實(shí)木拼板與集成材翹曲和開裂的主要原因及解決方法
從實(shí)木拼板和集成材的生產(chǎn)來(lái)看，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都比以前更加注重產(chǎn)品的質(zhì)量，隨著拼板工藝的不斷改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了較大的提高。但是，由于各個(gè)企業(yè)生產(chǎn)方式不同，工藝水平不同，實(shí)木拼板或集成材作為實(shí)木制品生產(chǎn)的主要原料，在生產(chǎn)和制成品中暴露出一些問(wèn)題，突出的是如果生產(chǎn)工藝條件控制不好，很容易出現(xiàn)翹曲，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)開裂，即使在生產(chǎn)中不出現(xiàn)上述問(wèn)題，但在用戶的使用過(guò)程中也常了出現(xiàn)翹曲或開裂。如何解決這一問(wèn)題是企業(yè)技術(shù)人員和管理者普遍關(guān)心的。根據(jù)多年的研究和生產(chǎn)實(shí)踐，本文就實(shí)木拼板和集成材生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行探討。
1 實(shí)木拼板和集成材生產(chǎn)工藝
現(xiàn)在實(shí)木拼板和集成材的生產(chǎn)根據(jù)使用設(shè)備的不同，其生產(chǎn)工藝也不盡一致，一般生產(chǎn)工藝為：
1.1實(shí)木拼板生產(chǎn)工藝
干燥鋸材→選料/工作臺(tái)→橫截/橫截鋸→雙面刨光/雙面刨→縱剖/多片鋸（單片鋸）→配板/工作臺(tái)→涂膠/涂膠機(jī)→拼板/拼板機(jī)→含水率平衡/干燥窯→砂光/刨砂機(jī)→檢驗(yàn)/工作臺(tái)→實(shí)木拼板
1.2集成材生產(chǎn)
干燥鋸材→選料/工作臺(tái)→橫截/橫截鋸→雙面刨光/雙面刨→縱剖/多片鋸（單片鋸）→截?cái)啵ㄌ奕毕荩?截鋸→銑齒/鐵齒機(jī)→涂膠/涂膠機(jī)→接長(zhǎng)/接長(zhǎng)機(jī)→四面刨光/四面刨床→（指接材）→指接生產(chǎn)線/自動(dòng)指接機(jī)配板/工作臺(tái)→涂膠/涂膠機(jī)→拼板/拼板機(jī)→含水率平衡/干燥窯→砂光/刨砂機(jī)→檢驗(yàn)/工作臺(tái)→集成材
2 木材干燥后陳放，嚴(yán)格控制含水率
用于生產(chǎn)實(shí)木拼板或集成材的木材，必須嚴(yán)格控制干燥基準(zhǔn)，確保整個(gè)材堆的木材含水率均勻一致，這是確保實(shí)木拼板或集成材不出現(xiàn)翹曲和開裂的首要因素。
2.1木材干燥后的陳放
用于實(shí)木拼板或集成材的木材干燥必須嚴(yán)格控制其最終含水率，同時(shí)確保使整窯的木材含水率偏差控制到最小的范圍，即嚴(yán)格控制木材干燥后期的含水率平衡階段的干燥基準(zhǔn)。木材經(jīng)過(guò)干燥出窯后，必須放置在干料棚內(nèi)進(jìn)行陳放。陳放的主要目的：一是進(jìn)一步平衡木材內(nèi)的含水率。木材在干燥過(guò)程中，材堆的上下部、內(nèi)外部，以及每一塊木材的內(nèi)外含水率均不同，適當(dāng)時(shí)間的陳放，可以使木材的含水率趨于一致。二是可以使木材內(nèi)的應(yīng)力得到釋放。由于木材在干燥過(guò)程中，水分的變化導(dǎo)致木材各方向的尺寸和體積的變化，使木材產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，木材保持一定時(shí)間的陳放，可以有效地降低內(nèi)應(yīng)力。木材干燥后用于實(shí)木制品特別是家具生產(chǎn)時(shí)，陳放時(shí)間應(yīng)不少于1個(gè)月。
2.2嚴(yán)格控制實(shí)木窄板和指接材的含水率
實(shí)木窄板或集成材拼板前，必須嚴(yán)格控制其最終含水率，一般家具用實(shí)木的含水率要求在8-12%，但是具體的含水率還要根據(jù)產(chǎn)品使用地所對(duì)應(yīng)的平衡含水率而定。實(shí)木窄板或指接材拼接時(shí)，相鄰的拼板窄條，木材含水率偏差必須控制在2%以內(nèi)；如果可能，控制在1%以內(nèi)更好?？刂破窗迥静牡暮?，主要是在木材干燥后期進(jìn)行正確的含水率平衡處理，否是就必須在拼板前進(jìn)行強(qiáng)制含水率平衡，確保木材的含水率趨于一致。
3 實(shí)木拼板和集成材的拼接工藝條件
3.1嚴(yán)格控制實(shí)木窄板和指接材規(guī)格
實(shí)木窄板和指接材可以采用不同的拼接結(jié)構(gòu)形式，拼合成所需寬度的板材。但是目前在生產(chǎn)中主要還是以平拼的形式較多。實(shí)木窄板或指接材的寬度一般應(yīng)控制在60mm以內(nèi)，但這還要取決于實(shí)木拼板或集成材的厚度，如果實(shí)木拼板或集成材的厚度小于20mm，其寬度還應(yīng)減小；當(dāng)厚度大于30mm時(shí)，其寬度可以適當(dāng)加大。拼接時(shí)相鄰窄板條的弦、徑向紋理要進(jìn)行適當(dāng)?shù)卮钆?，避免出現(xiàn)過(guò)多的弦向板條。
