鋪裝方式對空心刨花板基材室內(nèi)木門變形的影響研究

■張義偉，孫德彬，宋小川 Zhang Yiwei & Sun Debin & Song Xiaochuan

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙 410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)家具與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖南長沙 410004）

為了提高木質(zhì)門的隔音效果、降低生產(chǎn)成本，目前多采用空心刨花板作為復(fù)合木門的芯板[1]。由于木材吸水后會使木材產(chǎn)生翹曲和變形[2]，因此，木門安裝后，室內(nèi)環(huán)境溫濕度不斷發(fā)生變化，芯層刨花板易出現(xiàn)尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象[3-4]，進(jìn)而導(dǎo)致整體木門發(fā)生翹曲與變形[5]，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

針對復(fù)合木門變形問題，眾多學(xué)者對此展開了研究：如Aydn[6]等以山毛櫸為原料制備LVL來改善復(fù)合門的結(jié)構(gòu)；付海燕[7]等設(shè)計了“豎-橫-豎”組坯的LVL構(gòu)件來提高木門的抗變形性能；劉曉健[8]等通過在龍骨材料上開應(yīng)力槽去除木材的內(nèi)應(yīng)力以防止木材翹曲變形；蔣軍[9]等以小徑級原竹為增強(qiáng)材料對原竹增強(qiáng)刨花板進(jìn)行覆面改性；吳東君[10]在木門骨架的四周內(nèi)側(cè)設(shè)置方變形金屬網(wǎng)狀骨架；葉益平[11]在芯板的前側(cè)面及后側(cè)面上安裝緩沖條；趙玨[12]通過在復(fù)合木質(zhì)材料中添加抗熱變形的無機(jī)熱傳導(dǎo)劑使木門在高溫下不易發(fā)生熱脹變形；張占奎[13]等設(shè)計了一種木門骨架防變形處理設(shè)備以密封和烘干扇的方法來提高木門的穩(wěn)定性；Aline[14-15]等則認(rèn)為木門變形的主要影響因素是原材料，特別是刨花板組件。

目前的一些研究成果在一定程度上解決了刨花板芯木門部分變形的問題，但存在工藝復(fù)雜、成本偏高等不足。本文基于現(xiàn)有的研究成果，以最常用的空心刨花板為基材，通過分析變形機(jī)制、采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，綜合改進(jìn)芯板的鋪裝形式擬提高木門的抗變形性能，從而提升木門的質(zhì)量，進(jìn)一步推進(jìn)住宅建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展[16]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

空心刨花板（2040 mm×750 mm×28 mm）、龍骨（2440 mm×770 mm×50 mm），均由歐派家居集團(tuán)廣州公司提供；素板和單飾面板，源于歐派家具廠生產(chǎn)某種樣式門所用的面板；封邊條，源于巨迪家具廠；環(huán)保白乳膠，源于江西雪嶺木業(yè)有限公司。

1.2 試驗儀器

恒溫恒濕試驗箱（TEMI880，艾默生科技）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DGG-9203A，上海森信實驗儀器有限公司）；普通鋼尺、塞尺（厚薄規(guī)）等。

■圖1 木門的不同結(jié)構(gòu)圖

■圖2 芯板數(shù)量對木門抗變形的影響(A、C、D)

■圖3 芯板數(shù)量對木門抗變形的影響(A、B、E)

■圖4 不同鋪裝方向（3片芯板））對木門變形的影響

■圖5 不同鋪裝方向（5片芯板）對木門變形的影響

1.3 試驗方法

（1）試件制備

為了降低試驗成本，采用4:1的小樣木門，除厚度外其他尺寸均縮小4倍，即長×寬×厚=500mm×200mm×40mm。不同鋪裝形式木門的結(jié)構(gòu)如圖1所示，（圖中雙箭頭線表示空心方向）。其中，A的芯板直接以整張空心刨花板為芯板鋪裝；B、C的芯板是將空心刨花板分為五塊鋪裝，芯板鋪裝位置相同但空心方向不同（芯板相鄰板件的空心方向互相垂直）；D、E的芯板是將空心刨花板分為3塊鋪裝，尺寸相同，但芯板相同位置的空心方向不同（相鄰板件的鋪裝方向互相垂直）；F、G的芯板與木門D、E相同，但是中間芯板的兩邊設(shè)有龍骨（楊木LVL構(gòu)件）；木門H、I的芯板與B、C相同，但是中間芯板的兩邊設(shè)有龍骨。

（2）試驗方法

因環(huán)境因素是影響木門變形的重要因素之一，不同溫濕度環(huán)境的差異對木門變形的影響也有所不同[5]?；谇捌谘芯浚狙芯吭囼炘O(shè)定兩組不同溫濕環(huán)境來測試木門變形情況。

（1）環(huán)境一，將上述9種結(jié)構(gòu)的試件在溫度36±2 ℃、濕度95±5%的恒溫恒濕箱中豎立放置16 h，然后放置在45 ℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱4 h，經(jīng)過兩個循環(huán)測試，每種環(huán)境下測量一次變形量和含水率，總共可獲得5次測試數(shù)據(jù)。

（2）環(huán)境二，先將試件鋪裝后在自然環(huán)境下陳放10天，然后在溫度35±2 ℃、濕度95±5%的恒溫恒濕箱中豎立放置16 h，再放置在45 ℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱4 h，經(jīng)過三個循環(huán)測試，每種環(huán)境下測量一次變形量和含水率，總共得到7次測試數(shù)據(jù)。

（3）檢測方法

根據(jù)木門平面度檢測方法[17]，采用塞尺測量整體扭曲平面度，用變形量表示，精確到0.01mm；長、寬、厚、對角線長度尺寸以及含水率作為輔助分析指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 芯板數(shù)量的影響

