脫脂與未脫脂馬尾松膠合板的性能差異研究

周文捷， 朱仲賢， 韓 健

(中南林業(yè)科技大學， 湖南 長沙 410004)

脫脂與未脫脂馬尾松膠合板的性能差異研究

周文捷， 朱仲賢， 韓 健*

(中南林業(yè)科技大學， 湖南 長沙 410004)

采用熱壓方式對脫脂和未脫脂馬尾松膠合板的性能進行研究。結果表明：在馬尾松單板水煮脫脂過程中，隨著脫脂時間的延長，其脫脂率逐漸加大，但脫脂速度相對降低。馬尾松單板水煮脫脂在1～3h內(nèi)的脫脂率變化不大，脫脂效果與水煮時間關系不密切；在3～5h內(nèi)，單板脫脂率變化較大，脫脂率與水煮時間有密切關系。板坯熱壓的前3～4min，未脫脂板坯的升溫速度比脫脂板坯升溫速度快；4min后脫脂板坯的升溫速度明顯快于未脫脂板坯，而未脫脂板坯在較長時間內(nèi)溫度僅呈緩慢升高趨勢。脫脂處理的馬尾松膠合板在物理力學性能各個指標上都明顯優(yōu)于未脫脂處理的馬尾松膠合板。

馬尾松； 膠合板； 脫脂； 熱壓； 性能

松木材質硬度適中，力學強度較大，板材紋理清晰美觀[1]。但松類樹種的樹干多節(jié)、節(jié)間不均勻、節(jié)疤粗,木材內(nèi)含松脂較多,給其膠合板制造工藝帶來一定影響。例如松脂給旋切、干燥、熱壓和砂磨等工序造成不良影響[2]。此外松木內(nèi)部樹脂含量較高，木材脆，膠粘性差，表面油漆附著能力低，木材受潮后易蘭變和易腐朽等缺陷，使得松木的加工利用受到了極大的限制。因此，馬尾松木材的脫脂對其加工利用有著極其重要的意義。我國有著豐富的松木資源。馬尾松是我國南方主要用材樹種。在南方各省區(qū)，馬尾松林種植面積一般達用材樹林面積的40%以上，蓄積量一般占30%以上[3]。針對這些問題，筆者結合實際需求，對馬尾松進行脫脂處理，研究脫脂與未脫脂松木膠合板的性能差異。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

馬尾松(Pinusmassoniana)單板取自湖南省益陽風河竹木科技有限公司，經(jīng)自然干燥后含水率為14.5%，規(guī)格為300mm×300mm×2mm。將單板分為脫脂組(用T表示)和未脫脂組(用W表示)。

脲醛樹脂膠黏劑由實驗室合成，膠黏劑經(jīng)調(diào)制后固體含量為42.12%，粘度為20[4]。

1.2 儀器設備

DG/20 — 002臺式干燥箱(重慶實驗設備廠)、QD型熱壓機(上海人造板機械廠)、QX — W900力學實驗機(鄭州實驗設備廠)、ST — 85數(shù)字式木材測濕儀(上海木材工業(yè)研究所)、DZDR — R導熱系數(shù)測試儀(南京大展機電技術研究所)。

1.3 實驗方法

1.3.1 單板脫脂處理 將馬尾松單板制成規(guī)格為50mm×50mm的試件， 共15個。將試件分為5組，每組3個，并分別編號為1-1、1-2、1-3，…，5-1、5-2、5-3；對試件進行稱重，并用數(shù)字式木材測濕儀測定試件含水率，計算絕干重(G1)；將試件放入沸水中蒸煮，在蒸煮后的1h、2h、3h、4h和5h時，分別取出各組試件，擦去表面水分，放入103±2℃的氣流式干燥箱中干燥至絕干，稱重、記錄重量(G2)。重量損失率計算公式如下：

1.3.2 材料導熱性能測試

(1) 單板導熱系數(shù)測試。將馬尾松單板制成規(guī)格為200mm×200mm的試件，共6個，其中脫脂與未脫脂單板各3個。單板導熱系數(shù)檢測結果見表1。

(2) 板坯導熱速率測試。分別將經(jīng)過4h水煮脫脂處理和未經(jīng)脫脂處理的馬尾松單板剪裁成規(guī)格為200mm×200mm的試件，分別組成9層結構的板坯，將板坯放入熱壓機中，在板坯表面和板坯厚度方向的中心部位各放置1個熱電偶溫度計，記錄在一定加熱條件下板坯中心溫度的變化，以此評價脫脂與未脫脂馬尾松板坯熱傳導速率。

