重組裝飾單板工業(yè)化浸漬及飾面應(yīng)用

王蕊, 徐德良, 楊勇, 閆文雯, 詹先旭, 徐信武*

(1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,南京 210037;2.浙江德華兔寶寶裝飾新材研究院,浙江 德清 313200)

薄木貼面是人造板及制品常用的表面裝飾方式,通過(guò)“以木飾木”保護(hù)基材、遮蓋缺陷、美化表觀,并提供其他裝飾材料(裝飾紙、PVC、鋁箔等)難以企及的人體觸覺(jué)舒適性[1]。貼面用的薄木分為天然薄木和人造薄木(又稱(chēng)：重組裝飾單板)。天然薄木是用珍貴的木材經(jīng)旋切、刨切或鋸切等加工方法制成的。重組裝飾單板就是利用普通樹(shù)種木材經(jīng)旋切(或刨切)成單板，經(jīng)漂白、染色、組坯和冷壓膠合等工序?qū)臃e膠壓成木方，再行刨切，制成的仿珍貴樹(shù)種木材色澤、紋理結(jié)構(gòu)及各種裝飾圖案的薄型裝飾材料[2]。傳統(tǒng)的薄木貼面工藝,需要借助膠黏劑貼面后再油漆涂飾,工序繁瑣，周期冗長(zhǎng),且釋放有機(jī)揮發(fā)物造成室內(nèi)空氣長(zhǎng)期污染[3]。

浸漬薄木是近年來(lái)興起的新型高檔裝飾材料[4]。借鑒裝飾紙浸漬工藝,將合成樹(shù)脂浸入薄木,經(jīng)過(guò)預(yù)干燥,形成可直接膠合飾面材料,滿(mǎn)足人造板及其制品的后期裝飾需要[5]。浸漬薄木的貼面基材,可涵蓋膠合板(含單板)[6]、刨花板、纖維板[7-8]、細(xì)木工板[9]、水泥刨花板[10-11]等。以浸漬樹(shù)脂為載體,還可在浸漬薄木內(nèi)導(dǎo)入改性劑,賦予浸漬薄木及其貼面制品特殊功能性(例如：抗菌[12-13]),進(jìn)一步拓展人造板的應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)浸漬薄木飾面的人造板,可廣泛應(yīng)用于地板、家具、墻板等場(chǎng)合[14]。

大幅面和連續(xù)化是推動(dòng)薄木浸漬技術(shù)真正產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；年P(guān)鍵,而重組裝飾單板以其工藝成熟、幅面可控,是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)浸漬的最佳選擇。因此,筆者以重組裝飾單板(俗稱(chēng)“人造薄木”)為研究對(duì)象,探討其工業(yè)化連續(xù)浸漬的生產(chǎn)實(shí)踐,以供業(yè)界參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

成卷重組裝飾單板由浙江德華兔寶寶集團(tuán)提供。阿尤斯(Triplochitonscleroxylon)又稱(chēng)“白梧桐”,單板經(jīng)漂白、染色、組坯和冷壓膠合等工序,制成重組木方(俗稱(chēng)“科技木”),再刨切為厚度0.7 mm的薄木,含水率8%～12%。刨切薄木進(jìn)一步拼寬(610 mm)、接長(zhǎng)(500 m),背面覆貼增強(qiáng)用無(wú)紡布,形成大幅面成卷重組裝飾單板。接長(zhǎng)后,單板長(zhǎng)度方向抗拉強(qiáng)度達(dá)到28 N/15 mm(寬度),可滿(mǎn)足成卷工業(yè)化浸漬的張力需求。

貼面基材包括家居用刨花板、中密度纖維板和膠合板,均市購(gòu),厚度15 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工業(yè)化浸漬

