影响细木工板表面波纹度的因素分析

  在人造板国家标准中,细木工板有一项称为表面波纹度的指标,这项指标是胶合板、硬质纤维板、中密度纤维板和刨花板等人造板所没有的。给细木工板指定表面波纹度这样一个特殊指标,是由于它的特殊结构所决定的。一般来说,人造板的基本构成单元越小,其表面波纹度或不平度就愈小。例如,纤维板的构成单元是细长的纤维,刨花板则是经削片和打磨的刨花,而胶合板则是较薄的平面单板,这些结构单元在高温热压中易于达到塑性变形,板面一般情况下平整度较高,波纹度很小。细木工板芯层是由机械锯刨而成的有一定长度、宽度和厚度的木条构成,单元较大,在相同的热压工艺条件下,不易达到永久性的塑性变形。由于芯条的材种、材质、含水率、加工精度、加工尺寸等多种因素的影响,板面常会出现高低不平的波纹。这也许是国内许多生产厂家生产的细木工板至今难以满足高档家具用材的原因之一。作者根据近些年对细木工板的研究与生产实践,就细木工板表面波纹度产生的原因及防止办法提出一些看法,供细木工板研究人员与生产厂家参考。

　　中板的影响中板是介于细木工板芯条与表背板之间的普通单板,其纹理与芯条和表背板的纹理相互垂直。中板的主要作用是提高板材的横向静曲强度,同时对板材的表面波纹度大小也产生重要作用。

　1.1 中板厚度的影响由于表板材料的来源日趋紧张,胶合板和细木工板的表背板已日趋薄型化。目前国内外的表背板厚度一般均在0.7mm到1mm之间,最薄的甚至达到0.5mm。在如此薄的表板与木条拼合起来的芯板之间,中板自然成为一种必要的缓冲层。一般情况下,芯条所拼合的芯板由于含水率不一致、木条硬度大小不同、心边材的收缩率不同、芯条加工的尺寸误差等等诸多因素的影响,压制后的板材表面会出现局部的高低不平。中板作为缓冲层,可以弥补这些不平而使与钢性压板相接触的表面仍趋平整。将压制好的细木工板经热水浸泡,使中板与芯板分层后可以看到,中板的凹下(或凸起)部分正好与芯板的凸起(或凹下)部分相吻合,即可证明这一点。因此重要结构之一,而且也必须具备一定的厚度。如果厚度太薄,则达不到缓冲的目的。厚度过大,不仅没有必要,也失去了细木工板主要以芯条为主要原料的板材特性。根据生产实践,当表背板的厚度为0.7mm至1mm时,中板的厚度应在1.5mm至2.2mm之间。当表背板较厚时,中板可适当减薄,但最好不低于1.5mm。

　1.2　中板加工质量的影响由于表背板较薄,中板加工的质量不高时,其缺陷就易于表现在表面上。首先是中板的粗糙度,如果中板的表面沟槽和裂纹较大,较薄的表背板不能遮盖和缓冲这些缺陷,结果在沟槽与裂纹所在的表面会出现与中板缺陷相一致的沟纹。其次中板的表面不平或称“荷叶边”,这种“荷叶边”由于表面积过大,热压时无处伸展而形成重叠,结果形成叠芯现象,板材表面出现凸起的条纹。再次就是中板加工的厚薄不均或节疤处的材质软硬不一,热压刚刚完成后表面不平还不明显,放置一段时间,由于中板木材的回弹,板面就会出现高低不平。因此,中板的加工应当光滑平整,裂纹不能过大,过大的节疤也应当进行挖补修整,以减少板材的表面不平。

　1.2 中板材种的影响国内大多数细木工板生产厂家的中板目前均未采用整张片,基本上是多片相拼,一般为二拼、三拼、四拼。在这些拼板之间,如果单板的材种不相一致,其干缩率与压缩率也不相同。热压后会出现所拼中板与中板之间高低不平。结果在它们的结合部,板材表面有一条明显的条纹。用直尺在这个部位检测时,可测出条纹两边的板面是高低不平的。因此,中板的材种要保持一致。当然,这是指在某一块细木工板内。

　2 芯条的影响

　对于细木工板而言,芯条是其主要的构板质量的优劣在很大程度上取决于芯条材料的优劣。芯条材料的密度、硬度、干燥特性、压缩性、收缩率、平衡含水率及加工性等等,都直接或间接影响到细木工板的外观质量、尺寸公差和力学性能。对于细木工板的表面波纹度,影响较大的则是芯条的尺寸大小、加工精度、含水率、材种及材质等。

