是林學報 38(2) : 151 - 164(1989) -151-

非破壞性方法測定粒芹板之彈性係數

陳載永1)

(接受刊載日期:中華民國 78 年 10 月 20 日)

摘要:商用粒片板以靜曲，引張及壓縮試片，經應力設計時儀及超音波浪tl 定儀之非破按住方法汲tl

得彈性係數，再經萬能試驗機之破獲性方法測定，比較之。其結果均以超音波測定儀寫最高。而

萬能試驗機之結果，除引張試片最低外，例為第二高。應力波計時儀之結果，剖除引張試片居次

外，為最小。

關鍵詞:商用粒片板，非做壞性損tl 定，超音波測定儀，應力放計時儀。

一、前言

傳統式測定木材及木質材料強度，以

破壞性的檢驗方法為主，此法在學術研究

之試驗分析及企業界品質管制之抽查檢驗

上，對於人力物力及時間之耗費均大。是

故，目前在材料科學之韻坡裡，為節省試

驗材料之成本，並增進檢驗速度，檢驗取

樣普遍性與提高檢驗結果之可靠性，乃積

極研究非破壞性制定(' Nondestructive

testing) 方法。有理論根攘者達十餘種方

法之多 (Mc Gonnagle 1969) ，其中應用在

鋸木廠之板材分級或木質材料性質測定之

報告並不多(王松永， 1984, 1985 ;陳載永，

1988, 1989 ; Gerhardsl Floeter, 1982

Pellerin, IMorschanser , 1973; Gerhards

1978 ; Burmester 1968 ; Tang I Yeh, 1978;

Greubel , 1989) 。

本試驗目的，乃在分析應力技計時儀

( Stress-Wave-Timer') 及超音技削是儀

1) 國立中興大學森林系教授。

(Ultrasonic Wave Apparatus )之非破壞

性制定法，所得之靜曲 (Bending) ，引張

(Tension) 及壓縮( Compression )彈性係

數與由傳統式破壞性制定法所得之結果，

比較其差異性及相關性。

二、試驗材料

振昌興業公司提供之粒片板，厚度

的 mm' 密度 0.71 g/cm話 (0.66-0.76) ，含

水率平均 9.94 %。

本試驗依制定不同性質之需要，而裁

成不同尺寸之試片，列於表1.'每種試驗各

重擅 25 個試片。

三、試驗方法

3.1 應力技計時儀 (Stress-Wave-Timer)

之非破壞性測定法:

應力技計時儀 (239 A型)為美國 Me­

triguard 公司製造。利用鐘擺似之擺鍾

-152-

表1. 各試片之尺寸

Tab. 1. Dimension of Specimens.

試驗項目 尺寸 (Dimension) mm Testing 長 x 寬×庫(t xbxd)

靜 曲 310 x 47 x 18

(Bending)

引 張 220 x 47 x 18

(Tension)

壓 縮 90 x 18 x 18

( Compression)

(Pendulum impactor) 在安靜及避免外

界振動干擾下，擺鍾自由降落撞擊起始加

速器 (Start accelerometer) 產生應力控

(Stress Wave)而傳遞到終止加速器(Stop

accelerometer) 所需之時間 (μsec.) 。其

裝備如圖1.所示，藉、應、力技傳遞速度而求

得彈性係數，如下式:

E= v 2 d ﹒兮) ...... ... ... ... ... ... ... (1)

兩電功率轉送器問之距離(cm)v 速度=

傅遞時間 (sec)

本試驗之間距依試驗項目試片不同而

別，靜曲者 27cm. 引張者 12.5 cm .壓縮

者 6.5 cm 0

重量 (g)d: 密度= 耳

體積 (cm布)

g: 重力加速度= 980 cm/sec 2

3.2. 超音波(Ultrasonic Wave) 之非破壞性

~~破壞性方法規'1定粒芹板之彈性係數

備 註

Comment

跨距為厚度之 15倍 .13P 270mm. 兩端延寸各 20mm' 計長度 310

口1口1 0

於非破壞性測定時，試片分別以

先削頸 (pre-necking) 及後削頸

(post-necking) 兩種型態測定。

預備試驗時取長度為厚度 3 倍，

5 倍 .7倍及 9倍之試片，其中 3

倍者畢剪斷敬壇 .7 倍以上星彎

折破擅 (Bucking) .故本試驗謀長

度為厚度 5 倍之尺寸。

測定法:

