吳躍鋒

(湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心，湖南 長沙 410007)

刨花板斷面密度分布與力學(xué)性能相關(guān)性研究

吳躍鋒

(湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心，湖南 長沙 410007)

以脲醛樹脂刨花板為實(shí)驗(yàn)材料，研究刨花板斷面密度分布與力學(xué)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明：目標(biāo)厚度不變和平均密度在某一區(qū)域時，靜曲強(qiáng)度與刨花板表層最高密度呈線性相關(guān)性；內(nèi)接合強(qiáng)度與刨花板芯層最低密度呈線性相關(guān)。

刨花板；密度；靜曲強(qiáng)度；內(nèi)接合強(qiáng)度

人造板斷面密度分布(Vertical Density Profile，簡稱VDP)是指木質(zhì)人造板在厚度方向上的密度變化[1]。人造板斷面密度分布形成于熱壓階段，形成過程主要取決于樹種、板坯特性和熱壓工藝[2]。不同樹種的木材，其傳熱、傳濕、熱質(zhì)條件下的應(yīng)變特性均存在差異。板坯的含水率、板坯表層與芯層含水率的差異都會影響其斷面密度分布。例如：表層含水率高、芯層含水率低、熱壓時表層材料塑性好的板坯易于壓縮；芯層材料塑性差、反彈力大的板坯難于壓縮，壓縮后表芯層密度差較大。熱壓工藝是決定板坯內(nèi)部溫度分布的最基本的因素，對VDP有顯著影響。刨花板的密度指標(biāo)是影響其物理力學(xué)性能和機(jī)械加工特性的重要物理量[3]，是刨花板產(chǎn)品的重要結(jié)構(gòu)特征[4]。通過分析和了解刨花板的斷面密度分布情況及與力學(xué)性能的相關(guān)性，對刨花板的質(zhì)量進(jìn)行控制，提高其力學(xué)性能、熱壓生產(chǎn)效率，減少原材料用量，從而降低生產(chǎn)成本有著非常重要的意義[5-6]。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)儀器

MWD型萬能力學(xué)測試機(jī)，濟(jì)南實(shí)驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)；150 mm游標(biāo)卡尺，允差0.02 mm；2.5 mm千分尺，允差0.01 mm；電子天平；斷面密度測試儀；恒溫恒濕試驗(yàn)箱。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

以湖南省資興市鑫興人造板有限公司生產(chǎn)的1 220 mm×2 440 mm×16 mm脲醛樹脂刨花板為實(shí)驗(yàn)材料。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

先將脲醛樹脂刨花板鋸成350 mm×50 mm的試件[7]，然后再按照GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行靜曲強(qiáng)度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)完后馬上截取50 mm×50 mm試件2塊，進(jìn)行內(nèi)接合強(qiáng)度和平均密度試驗(yàn)[8]。檢驗(yàn)結(jié)果見表1(表中列出平均密度650～730 g/cm3的試件18個)。

表1 VDP與力學(xué)性能關(guān)系Tab 1 Thecorrelationofverticaldensityprofile(VDP)andmechanicalperformance試件編號密度(g/cm3)平均最高最低靜曲強(qiáng)度(MPa)內(nèi)接合強(qiáng)度(MPa)165186548512 30 29265587349313 00 31366085850212 50 3466487350913 80 33566988151214 80 31667589452414 30 34767988053513 20 36868490651814 30 32968790953115 10 331068989255214 70 381169591753815 40 351269890257015 30 381370092454216 70 351471092754514 90 351571690155714 50 361671990258015 80 381772293657516 80 391872694156117 30 37

2 結(jié)果與分析

圖1為刨花板成品板的VDP基本分布圖[9]。如圖1所示，刨花板成品板由上下表層和芯層組成，其VDP曲線通常以厚度中心線呈馬鞍型幾何對稱，表層密度高，芯層密度低，密度高峰值離表板有一定的距離。采用一元數(shù)學(xué)回歸方程對VDP與試件力學(xué)性能的相關(guān)性分析結(jié)果如下[10]。

圖1 刨花板VDP基本分布圖Fig.1 The basic distribution of VDP of particle board

2.1刨花板VDP與靜曲強(qiáng)度的相關(guān)性

由圖2(a)可以看出：總趨勢上平均密度越大，靜曲強(qiáng)度越大，但在平均密度的某些小區(qū)間內(nèi)，靜曲強(qiáng)度的變化不遵循這個規(guī)律，甚至低平均密度也有較大靜曲強(qiáng)度。刨花板靜曲強(qiáng)度與平均密度線性回的R2值為0.736，說明平均密度不能用來衡量靜曲強(qiáng)度[11]，它們之間的線性相關(guān)性不夠緊密。由圖2(b)可以看出，刨花板斷面最高密度與靜曲強(qiáng)度線性回歸的R2值為 0.903 6，說明刨花板斷面最高密度與靜曲強(qiáng)度呈現(xiàn)很緊密的線性相關(guān)性。

