实木复合地板的发展与应用

实木复合地板的发展与应用

来自地板装饰材料的最佳适应性，因为地板装饰材料的良好适应性，而拥有更多消费者。形成了几种规格和品种，从生产、销售到服务，形成了一定规模的工业体系。近年来,随着我国建筑行业的快速发展,地板需求量呈直线上升趋势,我国地板年产量也在以5%～20%的速度快速增长。表1是中国林产工业协会地板专业委员会公布的我国近几年主要地板产品产量的统计数据。从表中可以看出,我国地板总产量一直保持增长趋势,同时产业结构发生了很大变化:强化地板在各种类地板中仍占主导地位,但增幅略有放缓;实木地板因原料短缺,产量呈下降趋势;实木复合地板在各类地板中产量增长最强劲,2007年增幅达25%;我国竹地板发展更是异军突起,在不到10年的发展时间里从无到有,在我国地板行业中已占有一席之地。随着我国人们生活水平的提高,对居住环境要求越来越高,实木复合地板需求会继续增长。1实木复合地板用木材实木复合地板主要包括三层复合、多层复合2种。三层实木复合地板由表、芯、背板3层木材纵横交错组坯而成。一般表板为3～4mm厚的珍贵木材,芯板为7～12mm厚的针叶软质速生木材,背板为2mm左右厚的旋切单板。多层实木复合地板表层采用的是0.6～2.2mm的优质珍贵木材,基材为杂木类胶合板,除普通用途外,也适用于地面辐射供暖环境。随着实木复合地板在我国地板行业中的比重不断加大,降低生产成本,改善产品性能,提高产品竞争力成为研究的主要方向,主要集中在地板用原料、加工工艺及产品性能等方面。因为实木复合地板大量出口欧洲、美国等国家,所以对板材的环保性能也较为关注。1.1采用实木复合地板的工艺近年来,随着珍贵树种的日益紧缺,三层实木复合地板表板厚度呈降低趋势。在欧洲,表板厚度正在由开始的4mm向3mm过渡;在美国,表板厚度一般在1～3mm,使用最多的是2mm。但表板的厚度不能低于0.6mm,否则不能满足用户耐久性等方面的使用要求。此外许多研究采用普通树种代替珍贵木材,以降低产品成本。程瑞香等研究了利用密实化杨木制造地板的方法。马世春等直接采用装饰单板贴面胶合板与杉木组合制造实木复合地板,研究认为该工艺中原料利用率高,可降低材料成本30%左右。竹木复合地板是以竹代木生产的复合地板,生产工艺与木地板类似,可归到实木复合地板一类。为了减小板材色差,改善竹材耐腐性能,生产过程中需对竹材进行漂白或炭化处理。处理后的地板色泽明快亮丽或浓重高雅,可以满足不同消费者的喜好。目前竹地板的原材料利用率仅为20%～25%,而以竹材为面板的竹木复合地板可使竹材和速生木材资源得到高效充分利用。除具有全竹地板特有的外观外,地板韧性得到提高,脚感和隔音性能好。目前竹木复合地板主要分为两大类:一类是竹木三层复合地板,以竹单板为表层,速生杉木或松木作芯层,旋切杨木或松木单板作为底层胶合成三层结构地板;另一类是竹木多层复合地板,以竹单板为表层,旋切杂木胶合板为基材。中南林学院的赵仁杰等详细介绍了长条竹木复合地板竹单板的旋切、漂白及胶粘剂的用量等方面的工艺。目前第1类竹木复合地板生产厂家较多,技术上存在的问题主要是开裂或变形(顺弯及瓦形弯),变形问题尤其突出。1.2甲醛释放量标准实木复合地板用胶粘剂多为聚醋酸乙烯酯或改性脲醛树脂,有的也使用酚醛树脂来提高地板的胶合强度和耐候等性能。目前国内实木复合地板生产企业应用较多的是粉状脲醛树脂胶粘剂,这种胶粘剂可显著改善地板的胶合性能,且地板游离甲醛含量低,可满足欧洲E1级标准。而竹材导热性能差,高温热压易引起变色,宜采用低温固化胶粘剂。随着生活水平的提高,人们越来越注重居住环境的质量,各国在甲醛释放量方面制定的标准也越来越严格。日本JISA5905:2003纤维板标准规定,产品甲醛释放量小于0.3mg/L,即F☆☆☆☆级,此标准也同样适用于实木复合地板,而这一指标远远高于欧洲E1级标准(1.5mg/L)。