关于中密度纤维板变形的探索

我国是木材消费大国，也是一个木材资源匮乏的国家。现在国家实施xx林保护工程，实行禁伐、限伐措施。这样，我国在未来相当长一段时间内，木材供需存在很大缺口。中密度纤维板以其优异的性能替代木材，用于家具、室内装饰装修、音箱和各种包装等，深受用户喜爱。
虽然中密度纤维板具有许多优点，但由于原材料、生产过程各个阶段、贮运和后续加工等控制不当，可能造成中密度纤维板的翘曲、变形和尺寸稳定性差等缺陷，影响产品的使用。本文将在这几个方面对中密度纤维板的变形原因进行一下探讨，寻找变形原因，以便尽量避免中密度纤维板的变形。
　　1.原材料
　　中密度纤维板是以木质纤维或其他植物纤维为原料，施加脲醛树脂或其他合成树脂，在加热加压条件下，压制而成的一种板材。通常厚度超过1.0mm，密度为450～880kg/m3。中密度纤维板的原材料基本以木材为主。木材经过削片、纤维分离、施胶、干燥、铺装成型、预压、热压、冷却、锯截、堆放和砂光等工序而成为中密度纤维板成品。
　　纤维是中密度纤维板最主要和最重要的组成部分。不同树种的纤维含量是不相同的，特别是阔叶材中不同树种间的纤维含水量相差很大，有的高达80%以上，有的只有16%。纤维表面的吸附水是影响产品尺寸变化和产品变形的主要原因。木材的空隙度很大，中密度纤维板的空隙度也很大占到了53%。1cm3的针叶材有60～80万根纤维，阔叶材有200万根纤维。这些纤维和纤维间隙形成了大量的毛细管和微
毛细管。细胞内的毛细管和微毛细管。细胞内的毛细管和微毛细管不仅是水分转移的渠道，也是水分的贮存机构。毛细管和微毛细管的尺寸大小和数量，以及细胞壁上纹孔的构造，影响着纤维对水的吸着能力。纤维素的无定型区具有吸湿性，吸收空气中的水蒸气，形成结合水，当吸附水达到饱和以后，水就不能与纤维素产生结合力出现游离水。纤维素无定型区占的百分比率越大，结合水越多，吸湿性越大。
木材中半纤维素的吸湿、润胀能力比纤维素强得多，半纤维的含量对木材以及制品的吸湿、润胀能力有明显的影响。树皮内纤维素含量极低，在纤维分离过程中有的被压成碎片，有的被磨成粉末，在板内影响产品的强度和耐水性能，导致产品的吸水率高。
　　树种不同，纤维含量不同，结构不同，树皮的所占的百分比率不同，纤维素无定型区占的百分比率不同，半纤维素的含量不同，各种毛细管尺寸的大小和数量，以及细胞壁上纹孔的构造也都不同；同一棵树中，树干和枝桠的纤维含量、树皮所占的百分比率是不同的。枝桠材纤维含量少，纤维还没有成熟，树皮占的百分比率高。用不同的原材料生产出来的产品，湿胀冷缩，吸水率也明显不同，最终表现出
来的中密度纤维板的变形量也就不同。
　　同时，不同的原料，需采取不同的工艺条件。否则由于纤维的差异在气流中的速度不一样，不可能获得均匀一致的干燥效果。在纤维铺装时，板坯的厚度、密度也很难得到均匀一致和稳定的效果，最终导致中密度纤维板的变形。所以，为了获得良好的产品质量，应尽量使用同一种木材或材性相近的木材为原料。许多生产厂家已经认识到了这一点，一些有实力的厂家开始着手建设自己的工业原料林基地，
培植定向速生丰产林。这样，不仅解决了原材料的需求，也为稳定和提高产品质量，提供了原料保证。
　　中密度纤维板通常使用脲醛树脂作为胶粘剂，脲醛树脂本身具有亲水基团，对水分有亲合力。脲醛树脂在水热条件下容易发生水解，使得树脂的化学键产生断裂。产品在贮运过程中，当周围的温度、湿度发生变化时，空气中的水分进入到产品内部，胶粘剂的亲水基团对水分的吸收和排出所产生的膨胀收缩内应力也会使树脂的化学键产生断裂。水分的亲合与水分对胶粘剂的破坏，将影响产品对水分的吸收
