引文格式：高黎，羅書品，呂斌，常亮. 刨花板的“脹尺”評價方法初探[J]. 中國人造板, 2025, 32(1): 11-14. DOI：10.12393/j.1673-5064.20250103

刨花板的“脹尺”評價方法初探

高黎，羅書品，呂斌，常亮

中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所，北京　100091

摘要：近年來，刨花板在定制家居大幅面應用時出現(xiàn)了較多的“脹尺”質(zhì)量問題，為了規(guī)范刨花板質(zhì)量、推動刨花板的應用，本文介紹了2種現(xiàn)行國內(nèi)外標準中有關(guān)人造板尺寸穩(wěn)定性的測試方法，并按照標準方法測試了3組不同種類刨花板幅面和厚度尺寸的變化，分析測試方法對測試結(jié)果的影響，以期為刨花板產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性快速測試方法以及指標的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：刨花板；脹尺；尺寸穩(wěn)定性；標準

Discussion of Standard Methods for Evaluating Linear Expansion in Particleboard

Gao Li, Luo Shupin, Lyu Bin, Chang Liang

Research Institute of Wood Industry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China

Abstract: This study addresses quality issues related to the linear expansion of particleboard in interior applications. Two existing standards for testing the dimensional stability of wood-based panels were introduced, and three types of particleboard were evaluated using these methods. The influence of testing methods on the results was analyzed, providing a reference for developing dimensional stability specifications for particleboard products.

Key words: particleboard; linear expansion; dimensional stability; standard

刨花板作為資源利用率很高的人造板重要品種，在全世界得到了廣泛推廣與應用。2023年我國刨花板消費量高達4 116萬m³，其中絕大部分用于室內(nèi)定制家居^［1］。然而，近年流行的極簡風格設(shè)計中使用大量的大尺寸部件，如一門到頂?shù)拈T板和墻板，由用戶反饋刨花板“脹尺”帶來的質(zhì)量問題已成為影響刨花板產(chǎn)品形象的突出問題^［2］。

行業(yè)內(nèi)俗稱的“脹尺”是指板材幅面因環(huán)境溫濕度變化產(chǎn)生的長寬尺寸變大的現(xiàn)象，國外標準中稱之為線性膨脹率（linear expansion）。木材、竹材或秸稈等生物質(zhì)材料作為刨花板的主要原料，在環(huán)境中容易發(fā)生水分的吸附或解吸產(chǎn)生形態(tài)的膨脹或收縮，由此導致刨花板尺寸變化。

產(chǎn)品標準GB/T 4897—2015《刨花板》中，與幅面“脹尺”相關(guān)的尺寸穩(wěn)定性是根據(jù)供需雙方需求測試方法和指標值都可商談的一種性能，沒有具體的指標值，采用的方法是GB/T 17657—2022《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》中章節(jié)4.35“尺寸穩(wěn)定性測定——方法1”。大尺寸部件的大量應用凸顯了“脹尺”問題的嚴重性，家居行業(yè)內(nèi)急需適當?shù)姆椒ê褪侄慰刂啤懊洺摺痹斐傻母鞣N損耗。因此，本文介紹了2種國內(nèi)外現(xiàn)行人造板尺寸穩(wěn)定性測試標準方法及特點，然后參照標準方法進行了3組刨花板尺寸穩(wěn)定性的評價與分析，為下一步設(shè)計刨花板“脹尺”快速評價方法和指標提供技術(shù)參考。