2007年4月27日,美国加州空气资源委员会(CARB)批准制定“空气中有毒物质的控制措施”(AirborneToxicControlMeasure,ATCM),严格限制从人造板及其制品中释放的甲醛数量,要求ATCM以最有利的控制技术或更有效的控制方法,来保障人们的健康,并在人造板及其制品行业中,执行严格的甲醛释放量标准,这是世界各国地板用胶粘剂的一个发展趋势,这就意味甲醛类树脂在该行业使用过程中必然会受到限制。另一类胶粘剂为异氰酸酯类胶粘剂,早在1999年时君友等就研制了以多异氰酸酯为交联剂,聚乙烯醇与橡胶乳液的复合共混制备实木复合地板用无醛胶粘剂。我国目前有的地板生产也采用水性异氰酸酯(EPI)等无醛胶粘剂,但成本相对较高,主要用于出口地板。王海田等还探讨了单组分聚氨脂(PUR)用于制造实木复合地板的优势,认为能够简化生产工艺,减少废品率,降低综合成本。地板用漆多采用UV紫外光固化漆,这种漆固化过程收缩小,100%固化成漆膜,干后漆膜平整,耐磨性好。近年来,欧洲逐渐兴起实木复合地板表面涂油处理,这类油是纯天然植物油,不含任何化学品;能够浸入地板表层一定深度,表面不形成漆膜,可有效防止吸湿;有一种自然的芳香味道,同时保留了木材的触感和天然的纹理。1.3抗起毛结构装置组坯热压是三层实木复合地板生产的关键工序之一,主要有3种典型工艺:即三层板坯结构热压或冷压固化生产工艺,五层板坯结构高频加热生产工艺以及六层板坯结构高频加热生产工艺。三层板坯结构工艺和生产设备简单,但存在问题也较多,需严格控制表、芯、底层的含水率,板坯因表板和背板的原料、厚度等不同,导致三层结构不对称,热压后不可避免地会产生上弯或下弯等缺陷。五层组坯结构工艺为“底-芯-表-芯-底”或“表-芯-底-芯-表”。该结构工艺可一定程度上克服三层板坯结构工艺带来的缺陷,但也存在一些问题。前一种结构对表、芯板的要求和剖分加工质量要求较高,剖分后废品率较高。芬兰劳特公司推出了六层板坯结构复合地板,即将涂完胶的芯板落在预先放好的背板单板上,连同背板一起运送到铺装台上,然后再一次将涂完胶的芯板落在预先入好的背板单板上,连同背板一起运送到铺装台,放上两层表板,再扣上预先放在铺装台边的底芯板(二层),这样就铺成六层结构的板坯。据介绍,这一结构克服了三层和五层结构的缺点,同时可采用框锯,可提高表板材料出材率近25%左右。三层板材热压主要采用热压机,五层以上板材热压主要采用高频加热。虽然高频热压设备投资较高,但板材胶层固化均匀、不会发生预固化层,不易产生热应力,且需要时间短,是将来的发展方向。1.4不同阔叶树材的特性我国对实木复合地板的研究多集中在生产工艺方面,而国外在地板的使用性能方面研究较多。如Scgwab等研究了三层竹材复合地板在紫外光辐射条件下,板材的密度、硬度、耐磨性能、平衡含水率、膨胀性能和颜色变化,并与2种阔叶树材进行对比。研究结果表明,在硬度、耐磨性能和退色性能方面竹材与木材相似,但吸湿膨胀性能与木材不同。Lee等研究了商业竹地板的比重、含水率、吸水性能、尺寸稳定性和硬度,并和商业红橡木地板和实验室制备的竹层积材对比。研究结果表明:标准实验条件下,竹地板的比重相对较低,含水率与红橡木地板相同;竹地板的尺寸稳定性最高;在21℃,65%相对湿度下,3种材料中竹材地板的平均硬度最高,但在21℃,95%相对湿度下和浸水处理条件下,竹地板的硬度下降最快。2实木强神品种建材随着复合地板市场的迅速发展,地板行业竞争日趋激烈。为了适应市场变化,增强竞争力,许多企业纷纷开发多功能地板,赋予产品高耐磨、阻燃、耐水、抗静电等功能。纳米复合银离子抗菌地板,使用杀菌能力较强的银离子和二氧化钛的纳米抗菌合成颗粒,可防止在潮湿闷热的环境中滋生细菌。