浸漬膠膜紙飾面細木工板的制備及性能

盧希珍，桂成勝，方露*，施曉宏，唐雨楓

(1. 南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設(shè)計學院,南京 210037; 2. 浙江升華云峰新材股份有限公司,德清 313200)

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對于家居產(chǎn)品多樣化的需求不斷提高[1-2]。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，我國2020年家具類產(chǎn)品零售額已高達1 598 億元[3]，定制家居已成為現(xiàn)代家具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流[4-5]。在定制衣柜、定制櫥柜、裝飾墻板、裝飾臺面等家居產(chǎn)品制造過程中[6]，浸漬膠膜紙飾面人造板基材因其制備工藝簡單、成本低、有機揮發(fā)性物質(zhì)釋放量少、免漆、花色種類繁多等優(yōu)點[7-13]，深受消費者的喜愛?，F(xiàn)階段，我國浸漬膠膜紙飾面人造板基材主要選用纖維板和刨花板。在眾多人造板材料中，刨花板因具有材質(zhì)均勻、加工性能好、價格低廉等優(yōu)點，成為浸漬膠膜紙飾面人造板的首選基材[14-15]，目前已成功應(yīng)用于尚品宅配、索菲亞、歐派等企業(yè)的產(chǎn)品中。浸漬膠膜紙飾面刨花板的生產(chǎn)工藝較為簡單，只需在刨花板基材上壓貼浸漬膠膜紙，但刨花板基材存在耐水性差、握釘力差等問題，使其應(yīng)用范圍受限[16]。

采用浸漬膠膜紙對實木感更強的膠合板或細木工板基材進行飾面，可滿足消費者對家居用品高品質(zhì)的追求[17-19]。但是，細木工板或膠合板基材表面質(zhì)量通常較差，制備時必須在浸漬膠膜紙與基材之間增加一層平衡層，以提高基材的表面平整度。其中，平衡層通常選用厚度為0.35～1.00 mm的楊木單板或科技木。筆者采用一次覆膜法和二次覆膜法兩種工藝制備了浸漬膠膜紙飾面細木工板，系統(tǒng)探討了復(fù)合工藝對浸漬膠膜紙飾面細木工板外觀質(zhì)量和理化性能的影響，以期為浸漬膠膜紙飾面細木工板的高性能制備提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料均由浙江升華云峰新材股份有限公司提供。細木工板基材由杉木芯板和桉木單板組成，尺寸為300 mm×300 mm×16.2 mm，含水率為8%～10%；楊木單板尺寸為300 mm×300 mm×0.7 mm，含水率為6%～9%；浸漬膠膜紙，外觀奶白色，面密度102.7 g/m2，浸膠量123.1%(質(zhì)量分數(shù))，預(yù)固化度46.7%，甲醛釋放量0.6 mg/L；脲醛(UF)樹脂，外觀白色，pH為7.6，黏度90 mPa·s，固體含量53.3%，固化時間138 s，游離甲醛含量0.04%。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣制備

1)UF樹脂調(diào)制。將UF樹脂與面粉按照質(zhì)量比100∶35混合，攪拌均勻至無顆粒狀態(tài)。

2)浸漬膠膜紙飾面細木工板制備。一次覆膜法制備工藝：將細木工板與楊木單板進行雙面壓貼，UF樹脂施膠量為280 g/m2，如圖1a所示。先進行冷壓，冷壓時間1 h、冷壓壓力0.55 MPa；再進行熱壓，熱壓溫度120 ℃、熱壓時間390 s、熱壓壓力0.65 MPa。熱壓完成后，再雙面壓貼浸漬膠膜紙，熱壓溫度125 ℃、熱壓時間330 s、熱壓壓力0.65 MPa。二次覆膜法制備工藝：如圖1b所示，將浸漬膠膜紙與楊木單板進行單面壓貼，熱壓溫度135 ℃、熱壓壓力4.16 MPa、熱壓時間90 s；再將壓貼好的浸漬膠膜紙和楊木單板與細木工板進行雙面壓貼，UF施膠量為280 g/m2。先進行冷壓，冷壓時間1 h、冷壓壓力0.55 MPa；再進行熱壓，熱壓溫度90 ℃、熱壓時間600 s、熱壓壓力0.4 MPa。

