刨切薄竹載藥量對(duì)薄竹膠合板力學(xué)性能的影響

王書(shū)強(qiáng)，牛帥紅，龐小仁，李延軍,，金 敏，王 麗,*

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，杭州 臨安 311300；2． 浙江省木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

刨切薄竹載藥量對(duì)薄竹膠合板力學(xué)性能的影響

王書(shū)強(qiáng)1，牛帥紅1，龐小仁2，李延軍1,2，金 敏2，王 麗1,2*

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，杭州 臨安 311300；2． 浙江省木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

利用復(fù)配阻燃劑研究了浸漬溫度、浸漬時(shí)間及浸漬濃度對(duì)刨切薄竹載藥量的影響，并測(cè)試了不同載藥量薄竹膠合板的力學(xué)性能。結(jié)果表明：在溫度60℃，時(shí)間8 h，浸漬濃度30%時(shí)為最佳浸漬條件；力學(xué)性能測(cè)試表明，經(jīng)過(guò)阻燃處理的薄竹膠合板隨著載藥量的增加其膠合強(qiáng)度有所下降，未處理試樣的膠合強(qiáng)度為0.85 MPa，含水率為11.0%，經(jīng)阻燃處理載藥量為6%、8%、10%、12%的膠合板膠合強(qiáng)度依次為0.75 MPa、0.71 MPa、0.64 MPa、0.58 MPa，分別下降了11.8%、16.5%、24.7%、31.8%，含水率范圍為12.3% ~ 13.2%。當(dāng)載藥量為6%和8%時(shí)膠合強(qiáng)度滿足普通膠合板的國(guó)標(biāo)指標(biāo)值，即≥0.70MPa；綜合含水率和膠合強(qiáng)度可知8%為最佳載藥量。

刨切薄竹；阻燃；薄竹膠合板；力學(xué)性能

中國(guó)是竹類資源最豐富的國(guó)家，素有“竹子王國(guó)”之稱。在400多萬(wàn)hm2純竹林中，具有較高經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的毛竹林有280萬(wàn)hm2，占70%左右[1]。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的一些竹產(chǎn)品主要用于建筑模板、車(chē)廂底板、室內(nèi)裝飾地板三個(gè)方面，板材的類型較少、不具有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品加工深度不夠，利潤(rùn)較低。刨切薄竹生產(chǎn)工藝的推廣填補(bǔ)了薄竹膠合板所用大幅面竹單板及飾面所用薄竹的空白，具有較高的附加值[2]。

刨切薄竹作為新型的裝飾材料，它具有特殊的紋理和清新自然、真實(shí)淡雅的質(zhì)感，在歐美等國(guó)家尤其受到歡迎，可部分代替木材單板，用作家具，地板的裝飾裝修材料[3~4]。然而與木材類似，刨切薄竹及其產(chǎn)品屬于可燃材料。但根據(jù)GB/T 8624-2012規(guī)定未經(jīng)阻燃處理的膠合板被列為B2級(jí)可燃性木質(zhì)材料[5]，當(dāng)使用這一可燃性材料作為室內(nèi)裝飾材料時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，該材料就起到了加快火災(zāi)蔓延的速度和加強(qiáng)火災(zāi)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，使膠合板的應(yīng)用受到了一定的限制[6]。早在1995年公安部就發(fā)布實(shí)施了《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，該文件中明確規(guī)定，墻面、隔斷、吊頂?shù)炔课槐仨毑捎米枞夹阅苓_(dá)到難燃級(jí)（B1）的材料[7~8]，因此需要對(duì)刨切薄竹膠合板進(jìn)行阻燃處理，該實(shí)驗(yàn)主要研究載藥量與溫度、濃度和時(shí)間的關(guān)系，并對(duì)不同載藥量的單板壓制成的膠合板進(jìn)行膠和強(qiáng)度測(cè)試，為該阻燃膠合板的工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

刨切薄竹：購(gòu)自杭州森瑞竹木業(yè)有限公司，試樣尺寸：400 mm×400 mm×1.1 mm，含水率6% ~ 8%，表面平整，無(wú)裂痕。

膠黏劑：改性脲醛樹(shù)脂膠，固體含量為54.47%。

阻燃劑：磷酸氫二銨、硫酸銨、硼砂、聚磷酸銨（30：35：8：27），增強(qiáng)劑（苯酐、三乙醇胺），均為市售工業(yè)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 阻燃處理 將薄竹浸漬于不同濃度的阻燃劑溶液中，瀝干測(cè)重量，載藥量計(jì)算公式為：

