全 文 ：第 v{卷 第 v期
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林 业 科 学
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刨花板厚度方向变形研究 µ q
刨花板厚度方向变形模型的建立及释因
顾继友 高振华 王逢瑚 程瑞香
k东北林业大学材料科学与工程学院 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 本文基于我们以往所做的众多的实验事实 o从刨花板厚度方向的结构出发 o全面考虑影响刨花板厚
度膨胀率的因素 o经过论证和筛选 o建立了刨花板厚度膨胀率的方程模型 }ΤΣkτl € Φkτl n φk ΜqΧoτl n ςkτl o
即刨花板的厚度膨胀率主要取决于人造板内木材的粘弹变形恢复 !人造板内木材的吸湿膨胀和胶接点破坏
引起的变形 ~当刨花板的含水率存在较大变化时 o需再加上机械吸附蠕变项 Αk ΜqΧo τl ∀
关键词 } 刨花板 o厚度方向变形 o方程模型 o内应力
收稿日期 }t|||2tt2us ∀
ΣΤΥ∆ΙΕΣ ΟΝ ΤΗΙΧΚΝΕΣΣ ∆ΕΦΟΡ ΜΑΤΙΟΝ ΟΦ ΩΟΟ∆ ΧΟΜΠΟΣΙΤΕ µ q
ΤΗΕ ΦΟΥΝ∆ΑΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΧΟΜΜΕΝΤΙΝΓ ΟΦ ∆ΕΦΟΡ ΜΑΤΙΟΝ ΙΝ
ΤΗΕ ΤΗΙΧΚΝΕΣΣ ΟΦ ΠΑΡΤΙΧΛΕΒΟΑΡ∆
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k Ματεριαλσ Σχιενχε ανδ Ενγινεερινγ Χολλεγε o Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ} …¤¶¨§²± °¤±¼ ©¤¦·¶²© ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¶o·«¬¶³¤³¨µ§¨ °²±¶·µ¤·¨§¤±§©¬¯·¨µ¨§¤¯¯©¤¦·²µ¶¤©©¨¦·¨§·«¨ ·«¬¦®±¨ ¶¶
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Κεψ ωορδσ} • ²²§¦²°³²¶¬·¨o⁄¨©²µ°¤·¬²±¬±·«¬¦®±¨ ¶¶o∞´ ∏¤·¬²± °²§¨¯oŒ±·¨µ±¤¯ ¶·µ¨¶¶
木材作为一种特有的天然生物材料 o以其独有的优异特性为人们所青睐 o估计到 usss ∗ usts年我
国木材最低需求量约为 u ≅ ts{ °vk陈绪和 ot|||l ∀但是随着人们环保意识的提高 o各国都制定了各种
保护森林的法规法律 o我国也实施了/天然林资源保护0工程 ∀在这种保护与需求的矛盾下 o人造板工业
将进一步发展和繁荣 o尤其是碎料板方面 ∀刨花板作为一种用途广泛的人造板 o在我国一直是具有发展
前景的产品 o年产量仅次于胶合板k顾继友等 ot|||l ∀但是 o刨花板在厚度方向上的尺寸稳定性较差 o鉴
于实际应用 o在各种人造木基质复合材料中 o人们对刨花板的厚度膨胀率要求最严格 o因此制造在一定
要求范围内的厚度膨胀率的刨花板 o成为生产和科研的一个难点 o这也是众多刨花板生产者和研究者希
望解决的问题 ∀
为了进一步深入地研究刨花板厚度方向的变形规律 o有必要建立刨花板厚度方向变形的方程模型 o
以便于人们在研究和生产上 o更直观地描述刨花板的厚度变形 o同时也为本课题的进一步深入研究奠定
基础 ∀
t 刨花板厚度方向变形的模型
对于木质基复合材料的厚度膨胀率 o从结构上讲 o以胶合板和普通刨花板最具代表性 o它们在厚度
方向的结构用图 t表示 ∀
胶合板模型的实质是在厚度方向上 o/单板 ) 胶层 ) 单板0重复叠加的层状结构 ∀相邻的单板其纹
图 t 胶合板与刨花板在厚度方向的结构图
ƒ¬ªqt ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©³¯¼º²²§¤±§³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§¬±·«¬¦®±¨ ¶¶
k¤l胶合板厚度方向结构图 ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©³¯¼º²²§¬±·«¬¦®±¨ ¶¶~k¥l刨花板厚度方向结构图 ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©³¤µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§¬±·«¬¦®±¨ ¶¶q

理方向互相垂直 o且单板的层数为奇数 ∀在胶合板结构形成时 o胶粘剂为使将相邻的两单板牢牢的胶接
在一起 o往往在单板表面涂上一层连续的胶层 o由于单板表面的缺陷k如裂隙l和木材的本身特性k管胞 !
