熱壓干燥對刨切單板背部裂隙的影響*

杜洪雙 唐朝發(fā)

[吉林省木質(zhì)材料科學與工程重點實驗室（北華大學），吉林 132013]

隨著人民生活水平和對居住環(huán)境要求的提高，北方地熱地板得到廣泛推廣應(yīng)用，其主要以實木復合地板為主[1]。近年來，三層實木復合地板在我國蓬勃發(fā)展，銷量年均增速50%以上。生產(chǎn)多層實木復合地板的表板多為珍貴樹種木材，成本較高。為降低地板的成本和充分利用珍貴木材，近幾年國內(nèi)開發(fā)采用刨切厚度4 mm的表板制備三層復合地板，但技術(shù)還不成熟。這是因為在刨切過程中會產(chǎn)生背部裂隙；同時三層復合地熱地板的不對稱結(jié)構(gòu)及長時間置于冷熱循環(huán)交替的環(huán)境中，表板的開裂問題時有發(fā)生[2]，表板背部裂隙直接導致地板表板開裂、翹曲等缺陷，這一問題比采用鋸切表板制備的地板更加突出。解決此問題，需從地板生產(chǎn)工藝過程著手，對木方蒸煮、單板刨切、單板干燥、施膠及熱壓等各個工序進行研究分析。木方蒸煮可減少單板背部裂隙[3-5]。而單板在干燥過程中容易出現(xiàn)較多問題，其中亟待解決的兩大問題為：1）單板變形和開裂；2）單板含水率不均勻。用傳統(tǒng)的網(wǎng)帶及滾筒傳送對流加熱干燥、柔性網(wǎng)帶接觸式干燥及真空干燥的方法，很難根本解決此問題[6-9]，主要由于干燥應(yīng)力引起開裂[10-11]。國內(nèi)外對此進行了相關(guān)研究，研究表明，采用熱壓板接觸干燥單板[12-23]，能使干燥速度大幅度提高，同時對背部裂隙具有抑制作用。本研究旨在探究壓板干燥對單板背部裂隙的影響，為有效改善單板背部裂隙提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

長白山脈水曲柳（Fraxinus mandschurica）木段（長約400～420 mm，直徑約150～170 mm)經(jīng)7～8 h常溫浸泡，再對其按以下工藝進行蒸煮：先升溫至60 ℃，2 h后將溫度提升至80 ℃，保溫10 h蒸煮結(jié)束。蒸煮后的木段用于刨切厚度為2、2.5、3、3.5 mm的單板；木段刨切后剩余殘板用于測試每個厚度單板的含水率。壓板干燥前對每個厚度的刨切單板進行含水率測定，并選取距離木段中心某一距離的幾塊單板進行背部裂隙測定，內(nèi)容包括裂隙的深度、寬度、長度及分布情況。

1.2 設(shè)備

試驗用主要設(shè)備：縱向刨切機（型號DB200C），青島德眾機械有限公司；電熱鼓風干燥箱（型號DHG-9075A），上海一恒科學儀器有限公司；體式顯微成像系統(tǒng)（型號6302-1），上海里萬光電環(huán)保設(shè)備有限公司；四柱式雙泵平板硫化機（型號XLB-1000），鄭州鑫宏機械有限公司。

1.3 試驗方法

采用對比分析法分析壓板干燥對水曲柳刨切單板背部裂隙的影響。

1.3.1 裂隙定義 背部裂隙分布率：確定垂直于纖維方向平均1 mm范圍內(nèi)的裂隙數(shù)量，即為背部裂隙分布率，簡稱裂隙分布率。在實際觀察過程中，一定寬度、長度以下的裂隙已經(jīng)不能影響人的視覺感官，因此本研究將寬度18 μm以下的裂隙定義為窄裂隙，18 μm以上的裂隙定義為寬裂隙；窄裂隙不作為影響質(zhì)量的缺陷。由于試件是環(huán)孔材，導管已經(jīng)影響裂隙深度的判別，用染色法標定裂隙并測定裂隙深度的方法[24-29]，已經(jīng)不適用于水曲柳裂隙的測定。一般情況下，裂隙越長裂隙越深，為了方便實用，以裂隙長度標定裂隙深度辦法考察裂隙深度；鑒于裂隙長度在1 800 μm以下時，目測已察覺不到裂隙對于質(zhì)量的影響，因此本研究確定將長度在1 800 μm以下的裂隙定義為淺裂隙， 1 800 μm以上的裂隙定義為深裂隙。

