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粒片版(Particleboard)

1940年代德國首先開發出以木粒片(Particle)經佈膠及熱壓成型之粒片板(Particleboard),此材料具有密度均勻、無纖維方向性、施工鋸切時不易碎裂及價格低廉等優點。一般而言,粒片板為非結構用板材,因具有平整且光滑表面,故可有效地藉由塗裝或貼面,使廣泛應用於家具、櫥櫃、建築、裝潢及貨架等用途。 依國家標準CNS 2215之定義,粒片板係指以木材或其他植物之小片為主原料,使用膠合劑成型、熱壓而成之板材。而依其表底面狀態、抗彎強度、耐水性及甲醛釋出量之不同,又可區分為不同種類之粒片板。

粒片板之製造主要需經粒片製備、乾燥(Drying)、混膠摻合(Blending)、板胚(mat)成形、熱壓(Pressing)、後處理與整修等步驟。

粒片製備

粒片的尺寸及型態對於粒片板之機械性質、尺寸安定性及均勻性均有明顯之影響,常見者主要有粒片、裂片、方薄片、長薄片或其他切削片與破碎片等。而理想之粒片幾何型態則為厚度均勻之長薄片型或方薄片型粒片,然而此類之粒片難以透過木質殘料(Breaking residues)或回收木料製備,僅能使用盤式磨切機(Disk flaker)或鼓式磨切機(Drum flaker)切割原木進行生產。相對的,其他類型之粒片則可由木質殘料、回收木料或低價木料經環式磨切機(Ring flaker)生產,故原料成本較低,且細小之粒片提供較佳之表面性質,適合作為家具及裝修用粒片板。

乾燥

粒片含水率為粒片板製造過程中極為重要的製程參數之一,依膠合劑的使用類型和用量不同,一般粒片含水率約控制在3‒6%。常見乾燥機主要有旋轉式(Rotary)及固定式(Fixed)兩種:前者依粒片於旋轉滾筒中通過路徑的不同,又可分為單程(Single-pass)或三程(Triple-pass)旋轉式乾燥機;而後者依熱空氣流動方式之不同,又可分為噴射式(Jet)及管柱式(Tube)乾燥機。此外,粒片之乾燥速率及乾燥程度,主要受乾燥溫度及時間所調控,為縮短熱壓時間及避免因爆炸(blow)等膠合不良現象發生,一般會將表層用粒片乾燥至5-8%,而芯層用則乾燥至為3%左右。

混膠摻合

傳統室內用(Interior-type)粒片板所用之膠合劑主要為尿素甲醛樹脂(Urea formaldehyde resin,UF);建築襯底材、裝修構材或結構用粒片板則多採用酚甲醛樹脂(Phenol formaldehyde resin,PF)、三聚氰胺尿素甲醛(Melamine-urea-formaldehyde,MUF)樹脂或亞甲基二苯基二異氰酸酯(Methylene diphenyl diisocyanate,MDI)樹脂(後者多用於定向性長薄片粒片板之製備)。而膠合劑的添加量一般視粒片板種類及用途而定,通常為絕乾粒片重之6‒7%。然而對於三層(Three-layer)或五層(Five-layer)結構之粒片板而言,表底層所用之膠合劑添加量有時會略高,約為8‒10%。此外,混膠摻合階段亦會添加少量的蠟(0.75‒1.0%)降低粒片吸濕性(Hygroscopicity),以增進粒片板之尺寸安定性。

板胚(mat)成形

為使材料具有均勻的密度及厚度分布,經混膠摻合之粒片透過沉積以形成板坯,常見之成型方式主要則分為批式(Batch)及連續式(Continuous)兩種。一般而言,單層結構粒片板係由同一種類原料(粒片、膠合劑及添加劑)所製成。而層狀結構(Layered)粒片板則主要是改變表底層及心層(Core)所使用之粒片尺寸或型態,進而提供較佳之抗彎強度、剛性及表面性質。其中,三層結構之粒片板表底層常由較細薄之粒片組成,並施以較多之膠合劑以獲得較平滑且較緻密(Denser)之表面。相對的,五層結構之粒片板中,粒片之尺寸則由表底層至心層逐漸增加。

熱壓

粒片板板坯於熱壓前常進行1‒2 MPa之預壓,此除可降低板坯厚度之外,亦有助於板坯於熱壓過程中的熱傳導,以加速心層膠合劑之硬化。隨後,將預壓後板坯進行熱壓,而熱壓壓力主要視粒片(樹種)密度、板坯尺寸以及成板密度而定。另外,熱壓溫度則依膠合劑種類而異,使用尿素甲醛樹脂(Urea formaldehyde resin,UF)者,其熱壓溫度約為140‒200oC;相對的,酚甲醛樹脂(Phenol formaldehyde resin,PF)則為160‒220oC。至於熱壓時間,則與板材厚度、熱壓壓力、熱壓溫度及粒片含水率成正比;而與粒片密度及尺寸成反比。通常厚度約20 mm之粒片板,熱壓時間約為10–12 min,故熱壓時間可以每mm單位厚度約需0.5‒0.6 min估算。

後處理與整修

熱壓所得之粒片板,可利用研磨作業改善板面光滑與平整性,此外,粒片板表面亦可施以單板貼面、被覆或塗裝,以提高板材強度及美觀性。

粒片板之各種性質會依製程條件(原料種類,粒片形狀,膠合劑種類與添加量,成型方式,熱壓方法等)而異,因此可隨應用之對象產品加以設計,故廣泛應用於家具、建築及裝修等領域,而為因應不同用途之表面性質、機械性質、耐水性以及甲醛釋出量,粒片板常透過多層結構之配層比例、方向性、膠合劑種類、含水率、加工參數、板材形狀及貼面等,提供不同板材性質。常見之粒片板用途,主要可分為:一般用途、家具用途、負載用途(Load-bearing)以及高負載用途(Heavy-duty load-bearing)。其中,一般用途常作為門板使用。而家具用途之粒片板除使用於家具外,亦應用於牆板、地板、隔板以及室內裝修之基材。再者,負載用途之粒片板則主要應用於建築材料,如:地板襯墊、屋面板(Roof decking)以及樓梯踏板(Stair tread)等。而高負載用途之粒片板則使用於承重結構之梁柱或工業使用之棚架(Shelving)等。

粒片板之重要性質包括:含水率、吸水厚度膨脹率及機械性質等。相關之性能要求可參閱國家標準CNS 2215號之規定。

 

文章提供:楊德新教授、吳志鴻教授

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