铺装方式对空心刨花板基材室内木门变形的影响研究

■张义伟，孙德彬，宋小川 Zhang Yiwei & Sun Debin & Song Xiaochuan

(1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410004；2.中南林业科技大学家具与艺术设计学院，湖南长沙 410004）

为了提高木质门的隔音效果、降低生产成本，目前多采用空心刨花板作为复合木门的芯板[1]。由于木材吸水后会使木材产生翘曲和变形[2]，因此，木门安装后，室内环境温湿度不断发生变化，芯层刨花板易出现尺寸不稳定现象[3-4]，进而导致整体木门发生翘曲与变形[5]，严重影响产品质量。

针对复合木门变形问题，众多学者对此展开了研究：如Aydn[6]等以山毛榉为原料制备LVL来改善复合门的结构；付海燕[7]等设计了“竖-横-竖”组坯的LVL构件来提高木门的抗变形性能；刘晓健[8]等通过在龙骨材料上开应力槽去除木材的内应力以防止木材翘曲变形；蒋军[9]等以小径级原竹为增强材料对原竹增强刨花板进行覆面改性；吴东君[10]在木门骨架的四周内侧设置方变形金属网状骨架；叶益平[11]在芯板的前侧面及后侧面上安装缓冲条；赵珏[12]通过在复合木质材料中添加抗热变形的无机热传导剂使木门在高温下不易发生热胀变形；张占奎[13]等设计了一种木门骨架防变形处理设备以密封和烘干扇的方法来提高木门的稳定性；Aline[14-15]等则认为木门变形的主要影响因素是原材料，特别是刨花板组件。

目前的一些研究成果在一定程度上解决了刨花板芯木门部分变形的问题，但存在工艺复杂、成本偏高等不足。本文基于现有的研究成果，以最常用的空心刨花板为基材，通过分析变形机制、采用合理的结构设计，综合改进芯板的铺装形式拟提高木门的抗变形性能，从而提升木门的质量，进一步推进住宅建设高质量发展[16]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

空心刨花板（2040 mm×750 mm×28 mm）、龙骨（2440 mm×770 mm×50 mm），均由欧派家居集团广州公司提供；素板和单饰面板，源于欧派家具厂生产某种样式门所用的面板；封边条，源于巨迪家具厂；环保白乳胶，源于江西雪岭木业有限公司。

1.2 试验仪器

恒温恒湿试验箱（TEMI880，艾默生科技）；电热恒温鼓风干燥箱（DGG-9203A，上海森信实验仪器有限公司）；普通钢尺、塞尺（厚薄规）等。

■图1 木门的不同结构图

■图2 芯板数量对木门抗变形的影响(A、C、D)

■图3 芯板数量对木门抗变形的影响(A、B、E)

■图4 不同铺装方向（3片芯板））对木门变形的影响

■图5 不同铺装方向（5片芯板）对木门变形的影响

1.3 试验方法

（1）试件制备

为了降低试验成本，采用4:1的小样木门，除厚度外其他尺寸均缩小4倍，即长×宽×厚=500mm×200mm×40mm。不同铺装形式木门的结构如图1所示，（图中双箭头线表示空心方向）。其中，A的芯板直接以整张空心刨花板为芯板铺装；B、C的芯板是将空心刨花板分为五块铺装，芯板铺装位置相同但空心方向不同（芯板相邻板件的空心方向互相垂直）；D、E的芯板是将空心刨花板分为3块铺装，尺寸相同，但芯板相同位置的空心方向不同（相邻板件的铺装方向互相垂直）；F、G的芯板与木门D、E相同，但是中间芯板的两边设有龙骨（杨木LVL构件）；木门H、I的芯板与B、C相同，但是中间芯板的两边设有龙骨。

（2）试验方法

因环境因素是影响木门变形的重要因素之一，不同温湿度环境的差异对木门变形的影响也有所不同[5]。基于前期研究，本研究试验设定两组不同温湿环境来测试木门变形情况。

（1）环境一，将上述9种结构的试件在温度36±2 ℃、湿度95±5%的恒温恒湿箱中竖立放置16 h，然后放置在45 ℃的电热恒温鼓风干燥箱4 h，经过两个循环测试，每种环境下测量一次变形量和含水率，总共可获得5次测试数据。

（2）环境二，先将试件铺装后在自然环境下陈放10天，然后在温度35±2 ℃、湿度95±5%的恒温恒湿箱中竖立放置16 h，再放置在45 ℃的电热恒温鼓风干燥箱4 h，经过三个循环测试，每种环境下测量一次变形量和含水率，总共得到7次测试数据。

