李 寧 ,王泓杰 ,胡 拉 ,李道秋 ,孫建平 ,程芳超

（1.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002）

近年來，人們對木質(zhì)材料的需求逐漸多樣化，其中，如何制備經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的新型輕質(zhì)人造板成為人們關(guān)注的領(lǐng)域之一[1]。新型輕質(zhì)人造板的種類也不斷增多[2-3]，常見的新型輕質(zhì)人造板主要有石膏板，纖維增強(qiáng)水泥板等[4]。輕質(zhì)人造板節(jié)省了原材料，成本相對下降，還提高了木材資源利用率[5]，減少了木材的消耗量，緩解了我國木材的供需矛盾。

桉樹是世界上三大速生造林樹種之一，生長迅速，輪伐期短[6-7]。桉樹木材55%～60%用于纖維與紙漿材，20%用于實體木材[8]。廣西桉樹資源豐富，在木質(zhì)原料中占有重要位置。但桉木存在生長應(yīng)力大[9]、易干縮、缺陷較多等缺點(diǎn)[5]，極大地限制了桉樹的附加價值以及高效利用。利用桉木原料制備新型輕質(zhì)板成為高效利用桉木的一種思路。本研究通過用桉木單板條進(jìn)行交錯有序鋪裝成網(wǎng)格狀的芯層，再與桉木單板復(fù)合制備一種質(zhì)量較輕、強(qiáng)度符合要求的新型輕質(zhì)人造板。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)備

本實驗所采用的原料是1mm厚度的桉木單板條，脲醛樹脂由廣西天峨縣細(xì)木工板廠提供。

主要實驗設(shè)備：人造板試驗壓機(jī)，BY102×2/100T型，蘇州康威機(jī)電有限公司產(chǎn)；萬能力學(xué)試驗機(jī)，CMT5504型，深圳市新三思材料檢測公司產(chǎn)。

1.2 制備桉木單板條交錯輕質(zhì)板

將大幅單板利用精密推臺鋸切割成實驗所需要寬度的窄長單板條，本實驗所需要的規(guī)格為1cm、2cm、3cm；將制作好的單板條進(jìn)行手動滾膠處理，施加脲醛樹脂的質(zhì)量為單板條質(zhì)量的15%。將施完膠的單板條先按照實驗要求等間距水平放置一層，然后再垂直于上一層相同間距擺放一層；將鋪裝好的板胚按照熱壓工藝（熱壓溫度125℃，保壓時間15min）進(jìn)行熱壓，并且用3種不同規(guī)格的厚度按照實驗要求對板的厚度進(jìn)行控制；將熱壓完畢后的板材放置一段時間等待檢測（圖1）。本實驗設(shè)計四因素三水平的正交實驗，選擇L9（34）正交試驗表進(jìn)行實驗，如表1所示。

表1 正交試驗的因素水平表

圖1 桉木單板條交錯輕質(zhì)板的制備流程

1.3 輕質(zhì)板檢測方法

參照LY/T1580-2010 《定向刨花板》 和GB/T 17657-2013 《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、彈性模量和靜曲強(qiáng)度等進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗結(jié)果

在本次實驗中，輕質(zhì)板的檢測標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 17657-1999 《人造板及飾面人造板理化性能實驗方法》，對輕質(zhì)板的物理力學(xué)性能進(jìn)行檢測，結(jié)果如表2所示。分析其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，密度隨著板材厚度的增加而減??；隨著單板條的層數(shù)增加而增大；隨著單板條的間隔減小而減小。而彈性模量隨著單板條的寬度增加而增加，在單板條層數(shù)范圍內(nèi)先下降后上升，并隨著板材厚度和單板條間隔的增加而遞減。其中，單板條寬度3cm，單板條層數(shù)15層，板材厚度10mm以及單板條間隔為2cm的板材的彈性模量最大，滿足標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1580-2010《定向刨花板標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

表2 輕質(zhì)板物理力學(xué)性能測試結(jié)果

2.2 各因素對靜曲強(qiáng)度的影響

影響靜曲強(qiáng)度各因素直觀分析及方差分析結(jié)果如表3所示。

表3 影響靜曲強(qiáng)度各因素直觀分析及方差分析結(jié)果

由表3可得，影響輕質(zhì)板靜曲強(qiáng)度的主次因素：板材厚度>單板條層數(shù)>單板條寬度>單板條間隔；極差分析獲得的靜曲強(qiáng)度的最優(yōu)方案是厚度1cm，單板條層數(shù)15，單板條寬度3cm，單板條間隔1cm。方差分析結(jié)果表明，A，B，C，D的F值均大于F0.01（2，18）=6.01，說明各因素對輕質(zhì)板的靜曲強(qiáng)度影響均極其顯著。板材性能符合LY/T 1580-2010 《定向刨花板》 標(biāo)準(zhǔn)中OSB/1型的要求。

2.3 各因素對內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

影響彈性模量各因素直觀分析及方差分析結(jié)果如表4所示。

表4 影響彈性模量各因素直觀分析及方差分析結(jié)果

由表4可得，影響內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的主次因素順序為：單板條寬度>單板條間隔>單板條層數(shù)>板材厚度。方差分析結(jié)果表明，A，B，D的F值都大于F0.01（2，18）=6.01，說明單板條寬度、單板條層數(shù)和單板條間隔對這種輕質(zhì)板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響極其顯著。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)方案達(dá)到了OSB/1型中內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa的要求。

2.4 各因素對吸水厚度膨脹率的影響

吸水厚度膨脹率結(jié)果的直觀分析及方差分析結(jié)果如表5所示。

表5 吸水厚度膨脹率結(jié)果的直觀分析及方差分析結(jié)果

由表5可得，影響吸水厚度膨脹率因素的主次順序為：板厚>單板條寬度>單板條層數(shù)>單板條間隙。方差分析結(jié)果表明，A、C的F值都大于F0.01（2，18）=6.01，說明單板條寬度和單板厚度對輕質(zhì)板的吸水厚度膨脹率的影響顯著。

綜合分析來看，板材的力學(xué)性能中內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率對其使用過程較為重要，因此以兩者為重要標(biāo)準(zhǔn)，可得最優(yōu)的工藝條件為：單板條層數(shù)為9，板厚為12mm，單板條間隔為4cm，單板條寬度為2cm。最優(yōu)條件下制備的板材物理力學(xué)性能符合LY/T 1580-2010《定向刨花板》標(biāo)準(zhǔn)中OSB/1型的要求。

3 結(jié)語

利用不同寬度的單板條垂直排列成網(wǎng)格狀作為芯層，然后在芯層上下兩面覆蓋以桉木薄單板制備而成桉木單板條交錯輕質(zhì)板，研究了單板條寬度，單板條層數(shù)，板材厚度以及單板條之間的間隔對該輕質(zhì)板的性能影響，優(yōu)化得出最佳的方案為：單板條層數(shù)為9，板厚為12mm，單板條間隔為4cm，單板條寬度為2cm。最優(yōu)方案制備的板材物理力學(xué)性能達(dá)到了LY/T 1580-2010《定向刨花板》標(biāo)準(zhǔn)中的OSB/1型要求。