酚醛树脂浸渍处理对杉木单板层积材性能的影响

姚迟强，于 利,2，李延军，林 勇，刘红征

（1. 浙江农林大学，浙江 临安 311300；2. 浙江升华云峰新材股份有限公司，浙江 湖州 313200；3. 杭州强生圣威装饰材料有限公司，浙江 杭州 310007；4. 浙江大庄实业集团有限公司，浙江 杭州 311251）

酚醛树脂浸渍处理对杉木单板层积材性能的影响

姚迟强1，于 利1,2，李延军1，林 勇3，刘红征4*

（1. 浙江农林大学，浙江 临安 311300；2. 浙江升华云峰新材股份有限公司，浙江 湖州 313200；3. 杭州强生圣威装饰材料有限公司，浙江 杭州 310007；4. 浙江大庄实业集团有限公司，浙江 杭州 311251）

采用自制低分子量酚醛树脂浸渍处理杉木单板，探讨了浸渍处理工艺对其增重率和单板层积材性能的影响，研究结果表明在常温常压和加压条件下，增重率均随浸渍时间的延长而增加，随着增重率的增大，板材密度逐渐增大，吸水厚度膨胀率（TS）逐渐降低，静曲强度（MOR）和弹性模量（MOE）先增大后减小。干增重率52.5%时，MOR和MOE达到最大，分别为51.19MPa和10 886MPa，MOR达到了GB/T 20241-2006《单板层积材》120E优级，MOE达到了100E级。鉴于产品质量和生产成本，建议采用浸胶法生产杉木单板层积材时，干增重率控制在50%左右，湿增重率控制在160%左右。

杉木；单板层积材；浸渍；处理；性能；增重率

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国主要人工林树种之一，树干通直、高大，木材纹理直、材质轻软、结构细致、不易开裂[1]。然而与天然林杉木相比，人工林杉木存在一些材质缺陷，如密度小、强度低[2]、加工性能差等，使其工业化应用受到限制。密实化是一种有效的木材功能性改良方法，采用低分子量树脂浸渍单板方法生产的密实型单板层积材，其物理力学性能明显提高，能够替代优质天然林木，被用作托梁、桁架、车厢地板和集装箱底板等结构材料，不仅提高人工林木材的应用领域和附加值，还在一定程度上缓解了我国优质天然林木的供需矛盾。

Lloyd[3]等人研究发现，单板经浸胶、干燥、压缩后，其耐候性能显著提高。Chui等[4]采用浸胶法生产的杨木单板层积材力学强度和耐水性能得到明显提高。近年来，国内学者[5~7]对采用浸渍树脂和压缩提高人工林单板层积材的密度进而改善其物理力学性能的方法进行了大量的研究，但大多集中在杨木单板层积材和竹/杨复合层积材，通过浸胶法制造杉木单板层积材的研究还未见报道。本研究以杉木单板和自制水溶性低分子量酚醛树脂为原料，研究了不同浸渍处理工艺与单板增重率的关系，以及增重率对杉木单板层积材性能的影响，为拓宽速生材基础研究和应用领域提供理论依据，为使密实型强化单板层积材成为一种实用的工业化加工技术奠定了良好的基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

杉木单板 速生杉木取自临安远航木业有限公司，单板平均厚度2 mm，含水率10%左右。

实验室自制水溶性低分子量酚醛树脂[8]，由上海高桥化学工业公司生产的工业苯酚和衢州化工集团生产的工业甲醛（36.9%），在NaOH作用下以采用摩尔比为n（P）：n（F）：n（NaOH）= 1：2：0.05、三聚氰胺的加入量为苯酚量的20%条件下进行合成。主要性能指标：固体含量51.2%，游离酚含量0.65%，游离甲醛含量0.18%，黏度（涂四杯25℃）17.8 s，pH值9.5，水混合性 > 5倍。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 采用单因素试验方法，探讨11种浸渍工艺对单板增重率的影响，以及增重率对层积材物理力学性能的影响，每个条件平行制备3块板材。

1.2.2 工艺流程

调胶—→浸渍—→干燥—→热压—→养生—→性能检测

将实验室自制水溶性低分子量酚醛树脂调制成固含量30%的树脂溶液，将裁剪好的杉木单板放入调制好的树脂溶液中，浸渍一段时间，把浸渍好的杉木单板自然晾干至含水率8% ~ 12%；按照纹理相同方向进行组坯，每块杉木单板层积材由12张单板铺装而成，将组坯好的板坯放入热压机内，调整热压参数（热压温度145℃、热压压力1.5MPa、热压时间24 min），热压结束后，压制的板材平衡处理后裁边、制取试件。

1.3 性能检测 按照GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》和GB/T 20241-2006《单板层积材》标准，主要对单板层积材的密度、弹性模量（MOE）和静曲强度（MOR）指标进行检测，每项指标取6个试件，结果取平均值。

2 试验结果与分析

2.1 浸渍工艺对杉木单板增重率的影响

实验采用了11种不同浸渍工艺，每种工艺取10个试件，根据下式计算单板干增重率与湿增重率，结果取其平均值。

式中：Wg——干增重率；Mg——单板浸渍后绝干重；M0——单板浸渍前气干重；Ws——湿增重率；Ms——单板浸渍后湿重。

杉木单板的干增重率与湿增重率情况如表1。

表1 浸渍时间与单板增重率的关系Table 1 Relationship between impregnation process and weight gain

