如何提高刨花質(zhì)量(Ⅳ)-刨花的最佳幾何尺寸和形態(tài)問題

如何提高刨花質(zhì)量〔Ⅳ〕--刨花的幾何尺寸和形態(tài)問題摘自：本站原創(chuàng)

王培元刨花的幾何尺寸和形態(tài)是影響刨花質(zhì)量極為重要的因素。然而其中關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，不太容易掌握。美國的Malonery在其著作《現(xiàn)代刨花板和干法纖維板制造》一書中說，掌握刨花幾何尺寸問題還是一種技巧和藝術(shù)。Mottet那么說：大局部仍然要憑經(jīng)驗(yàn)。這種說法有一定的道理。

然而，從近些年的開展情況來看，世界上有關(guān)刨花的幾何尺寸和形態(tài)問題的看法日益趨于接近。雖然尚有很多問題還未弄清，有待于進(jìn)一步研究，但還是有很多規(guī)律可供有關(guān)的工程技術(shù)人員加以利用。本文著重介紹西德系統(tǒng)有關(guān)刨花幾何尺寸和形態(tài)的根本問題的研究結(jié)果，這對于生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量管理可能是有用處的。事實(shí)上，其它國家有很多與此有關(guān)的研究結(jié)果，其趨勢與德國人所得出的結(jié)論也很相似。

〔一〕

刨花的幾何尺寸

所謂刨花的幾何尺寸，即指刨花的長、厚、寬的尺寸。在刨花板制造中，究竟具有什么樣的幾何尺寸才適宜？從世界上實(shí)踐情況看，已被公認(rèn)為有效的幾何尺寸就有好幾種，它們彼此之間的差異很大，其長×厚×寬分別為：

美國的大片刨花：50×(0.2-0.8)×12.5

mm

華夫刨花：

：(60-90)×(0.4-1.2)×(20-90)

mm

普通刨花板刨花：(18-25)×(0.2-0.6)×(3-6)

mm

細(xì)刨花

：(3-8)×(0.1-0.15)×(--)

mm

砂光粉塵

：(0.4-0.6)×(--)×(--)

mm

乍一看來，似乎很難相信有什么規(guī)律可供遵循。這就有必要先從介紹理論上的探討著手，然后才能將各種幾何尺寸的刨花之間的關(guān)系作出交待。

如今看來，西德的Klauditz(1952)，Rackwitz(1963)所提出的研究結(jié)果，雖然時(shí)間很早，但卻與現(xiàn)在所公認(rèn)的原那么比擬接近。他們的理論中的第一個(gè)基點(diǎn)是：當(dāng)刨花生產(chǎn)拉應(yīng)力時(shí)，假設(shè)斷裂既不是全都發(fā)生在刨花本身，也不是全都因刨花之間膠層所產(chǎn)生的剪應(yīng)力而遭破壞，那么其板子在平行于板面的抗拉和拉壓強(qiáng)度，靜曲強(qiáng)度方面，可認(rèn)為它的結(jié)構(gòu)是最正確的。根據(jù)這一基點(diǎn)，他們從理論上導(dǎo)出"最正確"的刨花長度及厚度，然后用實(shí)驗(yàn)的方法再加以驗(yàn)證和修正。

他們將刨花板的結(jié)構(gòu)簡化到最簡單的墻體結(jié)構(gòu)模型時(shí)所導(dǎo)出的關(guān)系式為：

式中Sopt：刨花最正確長厚比；

C：與刨花板很多因子有關(guān)的常數(shù)；

τl：膠層的剪應(yīng)力；

δzh：木刨花的拉應(yīng)力。

由這個(gè)關(guān)系式可知，刨花板的刨花最正確長厚比與刨花本身破壞應(yīng)力及膠層的破壞剪切應(yīng)力有關(guān)。也就是說，刨花本身的抗拉強(qiáng)度越大，最正確的刨花長厚比越大；膠層的抗剪強(qiáng)度越小，最正確的刨花長厚比也應(yīng)該越大。