本試驗之超音波測定儀 (CNS Electro

nics LTD 製造. PUNDIT 型，王松永，

1985) ，係利用一個波動發振器 (Pulse

generator)及一個波動接受器( Pulse receiver) ，分別塗以凡士林密貼於試片兩

端，由波動發振器發生標準頻率 54KHz之衰誠振動技技動，經由電力，音技轉變

成彈性技技動，由試片一端經試片內部，

於另一端之接受器呈現電力信號，由音速

測定儀測得所需之時間 (t) 。由下式求得彈

性係數。

E= v 2 XdX!_ ... ... ... ., . ••• ••• ••• ", (2) g

v2 = L t

本試驗之長度各為靜曲者 31 cm '引

張者 22 cm 及壓縮者 9.2cm 。

v 音速 (cm/s)

農林學報第 38 卷第 2 期 1989

Amplifiar

Glin Switchu

SUrt CI .mp

Li叮Crystal 叫ay

A Stress Wnl Timtr

Surt Accl leromøter

Splcimln Und.r Test

圖 1 :應力技計時儀及試驗裝置

-153-

-Front Panel

Lltch

- Stop Cllmp

、、StopAccaløromaur

Fig. 1 : Stress-Wave-Timer and Test Assembly.

非破壞性方法).'1定程芹板之彈性係數

3PL ,. e , 9 MOR=~一τ一 (kgflcm Z

) 2 bh

A PL3 .1 1 ,. J ')

3( kgf/cm~) 46y . b' h MOE=

MOR: 靜曲破壞強度

MOE:彈性係數

P: 最大荷重

L: 跨臣 b: 寬度 h: 厚度

6P: 比例限界內兩點間荷重差

6y:對應6P 之變形量

3.3.2. 引張破壞強度

試片分先削頸 (pre-necking)及後削頸

( post-necking) 兩種，試片形狀如圖 2 0

L: 試片長度 (m)

t :時間 (sec)

d: 密度 (g/cm 3)

g: 重力加速度 (980 cm/sec 2 )

3.3. 萬能試驗機( U niversal testing ma­chine)之破壞性測定法:

經過前述兩種非破壞性方法測定後之

試片，分別再以萬能試驗機實施破壞性測

定靜曲破壞強度， 51張破壞強度及壓縮破

壞強度。

3.3.1.靜曲破壞強度

跨距 270 mm' 施荷重速度 9 mrh/min

(依 ASTM D1037)。

-154-

皂，。""

卡50mm刊

post-necki llg

• 50 IWm斗

P r ﹒-間 ecking

圖 2: 引張試片先後削頸

Fig. 2: Pre- and Post-necking of Tension Spècimens.

農林學報第 38 春第 2 期 1989

施荷重速度 3.8mm/min(依 ASTM

D1037)

σT=EW/cm2

6PL . ^' 0

T =--;::--?["一~ kg-f/cm~ 6 .e .A "0

。T: (1 1 強敵.tJ!強度ET : 51 張磁坡之彈性係數P: 援大荷重 (kg)A: 斷面積 (cm 2 )6P: 兩 15間之荷蘆葦6l: 與6P 相對總之變形量

3.3.3. 壓縮破壞強度

試片長度為厚度之 5 倍，施荷重速度

0.43 mm/min(依 ASTM D1037) 。

σ 。 =EW/cm2A P L . ^' ? _ ^~f)~::-- ^ kgf/ cm z

6g.A

σc :陸船且克拉起強皮Be: 壓縮敬擅之彈性係數

P: 按大荷噩 (kg)A ﹒斷面積 (cm)6P: 兩點聞之荷重差

6l : 與 6P 相對晦之變形量

3.3.4. 試驗流程

在恆溫值濕室 1

試片裁切 、20士 2

0

C ， RH65% , 1 遇

應、力技計時儀測定(Stress -Wave-Timer)

恆溫恆濕室

表 2: 靜曲試片之三種彈性係數

Tab. 2; 3 MOE of Bending Specirnen

密 度 合 水 率Oensity Moisture Content

-155-

超音波測定儀測定

(Ultrasonic Wave Apparatus)

恆溫值濕室7'萬能試驗機測定

20。土 2 0 C ， RH65%' 1 週

四、結呆與討論

4.1.靜由試片之彈性係數

靜曲試片經三種不同方法所測定之彈

性係數結合於表 2.

