人造板吸水厚度膨脹率的測量與分析

人造板吸水厚度膨脹率的測量與分析

當使用人造板產(chǎn)品時，吸收厚度膨脹率（ts）是一個非常重要的指標，反映了產(chǎn)品的防水性能和尺寸穩(wěn)定性。這個值越高，防水性能越差。雖然在實際使用中極少發(fā)生人造板直接浸水的情況,但測量其吸水厚度膨脹率,可以大致判定人造板在使用過程中隨周邊環(huán)境濕度變化時的尺寸穩(wěn)定性。耐水性差的板材在潮濕環(huán)境下若四周封邊不嚴,會發(fā)生較明顯的膨脹,引起尺寸和強度變化,進而影響板材制品的使用。2008年第二季度,國家家具監(jiān)督檢驗中心(廣東)受廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的委托,對廣東省人造板產(chǎn)品進行了定期監(jiān)督檢驗。結(jié)果顯示:中密度纖維板、刨花板、浸漬膠膜紙飾面人造板、浸漬紙層壓木質(zhì)地板等部分產(chǎn)品的吸水厚度膨脹率仍存在不合格現(xiàn)象(見表1)。因此,對如何降低人造板的吸水厚度膨脹率,提高產(chǎn)品耐水性能的探討和研究具有非常重要的實際意義。1水溫、水質(zhì)不符合要求、標準模型的測量GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》中規(guī)定了吸水厚度膨脹率測試方法:將質(zhì)量穩(wěn)定的試件浸泡于pH值為7±1、溫度為(20±2)℃的水槽中,豎直放置并保證試件自由膨脹,在規(guī)定時間內(nèi)測量并計算出吸水厚度膨脹率值。在實際檢測工作中,常常會遇到實測水溫與要求的溫度不符、pH值不符合標準規(guī)定、試件在水中擺放不當?shù)惹闆r,影響了測試值的準確性。孫學(xué)東、李旸、胡生輝等人通過驗證試驗,證明水溫在14℃~30℃范圍內(nèi)變化時,中密度纖維板吸水厚度膨脹率隨水溫升高而逐漸增大,其上升的幅度和波動的幅度在各階段各不相同。劉曉輝也通過研究表明中密度纖維板和刨花板的測定值隨浸漬溫度的升高而增大,兩者存在著一定的線性關(guān)系;同時,在浸漬前試件進行恒溫恒濕處理與否會影響測試結(jié)果,進行恒溫恒濕處理是非常必要的。因此,要準確測定人造板的吸水厚度膨脹率,必須嚴格按照標準要求的試驗條件和操作方法進行。2熱壓結(jié)束時的變形人造板吸水膨脹的根本原因有兩個方面:一是木材本身受濕時的膨脹;二是板材在受潮時因應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的回彈。壓制人造板的主要材料是木材,木材的主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素及木素,它具有與生俱來的吸濕性,決定了用其壓制的板材具有吸水膨脹的特性。人造板在熱壓過程中,刨花或纖維被壓薄變形。此時變形可分為3種:彈性變形、粘彈性變形和塑性變形。彈性變形和粘彈性變形在一定條件下是可恢復(fù)的變形,塑性變形則是不可恢復(fù)的變形。熱壓結(jié)束時,板坯壓力降低,有一部分可恢復(fù)的變形會慢慢回彈,而由于刨花或纖維失水嚴重,另一部分變形暫時無法恢復(fù),當板材重新受潮時才會回彈。同時,膠粘劑將刨花或纖維粘住,產(chǎn)生相互抑制的應(yīng)力,當板材受潮時,部分膠粘劑水解失去膠接力,應(yīng)力釋放而引起回彈,恢復(fù)部分變形。對中密度纖維板來說,木纖維素富含自由的羥甲基團,纖維素大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中的無定型區(qū)吸濕或吸水性較強,容易產(chǎn)生吸脹。板材熱壓過程中纖維素發(fā)生酸性降解和熱降解,在一定程度上降低纖維素的聚合度,使其吸濕性增加。半纖維素的吸濕潤脹能力比纖維素更強。而木素是一類復(fù)雜的芳香族天然熱塑性聚合物,富含有各類官能團,具有很強的反應(yīng)能力,在熱壓過程中能進行縮合反應(yīng),當水進入時,纖維間極易形成弱界面層,使纖維因吸水而產(chǎn)生壓縮回彈,產(chǎn)生吸水膨脹。3直是比較困難的課題在實際生產(chǎn)中,如何控制人造板的吸水厚度膨脹率一直是比較困難的課題。總體上來說,影響板材的吸水厚度膨脹率的主要因素有原材料的選擇、膠粘劑的質(zhì)量、施膠量、熱壓工藝以及產(chǎn)品的密度和含水率等。3.1統(tǒng)計分析對面板性能的影響制備板材所用的原材料樹種及其生長氣候條件、早晚材的比例、粒徑大小及比例等因素都影響到板材的整體性能,當然也包括耐水性能。由于材料自身的結(jié)構(gòu)特性、物理性能和化學(xué)成分存在差異,它們在很大程度上決定了板材的性能。纖維板生產(chǎn)中,在木片熱磨過程中調(diào)節(jié)纖維素、半纖維素及木素的比例,也可以在一定程度上降低成板制品的吸水厚度膨脹率。3.2堿制膠工藝壓制纖維板和刨花板一般采用成本較低的脲醛樹脂膠。這種膠黏劑采用堿-弱酸-弱堿的制膠工藝,一次甲醛多次尿素,這種純脲醛樹脂游離甲醛含量較低,但膠接性能較弱,耐水性較差,因此在制膠或調(diào)膠過程中添加一定量的三聚氰胺、苯酚、間苯二酚、單寧等進行改性,可以提高樹脂的耐水性和膠接強度,降低板材的吸水厚度膨脹率。3.3生物活性原理制板過程中常用固體石蠟或乳化石蠟做防水劑。因為石蠟的憎水性,使得它能在一定程度上阻礙水分進入板內(nèi),降低吸水厚度膨脹率。石蠟的添加量很有限,一般在1%左右,過量施加會削弱脲醛樹脂與纖維的膠接強度,反而降低板材耐水性。3.4給藥橡膠用量適當?shù)卦黾邮┠z量,可以增加單位面積中膠粘劑與原材料的膠接點,形成更多有效的膠釘結(jié)構(gòu),能承受更大的內(nèi)應(yīng)力。3.5熱壓溫度和溫度對木材吸水性能的影響適當延長熱壓時間,可以大幅度地降低吸水厚度膨脹率。防潮型中密度纖維板的研制結(jié)果表明:熱壓時間在90~240s時,板材的吸水厚度膨脹率隨時間減少明顯下降。熱壓溫度是成板時保證膠粘劑固化和水分排除的必要條件。熱壓溫度一般高于木材中部分成分的玻璃化溫度,在此狀態(tài)下木材的力學(xué)性能將會明顯地發(fā)生變化。在能滿足膠粘劑固化、水分排出等熱壓要求時,應(yīng)盡量降低熱壓溫度,這樣有利于降低不可逆厚度膨脹率。3.6降低吸濕性適當控制板材的含水率和密度,有利于降低產(chǎn)品的吸水厚度膨脹率。一般而言,在標準規(guī)定合格范圍內(nèi)的板材,其密度和含水率越大,吸水厚度膨脹率越小。4提高產(chǎn)品的生物可吸性由于木質(zhì)材料有著與生俱來的吸濕性,盡管通過對原材料的選擇控制和成板工藝的調(diào)試改良處理可以在一定程度上降