，从而也导致产品因吸水而产生变形。改性的脲醛树脂，生产成本增加不大，能改善产品因吸水而产生变形的情况。在生产脲醛树脂时加入一定比便三聚氰胺进行改性，用经过改性的脲醛树脂生产的中密度纤维板具有良好的防水防潮性能，在外界温度、温度发生变化时不易发生水解，从而大改善了产品的变形情况。在生产普通用途的中密度纤维板时，通常加入石蜡作为防水剂。石蜡是一种憎水物质，可以部分遮盖纤维表面的亲水基团，降低吸附作用；可以部分堵塞纤维之间的间隙，截断水分的传递。而且成本低廉，施加方便。胶粘剂和石蜡防水剂都应根据纤维量的多少通过xx计量均匀地添加到纤维中去，才不至于因胶粘剂或石蜡防水剂的施加不均而造成板的强度不稳定和变形等质量缺陷。
　　2.纤维分离
　　纤维分离是中密度纤维区别于其他板种的最突出特点。纤维质量是产品性能优异的关键所在。为使中密度纤维板具有一定的强度、耐水性能和其他性能，分离出来的纤维必须具有一定的比表面积和交织性能。在一定范围内，纤维的分离程度越高，板材内纤维间的交织就越好，纤维的接触面积就越大，板的强度、耐水性能及密度也随之提高。用筛分值来反映，应该是一个正态分布图，中长纤维应占70%～80%，粗纤维和细小纤维不宜超过30%。干法中密度纤维板绝大多数采用热磨法分离纤维，这种方法分离出来的纤维匀称、大部分纤维比较一致：纤维完整、损伤少、细长比大、柔韧性和交织性好。用这种热磨法分离出来的原料在不同的纤维分离工艺条件下，分离出来的纤维质量有很大的差别，板材的性能也大不一样。所以在生产过程中，应注意控制好各种工艺参数。
　　木片蒸煮的目的是用{zd1}的能耗获得{zy}质的纤维。蒸煮温度应根据不同的原料有所变化，一般在160℃～180℃之间。阔叶材在温度高于160℃时，细胞间层处于熔融状态而失去结合力，此时分离纤维，能耗比较低，纤维形态{zh0}。
　　蒸煮时间不够，则木片软化不足，纤维粗且粉尘多；蒸煮时间过长，纤维被破坏，本身强度降低，细纤维多。
　　经蒸煮后的木片被强制送进高温、高湿、高压和高速运转的磨盘之间。木片在很短的时间内，由磨盘的中心向外径向移动，受到磨片的反复加压搓揉。木片从一个磨齿到另一个磨齿，使木片受到反复受力-松弛的冲击，产生冲击疲劳，导致纤维分离。磨盘间隙大，纤维粗；间隙小，纤维细。磨盘里外的压力差大，木片在磨盘内的时间短，纤维粗；压力差小，木片在磨盘内的时间短，纤维细。另外，磨片的齿形设计、磨片的材质、磨片的磨损以及磨损情况的监视都是影响纤维质量的主要原因。
　　干法中密度纤维生产通常采用"闪电式"管道干燥。在干燥管道中，湿热纤维受到高速干热气流的冲击，使纤维分散呈悬浮状态。纤维的整个表面暴露在不断高速更新的干热气流介质中，大大地强化了干燥过程，使干燥可在瞬间完成，整个干燥过程仅为3～5秒钟。
　　干燥终点纤维含水率对中密度纤维有着十分重要的影响。纤维含水率过低，热压时，板坯内的热量传递效果差，胶粘剂的固化情况不理想，板材的质量差，容易变形。纤维含水率过高，热压时，板坯内累积的水蒸气压，会使内应力增加，容易出现分层、鼓泡和变形等缺陷。干燥终点纤维含水率均匀性也直接影响板材的变形，纤维含水率不均匀，会造成板坯内纤维含水率的差异，在热压时，会导致板坯内
