竹桉復合集成地板生產技術

劉其松

(福建省林業勘察設計院，福建 福州 350003)

我國木地板年總產量和銷量均超過5億m2，居世界第一[1]?，F有的竹木復合地板結構主要有2種，一是竹材為表面層，芯層為實木拼板(多為杉木拼板)，底層木材單板如楊木單板較為常見[2-4]，另一種是上下層均為竹材，芯層為實木拼板或人造板(如膠合板或中密度纖維板)[5-7]。

福建是竹林與桉樹資源的重要主產區之一，竹產業與桉樹產業發展已成為福建重要的林業支柱產業。從其產值占林業產值的比例分析，20世紀80年代不到5%上升到目前的40%以上，其地位的重要性可見一斑，但發展過程中仍然存在效率低、利用率低、附加值低，新產品少、新技術少、新工藝少等問題。通常復合地板如果芯層為多層膠合板，則其工藝為二次工藝，即先獲得多層膠合板后再貼表層和底層。本研究將表層、芯層和底層一次性熱壓，可以減化工藝流程，降低能耗。因此，本文結合竹材表面光滑平整、變形量小，以及堅硬、防水等物理力學性能較好的特點，用竹材為表面、桉樹單板為芯層與底層，構成復合集成地板，不但具有與高檔硬木相似的觀感與質感，并且在生產效率與原料利用率、產品附加值方面都可以得到大幅提高。

1 試驗儀器、材料及方法

1.1 主要試驗設備

熱壓機(BY302*2/15)，熱壓壓力和溫度由設備自動控制，表壓力波動<5 kgf·cm-2，溫度波動<3 ℃，蘇州新協力機械制造有限公司生產；微機控制電子萬能試驗機(CMT5504)，深圳市新三思計量技術有限公司生產。

1.2 試驗材料

巨尾桉桉樹單板(外購)、竹篾(含水率控制在7%～9%)取自連城縣竹匠新材料有限公司、酚醛樹脂膠粘劑(固體含量40%～45%、初始黏度140 mPa·S(25 ℃)、pH值=l1～12)取自福建雙棱竹業有限公司。

1.3 試驗方法

采用去青去黃的竹篾，寬15～25 mm、厚1.8 mm。竹篾沿長度方向平行排列，用垂直于竹篾長度方向的線繩交錯編織集成，并沿縱橫向剪成400 mm×400 mm的幅面，將原膠液加水稀釋至20%～30%的固體含量，用于竹篾的浸漬，浸膠量約15%，干燥后作為復合集成地板的表層；桉樹旋切單板厚度1.1～1.3 mm、幅面400 mm×400 mm、含水率控制在6%～9%，采用涂膠工藝涂刷酚醛樹脂膠，芯層底層單板交錯鋪排，共5層，復合集成地板名義厚度為8 mm。

經過查閱大量的相關資料并多次實踐探索后，確定利用正交試驗設計探討施膠量、熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力4個因素對竹桉復合地板熱壓工藝的影響。各因素水平的選擇范圍是根據探索性試驗結果和參考有關資料文獻確定的，見表1；具體試驗方案見表2。

表1 熱壓工藝正交試驗因素及水平表

表2 正交試驗方案

1.4 測定方法

采用GB/T 1927—2009木材力學試材采集方法[8]、GB/T 1928—2009木材物理力學試驗方法總則[9]和GB/T 1929—2009木材物理力學試材鋸解及試樣截取方法[10]檢測巨尾桉木材的物理力學性能。壓制成型后的竹桉集成地板坯按照GB/T 17657—1999人造板及飾面人造板理化性能實驗方法[11]進行檢測，測定產品的密度、吸水厚度膨脹率、靜曲強度、彈性模量及甲醛釋放量等物理力學性能。

2 結果與分析

2.1 桉樹的物理力學性能

尾桉木材的物理力學性能測定結果見表3、表4。資料表明，毛竹的徑向與弦向全干干縮率分別為3.0%、4.5%[7]，從表3可知，巨尾桉的徑、弦向干縮率都大于毛竹。本研究復合地板的表板采用沿長度方向平行排列的竹篾，并用垂直于竹篾長度方向的線繩交錯編織集成，表板的徑弦向干縮比竹材本身更小，更加大了其與基材巨尾桉之間的干縮率差異。因此，必須在施膠與熱壓工藝上進行合理的設計，從而避免復合地板產生表面層竹材與基材巨尾桉之間的開裂。從表4可知，巨尾桉的力學性能可以滿足一般要求的地板使用。

表3 巨尾桉物理性質

*：氣干密度是含水率為12%時的密度。

表4 巨尾桉力學性質

2.2 竹桉復合集成地板坯的生產工藝

試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 復合地板的工藝流程

2.2.1 正交試驗結果分析 竹桉復合集成地板物理力學性能檢驗結果見表5，對各項指標進行極差分析與方差分析結果見表6、表7。對9組試驗板材進行甲醛釋放量檢測，均達到國家E0級標準。

從表6可知，在膠粘劑種類不變的條件下，施膠量、熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力對竹桉復合地板的各物理力學性能影響程度不一。對吸水厚度膨脹率的影響強弱依次是：熱壓壓力>施膠量>熱壓時間>熱壓溫度，各因素的較優水平為：A2、B2、C2、D3；對靜曲強度的影響強弱依次是：熱壓壓力>施膠量>熱壓時間>熱壓溫度，各因素的較優水平為：A2、B1、C2、D3；對彈性模量的影響強弱依次是：熱壓壓力>熱壓時間>熱壓溫度>施膠量，各因素的較優水平為：A2、B3、C2、D2。