导管等l o使胶粘剂渗入单板内 ∀加上为实现胶接 o在较高的温度 !压力和时间作用下 o木材和胶粘剂相
互间发生扩散 o形成一个过渡层 o这一过渡层的物理化学和其它性质与纯木材和胶粘剂都有所不同 ∀但
是在/木材 ) 过渡层 ) 胶层 ) 过渡层 ) 木材0重复结构中 o每层都将对板的吸水厚度膨胀率有所贡献 o即
板的厚度膨胀率为各层自身厚度膨胀率之和 ∀
在图 t k¥l 中 o只是为形象地表述刨花板厚度方向的结构 o并不代表实际刨花的宽度 !长度 !厚度和
形状 ∀将刨花看作长方体 o/ ∞刨花0是指刨花的长度k纤维方向l和厚度面向纸面的刨花 ~/ • 刨花0是指
刨花的宽度和厚度面向纸面的刨花 ~/ °刨花0是指刨花长度和厚度方向面向纸面的刨花 ∀另外 o刨花板
的结构组成 o不是只由/ ∞刨花0 !/ • 刨花0和/ °刨花0组成 o在一个厚度切面上 o刨花的排列取向是随机
的 o即各个方向都可为刨花的排列取向 o模型只以/ ∞刨花0 !/ • 刨花0和/ °刨花0表示 o它并不影响对模
型的解释 ∀
刨花板厚度方向是一类似立体砖墙结构 o刨花相当于砖 o胶粘剂和其它的填料如同于填充于砖与砖
缝隙间的黏土 o但以点状分布 o在相邻较近的两刨花间形成胶接点 o且要求此两相邻刨花距离很小 ∀由
此可见 o刨花板结构是由部分层状结构和部分交织结构所组成 ∀一般制造刨花板的理想刨花形态是 }片
状刨花约占 xx h ∗ yx h o杆状刨花约占 ux h ∗ vs h o颗粒和细末约占 x h ∗ tx h ∀片状刨花主要形成层
状结构 ~杆状刨花主要形成交织结构 o有少数以/ ∞刨花0存在 ~颗粒或细末刨花起填充作用 o其较大部分
是以/ ∞刨花0存在 ∀由于刨花板不是片状刨花和杆状刨花分开分别成板 o而是基本上均匀分布共同成
板 o无法明显地区分层状结构和交织结构 o而是二者相互作用共同形成刨花板 ∀在胶接点处的微小区
域 o各组成就可看成小胶合板结构 ~在无胶接点区域 o虽厚度膨胀主要是木材 o但由于刨花间存在交织作
用 o使得无胶区和胶接点微区形成一个整体 o相互间约束变形 o最终达到共同变化 ∀
刨花板存在的变形其本质上归结于两个原因 }即内应力的存在和本身是不稳定体系k或说是介稳体
系l ∀前者是膨胀和变形的动力 o后者是条件 ∀应力会自发地使刨花板体系向着对应条件下的稳定体系
转化 o使内应力以膨胀功耗能量和非膨胀功耗能量的方式消耗和释放k顾继友等 oussul ∀对于高分子体
系在外加载荷作用下会不同程度地发生弹性变形 !粘弹变形和粘性变形 o人造板是一个复杂的多组分的
高分子体系 o对人造板其内应力本质上是人造板在热压过程中板所锁定的外载荷 o具有与外加载荷一样
作用性质 ~当刨花板含水率变化较大时 o存在明显的吸湿膨胀或解吸收缩 o同时引起内应力的进一步变
化而产生胶接点破坏等 ∀
通常人们用吸水厚度膨胀率来衡量刨花板的尺寸稳定性 o综上考虑 o将刨花板任意时刻吸水厚度膨
胀率模型用方程表示为 }
Τ Σ kτl € Φ kτl n φ k ΜqΧo τl n Γ kτl n γ k ΜqΧo τl n ϑ kτl n ϕk ΜqΧo τl n ς kτl ktl
式中 oΤΣ kτl是刨花板在任意时刻 τ时的厚度膨胀率 ~Φkτl用于描述木材的粘弹变形 ~φ k ΜqΧoτl用
tyt 第 v期 顾继友等 }刨花板厚度方向变形研究 µ q刨花板厚度方向变形模型的建立及释因