的热传导不均匀，胶粘剂的固化程度不一致，从而造成产品的变形。
　　因此，纤维干燥要求纤维含水率适中，而且均匀、稳定。
　　4.板坯铺装成型
　　板坯铺装成型工序是中密度纤维板生产中十分重要的一个环节，不仅直接影响产品的各项物理力学性能，而且与产品的翘曲、变形、密度及其偏差以及厚度偏差指标密切相关。板坯铺装成型工序的主要工艺要求就是：板坯密度均匀稳定、厚薄一致。为了达到这一工序要求，不同的板坯铺成型系统都设置了纤维贮存仓和纤维计量装置。有的系统在铺装成型前、后都设置了计量装置，以保证纤维的连续、均匀、稳定下料和xx计量。一般要求板坯内纤维分布偏差不超过7%，否则很难保证产品不变形。板坯内纤维分布偏差大，产品的密度偏差必然越大，由产品密度偏差带来的内应力也会增大。产品在压制后和使用过程中，如锯截后，会发生翘曲、变形。不同厚度规格的板材对密度偏差的要求有所不同，高密度地板基材应小于3%，中厚板应小于5%，薄板应不超过7%。当然，板材的密度越小，对控制产品质量越有
好处，特别是对产品的变形而言。有些先进的板坯铺装成型系统可以把铺装精度控制在1.5%以内，这不仅减少了纤维的浪费，也提高了产品的质量，减少了因板坯铺装成型造成的产品变形。
　　5.热压
　　热压是中密度纤维板制造的一道重要工序，对于产品的质量起着决定性的作用。产品的各种物理力学性能指标都是在热压工序得以实现，这一过程是不可逆转的。热压是指在热量和压力联合作用一定时间下，板坯中的水分汽化、蒸分、板坯密度增加、胶粘剂固化，原料中的各种组分发生一系列的物理化学变化，从而使纤维之间形成各种结合力，形成符合质量要求的产品压制过程。
　　热压过程也是产品密度建立的过程，不同形式的热压机以及不同的热压工艺参数生产出来的中密度纤维板的剖面密度曲线是"马鞍型"的曲线，即板材的两个表面密度高，中间偏低，而且较均匀；表层到芯层的密度梯度大。板材的剖面密度曲线对质量的影响很大，在板材平均密度相同的条件下，表层密度大，高密度区域宽，芯层密度小，表芯层的密度梯度大，板材的刚度和静曲强度就高，板材的变形就少。反之，板材的刚度和静曲强度就低，板材变形就大。
　　压机在升压过程的时间长短和压力大小会影响产品剖面密度曲线的形状，一般高压时间长，表层高密度区域宽，压力大，表层密度高。压机上下压板存在温度偏差，会导致板坯上下两面的传热不均，两表层高密度区域的宽度不对称，板材也会产生翘曲、变形。板坯上下两面不同时接触热压板，也会造成板材的翘曲、变形。
　　新型的连续压机还设计有一个冷却区域，即在压机后段建立一个相对独立的热油循环，有意识地降低该循环的温度，使得从压机出来的板材温度与环境温度的差别尽量缩小，以减少板材的变形。
　　6.板后冷却处理
　　中密度纤维板材刚从热压机出来温度比较高，接触空气后，板材表层温度开始下降，但芯层温度则在短时间内，由于内部水分迅速向表层转移和水蒸气的余热而出现上升。就中厚板而言，从热压机出来时，板材芯层的温度为105℃左右，在5～10min内继续上升到115℃左右，之后，逐渐下降。脲醛树脂在高温的情况下，时间长了，容易发生水解。纤维在长时间的高温下，也会造成纤维本身强度下降。如果
板材不经过冷却处理，立即堆放、贮存，势必影响板材的性能，如板材的强度下降和严重翘曲变形。进行板材的冷却处理，一般要求板材温度降低至脲醛树脂发生受热水解的温度以下，应低于60℃。
