自然霉变腐朽对中密度纤维板物理力学性能的影响

蒋永涛

中密度纤维板（MDF）具有优良的物理力学性能、装饰性能和加工性能，被广泛应用于家具制造、室内装修等行业。国家标准GB/T 11718—2009《中密度纤维板》对MDF甲醛释放量提出新要求即≤8.0 mg/100 g（穿孔萃取法）。甲醛属中到高效化学消毒剂，低浓度为抑菌剂，高浓度可作为灭菌剂[1]。因此较低甲醛含量的中密度纤维板放置在高温潮湿环境中容易产生霉变，导致其力学性能严重受损。发霉是由于真菌侵蚀而引起的。宋贤冲等[2]对纤维板霉变微生物进行分离和鉴定，得出纤维板霉菌主要是木霉属（Trichoderma sp.）和脉孢霉属（Neurospora sp.）,其中木霉属真菌为优势种群，分离率高达60%。

目前国家标准未对中密度纤维板耐腐性提出要求，前期研究人造板的耐腐性[3-5]主要参考GB/T 13942.1—2009[6]《木材耐久性能 第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》和美国标准ASTM D2017[7]Standard Method of Accelerated Laboratory Test of Natural Decay Resistance of Woods（《木材抗天然腐烂的加速实验室试验方法》）,采用人工驯化繁殖的菌种如褐腐菌Gloeophyllum trabeum（G.T.）和白腐菌Trametes versicolor（T.V.）在实验室创造的高温高湿条件下对人造板进行霉变腐朽研究。笔者研究了自然条件下潮湿霉变对中密度纤维板物理力学性能造成的影响，研究结果更加符合实际情况，对中密度纤维板储存和使用过程中防潮、防霉的必要性具有重要参考意义。

1 材料与方法

试验材料为绿洲森工有限公司提供的干燥状态下使用的家具用中密度纤维板（MDF-FN REG），规格2 440 mm×1 220 mm×15 mm，生产日期为2015-12-26，一个批次共4张。试验材料均匀静置于仓库避光阴凉处，从2016-01-04储存至2016-12-30。储存期间，仓库中温湿度随自然条件变化而变化，在高温高湿的梅雨季节，由于具有较强的吸湿性，中密度纤维板含水率大幅增加从而发生霉变腐朽。中密度纤维板在不同时间表面外观情况见图1。

图1 中密度纤维板在不同时间表面外观情况Fig.1 Surface appearance of MDF at different times

为了研究不同时期中密度纤维板的物理力学性能，4张试验板材分别于1月4日、5月9日、9月12日、12月30日进行锯裁和试验。试件的制备及试验方法主要参照GB/T 11718—2009[8]《中密度纤维板》和GB/T 17657—2013[9]《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》。按GB/T 17657—2013中4.3条测定中密度纤维板的含水率，试件尺寸50 mm×50 mm,共4块。试样锯制完清除表面菌丝杂质后应立即进行称量，放入(103±2) ℃的鼓风干燥箱中干燥至质量恒定后置于干燥器中冷却，取4块试件的平均含水率作为该板的含水率。按GB/T 11718—2009中6.8条测定静曲强度和弹性模量，试件尺寸350 mm×50 mm,纵横各6块，共12块；按GB/T 17657—2013中4.11条测定内结合强度，试件尺寸50 mm×50 mm，共8块；按GB/T 11718—2009中6.9条测定表面结合强度，试件尺寸50 mm×50 mm，共8块。为了反映中密度纤维板在不同时间的真实状况，试样锯制清除表面菌丝杂质后无需进行质量恒定，应立即进行试验。取各个试件的平均值作为该力学性能值。

2 结果与分析

2.1 中密度纤维板含水率的变化

通过试验和计算得出：1月、5月、9月、12月，含水率分别为：5.6%、6.4%、14.3%、10.4%。以月份为横坐标，含水率值为纵坐标绘制含水率随时间变化趋势见图2。

