以人造板為基材的雙包鑲空心板結構形變因素探析

■龍彩鳳，宋小川，張義偉 Long Caifeng & Song Xiaochuan & Zhang Yiwei

(1.中南林業(yè)科技大學涉外學院，湖南長沙 ；2.中南林業(yè)科技大學家具與藝術設計學院，湖南長沙；3.中南林業(yè)科技大學材料與工程學院，湖南長沙 ）

雙包鑲空心板是指一種在芯層材料兩面用同種復合材料（常用薄型人造板）包覆的空心復合結構板材；可用于高柜旁板或門板、桌面板、室內木質門等大幅面板件。這類雙包鑲板由芯框、芯板（填充材料）、覆面板和表面裝飾層四部分組成。相對于實心板雙包鑲結構空心板有質量輕、節(jié)省材料和結構穩(wěn)定等優(yōu)點，現代板式家具多使用三聚氰胺飾面刨花板，其密度在0.6至0.8之間，家具重量較大，移動不方便，對五金件的要求較高，且五金件連接部位容易損壞，雙包鑲空心板結構能很好地解決這些問題[1]。

雙包鑲空心板結構因使用的材料和內部的結構不同，結構的穩(wěn)定性相差較大，對其使用有很大的影響。目前對雙包鑲空心板結構的研究較多，但這些研究大多是以蜂窩紙為填充料雙包鑲空心板，而對以其它輕質材料為填充料的空心板研究不多，特別是形變影響的具體因素研究很少，也沒有較有說服力的結論[2-3]。

本文通過實驗從三個方面探討了雙包鑲空心板件形變影響因素。一是空心板件結構（填充料的排列方式及尺寸）對形變的影響，二是以空心刨花板、定向刨花板（OSB）板和柵格板三種板材為填充料對形變的影響，三是以楊木、松木和杉木為芯框（龍骨）對空心板件形變的影響[4-5]。

1 內部結構實驗

1.1 實驗材料和設備

實驗材料：空心刨花板；材料尺寸：2040 mm×750mm×28mm ；

■圖1 9種空心刨花板為芯板的排列圖

■圖2 翹曲度及尺寸測量位置示意圖

■圖3 三種芯板結構圖

■圖4 三種材料芯框結構圖

■圖5 步入式冷熱循環(huán)房

■圖6 測量現場

設備：恒溫恒濕試驗箱（TEMI880，艾默生科技）；電熱恒溫鼓風干燥箱（DGG-9203A，上海森信實驗儀器有限公司）；普通鋼尺、塞尺（厚薄規(guī)）等。

1.2 結構形式

根據相關資料及某定制家具企業(yè)的具體情況，共設計了9種木門小樣結構類型，每種結構4個樣品。木門小樣都以單板層積材（ LVL）為龍骨、以空芯刨花板為填充料，覆面材料采用單貼面中纖板。每種小樣其填充料大小及孔洞排列形式有所不同。具體結構如圖1所示，圖中的線條方向為藍色線條是空心板刨花板的方向，黑色線條為芯框。

1.3 實驗方法及測量方法：

實驗方法：采用干濕循環(huán)3周期、室內通風放置3種方式進行對比實驗。每個循環(huán)的相關參數和方法為：溫度36±2℃、濕度99±5%的恒溫恒濕箱中豎立放置16h，測量其翹曲度、尺寸、質量和含水率；然后放置在45℃的電熱恒溫鼓風干燥箱4h，再次測量其翹曲度、尺寸、質量和含水率；共計測量7次。具體測量位置如圖2所示。

測量方法：為了提升測量效率和精度，使用自研的“數顯便攜式木制產品形位公差檢測裝置”進行測量，裝置由2100mm通用鋁合金導軌以及數顯百分表和專用數據采集器構成，數顯百分表與滑動裝置固定連接，并可沿導軌上表面直線滑動。將導軌通過標準墊板放置于工件表面c-c和d-d位置，數顯百分表通過滑動裝置沿導軌上表面直線滑動，然后檢測工件各點間隙值，得到相應的不平度和翹曲度。監(jiān)測數據通過數據采集器導入電腦，由“Excel”表格記錄數據保存（表1）。