圖1 浸漬膠膜紙飾面細木工板制備方法Fig. 1 Preparation methods of impregnated film paper veneered blockboards

1.2.2 性能檢測與表征

1)外觀質(zhì)量檢測。根據(jù)GB/T 34722—2017《浸漬膠膜紙飾面膠合板和細木工板》觀察浸漬膠膜紙飾面細木工板是否存在鼓泡、表面波紋、干花、濕花等現(xiàn)象。觀察試件表面清潔度：在自然光下，用正常視力(或矯正視力)從任意角度觀察試件表面是否存在污漬、指紋、劃痕等。

2)理化性能測試。按照GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》分別測定一次覆膜法和二次覆膜法兩種生產(chǎn)工藝制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板的表面耐龜裂、表面耐劃痕、表面耐磨、表面膠合強度、橫向靜曲強度、吸水厚度膨脹率等理化性能。

3)微觀形貌測試。將兩種生產(chǎn)工藝制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板裁切成5 mm×5 mm規(guī)格，并進行噴金處理，利用高分辨熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM，Quanta 400 FEG型，美國FEI公司)觀察浸漬膠膜紙飾面細木工板端面中平衡層與浸漬膠膜紙、基材的膠接界面形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 制備工藝對外觀質(zhì)量的影響

外觀質(zhì)量是評價浸漬膠膜紙飾面細木工板質(zhì)量等級的重要標準，直接關(guān)系到該板件是否能夠合格出廠。浸漬膠膜紙飾面細木工板外觀質(zhì)量主要包括表面清潔度、表面有無鼓泡、干花、濕花等問題，以及浸漬膠膜紙熱壓完成后的脫膜情況。

在兩種工藝下制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板總體外觀質(zhì)量優(yōu)良，表面均無波紋、鼓泡現(xiàn)象，無干花和濕花現(xiàn)象，如表1所示。不同制備工藝對浸漬膠膜紙飾面細木工板的脫模情況有一定影響，其中，二次覆膜法比一次覆膜法更易脫膜。這是因為一次覆膜工藝中浸漬膠膜紙只經(jīng)過一次熱壓，浸漬膠膜紙固化過程中會與鋼板產(chǎn)生部分粘連，需借助外力才可脫膜；而二次覆膜法中浸漬膠膜紙在與平衡層熱壓時已充分固化，所以在與基材熱壓后，浸漬膠膜紙表面不會與鋼板產(chǎn)生粘連，更易脫膜。

不同制備工藝對浸漬膠膜紙飾面細木工板表面清潔度有顯著影響。一次覆膜法工藝制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板表面清潔度高，表面干凈無污漬；而使用二次覆膜法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板表面清潔度較差。這是因為浸漬膠膜紙經(jīng)過兩次熱壓，在生產(chǎn)操作和儲存中易出現(xiàn)劃痕、指紋、污漬等，影響外觀質(zhì)量，后期需使用專業(yè)清洗劑擦拭，降低了生產(chǎn)效率。

表1 外觀質(zhì)量檢測結(jié)果Table 1 Appearance quality test results

2.2 制備工藝對表面性能的影響

表面耐龜裂、表面耐磨、表面耐劃痕性能是衡量浸漬膠膜紙飾面細木工板表面性能的重要指標。其中，表面耐龜裂性能是用于衡量浸漬膠膜紙飾面細木工板在溫度、濕度等環(huán)境急劇變化下的適應(yīng)能力，是評價浸漬膠膜紙飾面細木工板表面質(zhì)量的重要標準。