由表 2 之平均值得知，以應力波計時

儀所測得之 MOE 最小，以超音波測定儀

所得者最大，以萬能試驗機所刮得者居中。

當以萬能試驗機之結果為 1 時，則應、力波

計時儀之 MOE 為 0.70 '而以超音技測定

儀所得者為1.38 0 此趨勢與 Gerhardsl

Floeter (1982) 之試驗結果相似。靜曲試片以三種不同測定方法所得彈

性係數，其各受試片之密度 (ru) 及傳遞時

間 (t) 之影響，由圖 3 表示之。

4.2. 51 張試片之彈性係數

引張試片經三種不同方法所刮得之彈

性係數綜合列於表 3 。

由表 3 得知，引張試片先削頸爾後分別

以不同方法倒得之彈性係數，亦以超音波

Modulus of Elasticity (MOE , kgf/cm.)

g/cm3 {屯) Stress-Wave-Timer Ultrasonic-Wave Universa1

Apparatus Te s ting Machine

x 0.71 9.51 19030 3736a 27139

s 0.02 0.16 1359.75 2569.61 3619.86

V( 屯} 2.68 1. 76 7.15 6.88 :).3.34

註:文平均值

S變方 甘V變異係斂 .v= 去 x 1∞自

-156- 非破壞性方法划定教芹板之彈性係數

k.V具/CIII

BENDING

MOE.:::135 4 85.85-714.88 T

40000 自 =-O.IP

MOE ﹒ =-50:1611.83刊 22824.73R ﹒

R=O. lI l

35000

30000

Yc ..

MOE:: -81812.3 恥 IOS8110 叫 Ru

R::: 0.8'

25000

l1li 0 1: 8=725711.00-320.35 T

R=-0.8.

2000。

1500 1' 0.85 0.70 ', ",, h

一一間

v-7 .-o nu

司

s一間

-斗時

4-遞

度一傳

密一"

一。130 、‘ 9

圖 3: 靜曲試片之彈性係數

MOEu =超音技測定儀刮得者

MOE =萬能試驗機測得者MOE B =應力波計時儀測得者

Fig.3: Modulus of Elasticity (MOE) of Bending Specimens. MOEu tested by ultrasonic wave apparatus. MOE tested by universal testing machine. MOE B tested by stress wave timer.

農林學報 第 38 ~且第 2 期 1989

表 3: ~I 張試片之三種彈性係數

Tab. J õ 3 MOE'of T~nsion specimen.

1>.先削fA (pre-necking)

æ lt 合 水 學

oensity Moisture Content

-157-

Modulus of Elasticity (MOE , kgf/cm2 )

g/咽， (草} Stress-Wave-Timer U1trasonic-Wave Universa1

Apparatus Testinq Machine

x 0.69 9.43

s 0.01 0.08

V( 祖) 1.89 0.87

b. 後削里面 (post-neCk ing)

x 0.69 9.29

s 0.04 0.06

V( 草} 1.61 0.64

制定儀所得者為最高 (37654 kgf/ cm 2 ) .其

次為應、力設計時儀測得者(10018kgflcm 2) ,

最低者為萬能試驗機之結果(3108 kgf/ cm 2) 。

設萬能試驗機測得之引張彈性係數為 1 '

則超音搜刮定儀之結果為 12.1 '應力設計

時儀之結果為 3.2 。

由同表亦得知，未削頸之引張試片先

經非破壞性法制定後，然後削頸再進行萬

能試驗機之破壞性測定，其結果亦以超音

搜測定儀所得者為最高 (37758 kgf/cm 2) ,

應力技計時儀者次之 (12010 kgflcm2 ) ，萬

能試驗機之結果最低 (3148 kgfl cm 2) 。當萬

能試驗機之結果為 1 時，則超音搜測定儀

表 4: 11!紛試片之三種彈性係數

Tab. 4; 3 MOE of Comp~e$sion Specimen.

10018 37654 3108

664.83 1964.75 156.45

6.64 5.22 5.03

12010 37758 3148

802.75 1816.4'5 181.91

6.68 4.81 5.78

之結果為 12.0 '應力技計時儀之結果為

3.8 。

引張試片制頸時彈性係數之影響，除

應力技計時儀之結果有較明顯之差異外

(19.8%) ，其他兩種方法之結果，甚為相近

(0.2% ' 1.2%) 。

引張試片以不同方法所刮得之彈性係

數，其受密度或音技傳遞時間之影響趨

勢，由圖 4 及圓 5 表示之。

4.3. 壓縮試片之彈性係數

壓縮試片經三種不同方法所得之彈性

係數，綜合列於表 4 。

由表 4 得知，壓縮試片之彈性係數亦

æ 度 合 水 $ Modu1us of E1asticity (MOE , kgf/cm2 )