于描述木材的吸湿膨胀 o当含水率低于纤维饱和点 kƒ q≥ q° ql 时 o它与时间和含水率相关 o当含水率高
于 ƒ q≥ q° q时 o与含水率和时间都无关 ~Γ kτl 用于描述胶层的粘弹变形 ~γ k ΜqΧo τl 用于描述胶层的
吸湿膨胀 ~ϑ kτl 用于描述/木材 ) 胶粘剂0过渡层的粘弹变形 ~ϕk ΜqΧo τl 用于描述/木材 p胶粘剂0
过渡层的吸湿膨胀 o当含水率低于其 ƒ q≥ q° q时 o它与时间和含水率相关 o当含水率高于 ƒ q≥ q° q时 o与含
水率和时间都无关 ~ς kτl 用于描述胶接界面处在应力作用下破坏所产生的变形 ∀
u 对模型的释因
211 Φ (τ) 函数
它用于描述/木材0的粘弹变形与时间相关 o此时的木材各有关特性区别于素材 o因为在热压过程
中 o素材在热 !湿 !压和时间的作用下其成份的物理化学特性发生了变化 o主要是木素和半纤维素等发生
了玻璃化转变 o使之重新分布等 ∀
图 u 凯尔文力学模型
ƒ¬ªqu  ¦¨«¤±¬¦¤¯ Ž¨ √¯¬± ¥²§¼

对于材料的粘弹变形可用凯尔文模型及对应方程
表示如下 }
υkτl € tΠΓ≈Θ¨τΠΓ # Πkτl # §τ  # p¨ τΠΣ kul
式中 oυkτl为 τ时间内的粘弹变形 ~κ为体系的弹性系
数 ~Γ为体系的阻尼系数 ~Σ € ΓΠκ为体系的松弛时间系
数 ∀
若载荷 Πιkτl为常数 °s o且加载荷 °s 之前 oυ ksl € s o
则kzl式可化为 }
υkτl € °sκ # kt p
p¨ τΠΣl kvl
因此 o由方程kul和kvl可见 o在相同的测量时间 τs 内 o影响粘弹变形 υ kτsl 大小的本质因子是 κ !
Γ !Σ和 Πιkτl 因子 ∀ κ是虎克弹性体的弹性系数 o它用于表征弹性体抵抗变形的能力 ~Γ是牛顿阻尼器
的阻尼系数 o是用以表征阻尼器阻碍变形恢复的能力 ~Σ € ΓΠκ是体系的松弛时间系数 o它是描述体系
内应力的松弛能力 ∀对于刨花板木材的 κ !Γ和 Σo是影响刨花板中木材粘弹变形的内因 o由制备板原料
和工艺条件决定 o因此所有的热压工艺和热压参数都可能对其产生影响 o况且人们对它的影响规律了解
得还不是很清晰 ∀但是在热压中木材经热压 o在热 !湿和力的作用下发生一系列复杂的物理化学变化 o
对其必有一定的影响 ∀
内应力 Πιkτl 则是影响刨花板中木材粘弹变形的外因 o对于已制成的板 o其粘弹变形主要取决于
它 o它的大小直接影响板的尺寸稳定性 ∀
刨花板内应力的产生 o其一是热压时锁定的外应力 o其大小可用压缩率定性地描述 o压缩率越大 o则
锁定的内应力就越大 o但由于热压前后木材 !胶粘剂及/木材 p胶粘剂0中复杂的物理化学反应 o使得锁
定的内应力与压缩率之间失去正比性 ∀其二是刨花板内部的各向异性或环境变化时所产生的内应力 ∀
首先 o含水率在人造板内的分布并非均匀 o而是显现出一定的分布梯度 ∀热压中板胚的受热首先从
表层开始 o逐渐向芯层传热直到热透 o同时伴随着物理化学作用 o这样表层和芯层在受热时间和受热温
度上存在一定的差异 o由热作用差异和微区物理化学性质k结构 !构造和胶粘剂分布情况等l差异将产生
水分重新分布差异 ∀一般来讲 o刨花板含水率表层略低于芯层 ∀实验表明 otu °°的异氰酸酯落叶松刨
花板 o在 us ε ? s1u ε o湿度 ys h ∗ yx h的环境中放置 vx§后 o测量其表层 t °°和芯层居中 u °°处的含