根據(jù)GB/T 34722—2017中的要求，浸漬膠膜紙飾面細木工板表面耐龜裂應(yīng)達到4級以上，即用6倍放大鏡觀察表面允許存在單獨的細微裂紋。二次覆膜法的表面耐龜裂等級為5級，表面無裂紋，符合國家標準要求；而一次覆膜法的表面耐龜裂等級為1級，即整個表面遍布裂紋。

從兩種制備工藝分析，二次覆膜法使用的細木工板基材在制備中只經(jīng)過一次熱壓，減少了細木工板基材因制備過程中變形而產(chǎn)生的應(yīng)力。另一方面，浸漬膠膜紙經(jīng)過兩次熱壓，其樹脂充分流動、分散和滲透，從而讓樹脂在浸漬膠膜紙與平衡層中充分分散均勻，使其在表面耐龜裂測試中不易產(chǎn)生裂紋。

使用一次覆膜法時，由于細木工板基材是由實木木條拼接而成的，其內(nèi)部均一性不及刨花板或纖維板，在該方法制備過程中細木工板基材經(jīng)過多次重復(fù)熱壓且在環(huán)境濕度顯著變化的情況下，更容易因吸濕解吸產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，造成基材應(yīng)力不均，帶動表面浸漬紙產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。且一次覆膜法中浸漬膠膜紙只經(jīng)過一次熱壓，導(dǎo)致浸漬膠膜紙中的三聚氰胺樹脂固化程度不高，未固化完全的三聚氰胺樹脂存在大量未反應(yīng)的羥基，易與環(huán)境中的水分結(jié)合生成氫鍵，產(chǎn)生不均勻的內(nèi)應(yīng)力，造成樹脂層開裂。紙張中的樹脂無法充分流動并與平衡層形成有力結(jié)合，所以當外界環(huán)境發(fā)生急劇變化時，浸漬膠膜紙飾面細木工板表面易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象[20-21]。

制備工藝對浸漬膠膜紙飾面細木工板的耐磨和耐劃痕性能影響較小，如表2所示。由表2可知，兩種工藝制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板的表面耐劃痕性能均達到國家標準要求，在砝碼重量為1.5 N的情況下，表面未出現(xiàn)大于90%的連續(xù)劃痕。

表面耐磨性能是評價浸漬膠膜紙在一定的摩擦條件下抵抗損耗的能力。由表2可以看出，在同樣的磨耗轉(zhuǎn)數(shù)下，兩種板件表面被磨部分均未出現(xiàn)露底現(xiàn)象，兩種制備工藝均達到GB/T 34722—2017要求。從板件磨耗值分析，一次覆膜法的磨耗值是二次覆膜法的1.25倍。這是因為二次覆膜法中浸漬膠膜紙經(jīng)過兩次熱壓，其中的三聚氰胺甲醛樹脂充分流動熔融，形成耐磨耐劃的透明涂層，具有良好的力學性能。

表2 表面耐磨和耐劃痕測試結(jié)果Table 2 Surface abrasion and scratch resistance test results

2.3 制備工藝對物理力學性能的影響

經(jīng)測試，兩種工藝方法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板的物理力學性能中表面膠合強度、橫向靜曲強度均高于國家標準要求。浸漬膠膜紙飾面細木工板制備工藝對吸水厚度膨脹率性能影響較小，其中，一次覆膜法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板物理力學性能和耐水性能都略優(yōu)于二次覆膜法。一次覆膜法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板的表面膠合強度和橫向靜曲強度比二次覆膜法高10%和12%(圖2a)，吸水厚度膨脹率比二次覆膜法僅低0.1%(圖2b)。

圖2 物理力學性能Fig. 2 Physical and mechanical properties

圖3 細木工板基材與平衡層膠接界面Fig. 3 Adhesive interface between blockboard base material and balance layer