1.3.2 單板背部裂隙測定 1）壓板干燥前背部裂隙的測定。首先，在需測定的單板上均勻選定6 個位置，用萬能圓鋸機鋸切成寬約8 mm的試件，并標號；然后，在體式顯微鏡下進行觀察，測量裂隙的寬度和長度，保存測量結(jié)果和圖像。2）壓板干燥后背部裂隙的測定。取壓板干燥前測試背部裂隙試樣單板相鄰的刨切單板，厚度3.5 mm，在溫度120 ℃、壓力1.5 MPa、時間11 min條件下進行熱壓干燥。依照干燥前的測定方法在單板上相同位置截取試件，進行背部裂隙類型的標定與測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓板干燥前單板背部裂隙分析

壓板干燥前單板背部不同裂隙類型分布統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 壓板干燥前單板的背部裂隙Tab.1 Morphology and rate of veneer back crack before hot-press drying

由表1 分析可知，隨著刨切單板厚度的增加，各個類型的單板背部裂隙都有增多的趨勢；厚度2.0～3.5 mm的單板，裂隙長度在1 800 μm以下的背部裂隙居多，裂隙寬度在18 μm以上居多。同時結(jié)果表明：刨切后單板背部裂隙的深度和長度，不是影響地板表面開裂的主要因素，而裂隙寬度是主要影響因素。裂隙類型及背部裂隙率的分布規(guī)律主要與樹種、木段直徑、蒸煮工藝及刨切機的精度等有關(guān)。

2.2 壓板干燥后單板背部裂隙分析

壓板干燥后單板背部不同裂隙類型分布統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 壓板干燥后單板的背部裂隙Tab.2 Morphology and rate of veneer back crack after hotpress drying

由表2 可知，壓板干燥后背部裂隙數(shù)量隨著單板厚度增加的規(guī)律不如干燥前明顯，但是裂隙也有隨厚度增大而增加的趨勢。對比表1 和表2 數(shù)據(jù)可知，單板經(jīng)過干燥后裂隙明顯比干燥前減少了，裂隙減少是因為干燥時高溫使木材中的木質(zhì)素融化后將裂隙粘合起來，木質(zhì)素起到了膠黏劑的作用，從而使得單板裂隙寬度減小或使裂隙數(shù)量減少，單板裂隙減小到用體式顯微鏡也難以觀察到的程度。

2.3 壓板干燥前后單板背部裂隙分析

壓板干燥對寬深裂隙影響不大，但對于厚3.5 mm的單板，壓板干燥使其背部寬深裂隙增加，主要原因是單板過厚使背部裂隙應(yīng)力集中度過高，致使寬深背部裂隙數(shù)量增加，使部分寬淺裂隙成為寬深裂隙；壓板干燥對其他類型的裂隙影響顯著，使寬淺、窄深、窄淺裂隙數(shù)量減少，部分寬淺、窄深轉(zhuǎn)變?yōu)檎瓬\裂隙，同時部分窄淺裂隙愈合，達到體式顯微鏡觀察不到的程度；對寬淺裂隙影響尤為顯著，寬裂隙變?yōu)檎严?，窄裂隙的?shù)量增加，相比于寬淺裂隙，單板在干燥前后的窄裂隙下降幅度不大；同一厚度的單板，經(jīng)壓板干燥后，各類型背部裂隙（寬深裂隙除外）都有不同程度的減少，厚度為2.0 mm和2.5 mm的單板背部裂隙數(shù)量減少的程度不如3.0 mm和3.5 mm厚度單板顯著；壓板干燥對窄裂隙和淺裂隙愈合效果好（見圖1）。

圖1 壓板干燥前、后單板背部裂隙對比Fig.1 Veneer back cracks before and after hot-press drying

3 結(jié)論

本研究探究熱壓干燥對單板背部裂隙的影響，得出如下結(jié)論:

1) 壓板干燥對于刨切單板背部裂隙的改善具有積極作用。能降低背部裂隙缺陷程度；對寬淺、窄深和窄淺裂隙影響顯著，可大大減少裂隙數(shù)量，對窄裂隙和淺裂隙愈合效果較好。

2) 壓板干燥改善3.0、3.5 mm厚單板背部裂隙程度比2.0、2.5 mm厚單板好。

3) 壓板干燥適用于三層實木復合地板刨切單板的干燥，在使用刨切單板為表板的地板制造過程中，應(yīng)嚴格控制單板刨切過程中寬深裂隙的產(chǎn)生。