水率分别为 y1zw h和 z1yt h ∀由于含水率在厚度上的梯度分布 o其本身就可能会存在一个新的内应
力 ∀当人造板吸湿或解吸时 o因存在着含水率梯度和微区差异使得水分变化不同 o则变形量不同 o其产
生的内作用力也不同 o即又有一个新的内应力产生 ∀
另外 o较大的含水率变化会改变/木材 ) 木材0和/木材 ) 胶粘剂0之间分子间距和作用模量 o使得体
uyt 林 业 科 学 v{卷
图 v 木材蠕变的化学键模型图
ƒ¬ªqv ≤«¨ °¬¦¤¯ ¥²±§¬±ª °²§¨¯©²µº²²§¦µ¨ ³¨
k¤l绝干状态 ≤²±§¬·¬²± ²©¤¥¶²¯∏·¨ §µ¼~k¥l一定含水率状态 ≤²±§¬·¬²± ²© °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±··²¶²°¨ ¬¨·¨±·q
π水分子 • ¤·¨µ°²¯ ¦¨∏¯¨ ο木材 • ²²§ 键强度 …²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«}≈∆α   ≈∆β  模量 ²§∏¯∏¶}Κα  Κβ 变形 ⁄¨©²µ°¤·¬²±}υϖo⠁ υϖoα

系即使在相同的应力作用也会产生不同的变形 o见图 x和图 y o其原因如图 v所示 ∀密度的分布差异 o直
接造成差异点上的受力情况差异 o使得他们在热压时的物理化学变化产生差异 o它主要是变形差异 ∀热
压中可认为外载荷是恒定 o则由kvl式 o受力大的点其 °s 就大 o在相同条件下其变形量也就不同 o因而产
生内应力的差异 ∀
环境变化主要是温度和含水率的变化 o当温度变化时 o材料的力学参数会随之改变 o产生了新的内
应力分布 ~当含水率变化时 o造成木材的解吸或吸湿 o由此产生体积膨胀或收缩应力 ∀
总而言之 o影响人造板内应力的因素很多 o他们对内应力的影响最终都影响人造板的尺寸稳定性 ∀
因此对于刨花板 o当产生内应力 o且该内应力可得以释放时 o粘弹变形就不可避免要产生 ∀
212 φ ( Μ . Χ , τ) 函数
φ k ΜqΧo τl 函数在板的/纤维饱和点0内k区别于素材真正的纤维饱和点l o当含水率发生变化时 o
比如增大时 o它使得体系产生一个膨胀量 o而由于胶接点的束缚作用 o以及它不能以相同的膨胀量同时
膨胀 o其结果使吸湿膨胀不能立即完全地膨胀 ∀不能自由膨胀部分将产生一个新的内应力作用于胶接
点上 o因而改变原体系的内作用力 Πιkτl o进而改变了进一步的粘弹变形规律 ∀如果它产生的内应力大
于胶接点的容许破坏应力 o还将造成胶接点破坏 o进一步产生新的变形和应力分布 ∀当含水率降低时 o
具有同样的作用 ∀由于木材的各向异性 o虽然各微元上所产生的吸湿膨胀量不同 o但是宏观上体系的厚
度膨胀率是体系内各微元的共同作用结果 ∀这样经含水率变化产生的最终吸湿膨胀记为 φ k ΜqΧoτl ∀
图 w 相邻纤维素表面在解吸和吸湿过程中的氢键变化
ƒ¬ªqw ‹¼§µ²ª¨± ¥²±§¦«¤±ª¨¶¬± ±¨ ¤µ©¬¥¨µ¶§∏µ¬±ª¤¥¶²µ³·¬²± ¤±§§¨¶²µ³·¬²±

人造板的吸湿膨胀不同于木材的吸湿膨胀 ∀一方面人造板吸湿产生的膨胀不能象木材一样立即自
由释放 o而是受到胶接点的影响和束缚 ∀在最表层的刨花 o它的吸湿膨胀最接近木材的吸湿膨胀 o而越
