PF树脂对二种单板浸渍改性的比较研究

王雪莹，周文捷，李 陈，韩 健

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

PF树脂对二种单板浸渍改性的比较研究

王雪莹，周文捷，李 陈，韩 健

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

为提高混凝土模板用胶合板的表面耐磨性，采用浸渍方法，在常温、常压下用PF树脂胶液对杨木和马尾松单板进行了改性处理，对胶液种类、浸渍时间与单板增重率、表面磨耗值之间的关系进行了研究，探讨了提高单板表面耐磨性的合适工艺。研究结果表明，单板经浸渍处理后，胶黏剂主要分布在单板表层，随浸渍时间延长，二种单板的增重率呈上升趋势，表面磨耗值呈下降趋势。当浸渍时间相同时，加入耐磨剂的PF树脂胶液，可显著提高单板的表面耐磨性，碳化硅的耐磨性比二氧化硅更明显，杨木单板的表面耐磨性优于马尾松单板。验证试验表明，PF树脂中加入0.4%的碳化硅、0.1%的海藻酸钠和3.5%的微晶纤维素，杨木单板浸渍3 h，马尾松单板浸渍5 h，二者的表面耐磨性可显著提高。

PF树脂；浸渍；单板；增重率；磨耗值

杨树和马尾松是我国主要的人工林树种，在胶合板模板生产领域得到了广泛应用，但他们材质松软、密度低、强度小、耐磨性差[1]，使他们的应用受到了一定限制，用合成树脂对其进行浸渍处理，是一种提高他们综合性能的重要改性方法。Lloyd和Stamm用水溶性酚醛树脂（PF）对单板进行浸渍，单板的耐候性得到了明显增强[2]。Y.H.Chui、张占宽、刘君良等，对用PF树脂浸渍的杨木单板生产层积材进行了研究，结果表明，层积材的力学性能和尺寸稳定性都得到了显著提高[3-8]。王小青等用经PF树脂浸渍的杨木单板和竹帘生产竹木复合板，产品静曲强度和弹性模量均达到或超过了日本JASSIS-24的相关标准[9]。本研究的目的是基于实际需要，通过用PF树脂对杨木和马尾松单板进行浸渍，研究浸渍工艺与单板增重率和表面耐磨性之间的关系，为生产高耐磨性胶合板模板提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

木材树种，杨树Populus tomentosa、马尾松Pinus massoniana，产地，湖南益阳。试验用单板为原木旋切得到，单板规格1 300 mm×600 mm×1.5～2.5 mm，含水率12%～14%。

碳化硅（SiC），分析纯，含量≥98%，上海强顺化学试剂有限公司生产。二氧化硅（SiO2），分析纯，含量≥98%，上海强顺化学试剂有限公司生产。海藻酸钠 （C6H7NaO6）x，化学纯，上海强顺化学试剂有限公司生产。微晶纤维素[（C6H10O5）n]，化学纯，上海国药集团化学试剂有限公司生产。

浸渍用PF树脂树脂为实验室自行合成。固体含量38.5%，pH值9.5，粘度15s（涂-4杯），游离醛含量0.45%，游离酚含量2.5%。

1.2 试验方法

1.2.1 单板浸渍

碳化硅、二氧化硅为耐磨剂，海藻酸钠、微晶纤维素为分散剂。将碳化硅、二氧化硅，海藻酸钠、微晶纤维素等，按一定比例加入PF树脂中，并加入适量的溶剂乙醇，调制成所需浓度的浸渍液，再将单板置于胶液中进行浸渍。

浸渍胶液的原料配比为：PF树脂96%，海藻酸钠0.1%，碳化硅（或二氧化硅）0.4%，微晶纤维素3.5%，乙醇适量（根据粘度确定，粘度12～14 s/25 ℃）。

加入碳化硅的浸渍胶液标注为JY1，加入二氧化硅的浸渍胶液标注为JY2，不加耐磨剂的PF树脂标注为JY3。杨木单板试件用“Y”表示，马尾松单板试件用“M”表示，试件规格为350 mm×350 mm，试件数量均为75个。试件分别用胶液JY1、JY2 和JY3进行浸渍，每次浸渍试件5个，浸渍时间分别为1、2、3、4、5 h，浸渍在常温、常压条件下进行。试件浸渍效果用增重率表示，增重率按下式计算：

式中：WPG是试件增重率，%；G0是试件初重，g；G1是浸渍后的试件重量，g。

试件浸渍后，在DHG-9203C型干燥箱中干燥，干燥温度70～80 ℃，干燥后含水率 8%～12%。

1.2.2 试件耐磨性检测

将浸渍干燥后的试件剪裁成100 mm×100 mm的小试件，每一试件取小试件3个，以3个小试件的磨耗平均值作为该试件的耐磨值。磨耗值检测在MGL-5型滚动磨损试验机上进行，以辊轮转动100转，试件表面的磨耗值计算，计算公式如下：

