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        熱壓干燥對刨切單板背部裂隙的影響*

        2020-08-17 09:05:02杜洪雙唐朝發(fā)
        林產(chǎn)工業(yè) 2020年7期
        關鍵詞:單板熱壓壓板

        杜洪雙 唐朝發(fā)

        [吉林省木質(zhì)材料科學與工程重點實驗室(北華大學),吉林 132013]

        隨著人民生活水平和對居住環(huán)境要求的提高,北方地熱地板得到廣泛推廣應用,其主要以實木復合地板為主[1]。近年來,三層實木復合地板在我國蓬勃發(fā)展,銷量年均增速50%以上。生產(chǎn)多層實木復合地板的表板多為珍貴樹種木材,成本較高。為降低地板的成本和充分利用珍貴木材,近幾年國內(nèi)開發(fā)采用刨切厚度4 mm的表板制備三層復合地板,但技術(shù)還不成熟。這是因為在刨切過程中會產(chǎn)生背部裂隙;同時三層復合地熱地板的不對稱結(jié)構(gòu)及長時間置于冷熱循環(huán)交替的環(huán)境中,表板的開裂問題時有發(fā)生[2],表板背部裂隙直接導致地板表板開裂、翹曲等缺陷,這一問題比采用鋸切表板制備的地板更加突出。解決此問題,需從地板生產(chǎn)工藝過程著手,對木方蒸煮、單板刨切、單板干燥、施膠及熱壓等各個工序進行研究分析。木方蒸煮可減少單板背部裂隙[3-5]。而單板在干燥過程中容易出現(xiàn)較多問題,其中亟待解決的兩大問題為:1)單板變形和開裂;2)單板含水率不均勻。用傳統(tǒng)的網(wǎng)帶及滾筒傳送對流加熱干燥、柔性網(wǎng)帶接觸式干燥及真空干燥的方法,很難根本解決此問題[6-9],主要由于干燥應力引起開裂[10-11]。國內(nèi)外對此進行了相關研究,研究表明,采用熱壓板接觸干燥單板[12-23],能使干燥速度大幅度提高,同時對背部裂隙具有抑制作用。本研究旨在探究壓板干燥對單板背部裂隙的影響,為有效改善單板背部裂隙提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        長白山脈水曲柳(Fraxinus mandschurica)木段(長約400~420 mm,直徑約150~170 mm)經(jīng)7~8 h常溫浸泡,再對其按以下工藝進行蒸煮:先升溫至60 ℃,2 h后將溫度提升至80 ℃,保溫10 h蒸煮結(jié)束。蒸煮后的木段用于刨切厚度為2、2.5、3、3.5 mm的單板;木段刨切后剩余殘板用于測試每個厚度單板的含水率。壓板干燥前對每個厚度的刨切單板進行含水率測定,并選取距離木段中心某一距離的幾塊單板進行背部裂隙測定,內(nèi)容包括裂隙的深度、寬度、長度及分布情況。

        1.2 設備

        試驗用主要設備:縱向刨切機(型號DB200C),青島德眾機械有限公司;電熱鼓風干燥箱(型號DHG-9075A),上海一恒科學儀器有限公司;體式顯微成像系統(tǒng)(型號6302-1),上海里萬光電環(huán)保設備有限公司;四柱式雙泵平板硫化機(型號XLB-1000),鄭州鑫宏機械有限公司。

        1.3 試驗方法

        采用對比分析法分析壓板干燥對水曲柳刨切單板背部裂隙的影響。

        1.3.1 裂隙定義 背部裂隙分布率:確定垂直于纖維方向平均1 mm范圍內(nèi)的裂隙數(shù)量,即為背部裂隙分布率,簡稱裂隙分布率。在實際觀察過程中,一定寬度、長度以下的裂隙已經(jīng)不能影響人的視覺感官,因此本研究將寬度18 μm以下的裂隙定義為窄裂隙,18 μm以上的裂隙定義為寬裂隙;窄裂隙不作為影響質(zhì)量的缺陷。由于試件是環(huán)孔材,導管已經(jīng)影響裂隙深度的判別,用染色法標定裂隙并測定裂隙深度的方法[24-29],已經(jīng)不適用于水曲柳裂隙的測定。一般情況下,裂隙越長裂隙越深,為了方便實用,以裂隙長度標定裂隙深度辦法考察裂隙深度;鑒于裂隙長度在1 800 μm以下時,目測已察覺不到裂隙對于質(zhì)量的影響,因此本研究確定將長度在1 800 μm以下的裂隙定義為淺裂隙, 1 800 μm以上的裂隙定義為深裂隙。