如表1所示，常温常压下，随着浸渍时间的延长，杉木单板的干增重率和湿增重率都逐渐增加。浸渍时间从1 h延长到2 h，单板干增重率和湿增重率分别提高了4.3%和16.8%；浸渍时间从2 h延长到4 h，平均1 h单板干增重率和湿增重率分别提高了2.4%和7.4%；浸渍时间从8 h延长到24 h，平均1 h单板干增重率和湿增重率仅提高了1.6%和0.6%。随着浸渍时间的延长，干增重率和湿增重率的增长速度趋于缓和。因此，在常温常压下浸渍2mm厚度的杉木单板，浸渍时间在2 h之内，干增重率与湿增重率增长速度较快，随后增长速度减缓。试验结果验证了国内外相关研究结论[8]，即水分子的直径比树脂的粒径小，水分子比树脂先进入单板内部，随着浸渍时间的延长树脂溶液中的水份减少，树脂溶液的粘度增加，导致进入单板内部的树脂溶液减少，干增重率与湿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。在0.6 MPa下保压20 min的条件下，干增重率与湿增重率分别是常温常压下浸渍1 h的1.98倍和1.89倍，比常温常压24 h增加了3%和12.5%。与常温常压条件下一样，杉木单板的干增重率与湿增重率随着保压时间的延长而增加，但增长速度趋于缓和。因此，为了提高生产效率，建议采用加压浸渍的方式。

2.2 增重率对杉木单板层积材性能的影响

在前期试验的基础上，本试验筛选出4种增重率的杉木单板，进行不同浸渍量对层积材性能的研究，结果如表2。

表2 增重率对杉木单板层积材物理力学性能的影响Table 2 Effect of weight gain on the physical and mechanical properties of Chinese fir LVL

2.2.1 增重率对杉木单板层积材物理性能的影响 由表2可以看出，随着增重率的增加，杉木单板层积材密度逐渐增大。由于浸渍量的增加，浸注到杉木单板的树脂量增加，树脂经热压固化后产品的密度就越大，同时有利于提高产品的耐磨性和硬度。

随着干增重率和湿增重率的增加，层积材吸水厚度膨胀率逐渐减小。杉木单板浸渍低分子量酚醛树脂时，部分树脂浸注到单板内，在温度作用下树脂与木材主要组份纤维素、半纤维素和木质素发生一系列化学反应[9]，热压固化后形成不融不溶的网状物起到填充密实的作用[10]，这种填充作用降低了板材的吸水性和吸胀性能。

2.2.2 增重率对杉木单板层积材力学性能的影响 从表2可以看出，随着增重率的增加，MOR和MOE都呈先升高再降低的趋势。当干增重率低于52.5%时，MOR和MOE随着热压温度的升高均有不同程度的提高。干增重率52.5%时，MOR和MOE分别为51.19 MPa和10 886 MPa，分别比23.7%时提高了65.7%和59.3%，MOR达到了《单板层积材》120E优级（45.0 MPa），MOE达到了《单板层积材》100E级（10.0×103MPa）。干增重率增大到73.2%时，MOE和MOR反而降低，分别比52.5%时降低了8.2%和4.8%。由于浸胶法生产杉木单板层积材，酚醛树脂经热压在单板内固化，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。但与其它树脂相比，酚醛树脂脆性较大，单板浸渍量过大，单板层积材的韧性降低，脆性增加。

3 结论

（1）杉木单板增重率随浸渍时间的不同而改变，在常温常压和加压条件下，增重率都随时间的延长而增加，加压浸渍有利于提高树脂浸渍量。

（2）随着增重率的增加，杉木单板层积材密度逐渐增大，吸水厚度膨胀率则逐渐降低。

（3）随着增重率的增加，杉木单板层积材MOR与MOE先增大后减小。干增重率52.5%时，MOR和MOE分别为51.19MPa和10 886MPa，MOR达到了GB/T 20241-2006《单板层积材》120E优级，MOE达到了100E级。鉴于产品质量和生产成本，建议采用浸胶法生产杉木单板层积材时，干增重率控制在50%左右，湿增重率控制在160%左右。

[1] 章卫钢，鲍滨福，刘君良，等. 我国人工林杉木密实化的研究进展[J]. 木材工业，2009，23（2）：34－36.

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信息

Effect of PF Resin Treatment on Physical and Mechanical Properties of Chinese Fir LVL

YAO Chi-qiang1，YU Li1,2，LI Yan-jun1，LIN Yong3，LIU Hong-zheng4*
（1. Zhejiang A & F University, Lin’an, 311300, China; 2. Zhejiang Shenghua Group, Huzhou 313200, China; 3. Hangzhou Qiangsheng Shengwei Decorative Material Co. Ltd., Hangzhou 310007, China; 4. Zhejiang Dasso Industry Group Co. Ltd., Hangzhou 311251, China）

Chinese fir laminated veneer lumber (LVL) was impregnated with laboratory prepared low molecular weight water soluble phenol formaldehyde (PF) resin. The effects on mechanical and physical properties of the LVL were determined under normal temperature and pressure and increased pressure. The results showed that weight gain would increase with the impregnating time. Under the same impregnation condition, dry weigh gain increased with resin concentration, while wet weight gain increased first and then decreased. Density of LVL increased, thickness swelling rate(TSR) reduced, modulus of rupture in bending (MOR) and modulus of elasticity in bending (MOE) increased first and then decreased as the weight gain increased.

Chinese fir; LVL; impregnation; properties; weight gain

S785

A

1001-3776（2013）02-0019-04

2012-11-30；

2013-02-18

浙江省科技厅资助项目（2006C12047、2008C32023）资助

姚迟强（1988－），男，浙江杭州人，硕士生，从事木材科学与技术研究；*通讯作者。