3.2用于拼接的原料加工
實(shí)木窄板或指接材應(yīng)采用刨床或精密修邊鋸進(jìn)行表面加工，使膠接表面的粗糙度不大于Rmax=200-300μm。涂膠量取決于膠合面的表面光潔度，一般涂膠量應(yīng)控制在150-180g/m2。表面粗糙度過(guò)大，涂膠量就會(huì)增加，而過(guò)量的膠料會(huì)大大降低膠合強(qiáng)度，這主要是由于膠粘劑在膠合時(shí)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，形成內(nèi)應(yīng)力，這個(gè)內(nèi)應(yīng)力恰好與膠合時(shí)的膠合國(guó)相反。
3.3合理的拼接膠合壓力
實(shí)木窄板或指接材膠合成實(shí)木拼板或集成材時(shí)，主要是采用周期式和連續(xù)式的拼板機(jī)進(jìn)行加壓膠合。一般膠合壓力取決于木材樹種的軟硬度，通常膠合方向的加壓壓國(guó)為0.7-0.8MPa。為防止膠拼件膠合時(shí)出現(xiàn)翹起或隆起，常常在膠拼件的正面（膠合方向的側(cè)面）施加一定的壓力，其壓力一般為0.1-0.2MPa。拼接后板內(nèi)的殘留應(yīng)力需要進(jìn)行釋放才能進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工，陳放時(shí)間根據(jù)實(shí)木拼板或集成材的規(guī)格而定，通常自然陳放時(shí)間不少于7晝夜。
4 實(shí)木拼板或集成材生產(chǎn)原料和成品的強(qiáng)制含水率平衡
強(qiáng)制含水率平衡裨是快速平衡木材含水率和降低內(nèi)部應(yīng)力。強(qiáng)制含水率平衡處理，通常是在加工成實(shí)木拼板和集成材時(shí)進(jìn)行。如果木材干燥得不好，就必須在制成成品前的原料中進(jìn)行，但是采用哪一種方法，應(yīng)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況而定。
4.1實(shí)木窄板或小料方材的強(qiáng)制含水率平衡
如果木材在干燥的后期處理不好，即含水率平衡階段的基準(zhǔn)條件控制不好，木材還必須在干燥窯內(nèi)對(duì)實(shí)木窄板和指接的小料方材進(jìn)行強(qiáng)制含水率平衡，也稱為二次干燥處理，此時(shí)窯內(nèi)的干球溫度應(yīng)控制在50-60℃，干、濕球溫度差與窯內(nèi)的平衡含水率相對(duì)應(yīng)（表1、表2），窯內(nèi)的平衡含水率的成對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣可以大大縮短木材干燥后期的陳放時(shí)間，在一定的程度上減少成品的翹曲和開裂。但是這也存在一些問(wèn)題，一是對(duì)木材的強(qiáng)制含水率處理后，雖然可以使整個(gè)木材的含水率偏差控制到最低范圍（理想狀態(tài)下可以使整堆木材的含水率偏差控制在1%左右），然而由于強(qiáng)制處理后，需要陳放一定的時(shí)間才能進(jìn)行后續(xù)加工，大量陳放的木材還會(huì)受到環(huán)境濕度的影響，使木材的含水率發(fā)生變化，降低拼接后的成品量；二是多了一道生產(chǎn)工序，增加了成本，同時(shí)生產(chǎn)中對(duì)木材干燥的后期處理更加不重視，使含水率偏差加大，有時(shí)即使經(jīng)過(guò)強(qiáng)制含水率平衡處理也無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的木材最終含水率。
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表1 干球溫度為50℃，窯內(nèi)
干、濕球溫度差與含水率的關(guān)系 |
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表2 干球溫度為60℃，窯內(nèi)
干、濕球溫度差與含水率的關(guān)系 |
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干、濕球溫度差
(℃) |
窯內(nèi)平衡含水率
(%) |
干、濕球溫度差
(℃) |
窯內(nèi)平衡含水率
(%) |
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5
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12.7
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5
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12.5
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6
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11.7
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6