基于前期薄木浸漬實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)獲取的工藝技術(shù)參數(shù),在浙江某浸漬紙工業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)上開(kāi)展成卷重組裝飾單板的工業(yè)化浸漬試驗(yàn)。浸漬樹(shù)脂為三聚氰胺甲醛樹(shù)脂(甲階),黏度為15 mPa·s。浸膠工序分兩級(jí)：一級(jí)浸漬(圖1a)分為單(底)面增濕排氣、浸漬和刮膠等工序,速度控制在15～18 m/min(膠槽中浸漬時(shí)間約為5～7 s)；二級(jí)浸漬通過(guò)成對(duì)涂膠輥均勻涂布樹(shù)脂。浸漬后進(jìn)入兩級(jí)干燥,溫度均設(shè)為120 ℃。浸漬后的薄木在牽引裝置(圖1b)引導(dǎo)下進(jìn)入一級(jí)干燥(2節(jié)干燥箱,長(zhǎng)度9 m),速度15～18 m/min,薄木在熱空氣噴射推送下懸浮前行(圖1c),與熱介質(zhì)充分接觸；二級(jí)浸漬后進(jìn)入二級(jí)干燥(3節(jié)干燥箱,長(zhǎng)度為13.5 m)。整個(gè)干燥時(shí)間90～120 s。

圖1 薄木工業(yè)化連續(xù)浸漬裝置與工序Fig. 1 Device and process for continuous impregnation of thin veneer

連續(xù)浸漬干燥結(jié)束,樹(shù)脂浸漬量達(dá)到約60%,預(yù)固化度約6.7%,揮發(fā)分含量約14%(測(cè)試方法參照浸漬紙)。

1.2.2 熱壓貼面工藝

取回浸漬薄木,裁取400 mm×400 mm幅面試件,以市購(gòu)刨花板、纖維板和膠合板為基材,在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展熱壓試驗(yàn),研究貼面工藝。試驗(yàn)壓機(jī)為單層硫化壓機(jī),幅面600 mm×600 mm。熱壓溫度取160,170,180和190 ℃ 4個(gè)水平,熱壓時(shí)間設(shè)10～100 s(間隔10 s)10個(gè)水平,熱壓壓力取1 MPa 和2 MPa兩個(gè)水平。

1.2.3 貼面板性能測(cè)試

表面膠合強(qiáng)度測(cè)試:貼面后的人造板在溫度(20±2) ℃、相對(duì)濕度(65±5)%環(huán)境中靜置48 h后,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17657—2013)《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》有關(guān)表面膠合強(qiáng)度測(cè)定(適用于單板飾面的人造板)的要求制備試件,測(cè)試基于刨花板、纖維板和膠合板的貼面板表面膠合性能,即浸漬薄木與基材之間的膠合強(qiáng)度。

耐久性(貯存時(shí)效性)測(cè)試：將浸漬薄木分別置于常溫環(huán)境(地點(diǎn)南京,測(cè)試期間室內(nèi)氣溫為25～30 ℃、相對(duì)濕度60%～70%)和冰箱冷藏室(0～4 ℃)。待貯存期滿(mǎn)25 d后,每隔數(shù)天以纖維板為基材實(shí)施貼面試驗(yàn)(熱壓溫度為190 ℃、熱壓時(shí)間為100 s、熱壓壓力2 MPa),測(cè)試表面膠合強(qiáng)度(每個(gè)條件重復(fù)3次),考察膠合強(qiáng)度的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸漬薄木的微觀特征分析

重組裝飾單板和實(shí)木單板浸漬前后的面內(nèi)顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、3。天然薄木(示例：水曲柳)(圖2a)表現(xiàn)出木材的天然微觀構(gòu)造特征,細(xì)胞的胞壁、胞腔結(jié)構(gòu)清晰,因刨切加工造成的胞腔溝槽降低了單板的微觀平整度。重組裝飾單板(圖3a)顯微結(jié)構(gòu)圖仍能反映出木材顯微構(gòu)造特征,但由于經(jīng)過(guò)膠合重組,因此表面的平整度、結(jié)構(gòu)均一性要好于實(shí)木皮。值得注意的是,重組裝飾單板由漂白和染色后的木材單板膠合重組而成,因此在顯微結(jié)構(gòu)中能呈現(xiàn)單板之間的膠層(圖3a),改變了天然薄木材質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)。

圖2 浸漬前后水曲柳薄木的面內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)Fig. 2 Microstructure of thin veneers before and after impregnation

圖3 浸漬前后阿尤斯重組裝飾單板的面內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)Fig. 3 Microstructure of reconstituted decorative veneers before and after impregnation

