12/03/2024一种可使人工幼龄木板材性能实现高度稳定的关键技术

市场上，现通常用经涂料、三聚氰胺胶膜纸或PVC（PP）皮饰面的橡胶木、杉木、松木等木材指接板材（简称：饰面实木板材），来定制生产木衣柜、木橱柜、木酒柜、木桌柜、木浴柜、木垭口、木墙板、木桌木床和室内木门等室内实木制品。

然而，大多经蒸汽窑干等木材干燥方式处理过的橡胶木、杉木、松木等人工幼龄木锯材（板条），是以横向胶拼、纵向指接方式组合而成的，尺寸范围=2440-2800mm（长）×1220mm（宽）×9.0-25.0mm（厚）的木材指接板，其幅面含水率分布范围仍普遍在9.0-14.0%之间，且板材厚度方向上还存在着较大的含水率梯度。再加上生长期10年至20年的人工幼龄木木材具有失水变形量较大的自然属性。事实证明，用这样的木材指接板饰面后成型的饰面实木板材生产的实木制品往往容易在冬天北方室内长时间启用暖气、南方室内开启制热空调期间（简称“居室制热环境”）发生木材开裂（或木材微裂，见图1）。

尤其是使其中商业价值最高、产品质量水平要求也最高、“一板通顶”的高大尺寸衣柜平板木门在没有“卯、榫、梃、档、梢、金属拉直器（门板背面）、铝合金蜂窝芯（实木芯板内部夹层）”助力拉伸的条件下更容易产生翘曲变形（见图2）、板面皱缩（板面“排骨”）等各种质量问题。

无疑，天然林全面禁伐后用先进技术显著提高陈设于“居室制热环境”中的木材，尤其是人工幼龄木木材指接板的材质性能（稳定性水平），对于提高木材和人工幼龄木木材的商品价值、增加山区林农的收入水平、改善百姓的实木生活品质有着非常重要的意义。

包括“一板通顶”的衣柜高大尺寸平板木门在内的实木制品容易在“居室制热环境”里产生木材开裂、弯曲变形（横弯、顺弯、翘曲）、板面皱缩（板面“排骨”）等各种产品质量问题的原因，除了饰面实木板材芯板（即尺寸范围=2440-2800×1220×9.0-25.0mm的木材指接板）中使用的人工幼龄木木材（橡胶木、杉木、松木等）具有失水变形量较大等自然属性外，还在于幅面含水率范围普遍在9.0-14.0%之间，且板材厚度方向上存在较大含水率梯度的（板材芯部木材含水率高于板材表层）木材经过窑干处理的芯板在室内。尤其是在“居室制热环境”里陈设过程中与居室内湿热空气发生能量交换时，芯板各部位木材发生了非均匀性失水，导致芯板各部位木材产生非均匀性干缩、木纤维细胞体积发生了非均匀性变化。

为了滞阻实木制品在“居室制热环境”使用过程中出现木材开裂、弯曲变形、板面皱缩等各种产品质量事故，作者于2000年便开始针对如何显著提高实木制品使用的、木材经过窑干处理的实木板材，特别是尺寸范围=2800-2440（长）×1220（宽）×9.0-25.0mm（厚）的人工幼龄木木材指接板材性能稳定水平这一全国性的行业技术难题进行了系统研究，并产业化了“木材处理系统”（图3）这一关键技术。

该技术可以通过紊流换热方式迫使热力学能与“居室制热环境”处于同一区间［其中，通过图3“水分收集、外排装置”可使机房空间相对湿度值恒定在（39±1）%、也就是把机房空间湿热气流的木材平衡含水率空气值恒定在（7.0±0.6）%］的机房湿热空气（湿热气流）同时与一次性移入机房空间的每一张木材指接板中的每一个木材部位发生能量交换（可一次性向机房内移入一万张木材指接板，每一张木材指接板相互之间放有隔条）。

