于紅衛(wèi)，劉志坤，呂榮金，羅從軍，呂澤軍，李光耀

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江升華云峰新材股份有限公司，浙江 德清313220）

高含水率木竹集成材刨切薄木（竹）表面粗糙度的測定與分析

于紅衛(wèi)1，劉志坤1，呂榮金2，羅從軍1，呂澤軍1，李光耀1

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江升華云峰新材股份有限公司，浙江 德清313220）

將新采伐的小徑級杉木Cunninghamia lanceolata，馬尾松Pinusmassoniana，樟樹Cinnamomum camphora（復(fù)合用）和毛竹Phyllostachys edulis（含水率均在纖維飽和點以上）制成具有一定規(guī)格尺寸、高含水率的集成木（竹）方材，經(jīng)刨切加工得到薄木（竹），再氣干至含水率15%左右，通過觸針法對未作砂光處理的薄木（竹）正面表面粗糙度進行測定。結(jié)果表明：刨切薄木表面粗糙度值的大小與材質(zhì)、紋理方向及指榫顯著相關(guān)（P＜0.05），刨切薄竹與竹節(jié)無明顯相關(guān)，與白梧桐Triplochitin scleroxylon，紫椴Tilia amurensis科技木刨切薄木相比，差異不顯著（P＞0.05），可滿足各類基材貼面的質(zhì)量要求。圖8表6參12

木材科學(xué)與技術(shù)；高含水率木（竹）材；集成材；刨切薄木（竹）；表面粗糙度

中國的木材資源相對貧乏，天然珍貴木材、優(yōu)質(zhì)木材更是越來越少，利用小徑級、低質(zhì)材生產(chǎn)各種仿天然珍貴樹種木材顏色和紋理的人造薄木已成為補充天然裝飾薄木資源的途徑之一，而木材加工工件表面粗糙度是評價其表面質(zhì)量的重要指標之一。不少學(xué)者對刨切薄木（竹）表面粗糙度進行過很多相關(guān)研究。RICHTER等［1］用探針法測定了木材表面粗糙度對木材表面涂飾的影響；郝文弢等［2］研究發(fā)現(xiàn)，增加砂光次數(shù)，增大砂輪轉(zhuǎn)速，減小進給速度，減小砂輪直徑均可減小刨切薄木表面粗糙度；賀宏奎等［3］研究發(fā)現(xiàn)，在不同粒度砂帶磨削加工竹材后，對試件進行膠合強度試驗，砂帶粒度過小和過大時，膠合強度均較低，竹材膠合加工表面磨削時選擇100目的砂帶較為合理；曹歡玲等［4］研究發(fā)現(xiàn)，分別用不同粒度砂帶砂磨薄竹材，隨著砂帶目數(shù)增大，竹材砂磨表面粗糙度參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra，輪廓最大高度Rz和輪廓微觀不平度平均間距Rsm值均呈降低趨勢，輪廓支承長度率Rmr呈遞增趨勢；孫媛等［5］研究發(fā)現(xiàn)，砂帶粒度越大，磨削水曲柳Fraxinusmandschurica，紅松Pinus koraiensis，落葉松Larix gmelinii和榆木Ulmus rubra后，磨削表面粗糙度不一定越好；李浩東等［6］研究發(fā)現(xiàn)，材種和表面組織構(gòu)造影響表面粗糙度，砂帶磨削木竹材表面的膠合強度在磨削砂帶粒度為100～150目時達到最大值；江澤慧等［7］研究發(fā)現(xiàn)，竹材表面粗糙度隨竹齡的增加而減小，竹青表面比竹黃更光滑，與水曲柳和水青岡Fagus longipetiolata相比，竹材外側(cè)的表面粗糙度相對較?。?］；楊永福等［8］研究發(fā)現(xiàn)，竹材不同切面切削質(zhì)量有明顯區(qū)別，縱向刨切表面質(zhì)量優(yōu)于橫向刨切，竹材密度及含水率對刨切表面質(zhì)量影響較為明顯，密度越大，刨切表面質(zhì)量越高，含水率與刨切表面粗糙度呈良好的二次曲線關(guān)系；武麗清等［9］研究發(fā)現(xiàn)，切削厚度越大，切削表面越粗糙，切削厚度與表面粗糙度基本呈線形關(guān)系；王明枝等［10］研究發(fā)現(xiàn)，樹種、切削方式、切面和木材的表面組織構(gòu)造會影響木材的表面粗糙度，表面粗糙度值因為加工方法不同而不同，隨著加工精度的提高而降低；彭立民等［11］研究發(fā)現(xiàn)，集成薄木的表面粗糙度和木材材質(zhì)有關(guān)，且集成木方的膠合面對薄木的表面粗糙度無明顯影響。新伐材（生材）在指接后拼寬、拼厚制得集成木（竹）方材，再刨切制得薄木（竹），不僅能簡化生產(chǎn)工藝，還能節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。作者就高含水率木（竹）材集成后刨切薄木（竹）生產(chǎn)工藝及薄木（竹）表面粗糙度進行研究，檢驗該工藝是否滿足后續(xù)加工工藝需求。

