龍海蓉，周定國

(南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210037)

實(shí)木復(fù)合地板以實(shí)木拼板或單板為面層、實(shí)木條為芯層、單板為底層制成的企口地板和以單板為面層、膠合板為基材制成的企口地板，以面層單板或者基材確定地板的名稱。近年來由于實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性好，既可以有效地抵抗因環(huán)境溫度或濕度的變化而引起的地板翹曲變形和開裂現(xiàn)象，又保持了實(shí)木華貴的觀賞性能，獨(dú)特清晰的自然紋理等優(yōu)點(diǎn)，還為目前森林資源短缺的局面開創(chuàng)了一個(gè)新的解決途徑，近年來，實(shí)木復(fù)合地板受到了廣大的消費(fèi)者的喜愛［1］。

我國木材資源短缺，已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。為了緩解我國天然林短缺的矛盾，我國正在大力發(fā)展人工林。桉樹、楊樹等速生樹種已經(jīng)在我國廣泛的栽種，目前關(guān)于桉樹的研究主要集中在紙漿造紙［3］、膠合板膠合性能的研究［4］、單板層積材的研究［5］、桉樹復(fù)合膠合板的研究等幾個(gè)方面［6］;而關(guān)于楊樹的研究則主要集中在楊木膠合板、細(xì)木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板生產(chǎn)與楊木實(shí)木拼板等當(dāng)中。同時(shí)，在楊木改性制造密實(shí)化板材、單板層積材(LVL)和人造薄木等高性能、高附加值的利用方面也取得了突破［7］。同時(shí)楊樹作為生產(chǎn)紙漿的主要原料，得到廣泛的研究與利用。由于桉樹和楊樹都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，目前關(guān)于桉木與楊木復(fù)合結(jié)構(gòu)膠合板性能的研究比較還很少［8］，為了更合理的把桉木和楊木單板用于實(shí)木復(fù)合地板的生產(chǎn)，本文通過設(shè)計(jì)不同的桉楊組坯方式，研究比較了純桉木、純楊木與桉楊組合實(shí)木復(fù)合地板的性能，旨在為桉楊的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樹種:國產(chǎn)毛白楊(Populus tomentos)，產(chǎn)地是山東臨沂市，樹齡約15 a，旋切單板厚度為1.8 mm，密度0.43 g·cm－3;國產(chǎn)尾葉桉(Eucalyptus urophylla)，產(chǎn)地廣西，樹齡約10 a，旋切單板厚度為1.8 mm，密度0.47g·cm－3;樺木(Betula L.)，產(chǎn)地是東北大、小興安嶺、長白山及華北高山地區(qū)，樹齡約25 a，旋切單板厚度為2.00 mm，密度0.52 g·cm－3。

材料均為山東新港集團(tuán)股份有限公司提供，單板的含水率均在5%～9%之間。單板規(guī)格均為600 mm×600 mm。

膠黏劑:三聚氰胺改性脲醛樹脂膠，由山東臨沂泰爾有限公司生產(chǎn)，其中膠的粘度為27 pa·s－1，固體含量為54.26%，固化時(shí)間為3 min，pH 值為9.2。涂膠是添加20%的面粉。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 地板基材試驗(yàn)方法

采用正交試驗(yàn)方法，以熱壓溫度、時(shí)間、壓力和涂膠量為4個(gè)因素，同時(shí)設(shè)置四個(gè)水平見(圖1)，以膠合強(qiáng)度為正交實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)，探求基材的最佳工藝參數(shù)［9］。選擇1.8 mm 厚的單板，按照如下的正交實(shí)驗(yàn)表(如表1)，壓制7 層的全桉、全楊和桉楊復(fù)合地板基材，其中桉楊復(fù)合是按照桉楊間隔的組坯方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657－1999《人造板及飾面人造板理化性能檢測方法》中的Ⅱ類膠合板的要求進(jìn)行膠合強(qiáng)度性能的測試。

表1 正交試驗(yàn)表

1.2.2 復(fù)合地板試驗(yàn)方法

按照正交實(shí)驗(yàn)得出的工藝參數(shù)制7 層全桉和全楊的地板基材，同時(shí)按如下的桉楊組坯方式(如圖1)壓制7 層桉楊復(fù)合地板基材，然后陳放48 h，砂光，再貼2 mm 厚的樺木表板，貼面的工藝參數(shù)為熱壓溫度115℃，熱壓時(shí)間10 min，熱壓壓力1.2 MPa，涂膠量是130 g·m－2。貼面完成以后再放置48 h，然后按照《GB/T 18103－2000 實(shí)木復(fù)合地板》進(jìn)行靜曲強(qiáng)度、彈性模量、翹曲度和浸漬剝離情況的分析。桉楊復(fù)合地板基材組坯方式如圖1 所示。