        1.3.2 單板背部裂隙測定 1)壓板干燥前背部裂隙的測定。首先,在需測定的單板上均勻選定6 個位置,用萬能圓鋸機鋸切成寬約8 mm的試件,并標號;然后,在體式顯微鏡下進行觀察,測量裂隙的寬度和長度,保存測量結(jié)果和圖像。2)壓板干燥后背部裂隙的測定。取壓板干燥前測試背部裂隙試樣單板相鄰的刨切單板,厚度3.5 mm,在溫度120 ℃、壓力1.5 MPa、時間11 min條件下進行熱壓干燥。依照干燥前的測定方法在單板上相同位置截取試件,進行背部裂隙類型的標定與測定。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 壓板干燥前單板背部裂隙分析

        壓板干燥前單板背部不同裂隙類型分布統(tǒng)計結(jié)果見表1。

        表1 壓板干燥前單板的背部裂隙Tab.1 Morphology and rate of veneer back crack before hot-press drying

        由表1 分析可知,隨著刨切單板厚度的增加,各個類型的單板背部裂隙都有增多的趨勢;厚度2.0~3.5 mm的單板,裂隙長度在1 800 μm以下的背部裂隙居多,裂隙寬度在18 μm以上居多。同時結(jié)果表明:刨切后單板背部裂隙的深度和長度,不是影響地板表面開裂的主要因素,而裂隙寬度是主要影響因素。裂隙類型及背部裂隙率的分布規(guī)律主要與樹種、木段直徑、蒸煮工藝及刨切機的精度等有關。

        2.2 壓板干燥后單板背部裂隙分析

        壓板干燥后單板背部不同裂隙類型分布統(tǒng)計結(jié)果見表2。

        表2 壓板干燥后單板的背部裂隙Tab.2 Morphology and rate of veneer back crack after hotpress drying

        由表2 可知,壓板干燥后背部裂隙數(shù)量隨著單板厚度增加的規(guī)律不如干燥前明顯,但是裂隙也有隨厚度增大而增加的趨勢。對比表1 和表2 數(shù)據(jù)可知,單板經(jīng)過干燥后裂隙明顯比干燥前減少了,裂隙減少是因為干燥時高溫使木材中的木質(zhì)素融化后將裂隙粘合起來,木質(zhì)素起到了膠黏劑的作用,從而使得單板裂隙寬度減小或使裂隙數(shù)量減少,單板裂隙減小到用體式顯微鏡也難以觀察到的程度。

        2.3 壓板干燥前后單板背部裂隙分析

        壓板干燥對寬深裂隙影響不大,但對于厚3.5 mm的單板,壓板干燥使其背部寬深裂隙增加,主要原因是單板過厚使背部裂隙應力集中度過高,致使寬深背部裂隙數(shù)量增加,使部分寬淺裂隙成為寬深裂隙;壓板干燥對其他類型的裂隙影響顯著,使寬淺、窄深、窄淺裂隙數(shù)量減少,部分寬淺、窄深轉(zhuǎn)變?yōu)檎瓬\裂隙,同時部分窄淺裂隙愈合,達到體式顯微鏡觀察不到的程度;對寬淺裂隙影響尤為顯著,寬裂隙變?yōu)檎严?,窄裂隙的?shù)量增加,相比于寬淺裂隙,單板在干燥前后的窄裂隙下降幅度不大;同一厚度的單板,經(jīng)壓板干燥后,各類型背部裂隙(寬深裂隙除外)都有不同程度的減少,厚度為2.0 mm和2.5 mm的單板背部裂隙數(shù)量減少的程度不如3.0 mm和3.5 mm厚度單板顯著;壓板干燥對窄裂隙和淺裂隙愈合效果好(見圖1)。

        圖1 壓板干燥前、后單板背部裂隙對比Fig.1 Veneer back cracks before and after hot-press drying

        3 結(jié)論

        本研究探究熱壓干燥對單板背部裂隙的影響,得出如下結(jié)論:

        1) 壓板干燥對于刨切單板背部裂隙的改善具有積極作用。能降低背部裂隙缺陷程度;對寬淺、窄深和窄淺裂隙影響顯著,可大大減少裂隙數(shù)量,對窄裂隙和淺裂隙愈合效果較好。

        2) 壓板干燥改善3.0、3.5 mm厚單板背部裂隙程度比2.0、2.5 mm厚單板好。

        3) 壓板干燥適用于三層實木復合地板刨切單板的干燥,在使用刨切單板為表板的地板制造過程中,應嚴格控制單板刨切過程中寬深裂隙的產(chǎn)生。

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