PF樹脂對(duì)二種單板浸漬改性的比較研究

王雪瑩，周文捷，李 陳，韓 健

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

PF樹脂對(duì)二種單板浸漬改性的比較研究

王雪瑩，周文捷，李 陳，韓 健

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

為提高混凝土模板用膠合板的表面耐磨性，采用浸漬方法，在常溫、常壓下用PF樹脂膠液對(duì)楊木和馬尾松單板進(jìn)行了改性處理，對(duì)膠液種類、浸漬時(shí)間與單板增重率、表面磨耗值之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，探討了提高單板表面耐磨性的合適工藝。研究結(jié)果表明，單板經(jīng)浸漬處理后，膠黏劑主要分布在單板表層，隨浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，二種單板的增重率呈上升趨勢(shì)，表面磨耗值呈下降趨勢(shì)。當(dāng)浸漬時(shí)間相同時(shí)，加入耐磨劑的PF樹脂膠液，可顯著提高單板的表面耐磨性，碳化硅的耐磨性比二氧化硅更明顯，楊木單板的表面耐磨性優(yōu)于馬尾松單板。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，PF樹脂中加入0.4%的碳化硅、0.1%的海藻酸鈉和3.5%的微晶纖維素，楊木單板浸漬3 h，馬尾松單板浸漬5 h，二者的表面耐磨性可顯著提高。

PF樹脂；浸漬；單板；增重率；磨耗值

楊樹和馬尾松是我國(guó)主要的人工林樹種，在膠合板模板生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但他們材質(zhì)松軟、密度低、強(qiáng)度小、耐磨性差[1]，使他們的應(yīng)用受到了一定限制，用合成樹脂對(duì)其進(jìn)行浸漬處理，是一種提高他們綜合性能的重要改性方法。Lloyd和Stamm用水溶性酚醛樹脂（PF）對(duì)單板進(jìn)行浸漬，單板的耐候性得到了明顯增強(qiáng)[2]。Y.H.Chui、張占寬、劉君良等，對(duì)用PF樹脂浸漬的楊木單板生產(chǎn)層積材進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，層積材的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性都得到了顯著提高[3-8]。王小青等用經(jīng)PF樹脂浸漬的楊木單板和竹簾生產(chǎn)竹木復(fù)合板，產(chǎn)品靜曲強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到或超過了日本JASSIS-24的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9]。本研究的目的是基于實(shí)際需要，通過用PF樹脂對(duì)楊木和馬尾松單板進(jìn)行浸漬，研究浸漬工藝與單板增重率和表面耐磨性之間的關(guān)系，為生產(chǎn)高耐磨性膠合板模板提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

木材樹種，楊樹Populus tomentosa、馬尾松Pinus massoniana，產(chǎn)地，湖南益陽(yáng)。試驗(yàn)用單板為原木旋切得到，單板規(guī)格1 300 mm×600 mm×1.5～2.5 mm，含水率12%～14%。

碳化硅（SiC），分析純，含量≥98%，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。二氧化硅（SiO2），分析純，含量≥98%，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。海藻酸鈉 （C6H7NaO6）x，化學(xué)純，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。微晶纖維素[（C6H10O5）n]，化學(xué)純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

浸漬用PF樹脂樹脂為實(shí)驗(yàn)室自行合成。固體含量38.5%，pH值9.5，粘度15s（涂-4杯），游離醛含量0.45%，游離酚含量2.5%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單板浸漬

碳化硅、二氧化硅為耐磨劑，海藻酸鈉、微晶纖維素為分散劑。將碳化硅、二氧化硅，海藻酸鈉、微晶纖維素等，按一定比例加入PF樹脂中，并加入適量的溶劑乙醇，調(diào)制成所需濃度的浸漬液，再將單板置于膠液中進(jìn)行浸漬。

浸漬膠液的原料配比為：PF樹脂96%，海藻酸鈉0.1%，碳化硅（或二氧化硅）0.4%，微晶纖維素3.5%，乙醇適量（根據(jù)粘度確定，粘度12～14 s/25 ℃）。

加入碳化硅的浸漬膠液標(biāo)注為JY1，加入二氧化硅的浸漬膠液標(biāo)注為JY2，不加耐磨劑的PF樹脂標(biāo)注為JY3。楊木單板試件用“Y”表示，馬尾松單板試件用“M”表示，試件規(guī)格為350 mm×350 mm，試件數(shù)量均為75個(gè)。試件分別用膠液JY1、JY2 和JY3進(jìn)行浸漬，每次浸漬試件5個(gè)，浸漬時(shí)間分別為1、2、3、4、5 h，浸漬在常溫、常壓條件下進(jìn)行。試件浸漬效果用增重率表示，增重率按下式計(jì)算：

式中：WPG是試件增重率，%；G0是試件初重，g；G1是浸漬后的試件重量，g。

試件浸漬后，在DHG-9203C型干燥箱中干燥，干燥溫度70～80 ℃，干燥后含水率 8%～12%。

1.2.2 試件耐磨性檢測(cè)

