采用高频加热方式制造不同结构竹木复合板稳定性的测试

曾春雷 曹胜利 王春明 张长武 于文吉 黄海兵

（1.黑龙江省木材科学研究所,哈尔滨150081;2.黑河市爱辉区林业局,黑龙江黑河164300; 3.中国林科院木材工业研究所,北京100091）

采用高频加热方式制造不同结构竹木复合板稳定性的测试

曾春雷1曹胜利2王春明1张长武1于文吉3黄海兵1

（1.黑龙江省木材科学研究所,哈尔滨150081;2.黑河市爱辉区林业局,黑龙江黑河164300; 3.中国林科院木材工业研究所,北京100091）

竹材和木材都是由微小纤维排列组成的多孔型各向异性材料，在不同的方向有不同的强度性能和胀缩特性，本文利用竹材较高的硬度和杨木轻质的特点，采用高频加热方法，研制不同厚度(18～50 mm)的竹木复合板，其中较厚板材可用于桌台面、门板等，较薄板材可用于家具板、橱柜板等。竹材和木材在纤维纹理方向的强度大于弦向和径向，湿胀干缩变化比弦向和径向小。本研究研制的竹木复合板由3层或5层纵横交错的组合结构复合而成，竹材的表层、芯部为杨木，在厚度方向上采用奇数层；通过每层材料形式、种类和厚度的变化，考察复合后板材的尺寸稳定性和形状变化。

1 试验材料与方法

1.1 材料及设备

试件包括5.5 mm厚竹板，自然色；13 mm厚杨木条指接拼板，1.2 mm厚杨木单板；脲醛树脂胶。设备有高频压机，KU-CPD0210型，最大压力274 T；高频发生器，FDY-2001型（木材用），额定输出功率20 kW；恒温恒湿箱；尺寸测量仪。

1.2 试验方法

1.2.1 组坯方法

根据竹木复合板可能的用途，设计4种型结构：

（1）在复合板的厚度方向上采用5层结构，并且相邻两层的纤维方向相互垂直（下同）；第1层和第5层为5.5 mm厚的竹板，第2、3、4层为13 mm厚杨木条指接拼板（a型）。热压后，竹木复合板的厚度约48 mm。

（2）在复合板的厚度方向上采用3层结构；第1层和第3层为5.5 mm厚的竹板，第2层为13 mm厚的杨木条指接拼板（b型）。热压后，竹木复合板的厚度约23 mm。

（3）在复合板的厚度方向上采用5层结构；第1层和第5层为5.5 mm厚的竹板，第2层和第4层为厚1.2 mm厚的杨木单板，第3层为13 mm厚的杨木条指接拼板（c型）。热压后，竹木复合板的厚度约25 mm。

（4）在复合板的厚度方向上采用5层结构；第1层为5.5 mm厚的竹板，第3层为13 mm厚的杨木条指接拼板，第2、4、5层为1.2 mm厚的杨木单板（d型）。热压后竹木复合板的厚度约21 mm。

1.2.2 稳定性检测方法

1.2.2.1 尺寸（长度和厚度）稳定性检测方法

国家标准GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中尺寸稳定性试验有两种方法：一是检测试件相对湿度由65%+5%到8% +5%和35%+5%的尺寸变化；二是试件经过干热和高湿处理后，测量试件的尺寸变化。考虑到方法一的检测条件与实际应用状态相对接近，故选择方法一进行检测。

1.2.2.2 翘曲度检测方法

翘曲度是衡量板状材料变形的重要指标，按照GB/T21128-2007《结构用竹木复合板》标准中要求的翘曲度检测方法，同时依据国家标准GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验法》中的试件处理条件（30%+5%、65%+5%、85%+5%），试件需要在一定温湿度条件下长时间（1～2个月）处理至恒重，处理设备的内部空间有限，所以本研究通过检量相对湿度为30%+5%、65%+5%和85%+5%时，600 mm×600 mm(长×宽)试件的翅曲度，来考察不同组坯结构的竹木复合板形状变化情况。