將門芯料為1片、3片和5片作為填充料的3種木門（A、C、D）進(jìn)行對比分析，試驗結(jié)果如圖2所示（1，2，3…表示檢測序號）；改變C、D門芯料的鋪裝方向（分別對應(yīng)B、E），同樣將門芯料為1片、3片和5片作為填充料的3種木門（A、B、E）進(jìn)行對比分析，試驗結(jié)果如圖3所示，從圖2和圖3中可知：在兩種不同環(huán)境下，A的變化幅度較大，B、E結(jié)構(gòu)變形范圍控制在0.15mm以內(nèi)，相比芯料為1片的A結(jié)構(gòu)降低50%；C、D在第一種環(huán)境下變化幅度均很小，說明穩(wěn)定性較好；C、D在第二種環(huán)境下初始變形量較大，但是變化幅度較小。這是由于人造板的基本構(gòu)成單元越小，材性就越趨于均一穩(wěn)定，可減少導(dǎo)致變形的應(yīng)力產(chǎn)生[18]，基本構(gòu)成單元越大，板件吸濕后應(yīng)力釋放方向比較集中而不利于木門的抗變形性能。而室內(nèi)復(fù)合木門主要是由空心刨花板拼合成的芯料構(gòu)成，芯料是其基本構(gòu)成單元。當(dāng)門芯料為1片時（基本單元為1），不利于門的尺寸穩(wěn)定性；當(dāng)門芯料為3片或者5片時，可減少木門的變形。

2.2 芯板鋪裝方向的影響

根據(jù)空心刨花板的鋪裝方向不同（兩種木門所鋪裝的芯板的相同位置空心方向相互垂直），將空心刨花板裁切成三塊的D、E結(jié)構(gòu)木門進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖4所示，在兩組不同環(huán)境下，木門D的變形量和變化幅度均比E的大，但初始變形量差別不大。同樣，將空心刨花板裁切成5塊的B、C結(jié)構(gòu)木門進(jìn)行對比分析，試驗結(jié)果和變形量范圍如圖5所示，木門C相比木門B變形量變化范圍大，穩(wěn)定性也較差，但初始變形量基本相同。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)空心方向縱向鋪裝的數(shù)量小于橫向鋪裝的數(shù)量時其抗變形性能較好，這是因為木材本身存在應(yīng)力釋放現(xiàn)象[19]，所以當(dāng)空心刨花板受溫濕環(huán)境影響時會順空心方向產(chǎn)生彎曲變形現(xiàn)象，從而減少縱向鋪裝有利于木門的抗變形性能，而這種相鄰間空心方向互相垂直的鋪裝方式可抵消一部分板件因應(yīng)力釋放產(chǎn)生的變形[20]。對于木門A結(jié)構(gòu)的空心刨花板空心方向一致，吸濕變形時由于產(chǎn)生應(yīng)力釋放方向比較集中統(tǒng)一，不利于木門的抗變形性能[21]。

2.3 龍骨鋪設(shè)的影響

為了分析芯板間鋪設(shè)龍骨對木門抗變形性能的影響，將空心刨花板間鋪設(shè)龍骨與未鋪設(shè)龍骨的進(jìn)行對比分析，通過試驗發(fā)現(xiàn)：對于3片芯板，相比E結(jié)構(gòu)，芯板間加了龍骨的F結(jié)構(gòu)在兩種環(huán)境下變形范圍控制在0.15mm以內(nèi)，初始變形量接近E結(jié)構(gòu)（相差控制在0.10mm以內(nèi)）；相比D結(jié)構(gòu)，芯板間加了龍骨的G結(jié)構(gòu)在兩種環(huán)境下變形范圍控制在0.30mm以內(nèi)，與D結(jié)構(gòu)接近。對于5片芯板，相比B結(jié)構(gòu)，芯板間加了龍骨的I結(jié)構(gòu)在兩種環(huán)境下變形范圍控制在0.10mm以內(nèi)，初始變形量接近B結(jié)構(gòu)（相差控制在0.10mm以內(nèi)）；相比C結(jié)構(gòu)，芯板間加了龍骨的H結(jié)構(gòu)在兩種環(huán)境下變形范圍控制在0.25mm以內(nèi)，與C結(jié)構(gòu)接近。

在相同芯料鋪裝方向情況下，鋪設(shè)龍骨與未鋪設(shè)龍骨的木門相比，無論是變形量還是變化范圍均無明顯差異，這是因為木門所用到龍骨的材料相比空心刨花板所用料面積少，對復(fù)合木門變形影響較小，影響復(fù)合木門變形的主要因素取決于空心刨花板[22-23]。

3 結(jié)語

以空芯刨花板為基材的室內(nèi)木門為對象，通過模擬不同溫濕度環(huán)境、考察與分析芯板鋪裝方式對木門穩(wěn)定性的影響，結(jié)論如下：

室內(nèi)復(fù)合木門產(chǎn)生變形現(xiàn)象的主要原因是板材的內(nèi)應(yīng)力不均所致，而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的一個比較大的影響因素來自空心刨花板的內(nèi)應(yīng)力。

（1）一整片空心刨花板作為木門填充料時，由于板件吸濕后應(yīng)力釋放方向比較集中而不利于木門的抗變形性能。

（2）將3片或5片空心刨花板作為木門芯板填充料，并且空心方向縱向鋪裝的數(shù)量小于橫向鋪裝的數(shù)量時能有效分散應(yīng)力釋放產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象，對復(fù)合木門變形影響較小。

（3）影響復(fù)合木門變形的主要因素取決于空心刨花板，而對于龍骨鋪設(shè)影響并無明顯差異。