自然霉變腐朽對中密度纖維板物理力學性能的影響

蔣永濤

中密度纖維板（MDF）具有優良的物理力學性能、裝飾性能和加工性能，被廣泛應用于家具制造、室內裝修等行業。國家標準GB/T 11718—2009《中密度纖維板》對MDF甲醛釋放量提出新要求即≤8.0 mg/100 g（穿孔萃取法）。甲醛屬中到高效化學消毒劑，低濃度為抑菌劑，高濃度可作為滅菌劑[1]。因此較低甲醛含量的中密度纖維板放置在高溫潮濕環境中容易產生霉變，導致其力學性能嚴重受損。發霉是由于真菌侵蝕而引起的。宋賢沖等[2]對纖維板霉變微生物進行分離和鑒定，得出纖維板霉菌主要是木霉屬（Trichoderma sp.）和脈孢霉屬（Neurospora sp.）,其中木霉屬真菌為優勢種群，分離率高達60%。

目前國家標準未對中密度纖維板耐腐性提出要求，前期研究人造板的耐腐性[3-5]主要參考GB/T 13942.1—2009[6]《木材耐久性能 第1部分:天然耐腐性實驗室試驗方法》和美國標準ASTM D2017[7]Standard Method of Accelerated Laboratory Test of Natural Decay Resistance of Woods（《木材抗天然腐爛的加速實驗室試驗方法》）,采用人工馴化繁殖的菌種如褐腐菌Gloeophyllum trabeum（G.T.）和白腐菌Trametes versicolor（T.V.）在實驗室創造的高溫高濕條件下對人造板進行霉變腐朽研究。筆者研究了自然條件下潮濕霉變對中密度纖維板物理力學性能造成的影響，研究結果更加符合實際情況，對中密度纖維板儲存和使用過程中防潮、防霉的必要性具有重要參考意義。

1 材料與方法

試驗材料為綠洲森工有限公司提供的干燥狀態下使用的家具用中密度纖維板（MDF-FN REG），規格2 440 mm×1 220 mm×15 mm，生產日期為2015-12-26，一個批次共4張。試驗材料均勻靜置于倉庫避光陰涼處，從2016-01-04儲存至2016-12-30。儲存期間，倉庫中溫濕度隨自然條件變化而變化，在高溫高濕的梅雨季節，由于具有較強的吸濕性，中密度纖維板含水率大幅增加從而發生霉變腐朽。中密度纖維板在不同時間表面外觀情況見圖1。

圖1 中密度纖維板在不同時間表面外觀情況Fig.1 Surface appearance of MDF at different times

為了研究不同時期中密度纖維板的物理力學性能，4張試驗板材分別于1月4日、5月9日、9月12日、12月30日進行鋸裁和試驗。試件的制備及試驗方法主要參照GB/T 11718—2009[8]《中密度纖維板》和GB/T 17657—2013[9]《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》。按GB/T 17657—2013中4.3條測定中密度纖維板的含水率，試件尺寸50 mm×50 mm,共4塊。試樣鋸制完清除表面菌絲雜質后應立即進行稱量，放入(103±2) ℃的鼓風干燥箱中干燥至質量恒定后置于干燥器中冷卻，取4塊試件的平均含水率作為該板的含水率。按GB/T 11718—2009中6.8條測定靜曲強度和彈性模量，試件尺寸350 mm×50 mm,縱橫各6塊，共12塊；按GB/T 17657—2013中4.11條測定內結合強度，試件尺寸50 mm×50 mm，共8塊；按GB/T 11718—2009中6.9條測定表面結合強度，試件尺寸50 mm×50 mm，共8塊。為了反映中密度纖維板在不同時間的真實狀況，試樣鋸制清除表面菌絲雜質后無需進行質量恒定，應立即進行試驗。取各個試件的平均值作為該力學性能值。

2 結果與分析

2.1 中密度纖維板含水率的變化

通過試驗和計算得出：1月、5月、9月、12月，含水率分別為：5.6%、6.4%、14.3%、10.4%。以月份為橫坐標，含水率值為縱坐標繪制含水率隨時間變化趨勢見圖2。

