重組裝飾單板PE膜貼面難燃膠合板生產(chǎn)工藝研究

張曉偉，劉元強(qiáng)，葉交友，詹先旭，羅來朋，陸鳴亮，翁耀列，曹建平，徐應(yīng)林

(德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司，浙江 德清 313200)

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)速度的加快，城區(qū)內(nèi)高樓林立，不論公共場所或居家住宅都面臨室內(nèi)裝修防火安全問題[1]。國家制定強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 50222-2017和GB 50354-2018，從設(shè)計(jì)到施工、驗(yàn)收全流程規(guī)范建筑內(nèi)部裝修防火要求。首先，設(shè)計(jì)端明確規(guī)定各裝修部位材料的燃燒性能等級，不燃(A)和難燃(B1)級建筑裝飾材料被強(qiáng)制使用[2]。石材、瓷磚等無機(jī)材料可達(dá)到不燃A級，但人們更喜歡用木質(zhì)材料裝飾室內(nèi)空間，因此，難燃B1級木質(zhì)膠合板被廣泛用于墻面、吊頂?shù)炔煌课坏难b飾基材以及家具制造，難燃級膠合板使用量逐年增長。

難燃膠合板通常使用氮磷硼系復(fù)配阻燃劑，達(dá)到阻燃功能和抑煙效果。氮磷硼系材料是目前較環(huán)保、使用方便、煙毒低，且性價(jià)比高的木材高效阻燃劑，深受木質(zhì)阻燃制品生產(chǎn)、經(jīng)營和用戶的青睞。生產(chǎn)過程中通過單板真空和阻燃劑加壓浸漬，賦予單板一定阻燃劑載藥量，經(jīng)干燥、涂膠、熱壓、砂光、貼面等工序制成難燃膠合板基材和成品。磷氮系阻燃劑有吸濕返鹵現(xiàn)象，在潮濕的梅雨季節(jié)里吸濕后，難燃板含水率升高，阻燃劑順著水分通道(木材導(dǎo)管、紋孔，或細(xì)胞腔空隙)滲析出來，表面發(fā)霉，銹蝕金屬類輕鋼龍骨，影響裝飾產(chǎn)品的使用壽命，若用于吊頂還存在難以預(yù)估的安全隱患。

難燃膠合板的阻燃劑滲析、銹蝕、表面發(fā)霉現(xiàn)象，吸濕是導(dǎo)因。含水率低于14%的難燃膠合板水分均為細(xì)胞壁吸著水，呈現(xiàn)毛細(xì)管凝結(jié)水和氫鍵結(jié)合水分子狀態(tài)[3]，在沒有外來水分的情況下，阻燃劑幾乎為干狀形態(tài)，活性相對穩(wěn)定。為了避免難燃板材不利條件下應(yīng)用的尷尬處境，強(qiáng)化在潮濕環(huán)境下的質(zhì)量保證，本文在難燃膠合板基材氧指數(shù)≥38%基礎(chǔ)上，以熱塑性PE膜為膠黏劑，重組裝飾單板為面板，制作一種可隔絕潮濕空氣中水分、含水率穩(wěn)定、阻燃劑無滲析的難燃人造板。經(jīng)檢測，該產(chǎn)品燃燒性能達(dá)到難燃B1級，高濕環(huán)境下表面無阻燃劑滲析，物理力學(xué)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，甲醛釋放量小于0.05 mg/m3。

1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

(1)難燃膠合板基材：德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司提供，含水率8%～14%，氮磷硼系阻燃劑，1.85 mm×7 mm楊木單板，氧指數(shù)38%～42%，甲醛釋放量0.3 mg/L(干燥器法)，規(guī)格：1 240 mm×2 460 mm×12 mm。

(2)重組裝飾單板：德華兔寶寶科技木公司提供，含水率8.0%～16.0%，意楊材質(zhì)，甲醛釋放量0.4 mg/L(干燥器法)，規(guī)格1 260 mm×2 480 mm×0.3 mm。

(3)熱塑性PE膜：福建清芯木業(yè)有限公司提供，HDPE含量50%，規(guī)格1 250 mm×2 470 mm×0.04 mm。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備和儀器

(1)熱壓機(jī)：原BY214x8/4-10型，蘇州華翔木業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)，后改為7層裝卸板結(jié)構(gòu)。

(2)人造板萬能試驗(yàn)機(jī)：WDW-10D型，濟(jì)南鑫光試驗(yàn)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)。