Q＝W1－W2。

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

2 结果与分析

2.1 树脂在试件中的分布

木材是一种多孔性材料，当木单板浸渍于PF树脂胶液中时，在多种因素作用下，胶液可通过木材内部的孔隙渗入木材内部，或分布在木材的表面[6]。图1是浸渍JYI的试件的电镜照片。

图1 浸渍JY1的单板试件横切面（浸渍3 h）Fig.1 Cross section of veneer test-piece impregnated JY1

由图1可见，单板试件用JY1浸渍3h后，有部分树脂渗入了单板的表层（照片的右边部分），单板表层中的部分细胞腔和细胞间隙被树脂所填充，但单板内部的细胞腔和细胞间隙没有看到树脂的渗入填充，可见在常温、常压下对单板进行浸渍处理，树脂主要分布在单板的表面和表层，难以进入木材的内部。分布于单板表层的树脂固化后会使其表层材性得到提高，以这类单板作为胶合板模板的面板，可增强产品的物理力学性能。

2.2 试件增重率与浸渍时间的关系

由图2可见，当浸渍时间不同时，试件由于吸收的胶量不同，试件具有不同的增重率，在整个浸渍时间范围内，随浸渍时间延长，试件增重率呈上升趋势。当浸渍时间相同而胶液不同时，试件的增重率各不相同，除个别情形以外，杨木试件的增重率排序为Y-JY1＞Y-JY2＞Y-JY3，马尾松试件为M-JY2＞M-JY1＞M-JY3，表明浸渍时间相同，用加入碳化硅的胶液浸渍的杨木试件增重率最大，用加入二氧化硅的胶液浸渍的马尾松试件增重率最大，而二种试件浸渍PF树脂的增重率均最小。

图2 试件增重率随浸渍时间的变化Fig.2 Relationship between test-pieces weight gain rate and impregnation time

2.3 二种试件增重率比较

杨木与马尾松单板本身的特性相差较大，马尾松单板内部含有较多的松脂，使内部通道受到堵塞，在用PF树脂浸渍时，增加了树脂进入的困难，而杨木的内含物较少，PF树脂进入内部相对比较容易，因此在用3种胶液进行浸渍时，杨木试件的增重均大于马尾松（如图3所示）。

图3 杨木与马尾松试件增重率比较Fig.3 Compare of weight gain rate of Poplar and Masson pine test-pieces

除木材本身的特性外，不同胶液对试件增重率的影响也有较大差异。二种单板试件分别用JY1、JY2和JY3进行浸渍时，杨木试件的平均增重率分别为44%、40%和36%；马尾检试件的平均增重率分别为32%、36%和21%。可见，浸渍JY1的杨木试件和浸渍JY2的马尾松试件的平均增重率最大。二种试件浸渍相同胶液，浸渍JY1时，杨木试件的平均增重率比马尾松高12%，浸渍JY2时，比马尾松试件低4%，渍JY3时，比马尾松试件高15%，显然在3种浸渍胶液中，用JY3（PF树脂）浸渍时，二种试件的增重率差别最大，用YJ2浸渍时，二种试件的增重率差别最小。

2.4 试件磨耗值与浸渍时间的关系

试件浸渍PF树脂后，树脂会渗入木材内部和分布在木材表面，由前述分析得知，随浸渍时间延长，试件的增重率呈增加趋势。由于固化后的PF树脂具有较高的耐磨性，因而经PF树脂浸渍后的试件表面耐磨性也会得到相应提高。由图4可见，在设计的浸渍时间范围内，浸渍3种不同胶液，随浸渍时间延长，2种试件的磨耗值均呈下降趋势，表明他们的表面耐磨性均得到了提高。浸渍时间相同时，在3种PF树脂浸渍胶液中，2种单板试件都以浸渍JY1的磨耗值最小，浸渍JY3的磨耗值最大，表明浸渍JY1时，2种试件都具有最好的表面耐磨性。

图4 试件磨耗值与浸渍时间的关系Fig.4 Relationship between the wear value of test-pieces and impregnation time

2.5 2种试件磨耗值比较

试件的增重率直接影响到它们的耐磨性，增重率越大，试件的磨耗值越低，耐磨性越好。由前述分析得知，浸渍胶液相同时，杨木试件的增重率大于马尾松试件，因此杨木试件的耐磨性优于马尾松试件（见图5）。

图5 杨木与马尾松试件磨耗值比较Fig.5 Compare of wear values of Poplar and Masson pine test-pieces

