采用高頻加熱方式制造不同結構竹木復合板穩定性的測試

曾春雷 曹勝利 王春明 張長武 于文吉 黃海兵

（1.黑龍江省木材科學研究所,哈爾濱150081;2.黑河市愛輝區林業局,黑龍江黑河164300; 3.中國林科院木材工業研究所,北京100091）

采用高頻加熱方式制造不同結構竹木復合板穩定性的測試

曾春雷1曹勝利2王春明1張長武1于文吉3黃海兵1

（1.黑龍江省木材科學研究所,哈爾濱150081;2.黑河市愛輝區林業局,黑龍江黑河164300; 3.中國林科院木材工業研究所,北京100091）

竹材和木材都是由微小纖維排列組成的多孔型各向異性材料，在不同的方向有不同的強度性能和脹縮特性，本文利用竹材較高的硬度和楊木輕質的特點，采用高頻加熱方法，研制不同厚度(18～50 mm)的竹木復合板，其中較厚板材可用于桌臺面、門板等，較薄板材可用于家具板、櫥柜板等。竹材和木材在纖維紋理方向的強度大于弦向和徑向，濕脹干縮變化比弦向和徑向小。本研究研制的竹木復合板由3層或5層縱橫交錯的組合結構復合而成，竹材的表層、芯部為楊木，在厚度方向上采用奇數層；通過每層材料形式、種類和厚度的變化，考察復合后板材的尺寸穩定性和形狀變化。

1 試驗材料與方法

1.1 材料及設備

試件包括5.5 mm厚竹板，自然色；13 mm厚楊木條指接拼板，1.2 mm厚楊木單板；脲醛樹脂膠。設備有高頻壓機，KU-CPD0210型，最大壓力274 T；高頻發生器，FDY-2001型（木材用），額定輸出功率20 kW；恒溫恒濕箱；尺寸測量儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 組坯方法

根據竹木復合板可能的用途，設計4種型結構：

（1）在復合板的厚度方向上采用5層結構，并且相鄰兩層的纖維方向相互垂直（下同）；第1層和第5層為5.5 mm厚的竹板，第2、3、4層為13 mm厚楊木條指接拼板（a型）。熱壓后，竹木復合板的厚度約48 mm。

（2）在復合板的厚度方向上采用3層結構；第1層和第3層為5.5 mm厚的竹板，第2層為13 mm厚的楊木條指接拼板（b型）。熱壓后，竹木復合板的厚度約23 mm。

（3）在復合板的厚度方向上采用5層結構；第1層和第5層為5.5 mm厚的竹板，第2層和第4層為厚1.2 mm厚的楊木單板，第3層為13 mm厚的楊木條指接拼板（c型）。熱壓后，竹木復合板的厚度約25 mm。

（4）在復合板的厚度方向上采用5層結構；第1層為5.5 mm厚的竹板，第3層為13 mm厚的楊木條指接拼板，第2、4、5層為1.2 mm厚的楊木單板（d型）。熱壓后竹木復合板的厚度約21 mm。

1.2.2 穩定性檢測方法

1.2.2.1 尺寸（長度和厚度）穩定性檢測方法

國家標準GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》中尺寸穩定性試驗有兩種方法：一是檢測試件相對濕度由65%+5%到8% +5%和35%+5%的尺寸變化；二是試件經過干熱和高濕處理后，測量試件的尺寸變化。考慮到方法一的檢測條件與實際應用狀態相對接近，故選擇方法一進行檢測。

1.2.2.2 翹曲度檢測方法

翹曲度是衡量板狀材料變形的重要指標，按照GB/T21128-2007《結構用竹木復合板》標準中要求的翹曲度檢測方法，同時依據國家標準GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗法》中的試件處理條件（30%+5%、65%+5%、85%+5%），試件需要在一定溫濕度條件下長時間（1～2個月）處理至恒重，處理設備的內部空間有限，所以本研究通過檢量相對濕度為30%+5%、65%+5%和85%+5%時，600 mm×600 mm(長×寬)試件的翅曲度，來考察不同組坯結構的竹木復合板形狀變化情況。