1 材料與方法

1.1 試材制備

以新采伐的小徑級杉木Cunninghamia lanceolata，馬尾松Pinusmassoniana，樟樹Cinnamomum camphora和毛竹Phyllostachys edulis（含水率均在纖維飽和點以上）等為原材料，制得木（竹）材指接單元后進行集成（圖1~2）。杉木、馬尾松采用同一樹種的無節(jié)材集成（簡記為A，B），馬尾松與樟樹木兩者在指榫接長時采用單元體間隔排列的方式復(fù)合集成（簡記為B＋C），毛竹由同一竹種集成（簡記為D），制成具有一定規(guī)格尺寸、高含水率的集成木（竹）方材，均經(jīng)縱向刨切加工得到薄木（竹）。本次試驗采用青島豪中豪木工機械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的立式刨切機，其型號為BB1135B。

高含水率木（竹）材集成刨切的薄木幅面尺寸為2 550mm×450mm，薄竹幅面尺寸為2 550mm×485 mm，放置室內(nèi)氣干至含水率12%～15%，選取厚度為0.38mm的薄木（竹）作為研究對象［9］。

為探索高含水率條件下集成材制得的刨切薄木（竹）的表面質(zhì)量，選取目前工業(yè)化生產(chǎn)且厚度為0.38 mm的白梧桐Triplochitin scleroxylon和紫椴Tilia amurensis科技木刨切薄木進行表面粗糙度對比，白梧桐和紫椴科技木刨切薄木，以0.80 mm單板為構(gòu)成單元，經(jīng)單板涂膠、順紋組坯、冷壓膠合制成木方材，再刨切獲得薄木，幅面尺寸為2 550mm×450mm，規(guī)?；a(chǎn)中一般厚度為0.13~0.80mm。

圖1 高含水率木材集成木方示意圖Figure 1 Highmoisture contentwood laminated cants sketch

圖2 高含水率竹材集成竹方示意圖Figure 2 Highmoisture content bamboo laminated cants sketch

1.2 測試設(shè)備與方法

采用型號JB-5C表面粗糙度輪廓儀（觸針法）測定刨切薄木（竹）正面（刨切時與后刀面相對的面）的表面粗糙度。

從薄木（竹）幅面橫向截取試件，分別離端頭250mm處、正中央各取450（48）mm×100mm的試件共3片（圖3~4），各片薄木（竹）隨機測定5處不同位置的非指接（竹節(jié)）處順紋、橫紋方向各5次，5處不同位置的指接處橫紋方向各測5次（順紋方向與非指榫處無明顯差異），5處不同位置的竹節(jié)處順紋、橫紋方向各5次，取樣長度為12.5 mm，參數(shù)有輪廓算術(shù)平均偏差（Ra），輪廓最大高度（Rz），輪廓微觀不平度平均間距（Rsm）和輪廓均方根偏差（Rq）。結(jié)果取平均值。

圖3 高含水率薄木試件取樣示意圖Figure 3 Highmoisture content sliced veneer sample sketch

圖4 高含水率薄竹試件取樣示意圖Figure 4 Highmoisture content sliced bamboo sample sketch

2 結(jié)果與分析

2.1 刨切薄木（竹）表面粗糙度代表性輪廓圖

各種測定結(jié)果見圖5~8。

2.2 刨切薄木（竹）表面粗糙度分析

表1 杉木集成木方材刨切薄木表面粗糙度Table 1 Surface roughness of Cunninghamia lanceolata laminated cants sliced veneer

由表1~6中標準偏差分析可知：在3種不同含水率的條件下，相同材種刨切所獲得的薄木（竹）表面粗糙度平均值，相同紋理方向上無明顯差異。含水率在纖維飽和點（木材物理力學(xué)性質(zhì)是否隨含水率而發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點）以上，木材的水分除吸附水達到飽和，且還有一定數(shù)量的自由水。此時，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改變，不會引起濕脹干縮。

圖5 高含水率刨切薄木非指榫連接處表面粗糙度輪廓圖Figure 5 Surface roughness profile of highmoisture content sliced veneer（finger-joint）