　2.1　芯条尺寸的影响

　根据前面的分析,人造板的表面平整度与构成板材的基本单元的尺寸大小有关。也就是说,在加工精度不变的条件下,芯条的尺寸愈小,则细木工板的表面波纹度将愈小。但是,芯条尺寸愈小,不仅木材的利用率降低,加工的效率也会降低,而且对机械加工的设备要求也高。此外,芯条的尺寸过小,对芯板的拼合也有影响。另一方面,受木材本身易弯曲变形、干缩湿胀等缺点的影响,芯条尺寸越大则越会造成板面的不平。例如,芯条在宽度上的瓦形弯和长度上的弓形弯,均会在细木工板内部造成局部应力,造成板面上的波纹。芯条的宽度愈大、长度愈长、厚度愈薄时,这种情况愈易于发生。因此,在设计芯条的尺寸时,应综合考虑各种因素,包括芯条用材的材质和材种的变形特性。严格来说,制材方式对芯条的变形即有影响,径截板与弦截板的变形与收缩情况不同,对板材表面的平整度也有不同影响。但在生产中是无法将径截板与弦截板分开使用的,只要将芯条的尺寸控制得好,这种影响可减少到不影响板材达到国标质量的程度。对于芯条的具体尺寸,曾有资料报道认为,宽度应取厚度的2.5～3倍。例如12mm厚芯条,其宽度取30～36mm。根据作者的经验,芯条尺寸的大小首先要依据材种。对于南方常作芯条用的马尾松、杨木、荷木、水冬瓜等,芯条宽度可取其厚度的4～6倍。而对杉木、柏木等变形小的木材,甚至可取其厚度的6倍以上。对于水杉、枫香等变形大的木材,其宽度应取厚度的较小倍数,如3～4倍。芯条的长度一般在500mm至1000mm之间,变形大的木材取低值,反之取高值。

　2.2　芯条加工精度的影响

　细木工板的芯板有侧向胶拼和不侧向胶拼之分。对于侧向胶拼成芯板再进行砂光或刨光的工艺来说,芯条加工精度的影响较小。对于芯板不侧向胶拼工艺,芯条的加工精度特别是厚度显然会影响表面的平整度。芯条的厚薄不均在板材表面上会留下高低不平的波纹。在热压刚刚完成,这一点也许还不明显。但当板材放置一段时间后,由于厚薄不均的芯条所受压缩不同而会出现不同程度的回弹,结果就会出现表面的高低不平。因此,芯条的加工必须控制厚度公差。一般情况下,加工的厚度公差应控制在±0.3mm至±0.5mm之间。当芯条材质较软时取高限,反之取低限。

　2.3　芯条含水率的影响

　芯条的含水率一般要求在8%到12%之间,它的影响主要在于芯条与芯条之间的含水率不相一致。当某一张板内的芯条含水率相差较大时,在高温高压下的收缩就会有较大差别。含水率高的芯条收缩大,在板材表面形成局部下凹,造成不平。当局部的芯条含水率高出20%以上时,这种现象一般就会出现。

　2.4　芯条材种的影响

　根据以上分析,芯条的尺寸与芯条所用树种有一定关系。除此之外,细木工板芯条用材的密度、硬度、横截面干缩系数对细木工板表面波纹度均有一定影响。一方面,由于当地条件、树龄、心边材等等多种因素的影响,相同树种甚至同一棵树的各部位的密度、硬度和干缩系数均存在差异,在细木工板内各芯条也会产生不同的压缩率与收缩率,结果造成对细木工板表面波纹的一定影响。但这种影响往往较小甚至难以检测。另一方面,各种木材之间所存在的密度、硬度和干缩性则往往相差很大,如果将相差较大的树种木材制成芯条而且混杂在一起生产细木工板,显然会对板材表面质量产生很大影响。从一项试验结果的分析,细木工板芯条最好采用密度0.4～0.6g/cm3、材质中硬或略软的木材,这类木材作芯条时的细木工板有较低的表面波纹度。