表1 單板導熱系數(shù)檢測結果Tab.1 Testresultsofheattransfercoefficientofveneer材料檢測結果(W/(m·K))平均值(W/(m·K))未脫脂松木0.0410.0440.0460.044脫脂松木0.0640.0690.0660.066

1.3.3 施膠、組坯與熱壓 單板施膠采用涂布法，單板雙面上膠量為450g/m2，組坯時，涂膠單板與未涂膠單板相間配置，相鄰層單板的纖維方向相互垂直，在板坯芯層埋入1個熱電偶。熱壓采用“熱進熱出”工藝，單位面積壓力為1.4MPa，熱壓溫度130～135℃，熱壓時間定為板坯中心溫度達到130℃后再保持3min，熱壓完成后采用分段卸壓出板。熱壓曲線如圖1所示。

圖1 熱壓工藝曲線Fig.1 Hot-pressing process curve

1.3.4 產(chǎn)品性能檢測 產(chǎn)品性能檢測參照國家標準GB/T 9846.7 — 2004執(zhí)行。檢測項目主要包括：密度、含水率、吸水率、吸水厚度膨脹率、膠合強度、靜曲強度、彈性模量以及膠合強度。

2 結果與分析

2.1 單板脫脂效果

馬尾松單板的脫脂效果根據(jù)水煮后單板的重量損失進行評價。馬尾松單板在水煮脫脂過程的不同時間階段，試件重量損失率如圖2所示。由圖2可見，隨著水煮時間的延長，馬尾松單板的重量損失率呈逐漸增加趨勢，如水煮1h的單板重量損失率為1.75%，水煮5h后的單板重量損失率達到了6.78%，但隨著水煮時間的延長，木材的強度也會有所下降。

圖2 單板的重量損失率Fig. 2 The weight loss rate of veneer

圖3反映的是在相鄰2個時間段內(nèi)馬尾松單板水煮重量損失率的變化。由圖3可知，在馬尾松單板的水煮脫脂過程中，在水煮1～2h和2～3h這2個時間段，單板的重量損失率不大(即單板的脫脂率變化不大)，約在19%～21%之間，表明單板水煮在1～3h內(nèi)，脫脂效果與水煮時間的關系不密切。

圖3 相鄰2個時間段內(nèi)單板重量損失變化率Fig.3 The weight loss change rate of veneer in two adjacent periods

在水煮3～4h和4～5h這2個時間段，單板的重量損失率較大(即單板的脫脂率變化較大)，這2個時間段的單板重量損失率大約在65%～70%，表明水煮時間在3～5h內(nèi)，單板的重量損失率(即脫脂率)與水煮時間的關系非常密切，在此時間段范圍內(nèi)，隨著水煮時間的延長，單板的重量損失率變大(即脫脂率變高)。綜合考慮單板脫脂率和木材材性及生產(chǎn)成本，馬尾松單板的水煮脫脂時間選擇4h較為合適。

2.2 板坯升溫速率

脫脂與未脫脂馬尾松木材板坯的熱傳導速率如圖4所示。由圖4可見，在板坯熱壓的前3～4min，未脫脂板坯的升溫速度比脫脂板坯的升溫速度快，而且板坯芯層的溫度在這段時間已達到了100℃左右。但此后脫脂板坯的升溫速度卻明顯快于未脫脂板坯，當脫脂板坯的芯層溫度達到130℃(通常是作為熱壓保溫保壓記時的起點溫度)時，未脫脂板坯的溫度還不到110℃，即使將熱壓時間延長至16min，其芯層溫度仍然達到不到130℃。

圖4 熱壓過程板坯芯層溫度變化Fig.4 The temperature change of slab core layer during hot-pressing

