自制PF树脂不同处理对马尾松LVL性能的影响

于红卫，刘红征，李延军，于 利

（1. 浙江农林大学，浙江 临安 311300；2. 浙江大庄实业集团有限公司，浙江 杭州 311251）

目前，随着世界范围内天然林资源的枯竭和国家天然林保护工程的实施，我国木材资源供求的矛盾日益紧张，人工林速生材更是日益成为我国木材工业的主要原料，成为解决我国木材供需紧张矛盾的重要途径[1～2]。然而，由于人工林材质软、密度低，在工艺品、地板及各种家具的生产过程中，造成了产品的表面强度低，加工工艺复杂等种种因素限制其应用[3]。

本文主要研究了不同处理工艺与单板增重率的关系，以及增重率对松木LVL物理力学性能的影响，为节约木材资源、缓解我国木材资源供需紧张的矛盾，拓宽人工林速生材的应用领域，并开发出合适、系统的速生材高效利用新技术，开创我国人工林速生材利用的新途径提供依据。

1 试验材料及方法

1.1 实验材料

马尾松（Pinus massoniana）产于浙江省江山市。单板幅面460 mm×460 mm×2 mm，密度0.426 g/cm3，最高含水率13.6%，最低含水率12.3%。

PF树脂 试验所用的水溶性低分子量酚醛树脂为实验室合成，采用摩尔比为 n(P):n(F):n(NaOH) = 1:2:0.05，树脂性能指标按照国家标准GB/T14074-2006进行检测，结果如表1所示。

表1 自制PF树脂的各项性能指标Table 1 Specifications of PF resin

1.2 试验方法

把PF树脂配制成10%、20%、30%、40%和50%不同浓度的处理液，采用同一处理工艺，研究浓度对湿增重率与干增重率的影响；同时对30%的处理液设计了10种不同的浸渍处理方式，得到不同的湿增重率与干增重率，并进行制板。本研究依据参考文献[4]，同时参照日本JAS SIS-24《结构单板层积材》标准，主要对单板层积材的密度、吸水厚度膨胀率（TS）、24 h吸水率、弹性模量（MOE）、静曲强度（MOR）指标进行检测。

1.3 工艺流程

1.3.1 浸渍 将合成好的酚醛树脂调制成需要的浓度，将松木单板放置在浸渍设备中进行真空加压浸注。材料在浸注前后分别称重，计算材料的增重率。

1.3.2 干燥 浸注过的松木单板分别在50 ～ 55°条件下进行干燥，干燥至含水率为12% ～ 15%。

1.3.3 组坯 每块LVL由13层单板铺装而成，中间9层与最外两层按照纹理相同方向进行组坯，为了提高横纹方向的物理力学性能与板材的平整性，向内第2层与其它11层垂直组坯。设计厚度为20 mm，压缩率为22%。

1.3.4 热压 采用热进冷出工艺，温度145℃，压力2.10 Mpa，保压时间25 min。

1.3.5 平衡养护 在调温调湿箱中处理至恒重，温度（20±2）℃，湿度（65±5）%

2 结果与分析

2.1 不同浸渍处理方式对松木单板湿增重率与干增重率的影响

实验采用了10种浸渍处理方式，采用树脂的固体含量为30%，松木单板的湿增重率与干增重率情况如表2。

表2 浸渍处理工艺与增重率的关系Table 2 Relationship between weight gain and impregnation process

从表2中可以看出，常温常压下随着浸泡时间的延长，湿增重率与干增重率逐渐增加，但随着时间的延长增速变慢。当松木单板浸泡时间为1 ～ 2 h时，湿增重率与干增重率分别增加了10.1%与2.7%，但浸泡为4 ～ 8 h时，湿增重率与干增重率分别只增加了3.2%与3.5%。因此，在常温常压下浸泡2 mm厚度的松木单板，浸泡时间在2 h之内，湿增重率与干增重率增长速度较快，其原因是水分子的直径比胶液的粒径小，水分子先进入单板内部，随着浸渍时间的延长胶液中的水份减少，胶液的粘度增加，导致进入单板内部的胶液减少，湿增重率与干增重率增长速度减慢。采取加压方式，可促进单板对树脂溶液的快速吸收。压力至0.8 MPa保压10 min的湿增重率与干增重率达到137%与54.6%，比常温常压下浸泡8h的湿增重率与干增重率分别增加了2.3%与1.8%，当浸渍胶液量达到165%左右后，再延长保压时间单板的浸渍胶液量增加速度很慢；因此，为了提高生产率，对含水率在13%左右的2 mm松木单板的最大浸渍胶液量控制在165%左右。