將浸漬干燥后的試件剪裁成100 mm×100 mm的小試件，每一試件取小試件3個(gè)，以3個(gè)小試件的磨耗平均值作為該試件的耐磨值。磨耗值檢測(cè)在MGL-5型滾動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)100轉(zhuǎn)，試件表面的磨耗值計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Q＝W1－W2。

式中：Q是磨耗值，mg/100r；W1是試件研磨前的重量，g；W2是試件研磨后的重量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹脂在試件中的分布

木材是一種多孔性材料，當(dāng)木單板浸漬于PF樹脂膠液中時(shí)，在多種因素作用下，膠液可通過木材內(nèi)部的孔隙滲入木材內(nèi)部，或分布在木材的表面[6]。圖1是浸漬JYI的試件的電鏡照片。

圖1 浸漬JY1的單板試件橫切面（浸漬3 h）Fig.1 Cross section of veneer test-piece impregnated JY1

由圖1可見，單板試件用JY1浸漬3h后，有部分樹脂滲入了單板的表層（照片的右邊部分），單板表層中的部分細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙被樹脂所填充，但單板內(nèi)部的細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙沒有看到樹脂的滲入填充，可見在常溫、常壓下對(duì)單板進(jìn)行浸漬處理，樹脂主要分布在單板的表面和表層，難以進(jìn)入木材的內(nèi)部。分布于單板表層的樹脂固化后會(huì)使其表層材性得到提高，以這類單板作為膠合板模板的面板，可增強(qiáng)產(chǎn)品的物理力學(xué)性能。

2.2 試件增重率與浸漬時(shí)間的關(guān)系

由圖2可見，當(dāng)浸漬時(shí)間不同時(shí)，試件由于吸收的膠量不同，試件具有不同的增重率，在整個(gè)浸漬時(shí)間范圍內(nèi)，隨浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，試件增重率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)浸漬時(shí)間相同而膠液不同時(shí)，試件的增重率各不相同，除個(gè)別情形以外，楊木試件的增重率排序?yàn)閅-JY1＞Y-JY2＞Y-JY3，馬尾松試件為M-JY2＞M-JY1＞M-JY3，表明浸漬時(shí)間相同，用加入碳化硅的膠液浸漬的楊木試件增重率最大，用加入二氧化硅的膠液浸漬的馬尾松試件增重率最大，而二種試件浸漬PF樹脂的增重率均最小。

圖2 試件增重率隨浸漬時(shí)間的變化Fig.2 Relationship between test-pieces weight gain rate and impregnation time

2.3 二種試件增重率比較

楊木與馬尾松單板本身的特性相差較大，馬尾松單板內(nèi)部含有較多的松脂，使內(nèi)部通道受到堵塞，在用PF樹脂浸漬時(shí)，增加了樹脂進(jìn)入的困難，而楊木的內(nèi)含物較少，PF樹脂進(jìn)入內(nèi)部相對(duì)比較容易，因此在用3種膠液進(jìn)行浸漬時(shí)，楊木試件的增重均大于馬尾松（如圖3所示）。

圖3 楊木與馬尾松試件增重率比較Fig.3 Compare of weight gain rate of Poplar and Masson pine test-pieces

除木材本身的特性外，不同膠液對(duì)試件增重率的影響也有較大差異。二種單板試件分別用JY1、JY2和JY3進(jìn)行浸漬時(shí)，楊木試件的平均增重率分別為44%、40%和36%；馬尾檢試件的平均增重率分別為32%、36%和21%?？梢?，浸漬JY1的楊木試件和浸漬JY2的馬尾松試件的平均增重率最大。二種試件浸漬相同膠液，浸漬JY1時(shí)，楊木試件的平均增重率比馬尾松高12%，浸漬JY2時(shí)，比馬尾松試件低4%，漬JY3時(shí)，比馬尾松試件高15%，顯然在3種浸漬膠液中，用JY3（PF樹脂）浸漬時(shí)，二種試件的增重率差別最大，用YJ2浸漬時(shí)，二種試件的增重率差別最小。

2.4 試件磨耗值與浸漬時(shí)間的關(guān)系

試件浸漬PF樹脂后，樹脂會(huì)滲入木材內(nèi)部和分布在木材表面，由前述分析得知，隨浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，試件的增重率呈增加趨勢(shì)。由于固化后的PF樹脂具有較高的耐磨性，因而經(jīng)PF樹脂浸漬后的試件表面耐磨性也會(huì)得到相應(yīng)提高。由圖4可見，在設(shè)計(jì)的浸漬時(shí)間范圍內(nèi)，浸漬3種不同膠液，隨浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，2種試件的磨耗值均呈下降趨勢(shì)，表明他們的表面耐磨性均得到了提高。浸漬時(shí)間相同時(shí)，在3種PF樹脂浸漬膠液中，2種單板試件都以浸漬JY1的磨耗值最小，浸漬JY3的磨耗值最大，表明浸漬JY1時(shí)，2種試件都具有最好的表面耐磨性。

圖4 試件磨耗值與浸漬時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between the wear value of test-pieces and impregnation time