(3)智能甲醛試驗(yàn)柜：ZQX-1000型，杭州錢江儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

(4)可見光分光光度計(jì)：722s型，上海儀電分析儀器有限公司生產(chǎn)。

(5)電熱水浴鍋：DKS-24型，杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器 廠生產(chǎn)。

(6)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：101A-1型，杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 制備工藝流程

制備工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 工藝方案

基材定厚砂光后，兩面PE膜、重組裝飾單板對稱組坯。組坯結(jié)構(gòu)為：重組裝飾單板+PE膜+難燃膠合板基材+PE膜+重組裝飾單板。由于PE膜無初粘性，為了便于裝機(jī)，基材一面組坯后，用塑料槍釘固定，翻轉(zhuǎn)另一面用相同方法固定。本試驗(yàn)壓機(jī)為后期改造的7層壓機(jī)，裝卸板機(jī)采用推拉式結(jié)構(gòu)，用塑料槍釘固定是為了提高板坯的整體性，避免裝機(jī)時各層錯位，出現(xiàn)次品。大批量生產(chǎn)時，為了提高工序效率，可探討小車推送結(jié)構(gòu)的單層壓機(jī)生產(chǎn)方式。本試驗(yàn)主要工藝過程如下。

(1)基材定厚砂光：使用多砂架砂光機(jī)定厚砂光，最后一道砂帶為120～180目。砂光后厚度公差±0.2 mm，板坯表面平整，無波浪紋，無污染，無漏砂現(xiàn)象。

(2)單板組坯：按上述工藝方案要求組坯，塑料槍釘釘在基材四周10 mm內(nèi)，便于裁切，不影響成品外觀和內(nèi)在質(zhì)量。PE膜和單板尺寸相吻合，單板盡量罩住PE膜，若局部外露，可折疊在單板下面用槍釘固定，否則熱壓時出現(xiàn)粘板現(xiàn)象。

(3)裝機(jī)：將組坯好的板坯人工放入裝板機(jī)架上，待熱壓條件成熟后快速推進(jìn)壓機(jī)。

(4)熱壓：基材和單板表面光潔，高壓選擇0.6 MPa，低壓0.2 MPa，熱壓時間為高壓90 s，低壓150 s，溫度135±2 ℃。本PE膜低密度含量占50%，120 ℃后融化且粘接性能良好。

(5)養(yǎng)生：熱壓后板坯堆垛存放，冷卻至室溫后進(jìn)入下一道工序。

(6)砂光：根據(jù)應(yīng)用要求決定是否進(jìn)行面砂。若阻燃產(chǎn)品用于裝飾基材，一般不進(jìn)行表面砂光，用于粘結(jié)或裝飾面可砂光。砂光帶目數(shù)180～240目為宜。

(7)裁邊：成品規(guī)格：1 220 mm×2 440 mm。裁切后四角方正、平直、光潔，無明顯鋸痕、焦邊、毛邊等缺陷。

2.3 性能測試

(1)物理力學(xué)性能測試：含水率、浸漬剝離試驗(yàn)、膠合強(qiáng)度、表面膠合強(qiáng)度按GB/T 18101-2013規(guī)定進(jìn)行。

(2)甲醛釋放量測試：按GB 18580-2017中氣候箱法檢測。低于0.05 mg/m3，符合GB/T 35601-2017綠色產(chǎn)品評價(jià)(人造板和木質(zhì)地板)標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

(3)燃燒性能測試：按GB/T 18101-2013難燃膠合板標(biāo)準(zhǔn)檢測和判定。

2.4 吸濕性測試

(1)測試材料制備：制取普通膠合板、普通難燃膠合板、本試驗(yàn)PE膜難燃膠合板試樣各3塊，規(guī)格均為150 mm×150 mm×12 mm。面底板來源于同一批材料，厚度、規(guī)格相同。普通膠合板所用芯板和本試驗(yàn)一致，無阻燃劑處理，使用MUF膠黏劑粘結(jié)。普通難燃膠合板基材、表板和本試驗(yàn)相同，貼面時使用MUF膠黏劑。