接近芯层 o这种影响和束缚越大 o因而产生较大的应力 o影响 Πιkτl o直接由吸湿产生的膨胀就相对较
小 ∀另一方面人造板中的木材经过热压后 o在相同的环境中 o其平衡含水率有所降低 o因为由胶接和木
材流变等的物理化学变化 o使得木材内的亲水活性点数目减少 o相互间作用及性质改变 ∀例如白松刨花
板k王逢瑚 ot||zl在相对湿度 k• q‹l 为 |{ h时 o其平衡含水率为 uu h o而木材则接近纤维饱和点 o达到
vyt 第 v期 顾继友等 }刨花板厚度方向变形研究 µ q刨花板厚度方向变形模型的建立及释因
图 x 刨花板在不同在含水率作用下的蠕变行为
ƒ¬ªqx ׫¨ ¦µ¨ ³¨ ¥¨«¤√¬²µ¶²©º²²§°²²µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§¤©©¨¦·¨§¥¼ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·
p π p π p 湿处理 • ·¨³µ²¦¨¶¶~p ο p ο p 干处理 ⁄µ¼ ³µ²¦¨¶¶q

u| h ~当相对湿度为 {s h时 o刨花板的平衡含水率为 ts1x h o而木材则达到 tw1x h ∀
图 y 刨花板在不同含水率作用下的松弛
ƒ¬ªqy ׫¨ µ¨ ¤¯¬¤·¬²± ¥¨«¤√¬²µ¶²©³²µ·¬¦¯¨ ¥²¤µ§¤©©¨¦·¨§¥¼ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·
p π p π p 湿处理 • ·¨³µ²¦¨¶¶~p ο p ο p 干处理 ⁄µ¼ ³µ²¦¨¶¶

对于 φ k ΜqΧo τl 函数 o在存在动态含水率变化时 o还存在一个附加项 o它表述了动态含水率变化
对木质材料变形的影响 o又称之为机械吸附蠕变项 o所谓的机械吸附现象是受载荷作用的木材在含水率
变化时表现出普通蠕变或松弛特性所没有的现象 o是动态含水率变化下的蠕变和松弛 o如图 x和图 y
k²½¶¨©ot|{ul所示 ∀它用于描述木质材料在动态含水率中特有蠕变和松弛 o这种现象产生的关键是 }受
载荷作用的木材在对应环境中存在吸湿或解吸 o由此产生额外的/木材 ) 木材0 !/木材 ) 水分 ) 木材0之
间的弱键的断裂和生成 ∀在断裂和生成中 o增加了木材与木材之间的滑移或降低维持木材相同变形所
需的外力 ∀木材在含水率较高时k低于纤维饱和点l o纤维素之间的结合水与木材以氢键结合形成分子
水层k李坚 ot||wl o当解吸时 o将按图 w的过程进行 ∀如果木材发生吸附时 o其过程基本是按图 w的逆过
程完成 o但存在一个吸湿滞后问题 ∀
为了能快速地获得刨花板尺寸稳定性的有关信息 o人们往往通过刨花板的吸水厚度膨胀率来反映 ∀
wyt 林 业 科 学 v{卷
图 z 普通蠕变与机械吸附蠕变过程示意图
ƒ¬ªqz ׫¨ ³µ²¦¨¶¶²©¦²°°²± ¦µ¨ ³¨¤±§ °¨ ¦«¤±²2¤¶²³·¬²±¦µ¨ ³¨
k¤l普通蠕变过程示意图 ׫¨ ³µ²¦¨¶¶²©¦²°°²± ¦µ¨ ³¨~k¥l机械吸附蠕变过程示意图 ׫¨ ³µ²¦¨¶¶²© °¨ ¦«¤±²2¤¶²³·¬²±¦µ¨ ³¨

在利用 us ε 的水浸泡刨花板试件的初期 o板的含水率变化很大 o普通刨花板的气干含水率为 x h ∗
