刨花板断面密度分布与力学性能相关性研究

吴跃锋

(湖南省林产品质量检验检测中心，湖南 长沙 410007)

刨花板断面密度分布与力学性能相关性研究

吴跃锋

(湖南省林产品质量检验检测中心，湖南 长沙 410007)

以脲醛树脂刨花板为实验材料，研究刨花板断面密度分布与力学性能之间的关系。结果表明：目标厚度不变和平均密度在某一区域时，静曲强度与刨花板表层最高密度呈线性相关性；内接合强度与刨花板芯层最低密度呈线性相关。

刨花板；密度；静曲强度；内接合强度

人造板断面密度分布(Vertical Density Profile，简称VDP)是指木质人造板在厚度方向上的密度变化[1]。人造板断面密度分布形成于热压阶段，形成过程主要取决于树种、板坯特性和热压工艺[2]。不同树种的木材，其传热、传湿、热质条件下的应变特性均存在差异。板坯的含水率、板坯表层与芯层含水率的差异都会影响其断面密度分布。例如：表层含水率高、芯层含水率低、热压时表层材料塑性好的板坯易于压缩；芯层材料塑性差、反弹力大的板坯难于压缩，压缩后表芯层密度差较大。热压工艺是决定板坯内部温度分布的最基本的因素，对VDP有显著影响。刨花板的密度指标是影响其物理力学性能和机械加工特性的重要物理量[3]，是刨花板产品的重要结构特征[4]。通过分析和了解刨花板的断面密度分布情况及与力学性能的相关性，对刨花板的质量进行控制，提高其力学性能、热压生产效率，减少原材料用量，从而降低生产成本有着非常重要的意义[5-6]。

1 材料与方法

1.1实验仪器

MWD型万能力学测试机，济南实验机厂生产；150 mm游标卡尺，允差0.02 mm；2.5 mm千分尺，允差0.01 mm；电子天平；断面密度测试仪；恒温恒湿试验箱。

1.2实验材料

以湖南省资兴市鑫兴人造板有限公司生产的1 220 mm×2 440 mm×16 mm脲醛树脂刨花板为实验材料。

1.3实验方法

先将脲醛树脂刨花板锯成350 mm×50 mm的试件[7]，然后再按照GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的要求进行静曲强度检验，检验完后马上截取50 mm×50 mm试件2块，进行内接合强度和平均密度试验[8]。检验结果见表1(表中列出平均密度650～730 g/cm3的试件18个)。

表1 VDP与力学性能关系Tab 1 Thecorrelationofverticaldensityprofile(VDP)andmechanicalperformance试件编号密度(g/cm3)平均最高最低静曲强度(MPa)内接合强度(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 结果与分析

图1为刨花板成品板的VDP基本分布图[9]。如图1所示，刨花板成品板由上下表层和芯层组成，其VDP曲线通常以厚度中心线呈马鞍型几何对称，表层密度高，芯层密度低，密度高峰值离表板有一定的距离。采用一元数学回归方程对VDP与试件力学性能的相关性分析结果如下[10]。

图1 刨花板VDP基本分布图Fig.1 The basic distribution of VDP of particle board

2.1刨花板VDP与静曲强度的相关性

由图2(a)可以看出：总趋势上平均密度越大，静曲强度越大，但在平均密度的某些小区间内，静曲强度的变化不遵循这个规律，甚至低平均密度也有较大静曲强度。刨花板静曲强度与平均密度线性回的R2值为0.736，说明平均密度不能用来衡量静曲强度[11]，它们之间的线性相关性不够紧密。由图2(b)可以看出，刨花板断面最高密度与静曲强度线性回归的R2值为 0.903 6，说明刨花板断面最高密度与静曲强度呈现很紧密的线性相关性。

图2 VDP与板静曲强度的关系Fig.2 Relationship between VDP and MOR

2.2刨花板VDP与内结合强度的相关性

由图3(a)可以看出：总趋势上平均密度越大，内接合强度越大，但在平均密度的某个小区间内，内接合强度的变化不遵循这个规律，甚至低平均密度也有较大内接合强度。刨花板内接合强度与平均密度线性回归的相关系数R2值为0.691 6，说明平均密度不能用来衡量内接合强度，它们之间的线性相关性不够紧密。由图3(b)可以看出，刨花板断面最低密度与内接合强度线性回归的R2值为0.906 1，说明刨花板断面最高密度与静曲强度呈现为很紧密的线性相关性[12]。

图3 VDP与板内接合强度的关系Fig.3 Relationship between VDP and internal bond strength

3 结论

(1) 刨花板VDP曲线为对称的马鞍型，刨花板成品板由较高密度的上下表层和较低密度的芯层组成[13-14]。

(2) VDP的分布特征决定着刨花板的力学性能[15]，在目标厚度不变和平均密度在一区域时，静曲强度与刨花板表层最高密度呈线性相关，表层最高密度越大，则静曲强度越高；内接合强度与刨花板芯层最低密度呈线性相关，芯层最低密度越大，内接合强度越高。

(3) 平均密度和静曲强度、内接合强度在大范围内呈正相关性，但在平均密度的某些小区间内，没有相关性。

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(文字编校：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

湖南省科技支撑计划项目(2013NK2015)。

吴跃锋(1963-)，男，湖南省涟源县人，副研究员，主要从事木材加工和自动控制系统方面的科研与设计工作。

TS 653.5

A

1003-5710(2014)04-0052-03

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