机房内（图3），木材指接板中的木材（板条）9.0-14.0%的含水率分布范围与木材平衡含水率空气值（7.0±0.6）%的机房“居室制热环境”之间存在着较大的热力学能差异（二者之间存在着较大的含水率梯度）。这就决定了木材指接板中的木材水分子在各个方向上作无规则热运动过程中，与机房内以紊流方式运动的湿热气流（空气流）分子以平动、转动、振动形式相互碰撞时必然发生如下能量交换（热量迁移）：

（1）木材（木材指接板）从机房湿热气流（湿热空气）中吸收热量； 

（2）木材（木材指接板）发生质量迁移（水分子外溢）；

（3）木材指接板芯部木材水分向表层移动，表层木材水分向机房空间外溢。

上述过程中，当木材指接板表层蒸发（外溢）到机房空间的水分子数量相当于从机房湿热气流中又返回、凝聚到木材指接板表层上的水分子数量时，木材（木材指接板）与机房“居室制热环境”之间便实现了“能量动平衡”。即：二者之间便实现了互为热平衡（木材指接板木材芯部、木材表层与机房“居室制热环境”中的湿热气流之间存在的热量差异值趋零）、相平衡（木材指接板木材芯部、木材表层与机房“居室制热环境”中的湿热气流之间存在的水分净迁移量趋零。经实测，这时每一张木材指接板中的各部位木材含水率均被控制在了（7.0±0.6）%区间，且板材厚度方向上的含水率梯度值趋零）和力平衡（木材指接板木材毛细管水蒸气与机房“居室制热环境”中的湿热气流之间存在的压力差异值趋零）。 

与“木材处理系统”机房“居室制热环境”实现了互为“能量动平衡”（即互为热平衡、相平衡和力平衡）的橡胶木、杉木、松木人工幼龄木木材指接板表面经涂料、三聚氰胺胶膜纸或PVC（PP）皮饰面后（使木材指接板具有了可以防止木材与居室空间湿热空气再发生能量交换的“功能界面”）成型为饰面实木板材。用这样的饰面实木板材定制生产的实木制品（包括其中“一板通顶”的高大尺寸衣柜平板木门），在居室内尤其是在“居室制热环境”里将失去芯板（木材指接板）各部位木材发生非均匀性失水导致芯板各部位木材产生非均匀性干缩、木纤维细胞体积发生非均匀性变化的条件。

在2000年至今的20多年时间里，位于我国南、北方的家具工厂使用作者“木材处理系统”这一关键技术处理过的橡胶木、杉木、松木等人工幼龄木木材指接板经饰面后成型的饰面实木板材定制生产了近百万件的实木制品。产品质量创造了实木制品在我国北方、南方、中东（沙漠气候）及欧美各地居室内（包括“居室制热环境”）长年陈设过程中发生木材开裂（微裂）、弯曲变形、板面皱缩质量问题投诉率趋零的记录。“木材处理系统”完全实现了使实木制品尺寸、形状和表面可始终保持高度稳定状态的技术目标。

图4系用“木材处理系统”这一关键技术处理过的橡胶木指接板直接经三聚氰胺胶膜纸饰面后成型的饰面实木板材定制生产的实木板式家具（包括其中的高度尺寸为2730mm、“一板到顶”的衣柜平板木门，门板没有借助拉直器等任何外力拉伸条件）。图4实木板式家具自2016年10月在东北哈尔滨客户室内使用至今，在时间长达八个冬天的“居室制热环境”下，平板木门始终保持着“板边笔直如线、表面平整如玻、饰面无裂无痕”的高度稳定状态，安装在柜体板上的相邻平板木门的各门角始终保持在同一个垂直面。

“木材处理系统”关键技术克服了产业化过程中使木材，尤其是人工幼龄木板材材质性能实现高度稳定的重重技术障碍，创造了从0到1的首次技术突破，显著提高了人工幼龄木木材的商品品质、市场价值，为我国现代实木板式定制家私（实木制品）产业链主高质量发展夯实了难以用经济估量的技术基础和链接价值。20多年来，作者“木材处理系统”关键技术及其关联技术先后4次获得云南省人民政府科学技术奖。