環(huán)氧樹脂在成型木質(zhì)復(fù)合材料中的應(yīng)用初探

錢世江，孫曉薇，于磊，金鈺，俞秀玲

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環(huán)氧樹脂在成型木質(zhì)復(fù)合材料中的應(yīng)用初探

錢世江，孫曉薇，于磊，金鈺，俞秀玲

（河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008）

環(huán)氧樹脂粘結(jié)性能好，適用性強(qiáng)，幾乎可以在0～180℃溫度范圍內(nèi)固化，因而用途廣泛。但在木材、人造板行業(yè)的應(yīng)用，還未見到相關(guān)的文獻(xiàn)或報(bào)道。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選了幾種常溫固化劑，研究了常溫下模壓成型木質(zhì)復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)，取得了初步成效。

環(huán)氧樹脂；常溫固化；模壓成型；木質(zhì)復(fù)合材料

環(huán)氧樹脂有萬(wàn)能膠之稱，具有優(yōu)良的粘結(jié)性能。環(huán)氧樹脂可耐酸、堿、鹽的腐蝕且具有優(yōu)良的電氣絕緣性能，因此環(huán)氧樹脂用途非常廣泛。但在木材、人造板行業(yè)的應(yīng)用，還未見到相關(guān)的文獻(xiàn)或報(bào)道。環(huán)氧樹脂固化方便，適應(yīng)性強(qiáng)，選用不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內(nèi)固化。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選了幾種常溫固化劑，主要研究了常溫下模壓成型木質(zhì)復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)，取得了初步成效。

1 試驗(yàn)材料

1.1 化學(xué)材料

1.1.1環(huán)氧樹脂E-44：①立友牌，山東滄州環(huán)宇有限公司；②丹寶牌，鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司。

1.1.2環(huán)氧樹脂E-51：①立友牌，山東滄州環(huán)宇有限公司；②丹寶牌，鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司。

1.1.3乙二胺（分析純），天津市永天化學(xué)試劑有限公司

1.1.4聚酰胺樹脂（650），鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司。

1.1.5 593固化劑（二亞乙基三胺與丁基縮水甘油醚的加成物）：鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司。

1.1.6環(huán)氧固化劑W93（改性脂肪胺類固化劑），江蘇昆山綠循化工商行。

1.1.7 2.4.6-三-（二甲氨基甲基）-苯酚（DMP）， 江蘇昆山綠循化工商行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1.2.1人造板壓機(jī)（400 mm×400 mm，定制設(shè)備）

1.2.2自制部分模具

2 結(jié)果分析

2.1 環(huán)氧樹脂類型的選擇 環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的高分子聚合物，它是由環(huán)氧氯丙烷和各種多元酚類、多元醇類縮聚而成。根據(jù)不同的反應(yīng)條件，可以制造出不同類型的環(huán)氧樹脂。常用環(huán)氧樹脂多為E44型，它的主要優(yōu)點(diǎn)是粘結(jié)力強(qiáng)，收縮性小，穩(wěn)定性高，缺點(diǎn)主要是低溫下粘度很大，操作不便。E51型環(huán)氧樹脂除具有E44型環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)外，還具有低溫條件下粘度相對(duì)較低，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格適中等特點(diǎn)。因此，試驗(yàn)采用E44型、E51型兩種環(huán)氧樹脂進(jìn)行研究，結(jié)果表明E51使用較好，即使在冬季室溫10℃以下也能使用。E44型在夏季能較好使用。

2.2 固化劑的選擇

環(huán)氧樹脂固化方便，適應(yīng)性強(qiáng)，選用不同的固化劑，固化條件有較大區(qū)別，本次試驗(yàn)分別以乙二胺、593、W93做了一組12個(gè)對(duì)照，在室溫（18±1）℃下固化時(shí)間結(jié)果見表1。

表1 樹脂及固化劑不同比例固化時(shí)間對(duì)照

注 ①：固化劑用量為E51用量的百分比；②：促進(jìn)劑用量為主固化劑用量的百分比。

表1中，用乙二胺固化劑，固化時(shí)間較長(zhǎng)，固化劑用量加到15%，反應(yīng)比較劇烈，有大量氣泡產(chǎn)生。固化劑593和W93相比，使用等量的固化劑時(shí)，593固化劑固化時(shí)間稍短；使用促進(jìn)劑DMP，對(duì)這2種固化劑有一定效果，當(dāng)固化劑用量達(dá)到30%左右時(shí)候，縮短固化時(shí)間就不明顯了。綜合考慮，593固化劑使用效果較好。593固化劑用量30%，與25%固化劑+15%促進(jìn)劑固化時(shí)間相當(dāng)，但使用促進(jìn)劑后，樣品顏色有所加深。

2.3 熱固化成型分析

2.3.1熱成型固化方案設(shè)計(jì)

