鋪裝方式對空心刨花板基材室內木門變形的影響研究

■張義偉，孫德彬，宋小川 Zhang Yiwei & Sun Debin & Song Xiaochuan

(1.中南林業科技大學材料科學與工程學院，湖南長沙 410004；2.中南林業科技大學家具與藝術設計學院，湖南長沙 410004）

為了提高木質門的隔音效果、降低生產成本，目前多采用空心刨花板作為復合木門的芯板[1]。由于木材吸水后會使木材產生翹曲和變形[2]，因此，木門安裝后，室內環境溫濕度不斷發生變化，芯層刨花板易出現尺寸不穩定現象[3-4]，進而導致整體木門發生翹曲與變形[5]，嚴重影響產品質量。

針對復合木門變形問題，眾多學者對此展開了研究：如Aydn[6]等以山毛櫸為原料制備LVL來改善復合門的結構；付海燕[7]等設計了“豎-橫-豎”組坯的LVL構件來提高木門的抗變形性能；劉曉健[8]等通過在龍骨材料上開應力槽去除木材的內應力以防止木材翹曲變形；蔣軍[9]等以小徑級原竹為增強材料對原竹增強刨花板進行覆面改性；吳東君[10]在木門骨架的四周內側設置方變形金屬網狀骨架；葉益平[11]在芯板的前側面及后側面上安裝緩沖條；趙玨[12]通過在復合木質材料中添加抗熱變形的無機熱傳導劑使木門在高溫下不易發生熱脹變形；張占奎[13]等設計了一種木門骨架防變形處理設備以密封和烘干扇的方法來提高木門的穩定性；Aline[14-15]等則認為木門變形的主要影響因素是原材料，特別是刨花板組件。

目前的一些研究成果在一定程度上解決了刨花板芯木門部分變形的問題，但存在工藝復雜、成本偏高等不足。本文基于現有的研究成果，以最常用的空心刨花板為基材，通過分析變形機制、采用合理的結構設計，綜合改進芯板的鋪裝形式擬提高木門的抗變形性能，從而提升木門的質量，進一步推進住宅建設高質量發展[16]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

空心刨花板（2040 mm×750 mm×28 mm）、龍骨（2440 mm×770 mm×50 mm），均由歐派家居集團廣州公司提供；素板和單飾面板，源于歐派家具廠生產某種樣式門所用的面板；封邊條，源于巨迪家具廠；環保白乳膠，源于江西雪嶺木業有限公司。

1.2 試驗儀器

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）等。

■圖1 木門的不同結構圖

■圖2 芯板數量對木門抗變形的影響(A、C、D)

■圖3 芯板數量對木門抗變形的影響(A、B、E)

■圖4 不同鋪裝方向（3片芯板））對木門變形的影響

■圖5 不同鋪裝方向（5片芯板）對木門變形的影響

1.3 試驗方法

（1）試件制備

為了降低試驗成本，采用4:1的小樣木門，除厚度外其他尺寸均縮小4倍，即長×寬×厚=500mm×200mm×40mm。不同鋪裝形式木門的結構如圖1所示，（圖中雙箭頭線表示空心方向）。其中，A的芯板直接以整張空心刨花板為芯板鋪裝；B、C的芯板是將空心刨花板分為五塊鋪裝，芯板鋪裝位置相同但空心方向不同（芯板相鄰板件的空心方向互相垂直）；D、E的芯板是將空心刨花板分為3塊鋪裝，尺寸相同，但芯板相同位置的空心方向不同（相鄰板件的鋪裝方向互相垂直）；F、G的芯板與木門D、E相同，但是中間芯板的兩邊設有龍骨（楊木LVL構件）；木門H、I的芯板與B、C相同，但是中間芯板的兩邊設有龍骨。

（2）試驗方法

因環境因素是影響木門變形的重要因素之一，不同溫濕度環境的差異對木門變形的影響也有所不同[5]。基于前期研究，本研究試驗設定兩組不同溫濕環境來測試木門變形情況。

（1）環境一，將上述9種結構的試件在溫度36±2 ℃、濕度95±5%的恒溫恒濕箱中豎立放置16 h，然后放置在45 ℃的電熱恒溫鼓風干燥箱4 h，經過兩個循環測試，每種環境下測量一次變形量和含水率，總共可獲得5次測試數據。

（2）環境二，先將試件鋪裝后在自然環境下陳放10天，然后在溫度35±2 ℃、濕度95±5%的恒溫恒濕箱中豎立放置16 h，再放置在45 ℃的電熱恒溫鼓風干燥箱4 h，經過三個循環測試，每種環境下測量一次變形量和含水率，總共得到7次測試數據。