表1 實驗數據

1.4 實驗數據與結論

分析與結論：由于加工工藝誤差不一樣，各樣品的翹曲度是不一樣的，采用對翹曲度變化值的比值較為合理。見表2，c-c和d-d位置最大差值與均值比分別為131%<156%<157%<162%<178%<191%<228%<241%<293%，可以知道：結構F、B、E、D門扇隨著環(huán)境的變化其翹曲度穩(wěn)定性較優(yōu)于其他結構。其中E、F板其中間芯板橋洞方向都是中間豎向，兩端橫向的三塊芯板門型。B、C、H、I板為五塊門芯板，翹曲度穩(wěn)定性較優(yōu)占25%，而5塊三塊門芯板樣品中翹曲度穩(wěn)定性較優(yōu)占60%，可得知三塊門芯板比五塊門芯板的平面度變化率更穩(wěn)定。

表2 c-c和d-d位置最大差值與均值比

2 內部材料實驗

2.1 實驗材料和設備

根據前期對雙包鑲空心板填充芯板的研究和目前國內外生產企業(yè)的調查，主要采用空芯刨花板（橋洞板）、OSB板、柵格板和蜂窩板。因為蜂窩板重量太輕，用戶接受度較低；本次實驗只采用前三種。為了更精確地測量翹曲度，樣品和實際使用的門尺寸一樣，每種結構實驗件為4個樣品，按標準門尺寸加工。設備為步入式冷熱循環(huán)房，型號LT-HW-S06。

2.2 結構形式

由于實驗小樣E、F為三塊芯板結構，其翹曲度穩(wěn)定性較優(yōu)，所以采用三種材料的芯板結構另外和某企業(yè)生產線上的結構對比（圖3）。

2.3 實驗方法及測量方法

實驗方法的周期干濕循環(huán)試驗條件為：溫度35±2°、濕度95%±5%狀態(tài)下處理12小時，再在溫度20±2°、濕度35%±5%狀態(tài)下處理12小時為一個循環(huán)周期；共進行十個周期，每個周期檢測一次最大間隙值（翹曲度）。檢測方法及檢測裝置與“1.3”實驗相同。

2.4 實驗數據與結論

分析與結論：因為加工工藝誤差，樣品的初始最大間隙值區(qū)別較大，而工廠大量生產的產品因為工藝成熟最大間隙值最小，通過干濕循環(huán)前后的增加幅度來檢測翹曲度穩(wěn)定性比較合理。四組實驗數據為：34.18%<55.17%<86.44%<101.21%，即B、C、A三種材料相對其他材料的翹曲度穩(wěn)定性較優(yōu)，是較好的芯板用料；柵格板最好、OSB板次之（表3）。

表3 三種材料芯板形變值

3 芯框（龍骨）實驗

3.1 實驗材料和設備

實木龍骨和單板層積材（LVL）龍骨對比后者更優(yōu)，LVL也是目前工廠使用最多的材料。本次實驗龍骨分別是：楊木、松木和杉木，規(guī)格為28mmx50mm，長度按圖開料，芯板使用厚度28mm的空心刨花板；每種結構實驗件為4個樣品，按標準門尺寸加工。設備為步入式冷熱循環(huán)房，型號LTHW-S06。

3.2 結構形式和實驗方法與2.2和2.3相同

3.3 實驗數據與結論

164.46 %、148.41%、143.%三個數據比較接近，分別相差不到10%，說明三種材料的芯框形變量比較接近，對雙包鑲空心板結構影響不大（表4）。

圖4為結構圖，圖5、圖6為實驗情景。

4 結語

通過實驗得出：1、采用人造板為基材的雙包鑲空心板結構其芯板的排列和結構形式是其形變的主要影響因素；較好的結構為采用三塊芯板的結構、上下橫向、中間縱向的排列形式，即芯框形式為圖1中的“F”結構。2、芯板的材料對形變量的影響也比較明顯，柵格板最好。3、單板層積材（LVL）芯框材料的影響最小，在同類型單板層積材（LVL）中可以不考慮他對形變量的影響。