式中，m1為試樣浸漬前質(zhì)量，m2為試樣浸漬后質(zhì)量，n為浸漬液濃度。

1.2.2 物理性能測(cè)試 選取阻燃處理后載藥量為 0%、6%、8%、10%、12%的浸漬薄竹單板，將同一載藥量的薄竹單板壓板，熱壓工藝為：熱壓溫度105℃，熱壓時(shí)間60 s/mm，單位壓力1.2 MPa，壓制好的膠合板在室溫下調(diào)整含水率24 h。

依據(jù)GB9846.12-88《膠合板膠合強(qiáng)度的測(cè)定》對(duì)不同載藥量試樣進(jìn)行膠合強(qiáng)度測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浸漬溫度對(duì)刨切薄竹載藥量的影響

圖1為不同浸漬時(shí)間下刨切薄竹載藥量與浸漬溫度的關(guān)系線。在相同的時(shí)間內(nèi)，刨切薄竹的載藥量均隨著浸漬溫度的升高而增加，基本呈直線上升趨勢(shì)。但從室溫到40℃的增幅要小于由40℃到60℃的增幅。這是由于溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，則阻燃劑分子越易進(jìn)入到刨切薄竹中。但是在實(shí)際生產(chǎn)中一味的提高浸漬溫度是不可取的，一方面浪費(fèi)能源，另一方面隨著水分的揮發(fā)，阻燃劑溶液的濃度也越來(lái)越大，不利于生產(chǎn)管理，所以要快速取得所需載藥量的刨切薄竹一般選擇溫度為60℃。

2.2 浸漬時(shí)間對(duì)刨切薄竹載藥量的影響

圖2中3個(gè)圖分別是在不同浸漬溫度下，刨切薄竹在不同濃度阻燃劑溶液中浸漬得到的載藥量與浸漬時(shí)間之間的關(guān)系圖，圖中顯示，刨切薄竹載藥量都隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，且增加到8 h時(shí)趨于穩(wěn)定。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，一味的延長(zhǎng)浸漬時(shí)間，刨切薄竹載藥量增幅并不明顯，反而還會(huì)降低生產(chǎn)的效率。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)可知8h為最佳的浸漬時(shí)間，一方面可以使刨切薄竹的載藥量控制在10% ~ 12%，另一方面也可以在滿足載藥量的條件下提高生產(chǎn)效率。

圖1 浸漬溫度對(duì)刨切薄竹載藥量的影響Figure 1 Effect of impregnating temperature on chemical loading

圖2 浸漬時(shí)間對(duì)刨切薄竹載藥量的影響Figure 2 Effect of impregnating duration on chemical loading

2.3 浸漬濃度對(duì)刨切薄竹載藥量的影響

圖3中為在不同浸漬溫度下，刨切薄竹載藥量與浸漬液濃度之間的關(guān)系線。圖中顯示，溫度一定時(shí)，刨切薄竹載藥量隨著阻燃劑溶液濃度的增大和時(shí)間的增加而增加，在溫度較低時(shí)，10% ~ 20%的增幅要大于20% ~ 30%的增幅這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)溶液容易在刨切薄竹表面形成結(jié)晶，不易滲透到刨切薄竹內(nèi)部，但隨著溫度的升高，溶液分子運(yùn)動(dòng)加劇，浸漬液的滲透性會(huì)提高。

圖3 浸漬濃度對(duì)刨切薄竹載藥量的影響Figure 3 Effect of impregnating concentration on chemical loading

3 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 膠合強(qiáng)度測(cè)試

從表1中可以看出，當(dāng)載藥量從0%上升到12%時(shí)阻燃膠合板的膠合強(qiáng)度下降明顯，參照國(guó)標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)載藥量為 6%和 8%時(shí)能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)，但載藥量為 10%和12%時(shí)膠合強(qiáng)度下降明顯，不能滿足國(guó)標(biāo)要求。所以當(dāng)載藥量過(guò)大時(shí)對(duì)膠合板的膠合強(qiáng)度是有影響的。相關(guān)研究[9~10]表明引起膠合板膠合強(qiáng)度變化的因素有：經(jīng)過(guò)阻燃處理過(guò)的刨切薄竹其自身性質(zhì)發(fā)生了改變；阻燃處理影響了膠黏劑的固化；阻燃劑與脲醛樹(shù)脂膠黏劑之間的相容性較差。

