炭素繊維ヒーター素子赤外線による人工木工ボード粉体塗装の急速硬化に関する研究

世界の木工製品に対する需要は依然として旺盛で、年間1億立方メートルを超える人工ボードの大量生産が際立っている。なかでも中密度繊維板（MDF）は際立っており、年間生産量は3,000万平方メートルに達する。標準的な厚さ16mmで計算すると、年間約18億平方メートルのMDFに相当する。これらのボードは、ホルムアルデヒドベースの接着剤で接着された木質繊維を使用して巧みに作られ、世界中の多様な産業ニーズに対応している。

人工ボードは気孔率が高いため、従来の塗装では家具の使用中に木質繊維の毛細管孔からホルムアルデヒドが放出され、住宅やオフィスの環境に危険をもたらす。国際がん研究機関は2004年、ホルムアルデヒドを発がん性物質グループ1に分類した。以前、中国での人工ボードの生産はこの基準を8倍も上回っていた。したがって、家具からのVOC（揮発性有機化合物）の排出とホルムアルデヒドの排出という重大な環境問題があり、これらの環境にいる人々に大きな健康リスクをもたらしている。これは依然として、人工ボード加工業界が取り組むべき重大な問題である。

粉体塗装は カーボンファイバーヒーターエレメント 人工基板に赤外線を照射して素早く硬化させることで、ホルムアルデヒドゼロ、VOC排出ゼロを達成することができる。この特別な技術は、武源科学技術学院の光電子工学研究室が開発したものである。しかし、さらなる研究と改良が必要な問題がまだ2つある：

1. 基板表面の導電率： 人工ボードの導電率に影響を与える主な要因には、含水率、密度、温度、異方性などがある。室温では、飽和ボードの抵抗率は10³Ω・mであり、乾燥ボードの表面抵抗率は10¹²Ω・m以上である。このように、人工ボードは半絶縁体と絶縁体の中間にあり、効果的な粉体塗装のためには表面抵抗と導電性を改善する解決策が必要である。
2. 木材の熱感受性： 木材は熱に敏感な材料で、熱伝導率が金属とは大きく異なるため、硬化中の高温はひび割れの原因となる。

この2つの問題が効果的に解決されれば、木工用ボード加工業界における技術革命となる可能性がある。木材の電気的特性を探ってみよう：

• 木材の導電率： 木材には自由電子がなく、電気伝導性は非常に弱い。完全に乾燥した木材におけるわずかな導電性は、主に、細胞壁成分中のイオン性基や木材中の最小限の無機成分に由来する、木材中のわずかな移動性イオンによるものである。水の存在はイオン伝導を促進し、イオン性基、無機成分、水分子の相互作用が伝導性界面を形成する。このメカニズムは複雑で、低水分レベルでは遊離イオンの数が重要な役割を果たすが、高水分レベルではイオンの移動度が重要である。木材内のイオン濃度と分布の変化は、その導電性に大きな影響を与えます。
• 木材の誘電率： 誘電率は、交流電界中で木材が電気エネルギーを計画・蓄積する能力を示す。これは、交流電界中の木材の静電容量と真空中の同条件の静電容量の比である。乾燥した木材の誘電率は約2で、水は81であるため、誘電率が低いほど絶縁性が高い。

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