桉木單板條交錯(cuò)輕質(zhì)板的制備研究

李 寧 ,王泓杰 ,胡 拉 ,李道秋 ,孫建平 ,程芳超

（1.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002）

近年來(lái)，人們對(duì)木質(zhì)材料的需求逐漸多樣化，其中，如何制備經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新型輕質(zhì)人造板成為人們關(guān)注的領(lǐng)域之一[1]。新型輕質(zhì)人造板的種類(lèi)也不斷增多[2-3]，常見(jiàn)的新型輕質(zhì)人造板主要有石膏板，纖維增強(qiáng)水泥板等[4]。輕質(zhì)人造板節(jié)省了原材料，成本相對(duì)下降，還提高了木材資源利用率[5]，減少了木材的消耗量，緩解了我國(guó)木材的供需矛盾。

桉樹(shù)是世界上三大速生造林樹(shù)種之一，生長(zhǎng)迅速，輪伐期短[6-7]。桉樹(shù)木材55%～60%用于纖維與紙漿材，20%用于實(shí)體木材[8]。廣西桉樹(shù)資源豐富，在木質(zhì)原料中占有重要位置。但桉木存在生長(zhǎng)應(yīng)力大[9]、易干縮、缺陷較多等缺點(diǎn)[5]，極大地限制了桉樹(shù)的附加價(jià)值以及高效利用。利用桉木原料制備新型輕質(zhì)板成為高效利用桉木的一種思路。本研究通過(guò)用桉木單板條進(jìn)行交錯(cuò)有序鋪裝成網(wǎng)格狀的芯層，再與桉木單板復(fù)合制備一種質(zhì)量較輕、強(qiáng)度符合要求的新型輕質(zhì)人造板。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所采用的原料是1mm厚度的桉木單板條，脲醛樹(shù)脂由廣西天峨縣細(xì)木工板廠提供。

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備：人造板試驗(yàn)壓機(jī)，BY102×2/100T型，蘇州康威機(jī)電有限公司產(chǎn)；萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，CMT5504型，深圳市新三思材料檢測(cè)公司產(chǎn)。

1.2 制備桉木單板條交錯(cuò)輕質(zhì)板

將大幅單板利用精密推臺(tái)鋸切割成實(shí)驗(yàn)所需要寬度的窄長(zhǎng)單板條，本實(shí)驗(yàn)所需要的規(guī)格為1cm、2cm、3cm；將制作好的單板條進(jìn)行手動(dòng)滾膠處理，施加脲醛樹(shù)脂的質(zhì)量為單板條質(zhì)量的15%。將施完膠的單板條先按照實(shí)驗(yàn)要求等間距水平放置一層，然后再垂直于上一層相同間距擺放一層；將鋪裝好的板胚按照熱壓工藝（熱壓溫度125℃，保壓時(shí)間15min）進(jìn)行熱壓，并且用3種不同規(guī)格的厚度按照實(shí)驗(yàn)要求對(duì)板的厚度進(jìn)行控制；將熱壓完畢后的板材放置一段時(shí)間等待檢測(cè)（圖1）。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，選擇L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)的因素水平表

圖1 桉木單板條交錯(cuò)輕質(zhì)板的制備流程

1.3 輕質(zhì)板檢測(cè)方法

參照LY/T1580-2010 《定向刨花板》 和GB/T 17657-2013 《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、彈性模量和靜曲強(qiáng)度等進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在本次實(shí)驗(yàn)中，輕質(zhì)板的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 17657-1999 《人造板及飾面人造板理化性能實(shí)驗(yàn)方法》，對(duì)輕質(zhì)板的物理力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。分析其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，密度隨著板材厚度的增加而減??；隨著單板條的層數(shù)增加而增大；隨著單板條的間隔減小而減小。而彈性模量隨著單板條的寬度增加而增加，在單板條層數(shù)范圍內(nèi)先下降后上升，并隨著板材厚度和單板條間隔的增加而遞減。其中，單板條寬度3cm，單板條層數(shù)15層，板材厚度10mm以及單板條間隔為2cm的板材的彈性模量最大，滿足標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1580-2010《定向刨花板標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

表2 輕質(zhì)板物理力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

2.2 各因素對(duì)靜曲強(qiáng)度的影響

影響靜曲強(qiáng)度各因素直觀分析及方差分析結(jié)果如表3所示。

表3 影響靜曲強(qiáng)度各因素直觀分析及方差分析結(jié)果

由表3可得，影響輕質(zhì)板靜曲強(qiáng)度的主次因素：板材厚度>單板條層數(shù)>單板條寬度>單板條間隔；極差分析獲得的靜曲強(qiáng)度的最優(yōu)方案是厚度1cm，單板條層數(shù)15，單板條寬度3cm，單板條間隔1cm。方差分析結(jié)果表明，A，B，C，D的F值均大于F0.01（2，18）=6.01，說(shuō)明各因素對(duì)輕質(zhì)板的靜曲強(qiáng)度影響均極其顯著。板材性能符合LY/T 1580-2010 《定向刨花板》 標(biāo)準(zhǔn)中OSB/1型的要求。

2.3 各因素對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

影響彈性模量各因素直觀分析及方差分析結(jié)果如表4所示。

表4 影響彈性模量各因素直觀分析及方差分析結(jié)果

由表4可得，影響內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的主次因素順序?yàn)椋簡(jiǎn)伟鍡l寬度>單板條間隔>單板條層數(shù)>板材厚度。方差分析結(jié)果表明，A，B，D的F值都大于F0.01（2，18）=6.01，說(shuō)明單板條寬度、單板條層數(shù)和單板條間隔對(duì)這種輕質(zhì)板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響極其顯著。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)方案達(dá)到了OSB/1型中內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa的要求。

2.4 各因素對(duì)吸水厚度膨脹率的影響

吸水厚度膨脹率結(jié)果的直觀分析及方差分析結(jié)果如表5所示。

表5 吸水厚度膨脹率結(jié)果的直觀分析及方差分析結(jié)果

由表5可得，影響吸水厚度膨脹率因素的主次順序?yàn)椋喊搴?單板條寬度>單板條層數(shù)>單板條間隙。方差分析結(jié)果表明，A、C的F值都大于F0.01（2，18）=6.01，說(shuō)明單板條寬度和單板厚度對(duì)輕質(zhì)板的吸水厚度膨脹率的影響顯著。

綜合分析來(lái)看，板材的力學(xué)性能中內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率對(duì)其使用過(guò)程較為重要，因此以兩者為重要標(biāo)準(zhǔn)，可得最優(yōu)的工藝條件為：?jiǎn)伟鍡l層數(shù)為9，板厚為12mm，單板條間隔為4cm，單板條寬度為2cm。最優(yōu)條件下制備的板材物理力學(xué)性能符合LY/T 1580-2010《定向刨花板》標(biāo)準(zhǔn)中OSB/1型的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

利用不同寬度的單板條垂直排列成網(wǎng)格狀作為芯層，然后在芯層上下兩面覆蓋以桉木薄單板制備而成桉木單板條交錯(cuò)輕質(zhì)板，研究了單板條寬度，單板條層數(shù)，板材厚度以及單板條之間的間隔對(duì)該輕質(zhì)板的性能影響，優(yōu)化得出最佳的方案為：?jiǎn)伟鍡l層數(shù)為9，板厚為12mm，單板條間隔為4cm，單板條寬度為2cm。最優(yōu)方案制備的板材物理力學(xué)性能達(dá)到了LY/T 1580-2010《定向刨花板》標(biāo)準(zhǔn)中的OSB/1型要求。