在一次覆膜工藝條件下，浸漬膠膜紙飾面細木工板結(jié)構(gòu)中的平衡層與細木工板基材都經(jīng)過了兩次熱壓，更利于UF樹脂在平衡層和細木工板基材中發(fā)生滲透和膠合，形成更為致密的UF樹脂/楊木平衡層膠接界面、UF樹脂/桉木單板膠接界面(圖3a)。因此，此條件下的浸漬膠膜紙飾面細木工板具有更好的力學強度。而對于二次覆膜法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板(圖3b)，在膠接界面處可觀察到明顯的裂縫，這是由于二次覆膜法工藝中UF樹脂只經(jīng)過一次熱壓，可能存在固化不充分等問題。因此，一次覆膜法工藝制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板物理力學性能更優(yōu)。

2.4 SEM分析結(jié)果

兩種工藝方法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板端面整體微觀結(jié)構(gòu)見圖4。經(jīng)對比可發(fā)現(xiàn)，一次覆膜法制備工藝中，由于細木工板基材經(jīng)過兩次熱壓，其中的桉木單板孔隙被壓得更密實，且管孔因受壓次數(shù)多而產(chǎn)生擠壓變形，在表面耐龜裂試驗過程中，浸漬膠膜紙飾面細木工板基材會釋放更多的應(yīng)力，引起表面龜裂。

圖4 浸漬膠膜紙飾面細木工板端面整體微觀結(jié)構(gòu)Fig. 4 The overall microstructure of the end face of impregnated film paper veneered blockboards

當采用二次覆膜工藝制備浸漬膠膜紙飾面細木工板時，浸漬膠膜紙首先與平衡層進行熱壓復(fù)合，浸膠紙內(nèi)的樹脂會快速流動固化，同時排出多余的水分。然后采用浸漬膠膜紙/平衡層復(fù)合材料對細木工板基材進行表面裝飾，這一階段浸漬膠膜紙中未固化的黏稠樹脂會繼續(xù)與平衡層發(fā)生反應(yīng)。二次覆膜法工藝條件下浸漬膠膜紙飾面細木工板中平衡層與浸漬膠膜紙的膠接界面結(jié)構(gòu)更致密，如圖5b和d所示；而一次覆膜法制備工藝(圖5a和c)中，由于浸漬膠膜紙只經(jīng)過一次熱壓，受限于熱壓時間和浸膠紙內(nèi)水分的影響，可能出現(xiàn)膠接不充分的現(xiàn)象。因此，該工藝條件下制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板抵抗外界溫濕度變化的能力也相對較差，表面龜裂嚴重。

圖5 平衡層與浸漬膠膜紙膠接界面Fig. 5 Adhesive interface between balance layer and impregnated film paper

3 結(jié) 論

采用一次覆膜法和二次覆膜法兩種方法制備浸漬膠膜紙飾面細木工板，研究了兩種工藝對浸漬膠膜紙飾面細木工板外觀質(zhì)量和理化性能的影響，并采用SEM對試件端面進行微觀形貌分析，得出以下結(jié)論。

1)對于一次覆膜工藝，浸漬膠膜紙飾面細木工板具有更優(yōu)的物理力學性能，但該方法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板表面耐龜裂性能較差，只能達到1級，無法滿足國家標準要求。因此，一次覆膜法制備的浸漬膠膜紙飾面細木工板對于環(huán)境的溫濕度有較高的要求。例如，在我國南方采用一次覆膜法生產(chǎn)浸漬膠膜紙飾面細木工板的企業(yè)，將制備好的浸漬膠膜紙飾面細木工板運到北方后，由于南濕北干的氣候差異，會出現(xiàn)表面龜裂現(xiàn)象，限制了浸漬膠膜紙飾面細木工板的應(yīng)用地域范圍。

2)對于二次覆膜工藝，浸漬膠膜紙固化更加充分，可增強抵抗外界溫濕度變化的能力，表面耐龜裂性能顯著改善，可達到國家標準要求。但在生產(chǎn)過程中，浸漬膠膜紙飾面細木工板表面易出現(xiàn)劃痕、指紋等缺陷。因此，二次覆膜法不適用于對光澤度要求較高的家居產(chǎn)品，尤其是對于純白色的浸漬膠膜紙。