浸漬后的天然薄木(圖2b、c)和重組裝飾單板反映出明顯的樹(shù)脂浸填特征(圖3b、c)。從面內(nèi)看,3種基材均能被樹(shù)脂覆蓋。天然薄木在樹(shù)脂浸漬后,仍能呈現(xiàn)原有木材天然“骨架”的微觀特征,木材微觀構(gòu)造特征清晰可見(jiàn)(圖2b、c)，樹(shù)脂成功進(jìn)入胞腔,覆蓋紋孔。但是,木材特有的孔隙結(jié)構(gòu)依然存在,在浸漬后天然薄木干燥時(shí)有利于釋放木材內(nèi)部水分,因此沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水分蒸發(fā)沖擊造成的孔隙。重組裝飾單板的覆面效果類(lèi)似于浸漬紙,呈現(xiàn)大幅面完整覆蓋,但表面微孔結(jié)構(gòu)要顯著多于浸漬紙(圖3c),認(rèn)為主要是重組裝飾單板中空氣和水分含量要大于浸漬紙所致。相對(duì)于浸漬紙,浸漬后的天然薄木或重組裝飾單板表面孔隙和溝槽更多，更為粗糙，這對(duì)于貼面后板材的表觀質(zhì)量(如光澤度、光澤均勻性、平整度等)會(huì)產(chǎn)生影響。

重組裝飾單板厚度方向樹(shù)脂的滲入情況見(jiàn)圖4。浸膠以后,木皮表面厚度約20～30 μm進(jìn)駐樹(shù)脂、胞腔填充,但芯部尚未布滿(mǎn)樹(shù)脂。這表明由于薄木的厚度大于浸漬紙,更能通過(guò)調(diào)控浸漬工藝(時(shí)間、膠液濃度等)以改變樹(shù)脂浸漬量。

圖4 浸漬前后重組裝飾單板厚度方向的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 4 Microstructure of the thickness direction of reconstituted decorative veneers before and after impregnation

2.2 貼面熱壓工藝分析

熱壓工藝參數(shù)對(duì)貼面板的外觀質(zhì)量和表面膠合性能具有直接影響。溫度是樹(shù)脂固化的主要影響因素，根據(jù)浸漬紙的要求，三聚氰胺樹(shù)脂最合適的固化溫度是145～160 ℃，一般熱壓的溫度必須達(dá)到190～200 ℃[15]。壓力是保證基材與浸漬紙之間良好結(jié)合的主要條件，對(duì)于不同的板面，單位壓力的選擇不同，一般為2 MPa左右。熱壓時(shí)間主要取決于浸漬樹(shù)脂的固化速度，當(dāng)樹(shù)脂一定時(shí)，熱壓溫度越高，樹(shù)脂固化速度越快，需要的熱壓時(shí)間就越短。相對(duì)于浸漬紙貼面,浸漬薄木厚度偏大且含水率偏高,需要借助熱量使樹(shù)脂快速流展、固化,同時(shí)排除多余的水分。如熱壓時(shí)間太短和(或)熱壓溫度太低,無(wú)論采用哪種基材,要么表面膠合不牢,要么貼面板材的表面會(huì)呈現(xiàn)淺色團(tuán)狀膠斑,表明薄木內(nèi)的樹(shù)脂尚未固化完全和流展充分，這與浸漬紙貼面易于出現(xiàn)的“干花(frosting mark)”缺陷類(lèi)似(參見(jiàn)GB/T 18102—2007)。具體而言,在170 ℃條件下熱壓時(shí)間短于80 s,或180 ℃條件下熱壓時(shí)間短于70 s,或190 ℃條件下熱壓時(shí)間短于60 s,均易于出現(xiàn)團(tuán)狀膠斑質(zhì)量問(wèn)題；反之,熱壓時(shí)間太長(zhǎng)和(或)熱壓溫度太高,則薄木表面顏色偏深,對(duì)于展現(xiàn)薄木本身的天然木材紋理和色澤不利。

熱壓貼面的壓力參數(shù)對(duì)于促進(jìn)薄木與基材緊密接觸和薄木內(nèi)膠液的充分流展，同樣具有重要作用。此時(shí)需要考慮人造薄木的結(jié)構(gòu)特征,否則易于產(chǎn)生膠液流展受阻從而產(chǎn)生貼面板外觀色澤不均的質(zhì)量缺陷(這種缺陷在采用浸漬紙與人造薄木復(fù)合貼面定向結(jié)構(gòu)板時(shí)常見(jiàn))。重組裝飾材由多層單板層積膠合而成,刨切為人造薄木時(shí),因刨切方向、角度的不同,人造薄木的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征也不一樣。例如,采用縱向或近縱向順紋刨切時(shí),人造薄木實(shí)際為大量單板條在垂直方向平行排列而成,單板條之間為固化后的膠層(圖3a)。此時(shí),熱壓壓力需克服單板條之間的“位阻”,擠壓浸漬薄木內(nèi)的黏稠樹(shù)脂在單板條之間流動(dòng)，因此,熱壓壓力需比浸漬紙貼面時(shí)略大。試驗(yàn)表明,采用約2 MPa壓力時(shí)方可獲得光滑、均勻的表面質(zhì)量。