圖2 VDP與板靜曲強(qiáng)度的關(guān)系Fig.2 Relationship between VDP and MOR

2.2刨花板VDP與內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的相關(guān)性

由圖3(a)可以看出：總趨勢上平均密度越大，內(nèi)接合強(qiáng)度越大，但在平均密度的某個小區(qū)間內(nèi)，內(nèi)接合強(qiáng)度的變化不遵循這個規(guī)律，甚至低平均密度也有較大內(nèi)接合強(qiáng)度。刨花板內(nèi)接合強(qiáng)度與平均密度線性回歸的相關(guān)系數(shù)R2值為0.691 6，說明平均密度不能用來衡量內(nèi)接合強(qiáng)度，它們之間的線性相關(guān)性不夠緊密。由圖3(b)可以看出，刨花板斷面最低密度與內(nèi)接合強(qiáng)度線性回歸的R2值為0.906 1，說明刨花板斷面最高密度與靜曲強(qiáng)度呈現(xiàn)為很緊密的線性相關(guān)性[12]。

圖3 VDP與板內(nèi)接合強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relationship between VDP and internal bond strength

3 結(jié)論

(1) 刨花板VDP曲線為對稱的馬鞍型，刨花板成品板由較高密度的上下表層和較低密度的芯層組成[13-14]。

(2) VDP的分布特征決定著刨花板的力學(xué)性能[15]，在目標(biāo)厚度不變和平均密度在一區(qū)域時，靜曲強(qiáng)度與刨花板表層最高密度呈線性相關(guān)，表層最高密度越大，則靜曲強(qiáng)度越高；內(nèi)接合強(qiáng)度與刨花板芯層最低密度呈線性相關(guān)，芯層最低密度越大，內(nèi)接合強(qiáng)度越高。

(3) 平均密度和靜曲強(qiáng)度、內(nèi)接合強(qiáng)度在大范圍內(nèi)呈正相關(guān)性，但在平均密度的某些小區(qū)間內(nèi)，沒有相關(guān)性。

[1] 陳玉竹，謝力生. 人造板斷面密度的研究現(xiàn)狀與方向[J]. 中國人造板，2009(3)：22-25.

[2] 傅英芳，邢航. 影響刨花板物理力學(xué)性能的因素分析[J]. 建筑人造板，2001(1)：23-25.

[3] 許俊. 中密度纖維板(MDF)的密度及其在線控制[D]. 株洲：中南林學(xué)院，2002.

[4] 吳章康，周定國，張宏健. 木質(zhì)人造板剖面分布密度的意義與研究進(jìn)展[J]. 木材工業(yè)，2001，15(4)：3-5.

[5] 除詠蘭，張貴麟. 工藝因素對中密度纖維板(MDF)板性的影響[J]. 林業(yè)科技開發(fā). 1997(4)：42～44.

[6] 周又平. 劉云飛，梅長彤. 人造板熱壓參數(shù)檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，31(1)72-74.

[7] GB/T 4897. 3-2003，刨花板[S].

[8] GB/T 17657-1999，人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法[S].

[9] 郭森民. 木質(zhì)人造板斷面密度分布的檢測-介紹一種在線實(shí)時檢測新技術(shù)[J]. 林產(chǎn)工業(yè)，2004，31(4)：51-54.

[10] 張宏健，趙立. PF-MDF剖面密度分布特征的研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，13(1). ：66-75.

[11] 王貴濤，董雙文，郭東升，等. 剖面密度測定與人造板質(zhì)量控制[J]. 木材工業(yè)，2005，19(1)：37-39.

[12] 除詠蘭，周海劍，華毓坤. 噴蒸熱壓刨花板斷面密度分布的研究2[J]. 人造板通訊，1998，25(2)：9-11.

[13] 王鳳鳴. 中密度纖維板斷面密度分布的控制[J]. 林產(chǎn)工業(yè)，1996，23(4)：27-32.

[14] 華毓坤. 人造板生產(chǎn)工藝[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2002：1-8.

[15] 陳玉竹，謝立生. 纖維板目標(biāo)厚度與目標(biāo)密度對剖面密度分布的影響[J]. 中國人造板，2009(8)：12-15.

(文字編校：唐效蓉)

Thecorrelationofverticaldensityprofileandmechanicalperformanceofparticleboard

WU Yuefeng

(Hunan forest product quality check and inspection center， Changsha 410007， China)

With urea-formaldehyde resin particle board as experimental material，The correlation between vertical density profile(VDP) and mechanical performance of particle board was researched. The results showed that，when target thickness and average density constant at a certain area，there was linear correlation between MOR and the highest density of particle board surface，and there was linear correlation between internal bond strength and the lowest density of particle board core.

particle board；density；MOR；internal bond strength

2014-06-19

湖南省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013NK2015)。

吳躍鋒(1963-)，男，湖南省漣源縣人，副研究員，主要從事木材加工和自動控制系統(tǒng)方面的科研與設(shè)計(jì)工作。

TS 653.5

A

1003-5710(2014)04-0052-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2014. 04. 012