2 结果与分析

本研究中，600 mm×600 mm竹木复合板试件翘曲度与4×8呎板材所检测的翘曲度不会完全相同，但由于翘曲度按百分比计算，所以二者的数值仍然具有一定的可比性。

表1 不同结构竹木复合板稳定性能测试结果

表1中，c型结构和d型结构的纵横向试件线性膨胀率ΔL值相差较大，而a型和b型结构的ΔL值相差相对较小，这是由于竹材和木材都是各向异性的非均质材料，弦径向的胀缩比纵向大得多，竹材和杨木条指接拼板在a型结构和b型结构竹木复合板中为互相垂直分布，湿度变化时纵向制约了弦径向上的胀缩，在一定程度上牵制了尺寸的变化，改善了材料的稳定性；从顺纹理材料在厚度方向上所占的百分率（48%、46%）也可以看出同样的结果，垂直交叉分布也使材料的承载能力在板面内更均衡。竹材和杨木条指接拼板在c型和d型结构中都是纵向分布，弦径向上的胀缩集中在一个方向较多，并且仅由2张横向单板牵制，致使整个复合材料纵横向线性膨胀率相差较大，从顺纹理材料在厚度方向上所占的百分率（91%、89%）也可看出这一结果。

在厚度方向上顺纹理材料的分布比率，50%是个理想的数值，越接近这个值，纵横向上的性能越均衡；越偏离50%，单一方向性能增强，而另一方向性能会有所下降。

3 结论

3.1 本研究中，4种型结构竹木复合板的翘曲度最小0.06%、最大0.46%，都比标准规定值小许多倍(GBT21128-2007《结构用竹木复合板》中规定翘曲度不超过1.5%)，由此可见，与接触式加热比较，高频加热可使板的整体同时受热，板材内部温度相对均匀，不存在较大含水率梯度，因此大大降低了内在因素对竹木复合板变形的影响，稳定性更好。

3.2 d型结构材料种类和厚度都不对称，翘曲度虽然比其它结构高，但符合标准要求，完全可以满足实际使用要求；而且用单板代替一侧竹材，降低了竹木复合板成本并仍可具有竹材的外观。这种不对称结构产品的意义在于：两个不同材质的表面会带来不同的质感和外观，产品成本降低，可进一步拓展开发廉价材代替优质材，所以高频加热制造非对称结构板具有一定优势。

3.3 顺纹理材料占比为91%和89%的c型和d型结构的线性膨胀率横向明显大于纵向，表明可以通过调整组坯方向，制造单一方向性能突出的竹木复合板，即单一方向的线性膨胀率和强度兼优的定向竹木复合材料，以满足特殊用途需要。

［1］周晓燕.国外结构人造板尺寸稳定性的研究技术［J］.林产工业，2000(6):6-10.

［2］ISO/TC 89.ISO 16985-2003木质板材-随相对湿度改变板材尺寸变化的测量［S］.国际标准化组织，2003.

［3］鲍甫成，江泽慧.中国主要人工林树种木材性质［M］.北京：中国林业出版社，1998.

［4］刘君良.酚醛树脂处理杨木、衫木尺寸稳定性分析［J］.木材工业,2004(11):5-8.

［5］杨小军.热处理对实木地板尺寸稳定性影响的研究［J］.木材加工机械，2004,15(6):18-19.

［6］王坤，于志明.几种实木地板和单板层积材尺寸稳定性的初步研究［J］.木材加工机械，2005,16(1):25-27.

［7］岳金方.竹木复合材是良好的家具和家装用材［J］.人造板通讯,2004(5):17-18.

［8］中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB/T17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验法［S］.北京：中国标准出版社,2013.

［9］杨亮庆，毕克新，闫超.组坯层数对集成材弯曲性能的影响［J］.林业科技，2014,39(3):50-52.

第1作者简介：曾春雷（1963-），男，研究员，主要从事木质复合材料、木质功能材料、环境友好材料等方面的研究。

（责任编辑：潘启英）

1001-9499（2017）01-0047-02

2016-11-01