2.2 不同树脂浓度对松木单板湿增重率与干增重率的影响

实验分别采用了10%、20%、30%、40%和50%的胶液浓度，用同一浸渍处理工艺，研究松木单板的湿增重率与干增重率，结果如表3所示。

由表3可以看出，松木单板干增重率随着树脂浓度的增加而增大，湿增重率随着树脂浓度达到一定程度后达到最大值，当超过一定浓度后湿增重率反而减少。低分子量的酚醛树脂浸渍木材时与木材的组织结构和尺寸相关，松木单板相对于板材来说厚度较小，树脂浸渍过程中能够均匀的渗透到其中，在相同工艺条件下，松木单板的吸收树脂液的量相当，而随着树脂浓度的增加，单板吸附树脂分子的量增多，此外树脂溶液的密度增大，所以单板的吸收树脂溶液的重量增大。但是当浓度过高时，树脂溶液的黏度变大，水份相对变少，影响湿增重率。随着树脂浓度的增加，干增重率增加，但树脂渗透均匀性不好，造成表面吸附多，而且浓度增加，成本也随之加大，因此采用树脂浓度以30%为宜。

表3 浸渍浓度与松木单板湿增重率与干增重率的关系Table 3 Relationship between resin concentration and wet and dry weight gain %

2.3 增重率对LVL物理性能的影响

不同工艺条件下，强化单板层积材的密度、吸水厚度膨胀率（TS）与24 h吸水率如表4所示。

在相同的工艺条件下，随着干增重率与湿增重率的增加，单板层积材密度逐渐增大。当干增重率为 45.7%时密度为0.623 g/cm3，随着浸渍量的增加，经热压后树脂固化，致使制得的单板层积材密度增大。

随着增重率的增大，单板层积材的TS与24 h吸水率逐渐下降。当湿增重率与干增重率浸渍分别为114.2%、45.7%时，TS与24 h吸水率分别为1.57%和14.87%。浸注在松木单板内的酚醛树脂经热压后固化，不仅起到胶接作用，同时在单板内部形成网状不融不溶物质起到填充作用，从而减少吸收水分的厚度膨胀与24 h吸水率。

表4 增重率对LVL物理性能的影响Table 4 Effect of weight gain on the physical properties of LVL

2.4 增重率对LVL静曲强度（MOE）和弹性模量（MOR）的影响

不同工艺条件下，增重率对强化单板层积材的静曲强度和弹性模量的影响如表5所示。

由表5可以看出，随着增重率的增加MOE和MOR都呈先快速增大，后下降趋势。湿增重率为 114.2%时，MOE和MOR分别为12560.7 MPa和107.5 Mpa；湿增重率为164.8%时，MOE和MOR分别为15659.4 MPa和127.43MPa ；MOE达到了日本JAS SIS-24《结构单板层积材》标准的140E级（14.0 GPa），MOR超过了最高标准180E特级（67.5 MPa）。由于浸胶法生产单板层积材树脂在热压过程中受热后在单板内固化，起填充密实作用，随着浸渍量的增多单板层积材的力学强度增加。但由于酚醛树脂与其它树脂相比本身脆性较大，当单板浸渍量过大时，生产的单板层积材韧性下降，脆性增加，所以MOE下降；同时随着树脂固体含量的增加，胶的粘度也相应增加，湿增重率呈先快速增大，后下降趋势，干增重率由于粘度增加，附着在单板表面的树脂增加，导致干增重率随着增加。综上，浸胶法生产单板层积材以湿增重率为150% ～ 170%，干增重率为60%左右为宜。

表5 增重率对LVL静曲强度和弹性模量的影响Table 5 Effect of weight gain on MOR and MOE of LVL

3 结论

（1）在30%PF树脂浓度条件下，松木单板增重率随浸渍条件的不同而改变，在常温常压和加压条件下，增重率随时间的延长而增加；不同的浓度条件下，采用同一浸渍工艺，松木单板湿增重率先增后减，干增重率随浓度的增加而增加。

（2）不同工艺条件下，强化单板层积材的密度随增重率的增加而增加，单板层积材的TS与24 h吸水率则逐渐下降。

（3）不同工艺条件下，增重率对强化单板层积材的静曲强度和弹性模量有明显影响。湿增重率为 164.8%时，MOE和MOR分别为15659.4 MPa和127.43 MPa；MOE达到了日本JAS SIS-24《结构单板层积材》标准的140E级（14.0 GPa），MOR超过了最高标准180E特级（67.5 MPa）。

[1]刘君良，江泽慧，孙家杰. 酚醛树脂处理杨树木材物理力学性能测试[J]. 林业科学，2002，38（4）：176－180.

[2]张占宽，刘君良. 密实型杨木强化单板层积材制造工艺及应用前景分析[J]. 林业机械与木工设备，2005，33（7）：28－30.

[3]刘焕荣，刘君良，柴宇博. 树脂浸渍量对杨木单板层积材性能的影响[J]. 木材工业，2007，21（3）：11－13.

[4]GB/T17657-1999，人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S].