 3 芯板加工与组坯的影响

芯板有侧向胶拼和不胶拼两种形式。侧向胶拼后再经砂光或刨光的芯板制作的细木工板有较高的表面平整度。就目前来说,国内大多数厂家仍采用侧向不胶拼工艺,其优点是芯条在干缩湿胀时产生的应力会消失在板条之间的缝隙中,板材的弯曲变形小。但不侧向拼的芯板由于没有侧拼芯板的再加工,芯条的尺寸公差和组坯时的排布对细木工板表面平整度就有了较大的影响。

3.1 侧向胶拼芯板加工的影响

芯板侧拼是一种好的工艺,它对降低细木工板表面不平极为有利,因为侧拼后的平面再加工保证了芯板的平整。但仍需注意的是,芯板胶拼后必须放置24至48小时以上才能进行表面加工。因为拼板时芯条吸收胶粘剂中的水份会产生局部的膨胀,时间太短,含水率未趋向均匀,如立即进行砂光或刨光,待含水率趋于均匀后,在原膨胀处会出现凹陷,给压制后的细木工板带来波纹。此外,表面加工后的芯板,如表面出现崩裂、裂缝、落节、钝棱等等缺陷,必须进行必要的修补,否则也会引起板面的不平。

3.2 侧向不胶拼时芯条组坯的影响

侧向不胶拼芯条组合成芯板的方法有多种,但关键的是侧向缝隙必须尽可能小。当缝隙较大且中板又较薄时,表面会产生下凹条纹。此外,芯条端面相接部位缝隙亦不能过大,否则会产生同样的情况。

3.3 组坯的情况

表背板、中板、芯条的组坯中应注意的是中板的放置。国内大部分厂家采用多片相拼的中板。与胶合板组坯一样,如果中板的铺放产生所谓的叠芯、离缝现象,就会产生细木工板表面的不平。

4 热压工艺的影响

根据生产经验,冷压工艺生产的细木工板表面平整度一般优于热压工艺生产的细木工板。这是由于高温高压下板材产生的内应力较大的缘故。对于现代化的工业生产,冷压当然不能满足生产要求,因此如何控制好热压工艺,生产表面平整度高的细木工板,就成为细木工板生产中的重要环节之一。

4.1 压力的影响

在人造板生产中,压缩率大不仅会使木材利用率降低,而且会使板材的内应力增大,使板材更易于变形。在过高的压力下,细木工板芯板被过于压缩,在热压后的放置或使用中,芯条因回弹或吸湿膨胀产生体积变形,这种变形由于多种原因会存在大小不同的差异,结果在板材表面形成不平。因此,在保证胶合所需的压力条件下,压缩率应愈小愈好,即采用尽可能小的压力。从结构上说,细木工板是一种厚芯胶合板,层数少而易于压平,不需采用较高压力。根据生产经验,当中板、芯条的加工均合乎要求时,压力在0.4～0.6MPa即可。

4.2 温度的影响

高温下,木材的塑性增加,板材的层间易于压平和压实。温度愈高,木材塑性愈好,压缩率愈大。但同时也出现了应力加大的问题,结果会出现与压力过大造成的相同问题。温度在热压中的主要目的是为了胶层的固化,而细木工板的胶层离热压板较近,易于达到固化所需温度。因此,热压不必采用过高温度,一般在100℃左右即可。

4.3 时间的影响

在热压过程中,温度、压力、时间互相之间是相关的。在相同的温度与压力条件下,时间愈长,板材的压缩率也愈大。过长的时间显然对板面的不平不会有什么好处。实际热压中,时间的控制应根据温度、压力的大小而定。据研究,如果要求高的平整度,细木工板热压应采用低压延时工艺,因这种工艺有利于降低板材的压缩率和内应力。当温度为95℃、压力为0.5MPa时,时间可采用8～10min。

5 结论

当要细木工板有较高的平整度时,建议采用以下一些措施。

(1) 中板的材种应当一致,表面光滑平整无大的裂纹和荷叶边,厚度在1.5～2.2mm之间。当表背板较厚时取低限,反之取高限。

(2) 芯条的宽度与厚度之比为1∶3～6,对变形小的木材取高限,反之取低限。

(3) 芯条的加工精度为±0.3mm～±0.6mm,软材取高限,反之取低限。

(4) 芯条的材种宜采用密度为0.4～0.6g/cm3,材质中硬或略软的木材。芯条的含水率不高于12%。芯板的加工最好采用侧拼后再砂光或刨光的整板工艺。

(5) 细木工板的热压最好采用低温低压延时工艺。当温度为95℃时,压力采用0.5MPa,热压时