杨木与马尾松试件分别浸渍JY1、JY2和JY3时，杨木试件的平均磨耗值分别为45 mg/100 r、69 mg/100 r和93 mg/100 r；马尾松试件的平均磨耗值分别为59 mg/100r、83 mg/100 r和109 mg/100 r，可见浸渍JY1的杨木试件和马尾松试件的耐磨性最好。2种试件同时浸渍JY1、JY2和JY3时，杨木试件的平均磨耗值比马尾松试件分别低24%，17%和15%，显然，浸渍相同胶液时，杨木试件的耐磨性优于马尾松试件。

2.6 工艺优化与验证

由上述分析可知，试件增重率越高，其耐磨性越好，但增重率提高意味着胶黏剂用量增加和生产成本增加，因此基于上述试验结果分析，并考虑实际生产需要，选择JY1为浸渍用胶液，杨木单板浸渍3 h，马尾松单板浸渍5 h，2种单板数量均为5张，进行验证试验，试验结果如表1所示。

表1 验证试验结果Table 1 Results of confirmation test

由表1可见，用JY1（加入碳化硅的PF树脂胶黏剂）对杨木单板和马尾松单板分别浸渍3和5 h，杨木单板的平均增重率为45%，马尾松单板为40%；杨木单板和马尾松单板的平均磨耗值分别为40 mg/100 r和50 mg/100 r，均小于装饰层压板80 mg/100 r的标准，表明选择的工艺参数是合理的、可行的，单板表面具有良好的耐磨性。

3 结论与讨论

在常温、常压下用PF树脂胶黏剂对单板进行浸渍，胶黏剂主要分布在单板表层。随浸渍时间延长，杨木和马尾松单板的增重率均呈上升趋势，表面磨耗值呈下降趋势。在相同的浸渍时间内，浸渍加入碳化硅的PF树脂胶黏剂时，杨木和马尾松单板都具有最小的磨耗值，浸渍未加耐磨剂的PF树脂胶黏剂时，二者的磨耗值都最大，且杨木单板的磨耗值小于马尾松单板。验证试验结果表明，以JY1（PF树脂96%，碳化硅0.4%，海藻酸钠0.1%，微晶纤维素3.5%）为浸渍液，杨木单板浸渍3h，马尾松单板浸渍5 h，二者的平均磨耗值分别为40 mg/100 r和50 mg/100 r，均小于装饰层压板80 mg/100 r的标准，表明选择的工艺参数是合理的、可行的，单板表面具有良好的耐磨性。

[1] 叶克林,王金林.人工林杨树木材的加工利用[J].木材工业,2003, 17(1):5-8.

[2] Lloyd RA, AJ Stamm. Effect of resin treatment and compression upon the Weathering properties of veneer Iaminates[J].Forest Prod.L, 1985,8(8):230-235.

[3] YH Chui, MH Schneider, HJ Zhang. Effects of resin impregnation and process parameters on some properties of poplar LVL[J].Forest Prod.L.,1994,44(8):74-78.

[4] 周 阳,李光耀.板式家具企业变式配置中相关性的研究及应用[J].家具与室内装饰,2015(1):64-66.

[5] 刘 洋,乔冰倩,盛天宇,等.纸板家具设计及其应用前景研究[J].家具与室内装饰,2015(10):20-23.

[4] 张 婷,申黎明.基于秸秆板的板木家具关键制造工艺研究[J].家具与室内装饰,2015(1):13-15.

[6] 千一凡,申黎明,黄琼涛,等.秸秆板在板木结构美式床具中的应用[J].家具与室内装饰,2014(7):18-19.

[7] 张洪德,徐国锋,牛笑一.耐磨型染色臭冷杉胶合板的工艺性能研究[J].家具与室内装饰,2013(12):50-51.

[8] 张占宽,刘君良.密实型杨木单板层积材的制造工艺及应用前景分析[J].林业机械与木工设备, 2005,7(33):15-17.

[9] 王小青,刘君良,张双保,等.竹木复合单板层积材制备工艺[J].木材工业,2005,19(5): 7-9.

[10] 韩 健,高喜桃.杨木PF树脂浸渍工艺的响应面分析[J].中南林业科技大学学报,2013,33(9):98-102.

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《科技人员服务企业计划项目》（SQ2009GJD2005258）

王雪莹，硕士研究生 通讯作者：韩 健，教授，博士生导师；E-mail：hanjianwm@163.com

王雪莹，周文捷，李 陈，等.PF树脂对二种单板浸渍改性的比较研究[J].中南林业科技大学学报，2016,36(11):120-124.

[本文编校：吴 毅]