相同材種刨切薄木（竹）在不同紋理方向上，表面粗糙度有明顯差異。由于木材為非勻質(zhì)材料，其脹縮變形各向不同，弦向最大，徑向其次，縱向最小，故不同紋理方向上表面粗糙度差異明顯。從微觀構(gòu)造分析，由于竹材維管束呈縱向排布，而基本薄壁組織主要分布在維管束系統(tǒng)之間，環(huán)繞維管束，其作用相當(dāng)于填充物，與維管束性質(zhì)不一，在刨切過程中，竹材維管束被軸向剖切，表面留下溝狀輪廓，所以橫紋方向測量時，粗糙度值包含了溝狀輪廓，粗糙度值明顯高于順紋方向［8］。

由表1~6數(shù)據(jù)分析可知：刨切薄木的指榫連接處的表面粗糙度相對非指榫連接處較高。在非指榫連接處順紋方向上，表面粗糙度從小至大依次為白梧桐科技木、紫椴科技木、馬尾松、杉木、馬尾松樟樹木復(fù)合材；在非指榫連接處橫紋方向上，從小至大依次為白梧桐科技木、馬尾松、紫椴科技木、馬尾松樟樹木復(fù)合材、杉木。這是由于不同材種的結(jié)構(gòu)、密度等差異，在相同的刨切工藝條件下，產(chǎn)生的剪切應(yīng)力及應(yīng)力變化不同，所得薄木的表面粗糙度值亦有相應(yīng)變化。

3 結(jié)論與討論

高含水率木（竹）材經(jīng)特定工藝集成制得木（竹）方，刨切后所獲得的薄木（竹）表面粗糙度，杉木、馬尾松、馬尾松-樟樹木復(fù)合集成方材刨切薄木Ra最高值分別為22.896，14.021，17.985μm，Rz最高值分別為135.004，95.674，115.643μm，對照GB/T 13010-2006指標要求，馬尾松和馬尾松-樟樹木復(fù)合材符合質(zhì)量要求，杉木的Ra偏高。

圖6 高含水率刨切薄木指榫連接處表面粗糙度輪廓圖Figure 6 Surface roughness profile of highmoisture content sliced veneer（not finger-joint）

表2 馬尾松集成木方材刨切薄木表面粗糙度Table 2 Surface roughness of Pinusmassoniana laminated cants sliced veneer

高含水率杉木、馬尾松、馬尾松-樟樹木復(fù)合材集成木方刨切后所獲得的刨切薄木，其表面粗糙度同木材構(gòu)造、密度及紋理方向有關(guān)。木材構(gòu)造主要表現(xiàn)在導(dǎo)管、早晚材、木射線等等。闊葉材中的環(huán)孔材，早、晚材導(dǎo)管直徑和導(dǎo)管壁有明顯變化，徑切面上早材的大導(dǎo)管對粗糙度影響較大，而弦切面上避開了早晚材的變化，粗糙度影響相對較??；散孔材細胞腔大、壁薄，導(dǎo)管直徑大小沒有顯著差別，徑切面上木材材質(zhì)結(jié)構(gòu)比較均勻，較弦切面更光滑［10］。針葉材無導(dǎo)管構(gòu)造，主要由軸向管胞組成，占整個木材體積的90%以上，早材管胞兩端為鈍楔形，胞腔較大，胞壁較薄，徑向比弦向直徑大，常為多邊形；晚材管胞兩端為尖楔形，胞腔較小，胞壁較厚，徑向比弦向直徑小，常為扁平的四邊形；管胞壁上有具緣紋孔，常見紋孔呈圓形，較大，單行排列，或互列，這些構(gòu)造的差異均是影響刨切薄木的粗糙度因素。此外，3種木材密度不同［12］，含水率變化時尺寸變化量不同，刨切時所受剪切應(yīng)力也不同，而同種木材的紋理方向不同，干縮濕脹性不同，干縮應(yīng)力方向也不同，故刨切后產(chǎn)生的表面粗糙度也會相應(yīng)產(chǎn)生變化。

表3 馬尾松樟樹木復(fù)合集成木方材刨切薄木表面粗糙度Table 3 Surface roughness of Pinusmassoniana-Cinnamomum camphora composites laminated cants sliced veneer

表4 毛竹集成竹方材刨切薄竹（徑向）表面粗糙度Table 4 Surface roughness of Phyllostachys edulis laminated cants sliced veneer（radial direction）

表5 白梧桐科技木刨切薄木表面粗糙度Table 5 Surface roughness of Triplochitin scleroxylon scientific wood sliced veneer

高含水率木集成材刨切薄木指榫連接處的表面粗糙度同指榫加工質(zhì)量、嵌合度及指榫連接工藝等因素密切有關(guān)。指榫連接時為使指榫連接牢固、緊密，其嵌合度必須為正值，接長時指榫榫體受到擠壓，在指榫面上產(chǎn)生壓縮，但在刨切成薄木時壓縮應(yīng)力得到釋放，在指榫連接處產(chǎn)生不同程度的膨脹，從而導(dǎo)致粗糙度增大，但因嵌合度值較小，由此造成的表面粗糙度差異不明顯，不影響薄木的后續(xù)應(yīng)用。

