测试条件对室外人造板吸水性能的影响

2012-07-30付跃进姚迟强袁少飞

浙江林业科技 2012年2期

张建，付跃进，姚迟强，袁少飞，李琴

（1. 浙江省林业科学研究院浙江省竹类研究重点实验室，浙江杭州 310023；2. 中国林业科学研究院木材工业研究所，北京 100091；3. 浙江农林大学，浙江临安 311300）

室外人造板是指主要以酚醛树脂或同类性能树脂为胶粘剂制成的人造板材，适用于室外或半室外，具有优异的性能[1]，反映了室外人造板在使用过程中抵抗干湿、冷热、霜冻、雨雪和紫外线辐射等外界自然条件的能力[2～3]。室外人造板在建筑、室外地板、走廊等领域得到大量应用，使用过程中，与水分接触是不可避免的，特别是在潮湿而炎热的地区，水分子很容易进入木材内部和胶层，最终影响板材性能[4～7]，具体性能指标主要有尺寸变化率、吸水率、内结合强度、胶合强度、静曲强度、弹性模量等[8]。吸水率是衡量人造板材的重要指标之一，通常是指板材浸在一定温度水中24 h所吸收水分的重量与浸水前重量之比[6,9～12]。由于相关标准未对测试方法进行更加具体详细的规定，所以测试时往往会因为条件的差异而导致测试结果存在差异。

国内学者对室内用纤维板吸水率特性有系统全面的研究[6,9,13～14]，而室外人造板只对竹模板和竹塑复合材料在水温和时间方面进行了研究[4,6]，但对室外用纤维板、定向刨花板、竹质模板、木质模板等板材的吸水率还未进行相关的系统研究。本文从温度、pH值、时间、厚度、试件尺寸等因素对室外纤维板、定向刨花板、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种室外人造板材的吸水性影响进行了试验和分析，对于完善吸水率测定方法及其测试的准确性具有一定的借鉴意义和指导作用。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

室外纤维板、定向刨花板、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种试材均购自企业，其中室外纤维板采用酚醛树脂生产，厚度4 mm；定向刨花板采用异氰酸酯生产，树种为杨木，厚度有9、12、15、18 mm 4种；竹质托盘采用酚醛树脂生产，7层竹帘，2层竹席，厚度20 mm；木质模板采用酚醛树脂生产，表面覆膜，树种为杨木，9层，厚度15 mm；竹质模板采用酚醛树脂生产，5层竹帘，2层竹席，表面覆膜，厚度12 mm。氢氧化钠溶液和盐酸溶液浓度均为1 mol/L。

1.2 主要仪器

JW-500T-20型高低温交变湿热试验箱，TD20002型电子天平，pHS-3C型数字酸度计，MJ6116型精密推台锯，THY-2030型恒温水槽。

1.3 试验设计

每种条件试件数量为6块，表面和边部平整无残缺和起毛。首先将试件在温度20℃、相对湿度65%条件下放置至质量恒定。然后进行称重，放入恒温水槽中浸渍。最后将试件从水中取出，擦干表面，称重，计算吸水率。试件浸渍时置于水面30 mm以下，尽量垂直放置且试件之间相互隔开。每次浸渍时采用新换的自来水。

1.3.1 不同温度对板材吸水率的影响温度是影响板材吸水率的重要因素之一，各个地方在各个季节水的温度都有所差异。本试验采用室外纤维板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种室外人造板材，试件尺寸均为75 mm×75 mm，水温采取15、20、25、30、35、40℃共6种温度，在恒温水槽中浸渍，水的pH值为7，浸渍72 h。

1.3.2 不同时间对板材吸水率的影响浸渍时间也是影响板材吸水率的重要因素之一。试验采用室外纤维板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种室外人造板材，试件尺寸均为75 mm×75 mm，在恒温水槽中浸渍，水的pH值为7，水温20℃，采用24、48、72、96、120、144、168、192、216、240 h共10种浸渍时间。

1.3.3 不同pH值对板材吸水率的影响不少学者通过研究发现，水的pH值对试件吸水率有一定的影响，而我国各地自来水水质存在一定差异。本试验采用室外纤维板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种室外人造板材，试件尺寸均为75 mm×75 mm，在恒温水槽中浸渍，水温20℃，浸渍72 h，浸渍用水pH值分别调成5、6、7、8、9共5种。