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11.4
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7
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11.5
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7
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10.6
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8
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9.8
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8
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9.8
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9
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9.2
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9
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9.2
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10
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8.6
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10
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8.7
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11
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8.0
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11
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8.1
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4.2實(shí)木拼板或集成材的強(qiáng)制含水率平衡
制成的實(shí)木拼板或集成材進(jìn)行強(qiáng)制的含水率平衡處理，在工藝的控制上要求更嚴(yán)。用于實(shí)木拼板或集成材的強(qiáng)制含水率平衡應(yīng)按著木材干燥的要求進(jìn)行堆垛，多個(gè)材堆一起進(jìn)行含水率平衡時(shí)，每個(gè)材堆的間跟不應(yīng)少于100mm，各 個(gè)材堆要求方整，并做到“三平直”和“一面壓”，即材堆的上面和兩個(gè)側(cè)面平直，壓條對(duì)直并在材堆的上面加壓。實(shí)木拼板或集成材的強(qiáng)制含水率平衡的工藝條件如下：窯內(nèi)干球溫度應(yīng)控制在50℃左右，溫度不宜過(guò)高，否則容易開裂。濕球溫度應(yīng)根據(jù)木材的最終含水率而定，此時(shí)窯內(nèi)的工藝條件可以參考表1。在整個(gè)強(qiáng)制含水率平衡階段，根據(jù)干、濕球溫度差的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)貒娬?，保持干、濕球溫度差，同時(shí)開動(dòng)風(fēng)格并每小時(shí)根據(jù)木材的厚度而定。對(duì)于30mm厚的硬闊葉材，處理時(shí)間一般為72小時(shí)。如處理東北榆木，木材厚度為25mm時(shí)，干球溫度和濕球溫度分別為50-52℃和45-47℃，處理時(shí)間72小時(shí)，最終木材的含水率為12%，經(jīng)過(guò)強(qiáng)制含水率平衡后，實(shí)木拼板或集成材的含水率均勻一致。達(dá)到處理時(shí)間后，打開排濕孔，開動(dòng)風(fēng)機(jī)，開始降溫，降溫速度不宜過(guò)快，一般降溫速度為每小時(shí)3-6℃，以防止木材開裂。當(dāng)降低到室內(nèi)溫度時(shí)，即可出窯，陳放24小時(shí)后再進(jìn)一步加工。此階段的強(qiáng)制含水率平衡處理可以有效地防止實(shí)木拼板和集成材的翹曲與開裂，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)在拼板前工藝條件控制失誤引起的質(zhì)量問(wèn)題，避免流入下一道生產(chǎn)工序。
總之，實(shí)木拼板或集成材翹曲和開裂的原因很多，除上述外還涉及到膠粘劑的選擇等，但是主要原因還是拼接時(shí)的木材含水率，因此嚴(yán)格控制木材含水率，并采取有效的工藝措施，是完全可以避免實(shí)木拼板、集成材的翹曲和開裂。