圖7 高含水率刨切薄竹非竹節(jié)處表面粗糙度輪廓圖Figure 7 Surface roughness profile of highmoisture content sliced bamboo（not bamboo knot）

表6 紫椴科技木刨切薄木表面粗糙度Table 6 Surface roughness of Tilia amurensis scientific wood sliced veneer

毛竹集成材刨切后所獲得的刨切薄竹，順紋方向測定的表面粗糙度明顯優(yōu)于橫紋方向；而在同一測定方向上，節(jié)間與節(jié)部的表面粗糙度無明顯差異。竹節(jié)處的4個表面粗糙度評定參數(shù)與節(jié)間相比，無明顯差異，因為兩者均基本呈原態(tài)，無內(nèi)應(yīng)力存在，同時為使刨切薄竹的厚度均勻一致，提高刨刀的使用壽命，對竹集成方材的軟化工藝進行優(yōu)化，提高了軟化溫度，延長了軟化時間，提高了薄竹表面質(zhì)量。

高含水率杉木、馬尾松、馬尾松-樟樹木復(fù)合材刨切薄木表面粗糙度與白梧桐科技木、紫椴科技木薄木相比，粗糙度值小，表面更光滑。在高含水率條件下，木材細胞的細胞壁韌性大，而且導(dǎo)管中有自由水存在，在一定程度上增加了刨切薄木的韌性，降低了刨切阻力，減少了細胞（導(dǎo)管）壁的破損，提高了刨切薄木質(zhì)量。毛竹集成材刨切亦如此。

圖8 高含水率刨切薄竹竹節(jié)處表面粗糙度輪廓圖Figure 8 Surface roughness profile of highmoisture content sliced bamboo（bamboo knot）

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Surface roughness of highmoisture contentwood and bamboo laminated lumber sliced veneer（bamboo）

YU Hongwei1,LIU Zhikun1,LüRongjin2,LUO Congjun1,LüZejun1,LIGuangyao1
（1.School of Engineering,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.Zhejiang Shenghua Yunfeng Greeneo Co.,LTD,Deqing 313220,Zhejiang,China）

China,a developing country with comparativelymeager timber resources and with natural,precious, and high-quality wood that is becoming scarcer,has produced various artificial veneers imitating the color and grain of precious wood using small-diameter and low-quality timber,which in turn has become an important way to replenish natural decorative veneer resources.Wood timber and bamboo squares fabricated by freshlyfelled timber（green timber）finger-jointwidened and thickened was sliced directly into wood or bamboo veneers,to not only simplify themanufacturing technique,but also to save on production costs and to increase economic benefits.Freshly-felled Cunninghamia lanceolata,Pinusmassoniana,and Cinnamomum camphora with moisture content above the fiber saturation point were first,sawed into sheets or lumber;second,transversely truncated into wood blocks without knots;and third,made into combination unit or bamboo cane billets.Next, newly logged Phyllostachys edulis was cut longitudinally and planed roughly into bamboo cane billets.These bamboo cane billetswere then smoothly planed and glued by polyurethane rubber andmixed glues.Finally they were widened and thickened into predetermined sizes,wood timber:2 550mm×670mm×450mm;and bamboo squares:2 550mm×670mm×485mm depending on actual production demand.The highmoisture content laminated wood timber and bamboo squares used a cold-press gluing process.These were then sliced into wood or bamboo veneer.To determine whether the wood or bamboo veneers fabricated by this new technology met follow-up processing requirements,surface roughness was tested when the air-dried moisture content was about 15%and measured by the stylus tracingmethod.Results showed that surface roughness of high moisturecontentwood and bamboo laminated lumber sliced veneer and bamboo could meet the quality requirements of various base material veneers with a strong relationship to the material,grain direction,and finger-joints;but not to bamboo knots.Compared to Triplochiton scleroxylon technical wood and Tilia amurensis technical wood, differenceswereminor.［Ch,8 fig.6 tab.12 ref.］

wood science and technology;high moisture content wood;laminated lumber;sliced veneer-bamboo;surface roughness

S781.6

A

2095-0756（2017）04-0711-10

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.018

2015-07-12；

2016-09-20

浙江省自然科學(xué)基金資助項目（Z3110223）；浙江省重大科技專項重點農(nóng)業(yè)項目（2015C02029）

于紅衛(wèi)，副教授，從事膠合材料研究。E-mail：yhw416@sina.com。通信作者：劉志坤，教授，從事木質(zhì)資源綜合利用研究。E-mail：2227096920@qq.com