在用膠量不大的情況下，為了提高板的靜曲強(qiáng)度，加大用膠量和增大刨花的長厚比具有相似的效果，當(dāng)用膠量大于某一程度時(shí)，增大用膠量便難以起到作用，需要在刨花幾何尺寸上下功夫。具體地講，要加大刨花的長厚比。

Rackwitz在分析有關(guān)刨花幾何尺寸的刨花板結(jié)構(gòu)模型之后，接著使用云杉進(jìn)行試驗(yàn)。刨花厚度取0.2及0.4mm，板的密度約600㎏/m3，用膠量8%。厚度為0.2mm的刨花，布膠量為3.1-3.4g/m2；厚度為0.4mm的刨花，布膠量為6.2-6.8g/m2。其結(jié)果表于圖1和圖2。這說明，如果對板的靜曲強(qiáng)度、平行于外表的抗拉和抗壓強(qiáng)度而言，云杉刨花的長厚比最正確范圍為100-125，又根據(jù)他的另一系列的試驗(yàn)，刨花的長寬比m應(yīng)為：m＜6〔關(guān)于寬度的問題在本段后即將表達(dá)，此處略〕。但是從圖1、圖2可清楚地看出，隨著刨花的長厚比增大，板的平面抗拉強(qiáng)度便隨之下降?？梢?，制造三層刨花板具有很大優(yōu)點(diǎn)，中層刨花可用長厚比小的刨花，而表層那么用以上所述尺寸的刨花，那么其效果必定佳于單層刨花板。在制造單層刨花板時(shí)，必須得考慮照顧平面抗拉強(qiáng)度的問題，也即適當(dāng)降低一些刨花的長厚比。

刨花長厚比對板的靜曲強(qiáng)度平行于外表的抗拉強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度；平面抗拉強(qiáng)度及吸水厚度膨脹之間的關(guān)系。

刨花長厚比對板的靜曲強(qiáng)度，平行于外表的抗拉強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度；平面抗拉強(qiáng)度及吸水厚度膨脹之間的關(guān)系。

他們的理論中的第二個(gè)基點(diǎn)是：刨花板平面抗拉強(qiáng)度取決于刨花層疊膠合面積及膠接強(qiáng)度。

Rackwitz認(rèn)為刨花的層間交織對平面抗拉強(qiáng)度有很大影響。如圖3所示，當(dāng)板子受垂直于平面拉力載荷時(shí)，由于斜搭刨花產(chǎn)生斜的拉應(yīng)力，這種斜的拉應(yīng)力在垂直方向只產(chǎn)生一個(gè)較小的垂直于板面的拉應(yīng)力，一局部應(yīng)力那么由斜刨花傳遞分解為平行于板面的拉應(yīng)力。

圖3刨花層間交織而改善平面抗拉強(qiáng)度的模型

這就減少了垂直于板面得拉負(fù)荷，其抗拉強(qiáng)度便隨之增高。而長厚比小的刨花有更多時(shí)機(jī)造成斜搭接合。所以，小的長厚比刨花有利于板的垂直于平面的抗拉強(qiáng)度。其試驗(yàn)的結(jié)果及趨勢已于上述圖1和圖2中表出。

由于他們的理論是以磚墻結(jié)構(gòu)為最根本的初始展開點(diǎn)，所以對刨花的寬度便無法作有力的分析。Rackwitz僅以試驗(yàn)的結(jié)果提出刨花得長寬比以m＜6為好。以往很多人做過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)刨花寬度對刨花板的靜曲強(qiáng)度的關(guān)系不很大，對平面抗拉卻有一定影響。然而，在對很大的范圍內(nèi)仔細(xì)分析刨花寬度問題之后獲知，刨花的寬度卻影響刨花層疊長度l,層疊空隙Z,鋪模板坯的高度偏差，板子平面密度偏差，刨花排列方向等參數(shù)。Kusian(1968)在這方面的研究結(jié)果指出，板坯的密度與刨花長寬比有很密切的關(guān)系。刨花的形態(tài)越呈細(xì)長，鋪模的板坯密度越小。刨花長寬比還影響密度不均勻程度及刨花平均重疊長度l。刨花寬度越小，平面密度波動(dòng)的可能性頻率也就越大；刨花長寬比越小，刨花平均層疊長度也就越大。