松脂主要由松香和松節(jié)油組成，此外還含有少量的雜質和水分，它們對熱傳導均具有一定的影響。松脂主要存在于松樹的樹脂道中，脫脂以后樹脂道中的內(nèi)含物減少，一定程度上降低了熱傳導速率，但在整個熱壓過程中熱傳導速率比較均勻。由于未脫脂松木板坯中松脂含量高，在熱壓過程中，當溫度高到一定程度時，松脂因受熱粘度降低而滲出到木材表面。松節(jié)油與木材中的水分共存時的沸點在100℃左右，當熱壓溫度到達100℃左右時，松脂中的松節(jié)油和水分混合發(fā)生沸騰氣化，并帶走熱量。因此，當熱壓溫度升高到100℃以后，未脫脂板坯的升溫速度便明顯減緩。由圖4還可見，不論是脫脂或未脫脂的松木板坯，熱壓溫度低于100℃時，升溫速度都較快，超過100℃后，升溫速度都有所放緩，未脫脂松木板坯的這種現(xiàn)象更加明顯。

2.3 產(chǎn)品物理力學性能

產(chǎn)品的物理力學性能檢測結果見表2。

由表2可見，由脫脂與未脫脂馬尾松單板組成的板坯，在相同的熱壓工藝條件下得到的產(chǎn)品性能存在較大差異。脫脂產(chǎn)品比未脫脂產(chǎn)品的吸水率高13.3%；吸水厚度膨脹率低25.4%；膠合強度高12.0%；縱向靜曲強度高33.1%，橫向靜曲強度高57.8%；縱向彈性模量高24.2%，橫向彈性模量高14.4%?？梢?，馬尾松單板經(jīng)過脫脂處理后，除吸水率高于未脫脂產(chǎn)品外，其余各項物理力學性能指標均優(yōu)于未脫脂膠合板產(chǎn)品。

表2 物理性能檢測結果Tab.2 Resultsofphysicalperformancetest編號密度(g/cm3)含水率(%)吸水率(%)吸水厚度膨脹率(%)膠合強度(MPa)靜曲強度(MPa)彈性模量(MPa)⊥‖⊥‖T0.753.2513.64.42.888.7970.4590307198W0.754.7512.05.92.566.7144.6572736292 注:‖表示橫向,⊥表示縱向。

3 結論

(1) 在馬尾松單板水煮脫脂過程中，隨著脫脂時間的延長，其脫脂率逐漸加大，但脫脂速度相對降低。

(2) 馬尾松單板水煮脫脂在1～3h內(nèi)的脫脂率變化不大，脫脂效果與水煮時間關系不密切；在3～5h內(nèi)，單板脫脂率變化較大，脫脂率與水煮時間有密切關系。因此，馬尾松單板的水煮脫脂時間選擇4h較為恰當。

(3) 板坯熱壓的前3～4min，未脫脂板坯的升溫速度比脫脂板坯升溫速度快，此后脫脂板坯的升溫速度明顯快于未脫脂板坯，而未脫脂板坯在較長時間內(nèi)溫度僅呈緩慢升高趨勢。

(4) 由脫脂與未脫脂馬尾松單板組成的板坯，在相同的熱壓工藝條件下得到的產(chǎn)品性能存在較大差異。馬尾松單板經(jīng)過脫脂處理后壓制的膠合板，其各項物理力學性能指標均優(yōu)于未脫脂膠合板。

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Performancebetweendefattedandnotdefattedpineplywood

ZHOU Wenjie， ZHU Zhongxian, HAN Jian*

(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

The performance between defatted and not defatted pine plywood by Hot-pressing process was studied. The result showed that, the degreasing rate gradually increased, but the degreasing speed was relatively lower with the prolonging of degreasing time in the process of masson pine veneer boiled degreasing. The defatted rate changed little in the 1～3h, degreasing effect and boiled time had no close relationship. Within 3～5h, the defatted rates changed greatly, defatted rate and boiled time had close relationship. At the beginning of 3～4min in hot pressing, the heating rate of not defatted pine plywood was faster than that of defatted pine plywood, after 4min the heating rate of defatted pine plywood was faster than that of not defatted pine plywood, and the temperature of not defatted pine plywood rised slowly in a long time. The results indicated that the defatted pine plywood had a better performance than the not defatted pine plywood.

masson pine; plywood; degreasing; hot pressing; performance

2014-01-08

科技部"科技人員服務企業(yè)行動計劃"項目(SQ2009GJD2005258)。

周文捷(1990-)，男，中南林業(yè)科技大學在讀碩士研究生。

* 為通訊作者。

S 781.7

A

1003 — 5710(2014)02 — 0024 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 02. 006

(文字編校：唐效蓉)