從表7可知，在膠粘劑種類不變的情況下考慮施膠量、熱壓溫度、熱壓時間及熱壓壓力對竹桉復合集成地板物理力學各性能指標的影響，可知熱壓壓力對吸水厚度膨脹率影響非常顯著，施膠量和熱壓時間對吸水厚度膨脹率影響顯著；施膠量、熱壓壓力對靜曲強度影響顯著；熱壓時間、熱壓壓力對彈性模量影響顯著。

表5 竹桉復合集成地板物理力學性能各項指標檢驗結果

表6 竹桉復合集成地板物理力學性能各項指標極差分析

表7 竹桉復合集成地板物理力學性能各項指標方差分析

*：F0.1(2，2)=9；F0.05(2，2)=19；*為差異顯著；**為差異極顯著。

2.2.2 竹桉復合集成地板坯的生產工藝研究 從試驗結果分析可知，施膠量對吸水厚度膨脹率、靜曲強度的影響顯著。隨著施膠量從140 g·m-2增加至160 g·m-2，產品的靜曲強度和彈性模量隨著施膠量的增大而增大，吸水厚度膨脹率下降；隨后靜曲強度和彈性模量呈下降趨勢，吸水厚度膨脹率有所上升。這是因為隨著施膠量的增加，膠粘劑滲入原材料的深度增加，膠釘作用效果顯著提升，材料與膠液之間形成良好膠合的機會增多，總體膠合層界面膠粘力增加，因而板材的靜曲強度、彈性模量隨之增大。吸水厚度膨脹率較低是由于膠粘劑形成一個膠接面，能夠抵抗水分進入細胞，同時脲醛樹脂膠粘劑本身耐水性能好。樹脂熔融固化后，會形成一層封閉致密的表面，填充了基材表面的不平整和微小的孔隙，板材耐磨性能好。施膠量大小應當適宜，施膠量過大，膠層增厚，應力增大，使膠合強度下降，也不經濟；施膠量太小形成不了連續膠層，不容易使膠液從一張單板表面向另一張單板轉移。定量的膠粘劑是使產品具有一定的力學性能的基本條件，因此，從保證產品力學性能考慮，施膠量選擇為160 g·m-2比較恰當。

本次試驗采用分段加壓的熱壓工藝，熱壓后期緩慢卸壓可防止分層、鼓泡對抗彎強度和表面質量的影響，熱壓過程中，壓力、時間、溫度相互聯系，采用合理的熱壓工藝對竹桉復合地板的性能具有重要影響。從試驗結果分析中可知，熱壓壓力對所有指標的影響非常顯著，隨著熱壓壓力從2.2 MPa增加至3.4 MPa，產品的靜曲強度、彈性模量隨著熱壓壓力的增大而增大，吸水厚度膨脹率和磨耗值下降。壓力增大使相同體積內的竹、木纖維和膠粘劑的含量增加，纖維之間接觸更加緊密，同時膠液也能夠充分流展，膠合能力得到提高，板材密度得以增加，特別是板材表層密度的增加，有助于板材抗彎能力的提高，使得板材斷面上承受載荷的實質性物質增加，板材的性能增強。因此，從保證產品力學性能考慮，熱壓壓力選擇為3.4 MPa比較恰當。

隨著熱壓時間從0.4 min·mm-1增加至0.8 min·mm-1，產品的靜曲強度和彈性模量隨著施膠量的增大而增大，吸水厚度膨脹率下降；隨后靜曲強度和彈性模量呈現下降的趨勢，吸水厚度膨脹率和磨耗值有所上升。這是由于在高溫下會引起板材表面膠粘劑的熱分解和木材纖維素大分子的降解，除了閉合時間和熱壓時間這些以外，其他的時間減少也有經濟意義，任何部分時間的減少，都可以提高生產率和降低成本，因此，從保證產品力學性能考慮，熱壓時間選擇為0.8 min·mm-1比較恰當。

從試驗結果分析中可知，熱壓溫度對板材性能影響不顯著，由于復合地板在達到規定的抗彎強度下，不宜選擇較高的溫度，溫度越高，板內的水蒸氣壓力愈高，而一層層單板因阻礙水分的遷移，易產生鼓泡等工藝缺陷，又使板內溫度在板堆放的過程中難以釋放，造成膠層熱分解。因此從保證產品力學性能考慮，熱壓溫度選擇為145 ℃比較恰當。

根據以上各因素對竹桉復合地板力學性能的分析，各項指標影響程度不一，但其強弱趨勢較為明顯，綜合分析可以得出施膠量160 g·m-2、熱壓溫度145 ℃、熱壓時間0.8 min·mm-1、熱壓壓力3.4 MPa為較佳工藝參數。

3 結論

試驗結果表明，利用高強度的竹材作為表面層，巨尾桉單板為地板基材進行組合獲得的復合地板性能可以滿足要求。綜合考慮復合地板的吸水厚度膨脹率及其力學性能，建議施膠量160 g·m-2、熱壓溫度145 ℃、熱壓時間0.8 min·mm-1、熱壓壓力3.4 MPa作為其較佳工藝參數。