部分工藝條件下浸漬薄木貼面板的膠合性能和表觀質(zhì)量見(jiàn)表1。在滿(mǎn)足上述分析的工藝條件下,貼面板的膠合強(qiáng)度均高于1.0 MPa,且外觀未呈現(xiàn)膠斑缺陷。

表1 不同工藝條件下的貼面性能Table 1 Overlaying performance under different process conditions

2.3 飾面基材適用性分析

基于纖維板、膠合板、刨花板基材的表面膠合強(qiáng)度如圖5所示。由圖5可以看出，3種基材均可獲得較高的表面膠合強(qiáng)度(超過(guò)1.0 MPa),其中纖維板最高,其次是膠合板,最后是刨花板。這表明采用浸漬薄木作為貼面材料,能適應(yīng)的基材范圍廣泛。

圖5 浸漬薄木飾面不同基材膠合強(qiáng)度Fig. 5 Surface bonding strengths of different boards overlaid with impregnated thin veneer

圖6 浸漬薄木貼面纖維板的表面膠合強(qiáng)度隨貯存時(shí)間的變化Fig. 6 Effect of storage time on the surface bonding strength of impregnated thin veneer overlaid fiberboard

2.4 浸漬薄木的耐久性分析

貯存耐久性對(duì)于浸漬薄木的工業(yè)化生產(chǎn)和貼面應(yīng)用意義重大。試驗(yàn)表明,在為期近兩個(gè)月的貯存時(shí)間內(nèi),浸漬重組裝飾單板的膠合性能仍然維持良好。浸漬薄木貼面纖維板的表面膠合強(qiáng)度隨貯存時(shí)間變化情況見(jiàn)圖6。如圖6所示，陳放56 d后,常溫環(huán)境組貼面纖維板的表面膠合強(qiáng)度衰減到約1.4 MPa,冰箱冷藏組為1.80 MPa,分別比首批測(cè)試值(25 d)降低約38%和17%,但依然維持在高水平,完全滿(mǎn)足浸漬膠膜紙飾面人造板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 15102—2017)的要求(纖維板：表面膠合強(qiáng)度≥0.6 MPa)。這表明浸漬薄木完全能夠滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的貯存要求。相對(duì)而言,采用低溫貯存時(shí)耐久性更強(qiáng)。

3 結(jié) 論

1)直接采用傳統(tǒng)浸漬紙生產(chǎn)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)大幅面成卷浸漬重組裝飾單板的工業(yè)化、連續(xù)化浸漬和預(yù)干燥在技術(shù)上可行。在本研究浸漬工藝條件下，樹(shù)脂浸漬量達(dá)到約60%,預(yù)固化度約6.7%,揮發(fā)分含量約14%(測(cè)試方法參照浸漬紙)。

2)浸漬后重組裝飾單板表面反映出明顯的樹(shù)脂浸填特征，覆面效果類(lèi)似于浸漬紙,呈現(xiàn)大幅面完整覆蓋,但表面微孔結(jié)構(gòu)要顯著多于浸漬紙。在厚度方向上，表面厚度約20～30 μm浸注樹(shù)脂、胞腔填充,但芯部尚未布滿(mǎn)樹(shù)脂。

3)熱壓工藝對(duì)浸漬薄木的貼面性能具有顯著影響,推薦采用180～190 ℃熱壓溫度,相應(yīng)熱壓時(shí)間為80～100 s,熱壓壓力不宜低于2 MPa。

4)浸漬后的薄木普遍適于膠合板、刨花板和纖維板基材的貼面裝飾,其中對(duì)纖維板基材的表面膠合強(qiáng)度最高。

5)浸漬薄木具有優(yōu)異的貯存耐久性,完全滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的時(shí)效需求，推薦采用低溫密封貯存。