Kusian所推導(dǎo)出的結(jié)果，只是一種趨勢，他用實(shí)驗(yàn)方法所得到的數(shù)據(jù)，其偏差值很大，故這里不再介紹。

根據(jù)以上介紹，以及目前世界上很多研究工作和實(shí)際生產(chǎn)情況，大致可總結(jié)出這么幾條：

⒈從板子的強(qiáng)度角度考慮，刨花形態(tài)應(yīng)該是長而薄的用之于表層刨花，厚度0.2-0.5mm左右，用于中層刨花的厚度0.3-1.0mm，長度為25-50mm；長厚比100左右。

⒉用于中層刨花，長度可以短一些，寬度應(yīng)大一些，也即長寬比要小，這樣，有利于刨花板的平面抗拉強(qiáng)度。對中層刨花，長寬比應(yīng)小于6。

⒊長寬比大的刨花，板坯密度小，刨花之間的空隙大，層疊長度小，熱壓時(shí)較難致密。

⒋園棒形的，近似于立方形的，火柴梗形的刨花，對于刨花板的質(zhì)量無論如何極為不利。從我國一些刨花廠的情況看，最要緊的是將刨花形態(tài)控制到上述第一點(diǎn)那樣的范圍。

⒌刨花的外表要求光滑，刨花與刨花之間要求均整。

由以上兩點(diǎn)可見，具有良好設(shè)計(jì)和制造的備料設(shè)備，并且經(jīng)常保持這些設(shè)備的良好狀態(tài)，對刨花板的質(zhì)量具有極為重要的作用。

⒍近幾年來，一些刨花板生產(chǎn)領(lǐng)先的國家都認(rèn)為，最正確的刨花形態(tài)是大片刨花。美國流行的"flake"〔大片刨花〕，加拿大和美國流行的"wafer"〔華夫刨花〕，目前在世界上很流行。

⒎家具用刨花板，外表宜用細(xì)刨花，雖然板的靜曲強(qiáng)度必有降低，但為了板的外表質(zhì)量，特別是需要某些方法進(jìn)行二次加工的板子，必須用細(xì)刨花或細(xì)粉末。假設(shè)刨花板欲用于單張紙貼面的基材，那么外表的粗糙度不可大于50μm，對于這樣的外表質(zhì)量要求，不用細(xì)刨花或木粉作表層，是無法到達(dá)的。所以，對于刨花幾何尺寸及形態(tài)的要求，不但要顧及到強(qiáng)度，還要顧及到其它方面。

圖4刨花長寬比與平面密度波動(dòng)或然率頻率之間的關(guān)系

圖5刨花長寬比與刨花平均層疊長度之間的關(guān)系

〔二〕

細(xì)刨花的幾何尺寸

如上所述，對于某些家具用板或作為某些二次加工方法的基材的刨花板，為了到達(dá)必要的外表細(xì)度，必須使用細(xì)刨花覆面。因此，有關(guān)這方面的技術(shù)，在國際上也有大量的研究結(jié)果。

Kehr·E〔1970〕等對這5種細(xì)刨花作幾何形狀的分析，這5種刨花都可以使刨花外表粗糙度到達(dá)50μm以下。其幾何尺寸列于表1。表1中，微細(xì)刨花的長寬比為6-9，具有強(qiáng)的纖維化程度的纖維刨花的長寬比為15-20。