圖1 桉楊復(fù)合地板基材組坯方式

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

100T－200T 型平板硫化壓機(jī)，WDS－10C 型人造板力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、QND－4B 型涂－4 杯、M288528型臺(tái)式酸度計(jì)、精度0.01 g 的電子天平、HH－4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋、F202 型電熱恒溫干燥箱、精密裁板鋸。

2 結(jié)果與分析

2.1 基材熱壓的最優(yōu)工藝參數(shù)

經(jīng)過正交試驗(yàn)，按照極差分析法，可以得到全桉、全楊及桉楊基材熱壓的最佳工藝參數(shù)如下:

全桉基材熱壓的最優(yōu)工藝參數(shù)是:涂膠量290 g·m－2，熱壓溫度是115℃，熱壓時(shí)間是1.9 min·mm－1，壓力是1.4 MPa;

全楊基材熱壓的最優(yōu)工藝參數(shù)是:涂膠量270 g·m－2，熱壓溫度是115℃，熱壓時(shí)間是1.9 min·mm－1，壓力是1.0 MPa;

桉楊復(fù)合基材的最優(yōu)熱壓工藝參數(shù)是:涂膠量280 g·m－2，熱壓溫度是115℃，熱壓時(shí)間是1.9 min·mm－1，壓力是1.2 MPa;

2.2 實(shí)木復(fù)合地板性能的結(jié)果與分析

表2是桉樹、楊樹和桉楊復(fù)合實(shí)木復(fù)合地板按照國標(biāo)《GB/T 18103－2000 實(shí)木復(fù)合地板》檢測出的各項(xiàng)性能結(jié)果。從表中可以看出，桉樹、楊樹和桉楊復(fù)合實(shí)木復(fù)合地板的各項(xiàng)性能都能夠達(dá)到GB/T 18103－2000 中的要求的各項(xiàng)性能，翹曲度國標(biāo)要求是:寬度方向凸翹曲度fw 凸≤0.2%，寬度方向凹翹曲度fw 凹≤0.15%，長度方向凸翹曲度fl 凸≤1.00%，長度方向凹翹曲度fl 凹≤0.50%;浸漬剝離的國標(biāo)要求是:膠層開膠的累積長度不超過該膠層的1/3;靜曲強(qiáng)度國標(biāo)要求是≥30 MPa;彈性模量國標(biāo)要求是≥4 000 MPa，由此可知，桉樹、楊樹和桉楊復(fù)合均可以成為很好的地板基材，均可以得到性能較好的實(shí)木復(fù)合地板。

表2 復(fù)合地板性能比較

2.2.1 靜曲強(qiáng)度和彈性模量的比較

人造板受力后就會(huì)造成一定的彎曲，這種情況，就叫“靜曲”，“靜曲強(qiáng)度”就是人造板在受力彎曲到斷裂時(shí)它所能承受的壓力強(qiáng)度，用MPa 來表示;材料在彈性變形階段內(nèi)，正應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變的比，就叫做彈性模量，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度。影響實(shí)木復(fù)合地板靜曲強(qiáng)度的因素有:中板的質(zhì)量，中板本身的“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”對(duì)地板的這兩項(xiàng)指標(biāo)影響很大。并且，整板要比拼板好;表板和背板的質(zhì)量，表板和背板的質(zhì)量對(duì)地板的“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”的貢獻(xiàn)要大于其它中板;地板結(jié)構(gòu)，地板基板的各層中板交叉縱橫相貼，并且各層中板的厚度和結(jié)構(gòu)都會(huì)影響“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”;膠合強(qiáng)度，由于地板各層中板的特點(diǎn)不同，當(dāng)膠合成一體時(shí)才能發(fā)揮對(duì)外力抵抗和變形恢復(fù)的能力。因此，膠合質(zhì)量對(duì)這個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)至關(guān)重要。含水率，細(xì)胞壁是構(gòu)成木材的骨架物質(zhì)，也是“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”的主要來源，如果含水率較高，纖維素分子之間水分子的數(shù)量就會(huì)增加，會(huì)增大纖維素分子之間的距離，降低纖維素分子間的結(jié)合力，減少細(xì)胞壁物質(zhì)對(duì)外力的抵抗作用，從而降低了實(shí)木復(fù)合地板的“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”。反過來，如果含水率過低，木材內(nèi)水分子在纖維素之間移動(dòng)困難，會(huì)使木材變脆，從而降低了地板的“靜曲強(qiáng)度”和“彈性模量”。