1.1 尺寸穩(wěn)定性測定——方法1

GB/T 17657—2022中“尺寸穩(wěn)定性測定——方法1”是刨花板、纖維板及其制品標準中測試幅面長寬“脹尺”的主要方法，測定試件在溫度20 ℃時由于相對濕度變化而引起的尺寸變化。具體方法是從試樣上橫向和縱向各截取4個共8個試件，尺寸均為長（300±1）mm、寬（50±1）mm，再將試件分成兩組（每組包括2個橫向和2個縱向試件），按表1規(guī)定的處理條件，分別進行增濕（第1組）或干燥（第2組）兩個過程，計算步驟3相對于步驟2的變化率，即相對于65%相對濕度時尺寸的變化率。同一組4個試件長度、厚度變化率的平均值為該過程長度和厚度的變化率，兩組結(jié)果絕對值的加和為全過程（相對濕度30%至85%）的變化率。

刨花板尺寸穩(wěn)定性的影響因素包括木材各向異性的特性、刨花長短厚薄等形態(tài)、膠黏劑耐水性和強度以及制備工藝參數(shù)等，方法1評價的是含水率平衡狀態(tài)下刨花板隨濕度變化發(fā)生的尺寸變化，體現(xiàn)的是綜合上述因素后刨花板本身的干縮濕脹特性，該方法源自歐洲標準EN 318 Wood-based panels-Determination of dimensional changes associated with changes in relative humidity ^［3］，不同的是歐洲標準的樣本量（16個）比國家標準的樣本量（8個）多1倍，結(jié)果的可靠性相對更高。歐洲刨花板產(chǎn)品標準EN 312：2010 Particleboards - Specifications中尺寸穩(wěn)定性的指標也是供需雙方協(xié)商。

在歐洲標準EN 12871： 2013 Wood-based panels-Determination of performance characteristics for load bearing panels for use in floors， roofs and walls中，對用于地板、墻板和屋面板的承載型人造板提出線性膨脹率不超過4 mm/m的要求，具體方法是按標準EN 318測試相對濕度30%至85%的線性總變化率，即表1增濕（第1組）和干燥（第2組）兩組結(jié)果絕對值的加和。

美國標準ASTM D 1037 Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials中章節(jié)24“Linear expansion with change in moisture content”的方法近似于前述“方法1”，但兩者的差異性主要包括：1）試件尺寸：ASTM標準中要求試件寬度3英寸（約76 mm），長度不小于12英寸（約305 mm）；2）測試方法：ASTM中測試基準是溫度20 ℃、相對濕度50%。無論增濕還是干燥，ASTM標準不用進行表1要求的步驟1，因此測試周期可縮短約1/3；3）結(jié)果的表征：采用相對濕度50%至80%的線性膨脹率（相對濕度在（50±2）%環(huán)境平衡后，升至（80±3）%環(huán)境平衡后的線性膨脹率），或者相對濕度30%至80%線性膨脹率（相對濕度50%至30%與50%至80%兩組變化率絕對值的加和）。美國刨花板產(chǎn)品標準ANSI A208.1-2016 Particleboard中提出了中密度（640～800 kg/m³）和低密度（<640 kg/m³）刨花板以及地板和地板基材產(chǎn)品有尺寸穩(wěn)定性的具體指標，要求相對濕度50%至80%，中密度和低密度刨花板（用于家具或裝修）線性膨脹率低于0.4%，室外地板低于0.3%，地板基材、樓梯板等低于0.35%。

1.2 尺寸穩(wěn)定性測定——方法2

GB/T 17657—2023中“尺寸穩(wěn)定性測定——方法2”是一種加速評價方法，適用于熱固性樹脂浸漬紙高壓裝飾層積板（HPL）等產(chǎn)品，來源于國際標準ISO 4586。試件尺寸（120±1）mm×（120±1）mm，數(shù)量6個，先在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的恒溫恒濕箱中放置72 h以上。其中3個試件用于干熱試驗，在（70±2）℃鼓風干燥箱內(nèi)干燥24 h；其他3個試件用于高濕度試驗，在（40±2）℃，相對濕度90%～95%恒溫恒濕環(huán)境中處理（96±4）h。分別計算干熱和高濕兩組試件長度尺寸變化率，總尺寸變化率為兩組數(shù)據(jù)絕對值之和。方法2最短測試周期約7天，測試周期顯著縮短。