王卫东等通过在实木复合地板表面覆以具有耐磨和杀菌作用的Al2O3和无机银类纳米材料的表层纸,开发了抗菌耐磨实木复合地板。李黎等研究了添加银离子抗菌剂的三聚氰胺树脂饰面人造板的抗菌性能,结果表明,板材杀菌效果明显,成本增加不多,且原有板材加工工艺流程无重大改变。余钢等采用抗菌防霉性功能填料填充表面装饰材料制造强化木地板,研究表明,无机抗菌剂效果优于有机抗菌剂。除了赋予地板特殊功能外,许多创新型新品种不断出现,如经高温高压处理的“密实化地板”,不仅赋予产品稳重的色泽,还可以提高板材的尺寸稳定性。许多新开发的板材兼具强化地板和实木地板的优点。如温州木材集团公司研制的实木强化地板,引进美国实木耐磨技术,采用珍贵木皮(0.6mm)贴面。地板铺装后的整体效果完全可以同高档实木地板相媲美,但价格只及同树种实木地板的1/3,同时保留了强化地板安装便利、表面耐磨等众多优点。山东临沂兰裕公司地板厂也研制出一种表面具有防水、防火、超耐磨的叠压实木地板。这种地板表层为特制A12O3耐磨料,中间层为木材经加工后纵横排列组合涂胶压制而成,底层防水平衡层采用高分子复合材料。这类产品基材类似于多层胶合木板,脚踏具有实木感。意大利于2002年推出的真木地板,基材为高密度纤维板,表层采用精选天然木质单板,以专用粘结剂采用双面注胶技术,采用硬如钻石的碳化硅渗透到表层木质单板中,对表板进行强化处理。而德合家实木脚感型地板采用仿生学原理、用仿生材料制造出的基材内部木质纤维结构与实木地板的木质纤维非常近似,在有效改善地板弹性的同时还可降低噪音,被称为“实木脚感型”地板。此外,为了提高木材利用率,木材的综合利用产品如高密度纤维板、定向刨花板、均质刨花板在实木复合地板芯材中被广泛利用。吴智慧等介绍了用速生杨木单板和高密度板生产多层实木复合地板的制造技术,认为该技术经济合理,同时可实现木质复合地板的批量生产,提升产品质量。3板式的翘曲变形目前实木复合地板存在的主要问题是甲醛释放量超标和板材的翘曲变形,其中地板翘曲变形是地板质量中出现频率最高,遭到消费者投诉最多的问题。因此,这里主要介绍导致实木复合地板翘曲变形的因素及其改善措施。3.1复合地板胶合过程中面板的变形实木复合地板以木板条或胶合板为基材,树种和原料含水率等对终端产品性能有着直接的影响。原料含水率不均形成的内应力是导致地板翘曲的主要因素。地板生产原料间含水率差异超过2%就会导致地板产生翘曲变形,因此地板生产原料含水率必须进行严格控制,所有实木复合地板的木料都必须干燥至含水率8%以下。莫银辉研究表明,背板含水率对三层实木复合地板的变形影响明显。这是由于芯料的伸缩变形可以被其本身特有组合的缝隙吸收,而作为背板的旋切单板,其纵向整体伸缩量大于0.1mm时,地板产品的弓弯就会超过10mm。背板含水率一般要求控制在5%～8%,依据背板密度的大小调整。当背板密度较大时,其含水率必须相应增加。Blanchet等对比了分别以白桦心材、黑云杉和高密度纤维板为芯材的多层实木复合地板的变形情况。试验结果表明,以高密度纤维板为芯层的地板变形最严重,其次是黑云杉、白桦心材,认为可能与材料的刚度有一定关系。向仕龙研究认为,三层实木复合地板背板的收缩、膨胀是引起实木复合地板变形的一个主要原因,通常是产品离开热压机不久,就开始产生纵向弓弯。采用速生软材做背板,软材变形引起的应力较小,往往可以被表、芯材平衡一部分,但不能根除,产品仍然会有变形。此外地板芯板采用杂木比用松木变形大。车炳雷通过多种方式试验比较和长期观察发现,在复合地板胶合前对背板进行机械处理,使原来背板受温、湿度影响产生的整体伸缩变为局部伸缩,可达到消除产品变形的目的。具体方案是在背板上加工一道以上的斜刀隙、斜排孔或多道斜压痕,斜跨芯层多条木芯条,与木芯条拼缝大于45°。相交刀隙和排孔、斜压痕将原来整张背板改变成近似非整张背板。