（3）檢測方法

根據木門平面度檢測方法[17]，采用塞尺測量整體扭曲平面度，用變形量表示，精確到0.01mm；長、寬、厚、對角線長度尺寸以及含水率作為輔助分析指標。

2 結果與討論

2.1 芯板數量的影響

將門芯料為1片、3片和5片作為填充料的3種木門（A、C、D）進行對比分析，試驗結果如圖2所示（1，2，3…表示檢測序號）；改變C、D門芯料的鋪裝方向（分別對應B、E），同樣將門芯料為1片、3片和5片作為填充料的3種木門（A、B、E）進行對比分析，試驗結果如圖3所示，從圖2和圖3中可知：在兩種不同環境下，A的變化幅度較大，B、E結構變形范圍控制在0.15mm以內，相比芯料為1片的A結構降低50%；C、D在第一種環境下變化幅度均很小，說明穩定性較好；C、D在第二種環境下初始變形量較大，但是變化幅度較小。這是由于人造板的基本構成單元越小，材性就越趨于均一穩定，可減少導致變形的應力產生[18]，基本構成單元越大，板件吸濕后應力釋放方向比較集中而不利于木門的抗變形性能。而室內復合木門主要是由空心刨花板拼合成的芯料構成，芯料是其基本構成單元。當門芯料為1片時（基本單元為1），不利于門的尺寸穩定性；當門芯料為3片或者5片時，可減少木門的變形。

2.2 芯板鋪裝方向的影響

根據空心刨花板的鋪裝方向不同（兩種木門所鋪裝的芯板的相同位置空心方向相互垂直），將空心刨花板裁切成三塊的D、E結構木門進行對比分析，結果如圖4所示，在兩組不同環境下，木門D的變形量和變化幅度均比E的大，但初始變形量差別不大。同樣，將空心刨花板裁切成5塊的B、C結構木門進行對比分析，試驗結果和變形量范圍如圖5所示，木門C相比木門B變形量變化范圍大，穩定性也較差，但初始變形量基本相同。

發現當空心方向縱向鋪裝的數量小于橫向鋪裝的數量時其抗變形性能較好，這是因為木材本身存在應力釋放現象[19]，所以當空心刨花板受溫濕環境影響時會順空心方向產生彎曲變形現象，從而減少縱向鋪裝有利于木門的抗變形性能，而這種相鄰間空心方向互相垂直的鋪裝方式可抵消一部分板件因應力釋放產生的變形[20]。對于木門A結構的空心刨花板空心方向一致，吸濕變形時由于產生應力釋放方向比較集中統一，不利于木門的抗變形性能[21]。

2.3 龍骨鋪設的影響

為了分析芯板間鋪設龍骨對木門抗變形性能的影響，將空心刨花板間鋪設龍骨與未鋪設龍骨的進行對比分析，通過試驗發現：對于3片芯板，相比E結構，芯板間加了龍骨的F結構在兩種環境下變形范圍控制在0.15mm以內，初始變形量接近E結構（相差控制在0.10mm以內）；相比D結構，芯板間加了龍骨的G結構在兩種環境下變形范圍控制在0.30mm以內，與D結構接近。對于5片芯板，相比B結構，芯板間加了龍骨的I結構在兩種環境下變形范圍控制在0.10mm以內，初始變形量接近B結構（相差控制在0.10mm以內）；相比C結構，芯板間加了龍骨的H結構在兩種環境下變形范圍控制在0.25mm以內，與C結構接近。

在相同芯料鋪裝方向情況下，鋪設龍骨與未鋪設龍骨的木門相比，無論是變形量還是變化范圍均無明顯差異，這是因為木門所用到龍骨的材料相比空心刨花板所用料面積少，對復合木門變形影響較小，影響復合木門變形的主要因素取決于空心刨花板[22-23]。

3 結語

以空芯刨花板為基材的室內木門為對象，通過模擬不同溫濕度環境、考察與分析芯板鋪裝方式對木門穩定性的影響，結論如下：

室內復合木門產生變形現象的主要原因是板材的內應力不均所致，而產生內應力的一個比較大的影響因素來自空心刨花板的內應力。

（1）一整片空心刨花板作為木門填充料時，由于板件吸濕后應力釋放方向比較集中而不利于木門的抗變形性能。

（2）將3片或5片空心刨花板作為木門芯板填充料，并且空心方向縱向鋪裝的數量小于橫向鋪裝的數量時能有效分散應力釋放產生不平衡現象，對復合木門變形影響較小。

（3）影響復合木門變形的主要因素取決于空心刨花板，而對于龍骨鋪設影響并無明顯差異。