為了進一步評價測試方法對刨花板尺寸穩(wěn)定性的影響，下面選用了3種采用不同膠黏劑的刨花板產(chǎn)品，同時采用方法1和方法2進行尺寸穩(wěn)定性檢測方法的對比分析。

2.1 刨花板樣品

3組三層結(jié)構(gòu)刨花板素板，分別取自不同生產(chǎn)廠家。1號為E₀級刨花板，主要使用改性脲醛樹脂膠黏劑，液體膠施加量15.4%，石蠟乳液加量0.6%；2號為F★★★★級刨花板，在板材芯層用少量異氰酸酯膠黏劑替代了部分改性脲醛樹脂膠黏劑，改性脲醛膠液體加量14.3%，異氰酸酯膠加量0.3%，石蠟乳液加量0.8%；3號為E_NF級刨花板，主要使用異氰酸酯膠黏劑，異氰酸酯膠加量3.2%，增黏劑加量0.9%，石蠟乳液加量1.1%。

2.2 測試和計算方法

3組刨花板分別按前述方法1和方法2裁取試件，其中方法1長度方向尺寸穩(wěn)定性的計算方法如公式1～2，厚度方向尺寸穩(wěn)定性的計算方法如公式3～4，但方法1沒有要求記錄含水率的差異，本文結(jié)合含水率的變化進行了分析。

公式1～4中，l₃₀、l₆₅、l₈₅分別代表20 ℃時，相對濕度30%、65%和85%時測量點之間的長度，Δl65，85指相對濕度從65%至85%時長度的相對變化，Δl₆₅，30指相對濕度從65%至30%時長度的相對變化；t₃₀、t₆₅、t₈₅分別代表20 ℃時，相對濕度30%、65%和85%時的厚度，Δt_65，85指相對濕度從65%至85%時厚度的相對變化，Δt₆₅，30指相對濕度從65%至30%時厚度的相對變化。同理，采用Δmc_65，85、Δmc_65，30分別表示濕度從65%至85%（表1第1組）、65%至30%（表1第2組）的平衡含水率的差值。

當計算相對濕度從30%至85%時的尺寸穩(wěn)定性，用Δl_30，85、Δt_30，85和Δmc_30，85分別代表長度、厚度和含水率的變化，為增濕和干燥兩組結(jié)果絕對值的加和。

方法2只要求記錄長度方向的尺寸變化率，如公式5所示。本文同時將厚度、含水率發(fā)生的變化共同進行了分析。

公式5中，ΔL代表干熱或者高濕試驗處理后長度的變化率，l₁、l₂分別代表初始長度和處理后最終長度。用相同方法計算厚度變化率，記錄不同處理狀態(tài)下試件含水率的差值。

2.3 試驗結(jié)果與討論

為了分析尺寸穩(wěn)定性與主要物理力學性能是否關(guān)聯(lián)，表2列出3組刨花板的主要物理力學性能，表3和表4是方法1和方法2開展尺寸穩(wěn)定性的測試，并按照公式1～5等計算得出的結(jié)果。

備注：長度和厚度變化率精確到0.05%。

表2數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，3組板材均達到干燥狀態(tài)下家具型（P2型）刨花板性能要求。3組板材含水率均超過5%，且3號無醛板樣品含水率相對最高；1號和3號板材密度相同，2號板材密度比另兩組低約3%，但整體性能綜合最佳。吸水厚度膨脹率是板材厚度方向的尺寸穩(wěn)定性，其中1號E₀級板材24 h吸水厚度膨脹率變化率相對較大，除了石蠟防水劑的阻水作用外，膠黏劑的耐水性能差異非常重要，加入異氰酸酯膠黏劑后板材耐水性提高，24 h吸水厚度膨脹率較?。?號F★★★★級板材相對3號E_NF級板材耐水性略好，和施膠量有重要的關(guān)聯(lián)性。