Density Moisture Content

q/CI且苓 {屯} stress-Wave-Timer U1trasonic-Wave Universa1 Apparatus Test ing Machine

x 0.71 9.54 12580 37568 17298

s 0.02 0.11 1263.00 2928.94 1894.42

: V( 屯} 2.53 1. 11 10 立」 7 .80 1Q.95

-158-

II 11V2 /1:間，

4000

35000

33000

10000

11000

8000

非破壞性方法測定粒Jf板之彈性係數

HNSIONIPr.- n IC" i 圓圓}

MOE 個 =134514.72 -1017.57 T

R:::- 0.11‘ M 0 Eu =-357511.83 +106 43 3.9 4 Ru

R =0.71

MOEs:::31351.5卜 a~~..u_T

R=0.41 MOE=-4301.HI叫 074 1. 78 Ru

一一一一一一一-R=oeo

。 70 。 75

密度。1 ns i t, I Ru 1

/E/E m 3

'。 100 110 ),I stC

傳遞時間Timl (tl

圖 4: 先削頸呂|張試片之彈性餅、數

MOEu : 超音波測定儀測得者

MOE. :應力技計時儀刮得者MOE :萬能試驗機倒得者

Fìg. 4: Modulus of Elastiçity (MOE) of Tension Specimens with Pre-necking. MOEu tested by ultrasonic wave apparatus. MOE. tested by stress wave timer. MOE tested by i.mÌversal testing machine.

農林學報第 38 春第 2 期 1989

舟，•••

VM A--Jf mM-t

當R

40000

38000

36000

34000

14000

12000

10000

4000

2000

TENS ION 'Poat- neckinl'

M 0 E u = 1311330.52 -, 088.0‘ T

"三 -0.115MOEu=-48341ι5+121271 . 42Ru

R = 0.84

MO EI= 4035 8.57-2115.03 T

R=-'.00 MOEs=-208‘ 11.01+41383.07 Ru

MOE=-5532 .05+12516.01 Ru

3000

~ R = 0.86

o 11 5 。 70 。 75

密度。 .nsity.Rul

11 1 115 10 。

傳遞時間 Tim叭叭

圖 5: 後削頸引張試片之彈性係數

MOEu : 超音技測定儀測得者

MOE s :應力技計時儀測得者MOE :萬能試驗機測得者

Fig. 5: Modulus of Elasticity of Tension Specimens. MOEu tested by ultrasonic wave apparatus. MOE. tested by stress wave timer. MOE tested by uníversal testing machine.

94m3

.M 51C

-159-

-160-

以超音波測定儀之結果最大( 37568 kgf/

cm 2) ，其次為萬能試驗機之結果( 17298

kgflcm 2) ，最小者為應力按計時儀之結果

(12580kgf/cm 2 ) 。此趨勢與靜曲試驗相

似。當萬能試驗機之結果為 1 時，則超音

技測定儀之結果為 2.2 '應力波計時儀之

結果為 0.7 。

壓縮試片之彈性係數，其受密度或音

波傳遞時間之影響趨勢，如圖 6所示之。

當比較表 2 、表 3 及表 4 時，發現不同

試片由各個方法所得之彈性係數，以超音

技測定儀所得者，相互差異最小(靜曲試

片為 37368 kgf / cm 2 ;引張試片為 37654

kgf/ cm 2; 37758 kgf/ cm 2 ;壓縮試片為

37568 kgf/ cm 2) ，可見試片形狀對超音技

測定儀之影響最小。以應、力計時儀所測得

之結果，其差異稍增大(靜曲試片為 19030

kgf/ cm 2 ;引張試片為 10018 kgf/cm 2

12010 kgf/cm 2 ;壓縮試片為 12580 kgfl

cm 2 ) 。而以萬能試驗機所得之結果，差異

最大(靜曲試片為 27139 kgfl cm 2 ;引張試

片為 3108 kgf/ cm 2 ; 3148 kgf/ cm 2 ;壓縮

試片為 17298 kgf/cm 2 )其結果受試片形狀

之影響至鉅。

表 5. 破續鐵皮 (kgflcm 2 )

Tab. 5. Destructive Strength.

