影响人造板的吸水厚度膨胀率的原因

影响人造板的吸水厚度膨胀率的原因
吸水厚度膨胀率是人造板的一项极为重要的质量指标。

在实践中，不会有什么机会将人造板泡在水中使用，而且在结构考虑中，厚度膨胀值也并非是重要问题。

然而这却是一种快速的测量方法，以大致判明人造板在使用中含水率随空气湿度发生变化时的尺寸稳定性。

这对人造板的例行质量检验及生产中质量控制有很大利用价值。

人造板在使用过程中因受空气湿度变化的影响，它的含水率、厚度和长度会有所变化，并且产生翘曲。

这是材料性能中极为重要的一个问题，有很多人做过大量的研究工作。

本文仅以刨花板为例，阐述人造板的吸水厚度膨胀问题。

Johneon（1964年）的试验结果表明，刨花板在湿空气中的厚度膨胀值及长度膨胀值呈基本相同的趋势。

西德Schwab等（1980年）将不同胶种刨花板详细的作了浸水和在干、湿空气中放置后的厚度及长度膨胀试验，相互进行比较，发现就厚度膨胀率而论，25×25mm规格的试件在200C水中浸泡2小时后的厚度膨胀率大致相当于该试件在湿空气（200C，相对湿度85%）中放置28天的厚度膨胀率。

据希腊Grigoriou （1983年）研究，各种刨花板放在温度为200C，相对湿度为90%的湿空气中放置时，前10天厚度变化最快，第10～30天变化速度显著减缓，再从30～60天看这段时间的变化，变得更慢。

还有人将刨花板放在相对湿度为33%－90%－33%的空气中反复让其受湿后再干燥，经过7天，然后再在相对湿度为65%－90%－65%的条件下放置到170天，试验表明
刨花板的厚度变动范围越来越小。

以上各种结果都说明，以25×25mm 的试件在200C水中浸2小时的厚度膨胀率相当于在湿空气中放置60天时间之内的数值，一般情况下，我们就取28天以做比较。

事实上，空气湿度是不断变化的，通过以上试验，可见，用这种水浸2小时的方法以预示刨花板的尺寸稳定性有充分的科学依据。

此外，在国际上对刨花板尺寸稳定性还有各种各样的测定法，这是因为有些国家在刨花板应用条件及气候条件方面有其自身的特殊性。

这里所介绍的仅是用25×25mm规格的试件在200C下水浸2小时这一试验方法的科学依据。

如何改善刨花板的吸水厚度膨胀这一课题，在刨花板生产质量控制中，如与静曲强度及平面抗拉强度比较，一直认为比较困难。

在一般情况下，加入石蜡乳液后，刨花板的吸水厚度膨胀率这一指标是可以达到的。

但是，偶然出现的高厚度膨胀率的机会较多，而且难以分析其原因。

吸水厚度膨胀的根本原因有二个方面。

一是木材本身受湿时的膨胀；二是刨花板中的刨花在受潮时因应力释放而产生的回弹。

因为刨花板是由刨花在热压过程中，受高温，并且伴随着强烈失水的条件下压制而成。

在这样的压制过程中，刨花被压薄了。

而被压薄的部分，可分为几种不同性质的变形。

弹性变形和粘弹性变形是要弹回来的；塑性变形则不能再回弹。

在力学中称前二者为可恢复的变形，后者称为不可恢复的变形。

由于刨花的热压时是在失水的条件下受压变形的，当板坯压力降低时，因刨花已经干燥，于是可恢复的变形只能是一部分，有一部分被“固定”住了。

这部分被“固定”住的变形只有在刨
花重新受湿时才能弹回来。

此外，还有相当数量的可恢复变形并未因干燥而“固定”住，而是因胶粘剂将刨花粘住，相互间产生抑制力而无法回弹，只有在胶粘剂的胶粘力遭到破坏，胶粘力小于回弹力时才能回弹。

所以广义的回弹分为三部分：（1）热压一完成，既未被胶粘力所抑制，也未因刨花干燥而被“固定”的回弹。

了解这部分回弹对于刨花板的厚度偏差控制具有重要作用。

有关控制刨花板厚度偏差的主要因素，很多实际上是控制回弹量的因素。

（2）当板子受湿时，被干燥所“固定”的变形发生回弹，这就是刨花板在200C条件下浸水试验中所表现出来的主要部分。

（3）当刨花板在较高温度的水中浸泡或温度虽不高，但时间很长，因脲醛树脂水解逐渐失去胶结力，回弹力克服胶结力后所引起的回弹。

正因为刨花板的刨花是受过压缩的，所以刨花板的吸水厚度膨胀率比木材本身吸水厚度膨胀率大的多。

德国Teichgraber（1966年）曾做了一个试验：将刨花板放在30%相对湿度的空气中平衡，然后再放到80%相对湿度的空气中平衡，刨花板含水率由6%变为18%，厚度膨胀率为4－9%，而木材本身在相应试验中厚度方向膨胀率仅为2%。