圖2 含水率隨時間變化趨勢Fig.2 Moisture content changing trend over time

由此可見，經過一年的時間，12月中密度纖維板的含水率較1月的含水率增加了4.8%，增幅為85.71%。含水率在未發生霉變前（1～5月）增加了0.8%，增幅為14.28%；霉變發生前期（5～9月）增加了7.9%，增幅為123.44%；霉變發生后期（9～12月）呈下降趨勢，下降了3.9%，減幅為27.27%。中密度纖維板吸濕性較強，其含水率變化的主要原因是與當時空氣的濕度緊密相關。每年6月中下旬至7月上半月之間，長江中下游地區會出現持續天陰有雨的黃梅天氣。梅雨季節里，空氣濕度大、氣溫高，中密度纖維板等容易發霉。以常州地區為例，根據氣象數據得出，2016年6月15日至7月15日，該地區溫度范圍20～33 ℃，下雨天氣23 d，平均氣溫在25 ℃以上，平均濕度在90%以上，高溫和高濕氣候條件是導致5月至9月試驗樣品含水率快速增加的主要原因。

2.2 霉變對中密度纖維板力學性能的影響

不同時間中密度纖維板力學性能具體數值見表1。

表1 不同時間中密度纖維板力學性能Tab.1 Mechanical properties of MDF at different times MPa

以月份為橫坐標，各力學性能的平均值為縱坐標繪制力學性能隨時間變化趨勢見圖3。

圖3 力學性能隨時間變化趨勢Fig.3 Mechanical property changing trend over time

由圖3可見，中密度纖維板的靜曲強度、彈性模量、內結合強度、表面結合強度力學性能呈相同變化規律,即在1～5月下降幅度最小，5～9月下降幅度最大，9～12月下降幅度趨緩。1～5月中密度纖維板表面未見明顯的霉變，其力學性能下降幅度較??；5～9月中密度纖維板經歷黃梅季節后發生霉變，其力學性能下降幅度最大；9～12月中密度纖維板表面霉菌群衰敗，其力學性能下降幅度趨緩。

中密度纖維板各力學性能具體下降幅度數值見表2。

表2 中密度纖維板各力學性能下降幅度Tab.2 Mechanical property decrease range of MDF %

由表2可見，中密度纖維板的力學性能下降幅度由大到小依次為：表面結合強度、靜曲強度、內結合強度、彈性模量。真菌侵蝕導致的霉變腐朽是一個由表及里的緩慢過程，霉變發生初期通常真菌侵蝕的影響只限于表面淺層，在溫濕度適宜的條件下，真菌的菌絲進一步向內部侵蝕降解木質素、纖維素和半纖維素造成中密度纖維板內部性能下降。中密度纖維板的表面結合強度試件表面環形槽的深度為(0.3±0.1) mm，因此霉變對中密度纖維板力學性能中的表面結合強度影響最大。

3 結論

以長江中下游地區為背景，對不同時期的中密度纖維板的物理力學性能進行研究，通過試驗數據分析可以得出以下結論：

1）自然霉變腐朽過程中，中密度纖維板的含水率先增加后減少，霉變發生前期經歷了高溫高濕的黃梅天氣，含水率增幅最大。

2）自然霉變腐朽過程中，中密度纖維板的靜曲強度、彈性模量、內結合強度、表面結合強度力學性能呈相同變化規律即1～5月下降幅度最小，5～9月下降幅度最大，9～12月下降幅度趨緩。

3）霉變腐朽是一個由表及里的緩慢過程，在該過程中，中密度纖維板的4個力學性能中表面結合強度的下降幅度最大。

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[6] 全國木材標準化技術委員會.GB/T 13942.1—2009 木材耐久性能 第1部分:天然耐腐性實驗室試驗方法[S].北京:中國標準出版社, 2009.

[7] American Society for Testing and Materials(ASTM).ASTM D2017 Standard Method of Accelerated Laboratory Test of Natural Decay Resistance of Woods[S].USA:ASTM,2005．

[8] 全國人造板標準化技術委員會.GB/T 11718—2009 中密度纖維板[S].北京: 中國標準出版社，2009.

[9] 全國人造板標準化技術委員會.GB/T 17657—2013 人造板及飾面人造板理化性能試驗方法[S].北京:中國標準出版社, 2013.