聚氨酯清漆涂饰松木家具表面抗冲击的研究

聚氨酯清漆涂饰松木家具表面抗冲击的研究

(国家木制家具及人造板质量监督检验中心(徐州)，江苏 邳州 221300)

摘 要:现行国家标准规定家具木制件的漆膜涂层要检测表面理化性能，抗冲击项目检测是其中重要的 一项。目前松木家具，尤其是樟子松家具非常流行，但该标准并不适用于检测其抗冲击性能。从某产业集聚 区抽取若干件松木家具，这些家具可充分代表现在该行业的家具水平，按标准规定分别以不同试验高度进行 试验并加以分析。试验表明，聚氨酯清漆涂饰的松木家具漆膜抗冲击能力较低，在冲击高度为 15 mm 时大多 数试样可以符合要求;漆膜厚度对抗冲击能力也有一定影响，200 μm 厚度漆膜的冲击性能要优于 100 μm 厚 度漆膜。

关键词:清漆;松木家具;抗冲击性能;国家标准
中图分类号:TS612 文献标识码:A 文章编号:2095 －2953(2017)05 －0026 －03

松木是家具的主要用材之一，尤其适用于儿童 家具制作。天然实木材料自然环保，经清漆涂饰后 颜色淡雅、纹理自然、气味芳香，为广大消费者所喜 爱。从俄罗斯进口的樟子松是现在使用最为广泛的 家具用材之一 ［1］ ，江苏省徐州市贾汪区的樟子松木 家具集聚区已形成以樟子松木家具为主的规模化、品牌化发展格局，其在我国家具产业中占有重要地位。

在家具产品检测中，漆膜表面抗冲击性能的检 测引发了较大争议。漆膜抗冲击性能是家具检测项 目中的重要指标之一，相关标准 GB 28007 － 2011 《儿童家具通用技术条件》 ［2］ 、GB/T 3324 －2008《木 制家具通用技术条件》 ［3］ 等对此都有明确规定，即漆 膜抗冲击性能统一要求为“冲击高度 50 mm 不低于 3 级”。

为提高漆膜表面抗冲击性能，不少学者做了相 关研究。如莫引优研究发现，加入改性 SiO 2 的聚氨 酯漆膜耐冲击性能优于普通的聚氨酯漆及未改性的 SiO 2 聚氨酯漆膜 ［4］ ;柴宇博发现密实化处理可使木 材的某些涂饰性能得到小幅度提高 ［5］ 。

目前，在聚氨酯清漆涂饰松木家具漆膜抗冲击 性能方面的研究较少，本试验的目的是测试聚氨酯 清漆涂饰松木家具漆膜表面的抗冲击性能，为家具 产品制订出科学合理的产品标准及改进现有标准的 不合理之处提供数据支撑，为家具生产、出厂检验、 产品验收、质量监督等环节提供科学依据。

1 试验材料及方法 

1. 1 试验材料 

本试验以樟子松为基材，经聚氨酯清漆涂饰，制 作成漆膜厚度分别为 100 μm 和200 μm 的两种家具 样板试件。

樟子松的主要物理、力学性质为:纹理直、结构 较均 匀、轻 而 软、密 度 较 低、气 干 密 度 约 为 0. 45 g/cm 3 ，硬度较低、径面和弦面 的 硬 度 约 为 210 kgf/cm 2 ，干缩程度一般、强度中等偏弱、冲击韧 性一般 ［6］ 。

清漆涂饰的工艺为:素材砂光→白坯打磨(粗 磨) →封固底漆→一底打磨(底磨) →二次底漆→二 底打磨(细磨) →喷面漆。

1. 2 试验方法

 GB/T 4893. 9 －2013《家具表面漆膜理化性能试 验 第9 部分:抗冲击测定法》规定了家具中木制件表 面漆膜抗冲击性能的试验方法 ［7］ 。将试件和冲击器 按标准要求放置，使钢球处于冲击部位中心，然后将 冲击块提升至规定高度向钢球冲击。

每个 高 度 冲 击 5 个 部 位。按 照 标 准 GB/T 4893. 9 －2013 中 6. 2 的要求，各冲击部位中心距试 件边沿不小于 50 mm，各冲击部位中心的间距不小 于 20 mm。冲击部位的中心位置采用画网格的方法 确定，冲击部位为标准规定的 30 个冲击部位中心点 随机选取的 5 个。

根据 GB/T 4893. 9 －2013《家具表面漆膜理化性 能试验 第9 部分:抗冲击测定法》中关于冲击高度的 选择，评定漆膜最大抗冲击性能时，可逐级提高冲击 高度，直至最大冲击高度为止。从实际测定中可知， 清漆涂饰的松木基材在冲击高度为 50 mm 的条件下， 漆膜抗冲击性能的合格率几乎为零。因此在本试验 中，为了寻找合适的冲击高度，将逐级降低冲击高度， 具体为10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、50 mm。