1.3.4 不同厚度对板材吸水率的影响试验采用9、12、15、18 mm 4种厚度的定向刨花板，试件尺寸均为75 mm×75 mm，在恒温水槽中浸渍，水温20℃，浸渍72 h，水的pH值为7。

1.3.5 不同试件尺寸对板材吸水率的影响试验采用室外纤维板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹质托盘、木质模板、竹质模板5种室外人造板材，试件采用50 mm×50 mm、75 mm×75 mm、100 mm×100 mm三种尺寸。试件在恒温水槽中浸渍，水温20℃，浸渍72 h，水的pH值为7。

2 结果分析

2.1 不同浸渍温度对板材吸水率的影响

从图1可知，在其他测试条件相同的情况下，随着水温的升高，5种室外人造板材的吸水率均呈现增加的趋势，其中15 ～ 30℃时增加趋势不太明显，但30 ～ 40℃增加幅度较大，特别是定向刨花板吸水率变化最为显著，30℃时吸水率为67.8%，40℃时吸水率为93.2%。整体来看，室外木质人造板的吸水率比室外竹质人造板的吸水率高，反映出室外木质人造板的耐水性较室外竹质人造板的耐水性差。温度相同时，吸水率由大到小依次为：定向刨花板＞木质模板＞纤维板＞竹质模板＞竹质托盘。目前，标准中温度基本采用20℃，因此建议测试室外人造板吸水率时水的温度也采用20℃。

2.2 不同浸渍时间对板材吸水率的影响

从图2可知，5种室外人造板材的吸水率均随浸渍时间延长而呈现增加的趋势，在120 h内吸水率变化幅度较为明显，其中72 h内吸水率增加的幅度最大，而120 h以后吸水率增加幅度趋于平缓。在120 h内，浸渍时间相同时，室外木质人造板的吸水率比室外竹质人造板的吸水率高，5种室外人造板吸水率由大到小依次为定向刨花板＞木质模板＞纤维板＞竹质模板＞竹质托盘，120 h时的吸水率分别为78.5%、66.2%、39.0%、37.9%、35.9%。因此在测试室外人造板吸水率时，浸渍时间适当增加，应不低于72 h。

图1 不同浸渍温度对板材吸水率的影响Figure 1 WA change curve under different temperature of water

图2 不同浸渍时间对板材吸水率的影响Figure 2 WA change curve under different soaking time

2.3 不同pH值对板材吸水率的影响

从图3可看出，水的pH值对5种室外人造板材的吸水率有一定的影响，但不呈现规律性。整体来看，室外竹质人造板的耐水性优于室外木质人造板的耐水性，5种室外人造板的吸水率在 pH值 6或7时最大。GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》和 LY/T1072-2002《竹篾层积材》测试吸水率时规定了水的pH值为7±1，而GB12626.8-1990《硬质纤维板—吸水率的测定》规定了水的pH值为6±1。因此，测试室外人造板吸水率或制定吸水率测试方法时，应明确规定水的pH值，甚至建议明确使用什么样的水，如明确为清洁水或蒸馏水。

图3 不同pH值对板材吸水率的影响Figure 3 WA change curve under different pH value of water

2.4 不同板材厚度对板材吸水率的影响

从图4可知，板材厚度对定向刨花板吸水率影响不显著且无规律性。其他测试条件相同时，厚度小时定向刨花板吸水率较大，厚度增大时吸水率相对偏小。当厚度为15 mm和18 mm时，吸水率比较接近，分别为63.6%和 63.2%。这主要是因为一定条件下，水渗透到板材中的深度是有限的，厚度小时，水分越容易渗透到板材内部，表现在吸水率较大，反之表现在吸水率较小。

2.5 不同试件尺寸对板材吸水率的影响

从图5测试结果分析得到，试件尺寸对板材吸水率有一定影响，均表现在其他测试条件相同时，试件尺寸越大，吸水率测试值越小。这主要是因为一定条件下，水分是从试件的六个面同时而又渐进的渗透到板材内部的，但是渗透的程度是有限的，试件尺寸小时，水分越容易渗透到板材内部，表现在吸水率较大，反之表现在吸水率较小。同时得到与前面一致的结论，室外竹质人造板的耐水性优于室外木质人造板的耐水性。