　　刚从热压机出来的板材，水分在剖面上的分布很不均匀。表层含水率为2%～3%，芯层含水率为6%～7%。需通风冷却处理，利用气流中的水分平衡板材内部的含水率。在翻板冷却轮中，使板材均匀冷却；板材的上下表面同时均匀接触空气，使板材内部的含水率尽量平衡，以减少板材的变形。
　　对薄板而言，需要的冷却时间很短，在翻板冷却轮的时间3～6min就可以使板材温度降低到60℃以下。薄板厚度小，刚性差。在冷却的过程中，板材就基本定型，所以，要求翻板冷却轮的辐条和运输机台平整，以减少或避免板材的翘曲、变形。
　　7.堆放、贮存、运输
　　经过短时间强制通风冷却后的板材，温度大致降到了60℃以下，板材内部的含水率仍然比较低，与空气接触，还会继续吸收空气中的水分，直至达到平衡含水率，与空气中的湿度相平衡。当周围的空气温度、湿度发生变化时，还会与空气存在水分的交换。板材在热压过程中，板材内的脲醛树脂不可能在短时间内xx固化，其固化程度约为80%。特别是低摩尔比的E1级胶粘剂，固化时间更长，热压过程中
，脲醛树脂的固化程度更低。所以，板材在短暂的强制通风冷却后，还应堆放于通风、干燥的室内环境中进行自然调质处理。使板材内的胶粘剂进一步固化，温度继续下降，使其接近室内温度，让板标兵与周围环境的温度、湿度达到平衡，并使吸入板材内部的水分分布趋于均匀。这样，可以增加板材的强度，防止板材变形，提高稳定性。
　　板材在堆放、贮存时，要求地面平整、坚硬，不能有凹陷；应注意保持板材的平直，木方大小均匀一致，没有翘曲、变形。薄板还要求每迭板材上下面放置刚性较强的厚板作为保护板，以保证板材的平直。板垛堆放要求规范整齐，垛与垛之间应有250～300mm的距离空间，使得空气流通顺畅，防止板材因堆放不当而造成翘曲、变形。
另处，板材在堆放冷却、贮存和运输过程中，还应注意防雨、防晒，防止板材变形。
　　8.砂光
　　热压后的板材表面不平整，有预固化层，密度低，影响板材性能和表面质量，并给深加工带来困难。为了得到坚实、平滑的表面，控制产品的厚度公差，需要对板材进行表面砂光处理。但在砂光处理时，应注意两面砂光余量的控制，使得砂光的板材剖面密度曲线上下表面对称。防止板材因上下表面的密度以及表层高密度区域的宽度不一致而导致的翘曲、变形。
　　9.后续加工
　　中密度纤维板作为家具、室内装饰装修、音箱等的原材料，需要进行后续的深加工。后续加工一般有贴面和涂饰等。贴纸时，应注意上下而后胶膜纸匹配，如胶膜的克重、胶种、上胶量及其均匀性等。贴薄木时，需考虑上下在薄木的厚度和纹理方向的一致性。单面贴，不可避免出现变形。还需适当调整贴面热压机上下压板的温度，使得贴面后的板材平直。热压贴面后的板材中的温度和含水率均发生了很
大的变化，需要再次堆放冷却。特别是强化木地板更需要得到充分的养生，以保证板材能适应周围环境的温度、湿度并与之达到平衡。否则，容易造成板材进一步加工时出现翘曲、变形。
　　板材进行涂饰加工时，同样需要注意板材上下表面涂饰量的匹配，防止板材的变形。
　　有了对中密度纤维板产生变形原因的充分认识，在生产的每一个环节予以足够重视，中密度纤维板的变形是可以避免的。
3.纤维干燥
　　干法中密度纤维生产通常采用"闪电式"管道干燥。在干燥管道中，湿热纤维受到高速干热气流的冲击，使纤维分散呈悬浮状态。纤维的整个表面暴露在不断高速更新的干热气流介质中，大大地强化了干燥过程，使干燥可在瞬间完成，整个干燥过程仅为3～5秒钟。