试验后用放大镜检查各冲击部位的损伤程度。 冲击部位等级评定分为 5 级:1 级为无可见变化(无 损伤);2 级为漆膜表面无裂纹，但可见冲击印痕;3 级为漆膜表面有轻度裂纹，通常有 1 ～2 圈环裂或弧 裂;4 级为漆膜表面有中度到较重裂纹，通常有 3 ～4 圈环裂或弧裂;5 级为漆膜表面有严重破坏，通常有 5 圈环裂、弧裂或漆膜脱落。冲击部位等级评定如图 1 所示。

2 试验结果与分析

由表 1 可知，按照 GB/T 3324 － 2008 要求冲击 部位等级评定“应不低于 3 级”，冲击高度为 10 mm 时，该批样品合格率为 100%。所有样品均满足 要求。

 冲击高度为15 mm 时，该批样品合格率为80%。 大多数样品满足要求。

冲击高度为20 mm 时，该批样品合格率为50%。一半样品满足要求，且合格的部分样品在合格限附近，很容易误判。

冲击高度为25 mm 时，该批样品合格率为40%。
冲击高度为 50 mm 时，该批样品合格率为 0%。所有样品均不能满足要求。

2. 2 数据分析
2. 2. 1 冲击高度的影响

松木家具漆膜表面抗冲击性能主要受冲击高度的影响，随着冲击高度的增加，其质量等级不断降低，冲击高度与合格率的关系如图 2 所示。

冲击高度是影响油漆表面抗冲击性能的主要因 素，冲击高度越高，漆膜表面抗冲击性能越差，以樟 子松为基材的清漆涂饰家具在现行标准冲击高度 50 mm的条件下均不能满足要求。

樟子松较软，当遇到坚硬的钢球冲击时会发生 凹陷，冲击高度越高，凹陷变形越大。表面漆膜在钢 球压力和基材拉力的共同作用下也随之发生变形， 随着变形的增大，最终突破漆膜的变形界限，导致漆 膜由无裂纹到轻度裂纹，再到中度和较重裂纹，直至 出现环裂、漆膜脱落。

2. 2. 2 漆膜厚度的影响

在试验中发现并不是所有试样表现都相同，如 在冲击高度为 15 mm 和 25 mm 时，试样表现差别较 大，如试样 1、2、3、6 等在冲击高度为 15 mm 时不合 格，而试样 4、5、15 等在冲击高度 25 mm 时仍然 合格。

经分析，试样 1、2、3、6 等漆膜的厚度约为 100μm，而试样 4、5、15 等漆膜的厚度约为 200μm。 由此可知，原材料一致、生产工艺一致的清漆涂饰松 木家具，其漆膜厚度也是影响抗冲击性能的因素。 漆膜厚度与抗冲击性能等级的关系如图 3 所示。

由图 3 可知，漆膜厚度影响其抗冲击性能，相同 条件下抗冲击性能较好的是漆膜厚度约为 200 μm 的样品，如试样 5;抗冲击性能较差的是漆膜厚度约 为 100 μm 的样品，如试样 1、2、3、6 等。

3 结论

(1)聚氨酯清漆涂饰的松木家具，在原材料相 同、生产工艺一致的条件下，冲击高度是影响漆膜抗 冲击性能的主要因素，冲击高度越高，对漆膜破坏越 大;漆膜厚度是次要因素，200 μm 厚度的漆膜，其抗 冲击性能要优于 100 μm 厚度的漆膜。

(2)樟子松材质相对较软，以统一的50 mm 高度 作为指标来评定樟子松家具油漆表面抗冲击性能不尽合理。建议修订相关产品标准，针对不同产品特 性制订不同的指标要求，对于聚氨酯清漆涂饰的松 木家具，其漆膜抗冲击高度应设为 15 mm。

 (3)为了提高樟子松家具的漆膜抗冲击性能，建 议生产企业从木材改性、油漆种类及改良配方、涂布 量、涂布工艺等多方面着手，不断改进生产工艺，提 高产品质量。

参考文献: 

［1］ 孙龙祥，赵有科，吕建雄，等． 热处理温度与时间对樟子松木材 颜色的影响［J］． 木材工业，2014(6):16 －19． 

［2］ GB 28007 －2011，儿童家具通用技术条件［S］．

 ［3］ GB/T 3324 －2008，木制家具通用技术条件［S］． 

［4］ 莫引优，陈奎，何其飞，等． 用二氧化硅聚氨酯涂料改良木材表 面性质的研究［J］． 北京林业大学学报，2012(7):154 －159． 

［5］ 柴宇博． 人工林木材密实化处理技术及性能评价［D］． 北京:中 国林业科学研究院，2007． 

［6］ 成俊卿，杨家驹，刘鹏． 中国木材志［M］． 北京:中国林业出版 社，1992． 

［7］ GB/T 4893. 9 －2013，家具表面漆膜理化性能试验 第9 部分:抗 冲击测定法［S］．