如果要克服瓦形弯曲,只需用同样方法将背板沿中线纵向划一刀隙。马世春等对以波萝格、红橡、柞木和帕利印茄等珍贵树种为表板的实木复合地板进行了一系列的研究,提出类似上述方法的单板划痕工艺方案。即沿单板中线,在长度方向上的1/5等分点处,向两侧划45°刀痕,每侧间隔划2道。其作用在于单板长度方向上的木纤维被分成3段,把因含水率变化产生的应力进行有效释放,使地板的整体收缩变成局部变形。目前企业多采取在地板背面横向开1.5～2mm深,2～3mm宽的数条凹槽,以减少长度方向的变形。3.2竹杉复合地板地板是由多种原料组坯、热压而成,其中组坯必须遵循对称原则,使最终产品达到结构上的平衡。多层实木复合地板用胶合板胶合组坯时,注意单板松紧面对称组坯,紧面朝外。以竹材为原料的地板,竹条胶拼时应尽量采用同批料,按照青黄面对称排列,作为面层时竹片致密层(靠近青面)应一致朝外。据孙丰文介绍,在我国北方和北欧等干燥地区使用的竹杉复合地板,芯层和表层垂直组坯均不同程度出现竹节处开裂现象,而芯层与表层平行组坯的则反映良好,但宽度方向吸湿变化后容易产生瓦变,认为是由于表层竹片在弦向(即地板宽度方向)的干缩系数较大,而芯层杉木在纤维方向(即地板宽度方向)的干缩系数较小所致。另一方面,长条地板使用过程中,主要由地板长度方向承受弯曲载荷,因此建议为预防竹节开裂采用竹片和杉木纤维方向平行的组坯形式。3.3地板含水率的调节使用过程中地板翘曲变形主要有2种形式:地板瓦变和局部起拱或离缝。前者是由于企口随着环境温湿度变化长期处于拉伸和压缩应力交替作用下,产生不可逆变形,最终影响地板的美观。地板铺装工艺对地板的翘曲变形影响非常重要,如铺装前保证地面干燥、平整,安装好的地板要有足够膨胀空间,铺装房间温度和地板温度差异较大时,可以先将底板开箱且放在铺装房间内适应48h,但地板一定要水平放置在铺装房间内。地板使用过程中局部起拱、离缝与地板含水率和环境平衡含水率不一致,导致地板线性膨胀或收缩。地板含水率与使用环境平衡含水率差异超过3%,就会导致地板产生翘曲变形。由于我国地域辽阔,不同地区的平衡含水率差异较大,部分地区不同季节的平衡含水率也不同,因此应针对不同地区的平衡含水率特点来确定地板终含水率。实木复合地板标准(GB/T18103-2000)中含水率规定为“5%～14%”,过于笼统。目前一些地板生产企业也针对销售地区,将地板终含水率调节到不同的范围。但具体到不同地区安装的地板终含水率及其季节变化对地板胀缩影响等方面的研究数据较少,目前还没有一个相对完整的参照体系。综合上述分析,地板产生翘曲变形的根本原因在于木材本身干缩湿涨的特性和板材结构是否对称等。从大量文献来看,板材翘曲方面的研究多以工艺实验为主,基础理论方面的研究较少。PierreBlanchet等通过有限元法模拟非均质材料中的水分移动和多层复合材料如多层木地板条的瓦弯变形,研究认为,板条表芯层间脲醛树脂胶膜的水分扩散系数低是导致变形的主要原因。王志强等以不对称结构胶合板和浸渍纸贴面人造板为研究对象,从复合材料力学理论角度,建立耦合刚度矩阵计算模型,探讨耦合刚度系数与板坯翘曲度的关系,分析了板坯层数、铺层顺序和铺设方向等对板坯耦合效应的影响。蒋身学等运用复合材料力学层合板理论对竹木复合层积材进行结构设计与试验。结果表明,以高密度竹帘胶合板为强化面层,马尾松板材为芯层,采用特殊的二次热压生产工艺,研制出的竹木复合层积材物理、力学性能良好,能够满足铁路平车地板相关性能要求。这些理论均可作为地板结构设计、生产工艺制定方法的参考。4复合地板的发展趋势降低生产成本,提高产品质量是任何产品研究的最终目的。在竞争激烈的地板市场中,只有依靠科学技术,地板企业才可能在优胜劣汰中得以生存发展;同时科研应以企业需求为依托,两者紧密结合才有实际意义。纵观地板