镀膜木材的耐候性1)

常德龙

(国家林业局泡桐研究开发中心，郑州，450003)

李 坚 黄文豪 胡伟华 董儒贞 张云岭

(东北林业大学)(国家林业局泡桐研究开发中心)(河南工程学院)(国家林业局泡桐研究开发中心)

木材与金属复合后作为电磁屏蔽材料，能有效地抑制通过空间传播的各种电磁波及由此产生的电磁干扰，提高电子系统和电子设备电磁兼容性，保证信息的安全［1－2］，是实现木材高性能化和功能化、开发新材料、提高木材附加值的重要方法之一［3－17］。目前国内外对木材与金属复合材料多采用在木质材料中混合或填充金属丝、金属粉末、碳纤维、膨胀石墨等导电性物质，或在木质材料表面覆贴金属箔或金属板。其缺点是材质不均，稳定性差，不便于工业连续化生产。本技术采用的磁控溅射镀膜金属法［18］，通过前期研究对镀膜木材的表面稀酸稀碱液处理，干燥、去应力、平整、表面抛光等措施，用气密性的氨基树脂和硅烷偶联剂封闭处理木材表面，改进木材与金属的结合，使金属不易从木材表面剥离。研究确定了木材磁控溅射镀膜工艺，并实现了产业化实验，生产出较为理想的抗电磁辐射、导静电产品。产品性能可靠稳定，而且保持木材天然本色，提高木材厚重感，工艺上适于工业化生产，产品绿色环保，性能可靠。

磁控溅射镀膜处理制备的木材在30 MHz～1.5 GHZ频段之间，电磁屏蔽效能达到30 dB以上，并且提高木材防腐、防虫蛀能力，提高木材颜色厚重性，大大提高木材表面强度和耐磨性，提高木材防火阻燃性能，增加木材使用寿命;对劣质材及人造板进行镀膜处理，可遮盖木材缺陷，提高木材的厚重感，使劣材优用，提高木材使用价值;对外观形状不规则的木材可以均匀镀膜，且可连续或间断镀膜，比其它方法具有明显优点。

镀膜金属的木材在使用或陈放过程中，会受到紫外线照射、空气湿度、温度等因素影响，存在老化现象。老化后镀膜木材是否仍然具有抗电磁辐射、木材与金属镀膜是否仍然具有一定的结合强度，是本次实验需要进行研究的。

1 材料与方法

1.1 材料

选用桐木胶合板，试材尺寸为1 220 mm×2 440 mm×9 mm，10张。选用固体质量分数为50%的气密性氨基树脂，内含1%KH－550硅烷偶联剂及稳定剂(溶液)，用于封闭木材表面。清洗干燥，真空磁控溅射镀膜，真空室的真空度10－2～10－4MPa，靶材温度为200℃，溅射时间为90 s的工艺参数理想，获得的薄膜厚度为30 μm。金属靶材为镍钛合金。

美国AIRCO公司产大型磁控溅射平面/旋转镀膜设备。

1.2 方法

参照国内外木材及漆膜老化试验标准，模拟木材在室内较高温湿度环境下使用特性。将经过金属镀膜的木材进行老化试验，紫外灯功率2 kW，加热功率1 kW，温度变化幅度为45℃，加湿功率1 kW，加湿处理，相对湿度90%，处理时间600 h，然后进行抗电磁屏蔽检测。所用仪器为ESA－E4402B频谱分析仪(美国Angilent公司):东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室设备。按照SJ20524—95《材料屏蔽效能的测量方法》进行测试。

观察镀膜金属木材表面状态，力学性能检测用MWD－50型微机控制人造板万能试验机。按GB/T 14074.10—93木材胶合强度测定法进行木材与金属表面黏合强度试验。

1.3 实验设计

将经过真空磁控溅射镀膜金属的木材加工成100 mm×50 mm×9 mm试件，200个，其中100个为CK对照，100个为老化处理样。对老化后金属木材同时进行抗电磁辐射屏蔽检测及结合强度分析，取某个时间点测试值的平均值进行观察比较，考查镀膜金属木材的性能变化情况。

2 结果及分析

2.1 老化前后电磁屏蔽效能分析

图1是磁控溅射镀膜木材老化前屏蔽效能检测图，图2是该样品在经过老化处理后600 h后屏蔽效能检测图。从两图的比较分析看，老化前后屏蔽效能没有衰减，屏蔽效能SE保持在58 dB以上，说明老化后镀膜木材表面金属镀膜状态良好，没有发生裂隙、孔洞或破损等缺陷而导致屏蔽效能下降的情况出现。这表明在较长时间内、较高温度、较高湿度室内环境下，磁控溅射镀膜木材的金属镀膜不会遭到破坏，可保持电磁屏蔽效能稳定。

图1 镀膜木材老化前电磁屏蔽效能

图2 镀膜木材老化后电磁屏蔽效能

2.2 老化后镀膜木材表面力学性能及表观状态

镀膜木材在较高温度、湿度环境下，其力学性能指标、表面状态，检测数据见表1。附着强度在老化前300 h内没有变化，检测数据保持2.0 MPa不变，400～600 h检测数据稍有下降，每100 h衰减0.5%，衰减幅度比较小。附着强度之所以轻微下降，跟镀膜木材表面封闭材料有关。因封闭材料采用的是高分子氨基树脂、助剂及偶联剂，这些化学物质在较高温度环境下，会存在老化现象，并发生蠕变，力学强度会轻微缓慢下降。抗拉能力跟附着强度变化相似，随着老化时间的延长，400～600 h检测数据缓慢下降，下降幅度也在0.5%上下。这表明封闭材料氨基树脂在较高温度、湿度室内环境下，附着强度降低的同时，抗拉强度也会降低，两项物理性能指标是吻合的。耐磨强度在300 h前保持1 700转不变，在400～600 h时间内，耐磨强度缓慢下降，说明镀膜金属原子同木材表面的高分子氨基树脂的结合强度出现微弱下降，体现在树脂膨胀、松弛，对金属原子的结合力降低;但下降程度非常缓慢，不会影响镀膜木材的屏蔽性能。镀膜木材的表观状态，通过视觉观察，没有发现异常，镀膜木材经老化后，仍然表面平整、细腻、光滑、色泽均匀，没有出现变色、开裂、鼓泡等现象。这跟镀膜木材封闭前木材干燥有关系，含水率越低，木材中水分少，老化时不易发生鼓泡开裂等缺陷;同时使用的封闭剂为气密性氨基树脂和硅烷偶联剂，耐高温、耐潮湿性能好，对木材保护、封闭效果好。

表1 镀膜木材老化过程中力学性能检测

3 结论

试验结果表明磁控溅射镀膜木材可以在较长时间内、较高温度、较高湿度室内环境下，金属膜不会遭到破坏，可保持电磁屏蔽效能稳定，屏蔽效能保持在58 dB以上。附着强度在老化前300 h内没有变化，保持2.0 MPa不变，从400～600 h检测数据稍有下降，每100 h衰减0.5%，衰减幅度比较小;抗拉能力跟附着强度变化相似，随着老化时间的延长，从400～600 h检测数据缓慢下降，下降幅度也在0.5%上下;耐磨强度在300 h前保持1 700转不变，在400～600 h时间内，耐磨强度缓慢下降。镀膜木材经老化后，表观状态良好，仍然平整、细腻、光滑、色泽均匀，没有出现变色、开裂、鼓泡等现象;使用的封闭剂为气密性氨基树脂和硅烷偶联剂，对木材保护、封闭效果较好。

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