tt h o水浸泡后的含水率可达 tss h ∗ tzs h o在此过程中 o存在内应力和较大的含水率变化 o满足机械吸
附蠕变的外部条件 ∀对此可理解为 }ktl在水的作用下人造板不仅释放部分热压时/锁定0的外载荷 o而
且由于含水率的变化k此时 o水分不可能在整个刨花板内均匀的分布和转移l及木材的吸湿膨胀产生的
新内应力 o共同作用在板的内部 o如同外载荷的作用一般 o使板内部的各化学键都不同程度的受力作用 o
先产生一个类似弹性回复 o如图 zk¥l的 … ) u o随时间的延长 o又会产生粘弹变形 o在粘弹变形中 o水分的
进一步进入 o解开/木材 p木材0之间的弱键作用 o如图 zk¥l的 …p v !… p w ! … p x和 … p y o而形成/木材
p水 p木材0或/木材 p水0或游离的木材键点等几类新的键型 o如图 zk¥l的 …p z ~在/木材 p木材0弱键
断开的瞬间 o内作用力仍存在且可视之为不变 o由此而产生较大的分子间的滑移及进一步促进弱键的断
裂 o如图 zk¥l的 / …p v到 …p w0和/ …p x到 …p y0 ~kul如图 x o水分的进入 o加大了木材分子间的距离 o
使木材间的键作用减弱及在内应力衰减或消失时 o变形回复量减少 o如图 zk¥l的/ … p y到 … p z0 ∀ktl
和kul的共同作用 o使之产生了较纯粘弹变形更大的变形 o这一大出的额外变形就是机械吸附蠕变 o将之
记作 Αk ΜqΧo τl o它产生的关键就是受载木材存在含水率变化 ∀
213 Γ (τ) 和 γ ( Μ . Χ , τ) 函数
一般固体树脂胶粘剂占板绝干重的 v h ∗ tv h左右 o体积比较小 o加之刨花的表面积较大 o胶粘剂
在刨花板内的分布只能是以极小胶接点的形式分布 ∀胶接点的大小与单位表面积上的胶量和施胶均匀
程度相关 o对于绝干密度为 yss ®ª#°pv的木材 o当施胶量为 tu h时 o按筛分值计算其刨花单位表面积上
的胶量在 s1{ ≅ tsp w ∗ v ≅ tsp w ®ª#°pu ~再者 o刨花是多孔性材料 o不免导致部分胶粘剂渗入到木材的孔
隙内 o这将使单位刨花表面上实际所得的胶量更少 ~此外 o均匀分布的胶粘剂经热压固化后 o呈体型结
构 o在热压压力作用下 o其厚度很小 o与刨花的厚度相比 o可忽略 ∀因此 o由胶层引起的吸湿膨胀和粘弹
变形与板的厚度及木材的吸湿膨胀和粘弹变形相比很小 o将之忽略 ~若胶接点产生的粘弹变形较大或达
到不可忽略时k如可能的话l o此时必造成了胶接点的破坏 o则将由此产生的影响归结到 ςkτl 函数中
去 ∀
xyt 第 v期 顾继友等 }刨花板厚度方向变形研究 µ q刨花板厚度方向变形模型的建立及释因
214 ϑ (τ)和 ϕ( Μ . Χ , τ)函数
在刨花板中 o因为胶接点对厚度膨胀率的影响与木材相比可忽略 o因此用于描述胶接点与木材作用
产生的/木材 p胶粘剂过渡层0对刨花板厚度膨胀率的函数 ϑ kτl 和 ϕk ΜqΧo τl o同理予以忽略 ∀
215 ς(τ)函数
ςkτl 函数值的大小取决于破坏界面的大小 o在忽略木材的缺陷时 o界面的破坏大小主要取决于作
用在其上的内应力 Πkτl 的大小 ∀对于刨花板无论是用异氰酸酯树脂胶粘剂 !酚醛树脂胶粘剂 !三聚氰
胺 p尿素共缩合树脂胶粘剂 o还是用脲醛树脂胶粘剂 o它都无法形成连续的胶层 o而是以胶接点的形式