以上谈的是刨花板吸水厚度膨胀的二个来源。

另一个影响刨花板吸水厚度膨胀率的重要因素是刨花板的空隙量、毛细管量的多少。

在无数实践中，都观察到这一影响。

1972年，美国人Lehmann发表了一篇著名了论文，证明了各种纤维板及刨花板的空隙量与透水、透气性有相当的关系，而透水、透气性又与板的尺寸稳定性有关联。

以往有很多学者做了大量研究刨花板吸水厚度膨胀的工作，试图从板
的密度、刨花几何形状、热压条件等方面找出降低厚度膨胀的规律，但是所得到的结果往往互相矛盾，难以说明问题。

在我们分析了这些问题后，似乎感到了应该从回弹－胶－孔隙这三者相互影响和制约的关系中着手，遗憾的是目前还未找出它们之间的定量关系。

在降低刨花板吸水厚度膨胀的途径中，比较明确的方法有以下几种上：
1、加入防水剂（一般用石蜡乳液）
对于脲醛刨花板所加入的石蜡乳液，在国外，按固体石蜡对绝干刨花板计，一般为0.5%左右。

这个用量是经过研究及大量实践才为大家所接受的。

加0.25%的石蜡就能大幅度降低厚度膨胀值；当用量增加到0.5%、0.75%时，其厚度膨胀值并未再度出现大幅度下降的现象。

不过在特殊情况下，如对某一树种，或工艺上处理不当时，添加0.5%的石蜡量则不能达到“标准”所规定的要求。

石蜡乳液如何才能充分发挥其作用？了解其中的施蜡机理对分
析生产中出现的问题有很大帮助。

比如用脲醛胶做胶粘剂时，只需加入少量石蜡乳液（一般为0.5%）即可，如此少量的石蜡乳液如不合理喷施，将起不到什么防水作用。

因此，通常是将石蜡乳液混在胶液中一起施加，以扩大石蜡乳液的喷洒面积。

然而石蜡乳液的比重（0.86～0.92）与胶液的比重（1.20～1.30）相差很大，要均匀混合很困难，且如果喷出的胶滴大小与石蜡乳液液滴大小比例不合适的话，胶滴便很难带着石蜡乳液液滴均匀分布在刨花上。

一般喷出的胶滴直径为0.1mm，有时到0.2mm，石蜡乳液颗粒为10微米左右，那么每个胶滴平
均含150个左右的石蜡乳滴。

如果胶滴颗粒直径小于0.06mm，就很难将石蜡乳滴全包住在内了。

在热压过程中，胶滴受到挤压，石蜡乳滴会移向胶滴的边缘，并有一部分石蜡乳滴相互靠近在一起，随着压力的增大，将胶滴挤破，在胶滴内的石蜡乳滴也会被挤破。

此时，周围温度正好使石蜡熔融，则熔融的石蜡因与水溶性胶的表面张力不同，就被胶液挤出到刨花表面而形成一层很薄的蜡膜，起到防水作用。

所以合理的施蜡条件应该是：石蜡乳液浓度为33～60%，石蜡液滴直径为4～14微米；受挤压后所破裂的石蜡液滴直径应为喷出时直径的1/8～1/10；石蜡乳液滴被压碎之时正好在石蜡熔融温度与胶液固化之前这一阶段。

假如在热压中因压力和温度配合不当，胶颗粒在未压破之前就已固化，则石蜡将被包在胶滴中，有时会损失20～30%的石蜡。

这也提示人们，为什么压缩比低的轻质刨花板，或者用厚刨花制成的刨花板，它们的厚度吸水膨胀率总是高的。

胶液没有受到一定的挤压作用，往往得不到应有的防水性能，这也是中纤板不用石蜡乳液，而直接用固体石蜡的原因。

2、木材原料不同，吸水厚度膨胀率有很大差异
用某些材种制板时，需要特别注意一些特定环节。

如杨木，虽然在制板中也加入正常用量的石蜡乳液，但吸水厚度膨胀率往往较高。

这是由于其管孔和导管空隙很大，而且在刨片过程中，易于起毛，割裂和卷曲，使板的空隙及毛细管量增大等原因引起的。

杨木早晚材的材质差异使刨片时刨花厚薄偏差很大，导致板的吸水厚度膨胀率增大，如果加工这类原料，就要留神备料工段的操作，如刀片要锋利、
原料含水率要适当。

如仍难以达到“标准”所规定的吸水厚度膨胀率，只好相应地提高用胶量。

3、提高用胶量
以如上述，提高用胶量，对刨花的回弹产生更大的抑制作用，吸水厚度膨胀值必定相应减小。

这不论对松木或杨木都有显著作用。

另外，有一些研究表明，对刨花板进行高温热处理（1550C～1800C）或无必要的延长热压时间，刨花拌胶后放置时间过长、含水率过低，压机上升速度过慢，热压温度过高等都会促使刨花板的吸水厚度膨胀率增高。

因此，这些都是生产中需要注意的。

板子热压后进行热堆放（800C），不但有利于其内应力的释放，还有利于吸水厚度膨胀性质的改善（平面抗拉强度可能有某种程度的下降）。

所以热压后适当热堆放也是改善刨花板吸水厚度膨胀率的可行办法之一。