（3）检测方法

根据木门平面度检测方法[17]，采用塞尺测量整体扭曲平面度，用变形量表示，精确到0.01mm；长、宽、厚、对角线长度尺寸以及含水率作为辅助分析指标。

2 结果与讨论

2.1 芯板数量的影响

将门芯料为1片、3片和5片作为填充料的3种木门（A、C、D）进行对比分析，试验结果如图2所示（1，2，3…表示检测序号）；改变C、D门芯料的铺装方向（分别对应B、E），同样将门芯料为1片、3片和5片作为填充料的3种木门（A、B、E）进行对比分析，试验结果如图3所示，从图2和图3中可知：在两种不同环境下，A的变化幅度较大，B、E结构变形范围控制在0.15mm以内，相比芯料为1片的A结构降低50%；C、D在第一种环境下变化幅度均很小，说明稳定性较好；C、D在第二种环境下初始变形量较大，但是变化幅度较小。这是由于人造板的基本构成单元越小，材性就越趋于均一稳定，可减少导致变形的应力产生[18]，基本构成单元越大，板件吸湿后应力释放方向比较集中而不利于木门的抗变形性能。而室内复合木门主要是由空心刨花板拼合成的芯料构成，芯料是其基本构成单元。当门芯料为1片时（基本单元为1），不利于门的尺寸稳定性；当门芯料为3片或者5片时，可减少木门的变形。

2.2 芯板铺装方向的影响

根据空心刨花板的铺装方向不同（两种木门所铺装的芯板的相同位置空心方向相互垂直），将空心刨花板裁切成三块的D、E结构木门进行对比分析，结果如图4所示，在两组不同环境下，木门D的变形量和变化幅度均比E的大，但初始变形量差别不大。同样，将空心刨花板裁切成5块的B、C结构木门进行对比分析，试验结果和变形量范围如图5所示，木门C相比木门B变形量变化范围大，稳定性也较差，但初始变形量基本相同。

发现当空心方向纵向铺装的数量小于横向铺装的数量时其抗变形性能较好，这是因为木材本身存在应力释放现象[19]，所以当空心刨花板受温湿环境影响时会顺空心方向产生弯曲变形现象，从而减少纵向铺装有利于木门的抗变形性能，而这种相邻间空心方向互相垂直的铺装方式可抵消一部分板件因应力释放产生的变形[20]。对于木门A结构的空心刨花板空心方向一致，吸湿变形时由于产生应力释放方向比较集中统一，不利于木门的抗变形性能[21]。

2.3 龙骨铺设的影响

为了分析芯板间铺设龙骨对木门抗变形性能的影响，将空心刨花板间铺设龙骨与未铺设龙骨的进行对比分析，通过试验发现：对于3片芯板，相比E结构，芯板间加了龙骨的F结构在两种环境下变形范围控制在0.15mm以内，初始变形量接近E结构（相差控制在0.10mm以内）；相比D结构，芯板间加了龙骨的G结构在两种环境下变形范围控制在0.30mm以内，与D结构接近。对于5片芯板，相比B结构，芯板间加了龙骨的I结构在两种环境下变形范围控制在0.10mm以内，初始变形量接近B结构（相差控制在0.10mm以内）；相比C结构，芯板间加了龙骨的H结构在两种环境下变形范围控制在0.25mm以内，与C结构接近。

在相同芯料铺装方向情况下，铺设龙骨与未铺设龙骨的木门相比，无论是变形量还是变化范围均无明显差异，这是因为木门所用到龙骨的材料相比空心刨花板所用料面积少，对复合木门变形影响较小，影响复合木门变形的主要因素取决于空心刨花板[22-23]。

3 结语

以空芯刨花板为基材的室内木门为对象，通过模拟不同温湿度环境、考察与分析芯板铺装方式对木门稳定性的影响，结论如下：

室内复合木门产生变形现象的主要原因是板材的内应力不均所致，而产生内应力的一个比较大的影响因素来自空心刨花板的内应力。

（1）一整片空心刨花板作为木门填充料时，由于板件吸湿后应力释放方向比较集中而不利于木门的抗变形性能。

（2）将3片或5片空心刨花板作为木门芯板填充料，并且空心方向纵向铺装的数量小于横向铺装的数量时能有效分散应力释放产生不平衡现象，对复合木门变形影响较小。

（3）影响复合木门变形的主要因素取决于空心刨花板，而对于龙骨铺设影响并无明显差异。