实现胶接 ∀胶接点和交织刨花一起作用 o构成刨花板强度的来源 ∀交织刨花加强胶接点对刨花的/束
缚0作用 o尤其是/ ∞刨花0 o因为木材的纤维方向的强度和尺寸稳定性最好 o如它与胶粘剂共同作用 o对
板的强度和尺寸稳定性都有很大的贡献 ∀
由于人造板的内应力的分布并不均匀 o在应力大的微区 o其胶接点就有可能产生破坏 o而释放内应
力 o由于受周围胶接点的束缚 o它不能完全自由地释放 o而是部分释放 ∀同时对周围的胶接点产生新的
应力 o如新的应力仍大于周围胶接点的容许破坏应力 o这种情况将会一直进行下去 o同时释放的应力以
做功的方式进行 o即产生厚度膨胀 ∀其最大的膨胀量就是该微区上应力所锁定的弹性变形 ∀但是由于
微区周边的胶接点束缚 o这些变形不能完全恢复 o未恢复部分以新的内应力作用于周边的胶接点上 ∀这
样破坏后的微区就成为一个危险区 o因为其上无胶接点作用 o当环境再改变时 o产生的/新应力0作用于
周边的胶接点上 o使得危险区进一步扩大 o由此产生较大的变形和强度损失 ∀这样 o将最终胶接点破坏
所引起的变形恢复记作 ςkτl ∀要避免胶接点破坏的产生 o就应使胶接点不均匀分布 o应力大的地方多
些 o应力小的地方少些 o这在实际中是无法实现 ∀唯一的办法就是尽量减少热压时的内应力 ∀
另外 o胶粘剂的特性对 ςkτl 的影响很大 o这主要取决于胶粘剂与木材的胶接界面强度影响和胶粘
剂本身的内聚强度影响 ∀象异氰酸酯树脂胶粘剂 o因为它与木材之间形成强有力的化学键胶接 o与那些
只有弱化学键及氢键作用的人造板相比 o胶接界面处在应力作用下产生的破坏较小 ∀胶粘剂的内聚强
度越高 o它抵抗外应力作用的能力越强 o胶接点破坏也就相对少些 ∀对于用脲醛树脂 !酚醛树脂和异氰
酸酯树脂胶粘剂在相同的热压条件下制造密度为 yss ®ª#°pv的杨木刨花板 o其干内结合强度和湿内结
合强度表明 o胶粘剂的胶接作用 }异氰酸酯树脂胶粘剂优于酚醛树脂胶粘剂 o酚醛树脂胶粘剂远优于脲
醛树脂胶粘剂 ∀
v 结论
综上所述 o刨花板在任意时刻的厚度膨胀率模型的方程可简化为 }
ΤΣ kτl € Φ kτl n φ k ΜqΧo τl n ς kτl kwl
加上存在较大含水率变化时产生的机械吸附蠕变 }Αk ΜqΧo τl o刨花板的吸水厚度膨胀率模型的
方程可写作 }
ΤΣ kτl € Φ kτl n φ k ΜqΧo τl n ς kτl n Αk ΜqΧo τl kxl
kxl式表明 o刨花板的总的吸水厚度膨胀率主要取决于人造板内木材的粘弹变形恢复 !人造板内木
材的吸湿膨胀 !胶接点破坏引起的变形和较大含水率变化时的机械吸附蠕变 ∀
参 考 文 献
陈绪和 q木材工业和可持续发展 q林产工业 ot||| ouyktl }y ∗ { otv
顾继友等 q用异氰酸酯压制刨花板的工艺研究 q木材工业 ot||| otvkxl }z ∗ ts ouv
顾继友等 q刨花板厚度方向变形研究 Œq人造板应力释放之化学热力学研究初步 q林业科学 oussu ov{kul
李 坚 q木材科学 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 ot||w }tyu ∗ tyy
王逢瑚 q木质材料流变学 o哈尔滨 }东北林业大学出版社 ot||z }xz ∗ x{
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