕度環(huán)境下，熱壓前中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木貼合形成的膠合試件，在液態(tài)膠黏劑層良好導電特性的影響下，膠合試件的表面電阻大于絕緣塑膜表面濕膠層的電阻、小于裝飾薄木與中密度纖維板的表面電阻，量級在106?，膠合試件的導電性得到了提高。

3）在相同的溫濕度環(huán)境下，中密度纖維板與黑胡桃裝飾薄木貼合形成的膠合試件熱壓后完全冷卻，膠合試件表面電阻的數(shù)值大于絕緣塑膜表面干膠層的電阻、小于裝飾薄木與中密度纖維板的表面電阻，量級在107～108?之間，導致木門裝飾薄木飾面后表層電阻降低、導電特性提高的最重要原因就是膠黏劑層的引入。南方潮濕的環(huán)境下，經(jīng)過裝飾薄木飾面后的木門，放置一段時間后，可以不經(jīng)過加濕處理，直接進行靜電噴涂；在北方干燥的環(huán)境下，經(jīng)過裝飾薄木飾面后的木門，在靜電噴涂之前就一定要進行加濕處理，抑或進一步提高凝固狀態(tài)下膠黏劑的電阻。

[1] 李偉光, 姚遙, 張占寬. 典型木門門扇自動化柔性生產(chǎn)線[J]. 木材工業(yè), 2015, 29(1): 24-27.

[2] 姚遙, 許亞東, 許厚榮, 等. 我國木門自動化制造特點及發(fā)展趨勢[J].木材工業(yè), 2015, 29(2):26-29.

[3] 王嘉明, 張繼強, 朱大軍. 紫外光固化靜電噴涂透明底漆在木門涂裝中的應用[J]. 木材工業(yè), 2014, 28(3):43-45.

[4] 朱毅, 張文超. 木家具靜電涂裝參數(shù)的控制[J]. 家具, 2006 (12):50-53.

[5] 周永東. 木材含水率測量方法及影響因素分析[J]. 木材工業(yè), 2000,14(5):29-30.

[6] Lin R T. A study on the electrical conduction in wood[J]. Forest Prod,1965，15: 506-514.

[7] 李芝華, 孫健, 柯于鵬. 導電膠黏劑的導電機理研究進展[J]. 高分子通報, 2009 (7):53-56.

[8] 陳建軍, 邱浩孟, 李和昌, 等. 導電膠黏劑的研究發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 粘結,2008(8): 68-71.

[9] 林韡, 于朝生.還原石墨導電膠的研究[J]. 中國膠粘劑, 2008, 17(11):20-25.

[10] 王繼虎, 閔惠玲. 鎳粉導電丙烯酸酯壓敏膠的研究[J]. 絕緣材料, 2006,39(5):4-6.

[11] 喬慶東, 王勝, 王巍，等. 新型共混十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺導電膠的合成[J]. 精細化工, 1999, 16(2):35-38.