表3采用方法1測試的周期共計45天，若不考察含水率的差異性，3號E_NF級刨花板幅面和厚度的尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于1號和2號。但結(jié)合含水率差值（Δmc_30，85）可發(fā)現(xiàn)，幅面和厚度尺寸的變化與含水率變化緊密相關(guān)，使用防水性能好的異氰酸酯膠黏劑有利于減小變形；E₀刨花板的含水率變化高達13.0%，導致了幅面和厚度尺寸變化率最為突出。從溫度20 ℃、相對濕度30%升至85%環(huán)境，最大長度變化值達4.6 mm/m，類似于在北方干燥環(huán)境使用的板材送到南方潮濕環(huán)境使用，由此產(chǎn)生了嚴重的“脹尺”問題。按照歐洲標準EN 12871 Wood-based panels-Performance specifications and requirements for loadbearing boards for use in floors， walls and roofs要求不超過4 mm/m的線性膨脹率，第2和第3組刨花板仍可滿足建材用板的尺寸穩(wěn)定性要求。

表4是刨花板在23 ℃、相對濕度50%環(huán)境中平衡5天后進行的加速測試結(jié)果，試驗周期9天。前期預試驗發(fā)現(xiàn)方法2的試件達到平衡狀態(tài)所需的時間大約為14天，因此平衡處理5天的試件還沒達到含水率和應力的平衡。方法2（表4）和方法1（表3）測試的結(jié)果有明顯的差異。表4中3號E_NF級刨花板干熱試驗尺寸穩(wěn)定性最差，含水率下降值也最大，說明70 ℃環(huán)境干燥24 h試件含水率已接近絕干，高含水率試件會由于含水率變化最大導致尺寸變化率最大。高濕度試驗時，3號板表現(xiàn)出較好的防潮性能，尺寸變化相對較小。從總變化來看，3號E_NF級板含水率變化接近1號E₀級板材整體的變化率，但大幅高于2號F★★★★板，并3號長度變化率相對其他兩組最大，但厚度變化仍保持最?。?號和2號板采用兩種方法得出的尺寸穩(wěn)定性變化趨勢基本一致。如果只考慮加濕導致的“脹尺”，可以發(fā)現(xiàn)，除了膠黏劑種類和施膠量的影響，初含水率也是尺寸穩(wěn)定性的重要影響因子。

結(jié)合表2中的24 h吸水厚度膨脹率（24 h TS）可發(fā)現(xiàn)，板材在厚度方向的尺寸穩(wěn)定性和24 h TS有很好的相關(guān)性，這和膠黏劑的防水性緊密相關(guān)，但不能用于分析幅面“脹尺”這種尺寸穩(wěn)定性。

方法1和方法2兩種標準方法由于對板材處理的方式不同，結(jié)果趨勢也不完全一致。方法1體現(xiàn)了刨花板在環(huán)境濕度變化時含水率平衡后發(fā)生的尺寸變化，可重復性強，符合標準測試的需求。存在的問題是測試周期長，對分析實際應用產(chǎn)生的“脹尺”有較大的差別。方法2測試周期相對較短，能在極端條件處理后快速評價板材的“脹尺”特性。但存在的問題是加速試驗前的平衡處理時間長短會影響后期測試結(jié)果。如果采用初始含水率條件下直接進行加速試驗，結(jié)果更接近實際應用情況，可能是適用于下游企業(yè)快速篩選和評價的手段，后期將做進一步的試驗方法探索。

綜上所述，“脹尺”是刨花板濕脹特性的一種體現(xiàn)，不同使用環(huán)境中刨花板基材含水率的控制非常重要，減少生產(chǎn)和使用環(huán)境的溫濕度差異是降低“脹尺”的重要方法。不同的測試方法可以解決不同的需求，如何選擇或者設(shè)計合理方便的測試方法和指標設(shè)定還需進一步的研究。

參考文獻：略