2.5 2種試件磨耗值比較

試件的增重率直接影響到它們的耐磨性，增重率越大，試件的磨耗值越低，耐磨性越好。由前述分析得知，浸漬膠液相同時(shí)，楊木試件的增重率大于馬尾松試件，因此楊木試件的耐磨性優(yōu)于馬尾松試件（見圖5）。

圖5 楊木與馬尾松試件磨耗值比較Fig.5 Compare of wear values of Poplar and Masson pine test-pieces

楊木與馬尾松試件分別浸漬JY1、JY2和JY3時(shí)，楊木試件的平均磨耗值分別為45 mg/100 r、69 mg/100 r和93 mg/100 r；馬尾松試件的平均磨耗值分別為59 mg/100r、83 mg/100 r和109 mg/100 r，可見浸漬JY1的楊木試件和馬尾松試件的耐磨性最好。2種試件同時(shí)浸漬JY1、JY2和JY3時(shí)，楊木試件的平均磨耗值比馬尾松試件分別低24%，17%和15%，顯然，浸漬相同膠液時(shí)，楊木試件的耐磨性優(yōu)于馬尾松試件。

2.6 工藝優(yōu)化與驗(yàn)證

由上述分析可知，試件增重率越高，其耐磨性越好，但增重率提高意味著膠黏劑用量增加和生產(chǎn)成本增加，因此基于上述試驗(yàn)結(jié)果分析，并考慮實(shí)際生產(chǎn)需要，選擇JY1為浸漬用膠液，楊木單板浸漬3 h，馬尾松單板浸漬5 h，2種單板數(shù)量均為5張，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of confirmation test

由表1可見，用JY1（加入碳化硅的PF樹脂膠黏劑）對(duì)楊木單板和馬尾松單板分別浸漬3和5 h，楊木單板的平均增重率為45%，馬尾松單板為40%；楊木單板和馬尾松單板的平均磨耗值分別為40 mg/100 r和50 mg/100 r，均小于裝飾層壓板80 mg/100 r的標(biāo)準(zhǔn)，表明選擇的工藝參數(shù)是合理的、可行的，單板表面具有良好的耐磨性。

3 結(jié)論與討論

在常溫、常壓下用PF樹脂膠黏劑對(duì)單板進(jìn)行浸漬，膠黏劑主要分布在單板表層。隨浸漬時(shí)間延長(zhǎng)，楊木和馬尾松單板的增重率均呈上升趨勢(shì)，表面磨耗值呈下降趨勢(shì)。在相同的浸漬時(shí)間內(nèi)，浸漬加入碳化硅的PF樹脂膠黏劑時(shí)，楊木和馬尾松單板都具有最小的磨耗值，浸漬未加耐磨劑的PF樹脂膠黏劑時(shí)，二者的磨耗值都最大，且楊木單板的磨耗值小于馬尾松單板。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，以JY1（PF樹脂96%，碳化硅0.4%，海藻酸鈉0.1%，微晶纖維素3.5%）為浸漬液，楊木單板浸漬3h，馬尾松單板浸漬5 h，二者的平均磨耗值分別為40 mg/100 r和50 mg/100 r，均小于裝飾層壓板80 mg/100 r的標(biāo)準(zhǔn)，表明選擇的工藝參數(shù)是合理的、可行的，單板表面具有良好的耐磨性。

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Comparative research on impregnation modi fi cation of two kinds of veneer with PF resin

WANG Xue-ying, ZHOU Wen-jie, LI Chen, HAN Jian
(College of Material Science and Technology, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to increase surface abrasive resistance of plywood for concrete-form, Poplar and Masson pine veneer, at normal temperature and normal pressure, were processed with PF resin through impregnation. The relationship among resin kinds, impregnation time and weight gain rate, surface abrasive resistance of veneer was researched, and the suitable technology for increasing surface abrasive resistance of veneer was investigated. The research results indicated that resin distributed mainly on the surface layer of the veneer processed with PF resin, and that the weight gain rate of two veneers increased, surface abrasive resistance decreased with lengthening impregnation time. The PF resin mixed anti-wear agent could increased notably the surface abrasive resistance of veneer,and the abrasive resistance of silicon carbide was better than that of silica, and the abrasive resistance was better the impregnated Poplar than the Masson pine. Veri fi cation test indicated that the surface abrasive resistance of Poplar and Masson pine veneer could increase notably when 0.4% silicon carbide, 0.1% sodium alginate and 3.5% microcrystalline cellulose were mixed in PF resin, and Poplar and Masson pine veneer were respectively impregnated three hours and fi ve hours.

PF resin; impregnate; veneer; weight gain rate; wear value

S781.7

A

1673-923X(2016)11-0120-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.11.021

2014-09-26

科技部《科技人員服務(wù)企業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目》（SQ2009GJD2005258）

王雪瑩，碩士研究生 通訊作者：韓 健，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：hanjianwm@163.com

王雪瑩，周文捷，李 陳，等.PF樹脂對(duì)二種單板浸漬改性的比較研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,36(11):120-124.

[本文編校：吳 毅]