根據(jù)Kehr·E〔1970〕等對這5種細(xì)刨花的壓板試驗(yàn)結(jié)果列于表2。本處略去他所進(jìn)行的壓板條件介紹，從表2可看到這5種細(xì)刨花對板子質(zhì)量的相比照擬。

從國外經(jīng)驗(yàn)來看，用表2中1-3的三種細(xì)刨花作表層或覆面，可用于單張紙貼面裝飾。粗糙度越小，靜曲強(qiáng)度越高，所指出的紙飾面板產(chǎn)品質(zhì)量等級越高。第四種，系用纖維作表層，在國外資料中很少報(bào)道有這樣的生產(chǎn)廠的實(shí)例。用砂光粉塵作刨花板外表層，雖具有最高的外表平滑度，但靜曲強(qiáng)度大為降低。

表1五種細(xì)刨花的幾何尺寸

表2五種細(xì)刨花作刨花板表層時(shí)的刨花板質(zhì)量

Neusser〔1979〕那么認(rèn)為，為了改良刨花板在經(jīng)過裝飾紙貼面后的光滑度，也可用具有特定硬度的粗刨花置于標(biāo)準(zhǔn)刨花中作表層。但其效果比不上長形細(xì)胞花，只能其一局部作用。如圖6所示，細(xì)長形微細(xì)刨花由于在拌膠和鋪模中所形成的密度較高的部位，在成板后雖形成較長的"小島"，貼好裝飾紙后，受氣候變化的影響，貼面紙就開始變?yōu)榘纪共黄?。由于光線反射的關(guān)系，人的視覺反響較弱。

利用的刨花和細(xì)粉末作刨花板，對某些刨花板種十分重要，但也有不少難點(diǎn)。例如，部份的粉末結(jié)塊及離隙而因此影響板的強(qiáng)度，粉塵的沉積易于引起火災(zāi)及爆炸，降低電氣設(shè)備效率，危害人的健康等。此外，細(xì)料及粉塵混在正常刨花一起拌膠，前者由于比外表大，會(huì)吸收更多量的膠料，從而降低正常刨花的受膠量，就將影響刨花板的質(zhì)量。這些都是需要在生產(chǎn)設(shè)備勞動(dòng)保護(hù)等方面逐一加以注意和克服的。

圖6用標(biāo)準(zhǔn)刨花中參加粗硬刨花與微細(xì)刨花作表層時(shí)，對裝飾紙貼面外表質(zhì)量的比擬

〔三〕

工廠刨花的幾何尺寸

衡量工廠刨花的質(zhì)量遠(yuǎn)比標(biāo)準(zhǔn)刨花要復(fù)雜。除了幾何尺寸之外，對工廠刨花來說，還有木紋方向，卷曲程度，刨花碎裂，厚度不勻等問題。對于工廠刨花來說，幾何尺寸對于板的質(zhì)量影響并不會(huì)完全遵循上述等人們所提出的理論中所說明的規(guī)律，但不管怎么說，人們還是認(rèn)為首先應(yīng)該盡量遵循理論上所提出的要求而設(shè)計(jì)刨花幾何尺寸，盡可能向標(biāo)準(zhǔn)刨花的幾何尺寸靠攏才使用放心。