(2)測試方案：將上述試樣放入環(huán)境溫度23±3 ℃的40 L干燥器內(nèi)。干燥器底部加去離子水，保持相對濕度95%以上。普通難燃膠合板(含水率12.8%，表面正常)內(nèi)磷氮系阻燃劑在高濕環(huán)境下易于吸濕、發(fā)霉，作為對照組，普通膠合板(含水率10.6%，表面正常)內(nèi)無阻燃劑，吸濕性一般，作為空白組。60天后觀察3組試樣表面水痕、是否發(fā)霉、阻燃劑滲析以及整體吸濕(含水率變化)情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試樣理化性能測試結(jié)果見表1，試樣燃燒性能測試結(jié)果見表2，試樣吸濕性測試結(jié)果見表3。

表1 楊木重組裝飾單板PE膜貼面難燃膠合板理化性能指標(biāo)

表2 楊木重組裝飾單板PE膜貼面難燃膠合板燃燒性能指標(biāo)

表3 試樣、空白組、對照組吸濕性對比測試結(jié)果

(1)PE膜為熱塑性樹脂，作為膠黏劑和木質(zhì)材料復(fù)合可制作木塑膠合板。木質(zhì)單板表面呈多孔形態(tài)，樹脂熔融后滲透至表層縫隙內(nèi)，增強(qiáng)膜與單板的膠合性能。影響膠合強(qiáng)度的主要因素為塑料成分構(gòu)成、熱壓溫度，而熱壓時間對膠合強(qiáng)度的影響不顯著[5-7]。本試驗(yàn)選用50%低密度聚乙烯樹脂，內(nèi)含偶聯(lián)劑，可與木材形成新的化學(xué)鍵，提高木材與塑料之間的界面膠合強(qiáng)度。

(2)本試驗(yàn)所用難燃膠合板基材的氧指數(shù)>38%，經(jīng)檢測其燃燒性能優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8624規(guī)定的B1-C級。使用PE膜和表板復(fù)合時，鑒于單板和膜厚度尺寸小，對燃燒性能影響不大，加上基材本身富余阻燃能力，膠合后整體燃燒性能仍然達(dá)到B1-C(s1，d0，t1)要求，滿足建筑裝飾材料室內(nèi)防火設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求。

(3)使用PE膜與基材和表板膠合，主要是為了解決難燃膠合板在高濕環(huán)境下的吸濕問題，阻止阻燃劑滲析和板面發(fā)霉現(xiàn)象。PE膜熔融冷卻后具備隔絕水分的能力，經(jīng)過40 L干燥器試驗(yàn)測試，空白組和對照組都有嚴(yán)重的吸濕(含水率/水痕)和發(fā)霉現(xiàn)象，對照組試樣阻燃劑滲析嚴(yán)重。試驗(yàn)樣品無阻燃劑滲析和發(fā)霉現(xiàn)象，僅表板水痕突出，含水率為13.7%，用刀片剔除表板薄層后，基材無水分滲透現(xiàn)象，含水率小于12%。說明干燥器內(nèi)的高濕環(huán)境僅導(dǎo)致試驗(yàn)板表層吸水，PE膜阻止了阻燃劑滲析和基材水分的吸收。若所處環(huán)境變化，表層水分會快速蒸發(fā)，還原和基材一致的含水率性能。試驗(yàn)板表層有水痕而未發(fā)霉，可能與低密度聚乙烯的植物激素性能有關(guān)。乙烯分子為植物抑制劑，能促進(jìn)植物成熟、器官脫落和衰老。其機(jī)理推測為乙烯干擾植物或RNA和蛋白質(zhì)的合成，使細(xì)菌和霉菌無法于其表面生存。

4 結(jié)束語

本試驗(yàn)方案制取了重組裝飾單板和PE膜貼面難燃膠合板，熱塑性乙烯樹脂膜起到了膠黏劑和隔絕高濕環(huán)境下水分作用的。在基材含水率<14%、面板厚度0.2 mm、PE膜0.04 mm、熱壓溫度135 ℃、0.6～0.2 MPa兩段熱壓時間240 s條件下，試樣物理力學(xué)性能、燃燒性能符合GB/T 18101-2013標(biāo)準(zhǔn)要求，甲醛釋放量小于0.05 mg/m3，常溫高濕環(huán)境下60天無阻燃劑滲析。

該批試驗(yàn)樣板組坯時，使用塑料槍釘雙面(翻板)固定，工序繁瑣，勞動強(qiáng)度大。下一步探討小車推送結(jié)構(gòu)的單層壓機(jī)生產(chǎn)方式，采用雙面組坯和熱壓，無需多層固定流程，減少板坯裝機(jī)時出現(xiàn)的各種缺陷，適應(yīng)高效批量產(chǎn)業(yè)化模式。