按照GB 9846.11-88《膠合板含水率的測(cè)定》的方法，測(cè)得不同載藥量的阻燃膠合板的含水率范圍為11.0% ~ 12.7%，滿足GB/T 9846-2004《普通膠合板》Ⅱ類膠合板低于14%的要求。

表1 阻燃膠合板的膠合強(qiáng)度Table 1 Bond strength of fire-retardant treated plywood

4 結(jié)論

（1）刨切薄竹載藥量隨著浸漬溫度、時(shí)間、濃度的增加而增大，溫度60℃、濃度30%、浸漬時(shí)間8 h為最佳浸漬條件。

（2）該阻燃劑處理的膠合板的膠合強(qiáng)度隨著載藥量的增加而減小，當(dāng)載藥量為6%和8%時(shí)的膠合強(qiáng)度滿足國(guó)標(biāo)規(guī)定的強(qiáng)度值，即大于等于0.7 MPa。含水率都滿足國(guó)標(biāo)要求，即小于14%，綜合來(lái)看當(dāng)載藥量為8%時(shí)為最佳的浸漬量。

[1] 李智勇，王登舉，樊寶敏. 中國(guó)竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及其政策分析[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，4（4）：50-54.

[2] 李延軍，孫會(huì)，林勇，等. 刨切微薄竹貼面膠合板加工工藝研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2007，27（4）：54-56．

[3] 李延軍，杜春貴，鮑濱福，等. 大幅面刨切微薄竹的生產(chǎn)工藝[J]. 木材工業(yè)，2006，20（4）：38-40.

[4] 李延軍，徐世克，杜蘭星，等. 阻燃刨切薄竹的熱重分析[J]. 浙江林業(yè)科技，2013，33（1）：59.

[5] 劉燕吉. 木質(zhì)材料的燃燒[J]. 木材工業(yè)，1996，10（6）：37-39.

[6] 張文標(biāo)，陸肖寶，柳獻(xiàn)義，等. 阻燃膠合板研究的現(xiàn)狀和對(duì)策[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17（2）：208-214.

[7] 吳鈺. 阻燃膠合板的阻燃效果及性能測(cè)定[J]. 木材工業(yè)，2002，16（4）：31-32.

[8] 李曉平，吳章康，王珺. 思茅松阻燃膠合板的制備和性能[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，30（5）：724-728.

[9] 劉迎濤，李堅(jiān)，王清文. FRW阻燃樺木膠合板的性能研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè)，2004，31（3）：22-24

[10] J E Winandy, S L LeVan, E L Schaffer. Effect of Fire-Retardant Treatment and Redrying on the Mechanical Properties of Douglas-Fir and Aspen Plywood[EB/OL]. http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplrp/fplrp485.pdf. 1988.

Effect of Chemical Loading of Sliced Bamboo Veneer on Mechanical Property of Plywood

WANG Shu-qiang1，NIU Shuai-hong1，PANG Xiao-ren2，LI Yan-jun1,2，JIN Min2，Wang Li1,2*
（1. School of Engineering, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300 China; 2. Zhejiang Province Key Laboratory of Wood Science and Technology, Lin’an 311300 China）

Experiments were conducted on influence of impregnating temperature, duration and concentration of fire-retardant on chemical loading of sliced bamboo veneer and determinations were made on mechanical properties of plywood with different chemical loading. The results showed that the best condition for impregnation was 30% of fire-retardant concentration, 6 hours of duration at 60℃. Mechanics performance test showed that with the increase of chemical loading, the bonding strength of treated plywood was decreased. The bonding strength of the control(no loading) was0.85MPa with moisture content of 11.0%. However, the bonding strength of the treated plywood with chemical loading of 6%, 8%, 10% and 12% were 0.75MPa, 0.71MPa, 0.64MPa and 0.58MPa respectively with moisture content from 12.3% to 13.2%. The experiment resulted that the bonding strength of plywood with chemical loading of 6% and 8% met the national standard of common plywood（≥0.70MPa). Integrated analysis on moisture content and bonding strength revealed that the best chemical loading was 8%.

sliced bamboo veneer; fire- retardant; bamboo plywood; mechanical properties

S781.43

A

1001-3776（2015）03-0075-04

2014-09-22；

2015-03-02

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LZ13C160003）；浙江省科技廳資助項(xiàng)目（2013C14006）；浙江省林業(yè)廳項(xiàng)目（2014TS02）；大學(xué)生科技創(chuàng)新推廣項(xiàng)目（2014R412043）

王書(shū)強(qiáng)（1990-），男，安徽阜陽(yáng)人，碩士生，從事竹材工業(yè)化利用研究；*通訊作者。