　　干燥终点纤维含水率对中密度纤维有着十分重要的影响。纤维含水率过低，热压时，板坯内的热量传递效果差，胶粘剂的固化情况不理想，板材的质量差，容易变形。纤维含水率过高，热压时，板坯内累积的水蒸气压，会使内应力增加，容易出现分层、鼓泡和变形等缺陷。干燥终点纤维含水率均匀性也直接影响板材的变形，纤维含水率不均匀，会造成板坯内纤维含水率的差异，在热压时，会导致板坯内
的热传导不均匀，胶粘剂的固化程度不一致，从而造成产品的变形。
　　因此，纤维干燥要求纤维含水率适中，而且均匀、稳定。
　　4.板坯铺装成型
　　板坯铺装成型工序是中密度纤维板生产中十分重要的一个环节，不仅直接影响产品的各项物理力学性能，而且与产品的翘曲、变形、密度及其偏差以及厚度偏差指标密切相关。板坯铺装成型工序的主要工艺要求就是：板坯密度均匀稳定、厚薄一致。为了达到这一工序要求，不同的板坯铺成型系统都设置了纤维贮存仓和纤维计量装置。有的系统在铺装成型前、后都设置了计量装置，以保证纤维的连续、均
匀、稳定下料和xx计量。一般要求板坯内纤维分布偏差不超过7%，否则很难保证产品不变形。板坯内纤维分布偏差大，产品的密度偏差必然越大，由产品密度偏差带来的内应力也会增大。产品在压制后和使用过程中，如锯截后，会发生翘曲、变形。不同厚度规格的板材对密度偏差的要求有所不同，高密度地板基材应小于3%，中厚板应小于5%，薄板应不超过7%。当然，板材的密度越小，对控制产品质量越有
好处，特别是对产品的变形而言。有些先进的板坯铺装成型系统可以把铺装精度控制在1.5%以内，这不仅减少了纤维的浪费，也提高了产品的质量，减少了因板坯铺装成型造成的产品变形。
　　5.热压
　　热压是中密度纤维板制造的一道重要工序，对于产品的质量起着决定性的作用。产品的各种物理力学性能指标都是在热压工序得以实现，这一过程是不可逆转的。热压是指在热量和压力联合作用一定时间下，板坯中的水分汽化、蒸分、板坯密度增加、胶粘剂固化，原料中的各种组分发生一系列的物理化学变化，从而使纤维之间形成各种结合力，形成符合质量要求的产品压制过程。
　　热压过程也是产品密度建立的过程，不同形式的热压机以及不同的热压工艺参数生产出来的中密度纤维板的剖面密度曲线是"马鞍型"的曲线，即板材的两个表面密度高，中间偏低，而且较均匀；表层到芯层的密度梯度大。板材的剖面密度曲线对质量的影响很大，在板材平均密度相同的条件下，表层密度大，高密度区域宽，芯层密度小，表芯层的密度梯度大，板材的刚度和静曲强度就高，板材的变形就少。反之，板材的刚度和静曲强度就低，板材变形就大。
　　压机在升压过程的时间长短和压力大小会影响产品剖面密度曲线的形状，一般高压时间长，表层高密度区域宽，压力大，表层密度高。压机上下压板存在温度偏差，会导致板坯上下两面的传热不均，两表层高密度区域的宽度不对称，板材也会产生翘曲、变形。板坯上下两面不同时接触热压板，也会造成板材的翘曲、变形。
　　新型的连续压机还设计有一个冷却区域，即在压机后段建立一个相对独立的热油循环，有意识地降低该循环的温度，使得从压机出来的板材温度与环境温度的差别尽量缩小，以减少板材的变形。
　　6.板后冷却处理
　　中密度纤维板材刚从热压机出来温度比较高，接触空气后，板材表层温度开始下降，但芯层温度则在短时间内，由于内部水分迅速向表层转移和水蒸气的余热而出现上升。就中厚板而言，从热压机出来时，板材芯层的温度为105℃左右，在5～10min内继续上升到115℃左右，之后，逐渐下降。脲醛树脂在高温的情况下，时间长了，容易发生水解。纤维在长时间的高温下，也会造成纤维本身强度下降。如果