2 結果與分析

本研究中，600 mm×600 mm竹木復合板試件翹曲度與4×8呎板材所檢測的翹曲度不會完全相同，但由于翹曲度按百分比計算，所以二者的數值仍然具有一定的可比性。

表1 不同結構竹木復合板穩定性能測試結果

表1中，c型結構和d型結構的縱橫向試件線性膨脹率ΔL值相差較大，而a型和b型結構的ΔL值相差相對較小，這是由于竹材和木材都是各向異性的非均質材料，弦徑向的脹縮比縱向大得多，竹材和楊木條指接拼板在a型結構和b型結構竹木復合板中為互相垂直分布，濕度變化時縱向制約了弦徑向上的脹縮，在一定程度上牽制了尺寸的變化，改善了材料的穩定性；從順紋理材料在厚度方向上所占的百分率（48%、46%）也可以看出同樣的結果，垂直交叉分布也使材料的承載能力在板面內更均衡。竹材和楊木條指接拼板在c型和d型結構中都是縱向分布，弦徑向上的脹縮集中在一個方向較多，并且僅由2張橫向單板牽制，致使整個復合材料縱橫向線性膨脹率相差較大，從順紋理材料在厚度方向上所占的百分率（91%、89%）也可看出這一結果。

在厚度方向上順紋理材料的分布比率，50%是個理想的數值，越接近這個值，縱橫向上的性能越均衡；越偏離50%，單一方向性能增強，而另一方向性能會有所下降。

3 結論

3.1 本研究中，4種型結構竹木復合板的翹曲度最小0.06%、最大0.46%，都比標準規定值小許多倍(GBT21128-2007《結構用竹木復合板》中規定翹曲度不超過1.5%)，由此可見，與接觸式加熱比較，高頻加熱可使板的整體同時受熱，板材內部溫度相對均勻，不存在較大含水率梯度，因此大大降低了內在因素對竹木復合板變形的影響，穩定性更好。

3.2 d型結構材料種類和厚度都不對稱，翹曲度雖然比其它結構高，但符合標準要求，完全可以滿足實際使用要求；而且用單板代替一側竹材，降低了竹木復合板成本并仍可具有竹材的外觀。這種不對稱結構產品的意義在于：兩個不同材質的表面會帶來不同的質感和外觀，產品成本降低，可進一步拓展開發廉價材代替優質材，所以高頻加熱制造非對稱結構板具有一定優勢。

3.3 順紋理材料占比為91%和89%的c型和d型結構的線性膨脹率橫向明顯大于縱向，表明可以通過調整組坯方向，制造單一方向性能突出的竹木復合板，即單一方向的線性膨脹率和強度兼優的定向竹木復合材料，以滿足特殊用途需要。

［1］周曉燕.國外結構人造板尺寸穩定性的研究技術［J］.林產工業，2000(6):6-10.

［2］ISO/TC 89.ISO 16985-2003木質板材-隨相對濕度改變板材尺寸變化的測量［S］.國際標準化組織，2003.

［3］鮑甫成，江澤慧.中國主要人工林樹種木材性質［M］.北京：中國林業出版社，1998.

［4］劉君良.酚醛樹脂處理楊木、衫木尺寸穩定性分析［J］.木材工業,2004(11):5-8.

［5］楊小軍.熱處理對實木地板尺寸穩定性影響的研究［J］.木材加工機械，2004,15(6):18-19.

［6］王坤，于志明.幾種實木地板和單板層積材尺寸穩定性的初步研究［J］.木材加工機械，2005,16(1):25-27.

［7］岳金方.竹木復合材是良好的家具和家裝用材［J］.人造板通訊,2004(5):17-18.

［8］中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局.GB/T17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗法［S］.北京：中國標準出版社,2013.

［9］楊亮慶，畢克新，閆超.組坯層數對集成材彎曲性能的影響［J］.林業科技，2014,39(3):50-52.

第1作者簡介：曾春雷（1963-），男，研究員，主要從事木質復合材料、木質功能材料、環境友好材料等方面的研究。

（責任編輯：潘啟英）

1001-9499（2017）01-0047-02

2016-11-01