依據(jù)表1中結(jié)果，編號(hào)3方案較好，固化時(shí)間短，固化中無(wú)起泡現(xiàn)象，反應(yīng)比較溫和，擬采用以刨花（刨花板廠已加工完好，未施膠待壓板的原料）、鋸末等為原料，試驗(yàn)方案設(shè)定見表2。

表2 加熱固化方案設(shè)計(jì)

2.3.2產(chǎn)品性能綜合分析

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在100~120℃條件下，熱壓時(shí)間較短，固化效果較好。按照人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法（GB/T 17657－1999）對(duì)產(chǎn)品物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果對(duì)照見表3。

表3 試驗(yàn)樣品與刨花板標(biāo)準(zhǔn)比較

注④：參照在干燥狀態(tài)下使用的普通用板厚度為13-20mm的刨花板技術(shù)要求。 ⑤：試驗(yàn)中，選取了比較有代表性的4個(gè)樣品進(jìn)行了比較。

表3中顯示，樣品的總體性能明顯優(yōu)于同厚度的刨花板產(chǎn)品，其中樣品5號(hào)與8號(hào)，質(zhì)量較好。從節(jié)約生產(chǎn)成本上考慮，優(yōu)先選擇5號(hào)，增加促進(jìn)劑，減少樹脂用量。

2.4 常溫成型固化分析

2.4.1常溫成型固化方案設(shè)計(jì)

模具中常溫固化試驗(yàn)方案設(shè)定見表4。

表4 室溫固化方案

注⑥：室溫為（20±2）℃。

2.4.2產(chǎn)品性能綜合分析

總體看，加壓10 MPa，保持60 min以上，均能固化成型，相對(duì)比較而言，8號(hào)和4號(hào)樣品固化成型較好，外觀平整光滑，局部未完全脫模。固化后強(qiáng)度高，樣品比較理想。當(dāng)固化劑用量達(dá)到30%時(shí)候，加入DMP促進(jìn)劑對(duì)縮短固化時(shí)間影響不明顯。由于已壓制為成型抽屜和木線，力學(xué)性能未做測(cè)試。

3 結(jié)論與討論

環(huán)氧樹脂用于人造板、木質(zhì)復(fù)合材料加工生產(chǎn)，產(chǎn)品力學(xué)強(qiáng)度高，吸水厚度小，無(wú)甲醛釋放，產(chǎn)品綜合性能明顯優(yōu)于脲醛樹脂人造板。

環(huán)氧樹脂在固化劑593、W93，促進(jìn)劑DMP作用下，在室溫條件20℃下，1 h能固化成型。

環(huán)氧樹脂施膠技術(shù)比較困難。環(huán)氧樹脂粘度大，霧化分散難度大，不便于施膠。本次試驗(yàn)采用手工施膠，存在施膠不均勻，故而施膠量大，如改用霧化噴膠，預(yù)計(jì)可以節(jié)約用膠量。

環(huán)氧樹脂常溫固化時(shí)間與環(huán)氧樹脂的適用期存在矛盾。我們要求常溫固化時(shí)間越短越好，否則不利于工業(yè)化生產(chǎn)，但是在正常生產(chǎn)中環(huán)氧樹脂要有一定的適用期，以免樹脂在施膠機(jī)中固化。

環(huán)氧樹脂有萬(wàn)能膠之稱，粘結(jié)強(qiáng)度高，因而脫模是個(gè)棘手問(wèn)題。本次試驗(yàn)選用脫模劑和脫模紙（河南永威安防股份有限公司提供）聯(lián)合使用，局部脫模采用脫模劑，大面積脫模采用脫模紙，脫模效果較好。但在工業(yè)化流水線生產(chǎn)中，完全采用脫模劑，還有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

本次試驗(yàn)以模壓成型抽屜和仿實(shí)木木線為例，研究了環(huán)氧樹脂的常溫固化、模壓成型及脫模技術(shù)。預(yù)計(jì)環(huán)氧樹脂在成型門、窗，櫥柜等家具零部件的常溫模壓生產(chǎn)中，有較廣闊的應(yīng)用前景。

（責(zé)任編輯：王團(tuán)榮）

Research of Epoxy Resin in the Application of Molding Wood Composite Materials

QIAN Shi-jiang, SUN Xiao-wei, YU Lei, JIN Yu,YU Xiu-ling

（Henan Foresty Science Research Institute,Zhengzhou 450008,China ）

Epoxy good adhesive properties, applicability, almost can be cured at a temperature range of 0 ~ 180℃, and thus widely used. But in the timber, plywood industry applications, have yet to see the relevant literature or reported. Through several trials preferred room temperature curing agent, mainly studied at room temperature molded wood composites production technology, has achieved initial success.

Epoxy resins; room temperature curing; molding; Wood Composites

S 784

A

1003-2630（2015）04-03-0006

2015-08-15