美國Heebink〔1964〕等詳細(xì)地研究了平刨刨花。他們認(rèn)為，對平刨刨花來說，最正確的刨花形態(tài)，其長、厚尺寸應(yīng)為25mm、0.38mm。木紋要盡量平行于刨花長度方向的邊。任何木紋傾斜就趨向于刨花強(qiáng)度的減弱，嚴(yán)重的卷曲及碎裂就會(huì)大大降低板的質(zhì)量。他們的研究結(jié)果證明，平刨機(jī)的設(shè)計(jì)對刨花及刨后木板外表的質(zhì)量有密切的關(guān)系。從圖7可看出，刀輥的切割圓周越大，單位長度切割越多〔即刀輥上多裝刀〕，刨花的質(zhì)量越好。降低切割深度那么能改良刨花質(zhì)量。此外又發(fā)現(xiàn)，刀輥與木材進(jìn)料方向的角度越小，刨花的質(zhì)量越好，因?yàn)槟炯y的斜度減少了。然而，對前幾點(diǎn)要求在平刨的設(shè)計(jì)和制造上克服很多難點(diǎn)，并非易事。試驗(yàn)指出，減小刀輥與木材進(jìn)料方向的角度，例如從90°減到45°，刨花質(zhì)量提高了很多，但木板外表的粗糙度大大增加。要降低切割深度，在生產(chǎn)上也是行不通的。為此，國外有一種專用平刨刨機(jī)，用雙刀輥，平行排列，并帶有刨花的抽吸裝置，這樣，可解決不少問題。

圖7A:每25mm切割數(shù)

B:切割深度

C:切割圓周直徑對刨花的最大厚度、長度、木紋斜度的影響

東德的ZenkerR.提出另一種改善工廠刨花質(zhì)量〔主要是指刨花幾何尺寸及形態(tài)〕的方法。說起來很簡單，即將工廠刨花在濕狀態(tài)下經(jīng)過再碎，那么其質(zhì)量可大為提高。這種處理方法的根據(jù)就是改善刨花的幾何尺寸及形態(tài)。表3表示一種旋切刨花和一種平刨刨花的幾何尺寸。將這刨花經(jīng)過再碎，這一種旋切刨花的長度降到3～10mm,厚度降了一點(diǎn)，為0.27-0.35mm，寬度降到6-9mm，這樣一來，長厚比S由304降到了38-59，長寬比m仍根本保持不變，為6-9。這一種平刨刨花長度減到了7.4mm，厚度根本不變，寬度減到2.3mm。計(jì)算其長厚比S=43，長寬比m=3.9。以上這二種刨花用于刨花板芯層，從幾何尺寸來看是適宜的，而且把刨花的卷曲問題解決了很多。他的試驗(yàn)結(jié)果也指出，再碎時(shí)的來料應(yīng)該為濕態(tài)，這種刨花在再碎后比擬規(guī)整，而且刨花的二端帶有纖維化，有利于結(jié)合。

表3某種旋切刨花及平刨刨花的幾何尺寸

(四)施膠和刨花幾何尺寸的關(guān)系

本文前三局部所介紹的原料和刨花板的密度，原料材性及施膠與刨花板質(zhì)量之間的因果關(guān)系中，對于刨花的幾何尺寸及形態(tài)都有牽連。有些關(guān)系是不言而明的。如原料的形態(tài)與刨花的形態(tài)有密切的關(guān)系，細(xì)木工下腳料不可能制出大片刨花，大片刨花必須由小徑木或原木來做等等，這里不再贅述。

需要再一次強(qiáng)調(diào)的是用膠量對板的靜曲強(qiáng)度的影響。只有在低用膠量的范圍內(nèi)才有明顯的作用，到了一定程度，作用就不明顯了。這已經(jīng)在前文第四局部中作了介紹。從道理上來說，本文前半局部已談過，當(dāng)膠層的厚度增加到一定程度時(shí)，膠層剪切強(qiáng)度不會(huì)再繼續(xù)提高。有人甚至認(rèn)為合理使用具有優(yōu)質(zhì)的幾何尺寸刨花比增高用膠量總是顯得重要。圖7是Post在1961年時(shí)所發(fā)表的論文中的一個(gè)結(jié)果圖。這個(gè)結(jié)果在當(dāng)時(shí)很有名，它使很多人懂得了刨花的幾何尺寸對靜曲強(qiáng)度的重要性。這圖說明，增加布膠量對靜曲強(qiáng)度的增強(qiáng)作用不如增長刨花長度和減薄刨花