靜也破J.I強度

Modulus of Rupture ，到OR

~~破壞性方法測定粒井級之彈性係數

4.4.破壞強度

靜曲、引張及壓縮試片於非破壞性方

法削定後，分別經萬能試驗機進行破壞性

測定，其破壞強度綜合列於表 5 。

由表 5 得知，其靜曲破壞強度已超過

中國國家標準 CNS 2215 及西德 DIN 68761

之要求。平行於板面之引張強度亦達到一

般粒片板之水準 30-290 kgf/cm 2 ( Kel汀，

1976 )。垂直於板面之壓縮強度亦在 84~

197 kgf/cm 2 之範圍內 (Kollman 1966) 。

五、結論

本試驗選商用粒片板為材料，依靜

曲、呂|張及壓縮強度試驗之要求而裁切不

同尺寸之試片，各重覆 25 試片。經恆溫值

濤、處理後之試片，分別先經應力設計時儀

(stress-w a ve-timer) 及超音波測定儀(Ul­

trasonic wave app~ratus) 進行非破壞性

方法測定彈性係數，爾後由萬能試驗機

(Universal testing machine) 實施傳統式破壞性方法測定靜曲破壞強度及彈性係數。

綜合其結果如下:

(1)靜曲試片之彈性係數，以萬能試驗機

呂151 破壞強度

Tension strength 壓車窗破續強度

先側頭 後 卻j 頸 … s且呦向i臼岫…o∞叫n吋s…hltBending strength)

,1 pre-necking post-necking

Density 0.71 0.69 0.69 0.71

g/αn3

x 232.86 85.01 86.25 161.90

s 31. 73 7.19 8.97 15.22

V(揖) 3 1. 09 7.05 8.79 14.92 ..____

農林學報第 38 卷第 2 期 1989

COMPRESSION

kg~/ 2 I MOE,,= 1373 21. 30-2485.89T / cm

4000 。

MO~::-10291.0叭叭的6.e'1 RII

R=0.93

35000

3000 。

MOE 三 -43874.58+85882.50Ru

R=0.82

MOEi' ‘ 3587. Jl- 82 5. 65 T

150 日。R=-1 . 0 。

M 0 E.,5= -31 821 .81+ 82338.38 RII

R=0 . 89 1000 。

。'。 015 密度。...;I ， IR.1

40 ‘ 5 傳遞時間 T ;.,1' )

圖 6: 壓縮試片之彈性係數

MOEu :超音技測定儀 rttlJ 得者MOE :萬能試驗機制得者MOE. :應力技計時儀測得者

44m3 p"C

Fig. 6 : Modulus of Elasticity of Compresion Specimens. MOEu tested by ultrasonic wave apparatus. MOE tested by universal testing machine. MOE. tested by stress wave timer.

-161-

-162-

之結果 (27139 kgfl cm 2)為 1 時，則應力設

計時儀者 (19030 kgflcm 2 ) 為 0.7 '超音搜刮

定儀之結果 (37368 kgf/cm 2 ) 為1.38 0

(2) 引張試片之彈性係數，以萬能試驗機

之結果 (3108~3148 kgf/cm 2 ) 為 1 時，則應

力設計時儀之結果 (10018~12010kgflcm 2)

為 3.2~3.8 '超音搜刮定儀之結果 (37654~

37758 kgf / cm 2)為 12 及 12.1 。引張試片制

頸與否對應力波計時儀之測定結果影響較

大。(3)壓縮試片之彈性係數，以萬能試驗機

之結果( 17298 kgfl cm 2 )為 1 時，應力波計

時儀者為 (12580 kgfl cm 2 )為 0.7 '超音技測

定儀者為 (37568 kgf / cm 2 )為 2.2 。

排從壞性方法511'} 定粒)Î'板之彈性係數

(4)三種試片之彈性係數，以超音渡測定

儀所得者差異最小，其次為應力按計時儀

之結果，差異最大者為青能試驗機之結

果。

(5)靜曲破壞強度為 232.86 kgfl cm 2 ，叫

張破壞強度為 85.01 ~ 86.25 kgfl cm 2 ，壓

縮破壞強度為 161.90 kgfl cm 2 。

謝誌

本試驗之強度測定及資料整理，由陳

永正君、黃貴春小姐、李慶堯及范振德兩

位同學之協助。特此致謝。

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-164- ~~破壞性方法測定粒J=i=板之彈性係數

Modulus of Elasticity of Particleboard betermined

by Nondestructive Testing Methods

Tsai-yung Chen 1 )

(Received for publication: OCt 20 , 1989)

swmr且ry

Commercial particleboard was cutten as bending , ténsion and

compression specimens. Their modulus of elasticities were determined

by nondestructive tests with ultrasonic wave apparatus and stress wave

timer and then tested by destructive test with universal testing

machine. The MOE obtained from ultrasonic wave apparatus is always ~he

highest; that from universal testing m.achine ranks second. and that

frorn stress wave timer is the lowest , besides the tension specimens.

Key Words: c'ommercial particleboard , nondestructive 七est ， ul trasonic

wave apparatus , stress wave timer.

1) Professor of Forestry oepartment , National αlung-Hsing University.