图2 含水率随时间变化趋势Fig.2 Moisture content changing trend over time

由此可见，经过一年的时间，12月中密度纤维板的含水率较1月的含水率增加了4.8%，增幅为85.71%。含水率在未发生霉变前（1～5月）增加了0.8%，增幅为14.28%；霉变发生前期（5～9月）增加了7.9%，增幅为123.44%；霉变发生后期（9～12月）呈下降趋势，下降了3.9%，减幅为27.27%。中密度纤维板吸湿性较强，其含水率变化的主要原因是与当时空气的湿度紧密相关。每年6月中下旬至7月上半月之间，长江中下游地区会出现持续天阴有雨的黄梅天气。梅雨季节里，空气湿度大、气温高，中密度纤维板等容易发霉。以常州地区为例，根据气象数据得出，2016年6月15日至7月15日，该地区温度范围20～33 ℃，下雨天气23 d，平均气温在25 ℃以上，平均湿度在90%以上，高温和高湿气候条件是导致5月至9月试验样品含水率快速增加的主要原因。

2.2 霉变对中密度纤维板力学性能的影响

不同时间中密度纤维板力学性能具体数值见表1。

表1 不同时间中密度纤维板力学性能Tab.1 Mechanical properties of MDF at different times MPa

以月份为横坐标，各力学性能的平均值为纵坐标绘制力学性能随时间变化趋势见图3。

图3 力学性能随时间变化趋势Fig.3 Mechanical property changing trend over time

由图3可见，中密度纤维板的静曲强度、弹性模量、内结合强度、表面结合强度力学性能呈相同变化规律,即在1～5月下降幅度最小，5～9月下降幅度最大，9～12月下降幅度趋缓。1～5月中密度纤维板表面未见明显的霉变，其力学性能下降幅度较小；5～9月中密度纤维板经历黄梅季节后发生霉变，其力学性能下降幅度最大；9～12月中密度纤维板表面霉菌群衰败，其力学性能下降幅度趋缓。

中密度纤维板各力学性能具体下降幅度数值见表2。

表2 中密度纤维板各力学性能下降幅度Tab.2 Mechanical property decrease range of MDF %

由表2可见，中密度纤维板的力学性能下降幅度由大到小依次为：表面结合强度、静曲强度、内结合强度、弹性模量。真菌侵蚀导致的霉变腐朽是一个由表及里的缓慢过程，霉变发生初期通常真菌侵蚀的影响只限于表面浅层，在温湿度适宜的条件下，真菌的菌丝进一步向内部侵蚀降解木质素、纤维素和半纤维素造成中密度纤维板内部性能下降。中密度纤维板的表面结合强度试件表面环形槽的深度为(0.3±0.1) mm，因此霉变对中密度纤维板力学性能中的表面结合强度影响最大。

3 结论

以长江中下游地区为背景，对不同时期的中密度纤维板的物理力学性能进行研究，通过试验数据分析可以得出以下结论：

1）自然霉变腐朽过程中，中密度纤维板的含水率先增加后减少，霉变发生前期经历了高温高湿的黄梅天气，含水率增幅最大。

2）自然霉变腐朽过程中，中密度纤维板的静曲强度、弹性模量、内结合强度、表面结合强度力学性能呈相同变化规律即1～5月下降幅度最小，5～9月下降幅度最大，9～12月下降幅度趋缓。

3）霉变腐朽是一个由表及里的缓慢过程，在该过程中，中密度纤维板的4个力学性能中表面结合强度的下降幅度最大。

[1] 韩友圻.甲醛对细菌和病毒的杀灭作用研究进展[J].中国消毒学杂志, 1990(1):31-36.

[2] 宋贤冲, 张照远, 刘媛, 等.广西南宁纤维板霉变微生物的分离及鉴定[J].林业工程学报, 2016, 1(1):78-82.

[3] 岳孔, 夏炎.木质材料防腐朽菌败坏研究综述[J].木材加工机械,2007, 18(6):50-52.

[4] 张宏健, 赵立.几种木质人造板对耐腐性能的评价[J].建筑人造板,1990(2):27-30.

[5] 王伟宏, Jeff.J.MORRELL.真菌腐朽及潮湿环境对定向刨花板力学性能的影响[J].东北林业大学学报, 2005, 33(1):28-29.

[6] 全国木材标准化技术委员会.GB/T 13942.1—2009 木材耐久性能 第1部分:天然耐腐性实验室试验方法[S].北京:中国标准出版社, 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] 全国人造板标准化技术委员会.GB/T 11718—2009 中密度纤维板[S].北京: 中国标准出版社，2009.

[9] 全国人造板标准化技术委员会.GB/T 17657—2013 人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2013.