板材不经过冷却处理，立即堆放、贮存，势必影响板材的性能，如板材的强度下降和严重翘曲变形。进行板材的冷却处理，一般要求板材温度降低至脲醛树脂发生受热水解的温度以下，应低于60℃。
　　刚从热压机出来的板材，水分在剖面上的分布很不均匀。表层含水率为2%～3%，芯层含水率为6%～7%。需通风冷却处理，利用气流中的水分平衡板材内部的含水率。在翻板冷却轮中，使板材均匀冷却；板材的上下表面同时均匀接触空气，使板材内部的含水率尽量平衡，以减少板材的变形。
　　对薄板而言，需要的冷却时间很短，在翻板冷却轮的时间3～6min就可以使板材温度降低到60℃以下。薄板厚度小，刚性差。在冷却的过程中，板材就基本定型，所以，要求翻板冷却轮的辐条和运输机台平整，以减少或避免板材的翘曲、变形。
　　7.堆放、贮存、运输
　　经过短时间强制通风冷却后的板材，温度大致降到了60℃以下，板材内部的含水率仍然比较低，与空气接触，还会继续吸收空气中的水分，直至达到平衡含水率，与空气中的湿度相平衡。当周围的空气温度、湿度发生变化时，还会与空气存在水分的交换。板材在热压过程中，板材内的脲醛树脂不可能在短时间内xx固化，其固化程度约为80%。特别是低摩尔比的E1级胶粘剂，固化时间更长，热压过程中
，脲醛树脂的固化程度更低。所以，板材在短暂的强制通风冷却后，还应堆放于通风、干燥的室内环境中进行自然调质处理。使板材内的胶粘剂进一步固化，温度继续下降，使其接近室内温度，让板标兵与周围环境的温度、湿度达到平衡，并使吸入板材内部的水分分布趋于均匀。这样，可以增加板材的强度，防止板材变形，提高稳定性。
　　板材在堆放、贮存时，要求地面平整、坚硬，不能有凹陷；应注意保持板材的平直，木方大小均匀一致，没有翘曲、变形。薄板还要求每迭板材上下面放置刚性较强的厚板作为保护板，以保证板材的平直。板垛堆放要求规范整齐，垛与垛之间应有250～300mm的距离空间，使得空气流通顺畅，防止板材因堆放不当而造成翘曲、变形。
另处，板材在堆放冷却、贮存和运输过程中，还应注意防雨、防晒，防止板材变形。
　　8.砂光
　　热压后的板材表面不平整，有预固化层，密度低，影响板材性能和表面质量，并给深加工带来困难。为了得到坚实、平滑的表面，控制产品的厚度公差，需要对板材进行表面砂光处理。但在砂光处理时，应注意两面砂光余量的控制，使得砂光的板材剖面密度曲线上下表面对称。防止板材因上下表面的密度以及表层高密度区域的宽度不一致而导致的翘曲、变形。
　　9.后续加工
　　中密度纤维板作为家具、室内装饰装修、音箱等的原材料，需要进行后续的深加工。后续加工一般有贴面和涂饰等。贴纸时，应注意上下而后胶膜纸匹配，如胶膜的克重、胶种、上胶量及其均匀性等。贴薄木时，需考虑上下在薄木的厚度和纹理方向的一致性。单面贴，不可避免出现变形。还需适当调整贴面热压机上下压板的温度，使得贴面后的板材平直。热压贴面后的板材中的温度和含水率均发生了很
大的变化，需要再次堆放冷却。特别是强化木地板更需要得到充分的养生，以保证板材能适应周围环境的温度、湿度并与之达到平衡。否则，容易造成板材进一步加工时出现翘曲、变形。
　　板材进行涂饰加工时，同样需要注意板材上下表面涂饰量的匹配，防止板材的变形。
　　有了对中密度纤维板产生变形原因的充分认识，在生产的每一个环节予以足够重视，中密度纤维板的变形是可以避免的。