從圖2可以看出，所有的實(shí)木復(fù)合地板的靜曲強(qiáng)度都很高，最小的也接近50 MPa，即是桉楊組合六，最大的靜曲強(qiáng)度接近67 MPa，即是桉楊組合五。桉楊組合六和組合五的區(qū)別是，基材結(jié)構(gòu)的區(qū)別和中板質(zhì)量的區(qū)別，在組合五中，中間3 層都是楊木單板，在組合六中中間3 層層單板是桉木，由于楊木是一種材質(zhì)較軟，柔性較大的材料，桉樹是一種材質(zhì)較硬的材料，所以組合五中的靜曲強(qiáng)度比組合六中的靜曲強(qiáng)度大一些。

圖2 靜曲強(qiáng)度的比較

從圖3可以看出全楊的實(shí)木復(fù)合地板的彈性模量最小，只有4 364 MPa，全桉、桉楊組合一、桉楊組合二、桉楊組合三、桉楊組合五都比較接近，桉楊組合六比較接近5 000 MPa，由此可以看出彈性模量跟材料本身的性能有關(guān)，由于桉樹的材質(zhì)較楊木的材質(zhì)硬，所以其彈性模量大于全楊，組合六中表層兩層都是楊木，故其彈性模量較小。

圖3 彈性模量的比較

2.2.2 翹曲度的比較

由于膠合板采用單板紋理縱橫交錯(cuò)的組坯方式，有效地控制了因木材各向異性而引起的變形。然而，由于需在膠合板基材上覆貼不同樹種的表層樺木單板，破壞了地板的對(duì)稱結(jié)構(gòu)以及各層單板的不完全等同性、干燥內(nèi)應(yīng)力和熱壓內(nèi)應(yīng)力等，使得多層實(shí)木復(fù)合地板比較容易翹曲變形［10］。同時(shí)地板結(jié)構(gòu)、單板劃刀痕和延長毛坯養(yǎng)生時(shí)間都會(huì)對(duì)實(shí)木復(fù)合地板的翹曲度有影響［11］。從圖4可以看出，長度方向凹翹曲度均小于國標(biāo)0.5 的要求，其中桉楊組合四的翹曲度最大，桉楊組合二的翹曲度最小。從圖5可以看出，長度方向凸翹曲度均小于國標(biāo)1.0 的要求，其中桉楊組合四的翹曲度最大，全楊的翹曲度最小。從圖6可以看出寬度方向凹翹曲度均小于國標(biāo)0.15 要求，其中桉楊組合二的翹曲度最大，桉楊其他的組合方式和全桉、全楊都比較接近。從圖7可以看出，寬度方向凸翹曲度均小于國標(biāo)0.2 的要求，其中桉楊組合六最小，其他組合都比較接近。總之，各種組合的板材的翹曲度都能達(dá)到國標(biāo)的要求，且各種組合的各方向的翹曲度差異不大。

圖4 長度方向凹翹曲度的比較

圖5 長度方向凸翹曲度的比較

圖6 寬度方向凹翹曲度的比較

圖7 寬度方向的凸翹曲度比較

2.2.3 浸漬剝離的比較

實(shí)木復(fù)合地板的浸漬剝離主要影響因素有含水率控制、表板加工、芯板加工、涂膠工藝、熱壓工藝等因素［12］。在本實(shí)驗(yàn)中，影響各個(gè)組合的浸漬剝離因素主要是組坯方式和表板與芯板的接觸面。從圖8可以看出全楊、桉楊組合一、桉楊組合三、桉楊組合六的6 塊檢測試件均沒有浸漬剝離現(xiàn)象，其他的組合方式浸漬剝離度均是1/6，從組坯方式可以看出，剝離的試件均是以桉木作為基材面板，與貼面的樺木單板直接接觸。而未剝離的均是以楊木單板作為基材面板，與貼面的樺木單板直接接觸的。說明材質(zhì)較軟的楊木和材質(zhì)較硬的樺木之間的接觸性優(yōu)于材質(zhì)較硬的桉木和樺木。

圖8 浸漬剝離情況比較

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論:

(1)桉楊復(fù)合生產(chǎn)實(shí)木復(fù)合地板基材的方法是可行的，且性能都較好。

(2)通過試驗(yàn)分析可以得出，桉楊不同的組坯方式，其各項(xiàng)性能有一定的差異性，尤其是浸漬剝離的差異性較大。

(3)通過對(duì)實(shí)木復(fù)合地板的各項(xiàng)性能的比較可以得出，桉楊組合五:中間放置3 層楊木單板，然后對(duì)稱放置四張桉木單板，這樣的組合方式的綜合性能表現(xiàn)較好。

(4)以樺木進(jìn)行貼面，以按木為面板的基材，其浸漬剝離情況較以楊木為面板的基材稍差。

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