冻融循环处理对重竹地板性能的影响

吴自成

摘 要：该文以室外型重竹地板为研究对象，在保持其他条件不变的情况下，通过改变试件的冻融温度范围-20～23℃，-20～52℃，20～80℃和冻融循环的次数研究冻融循环对重竹地板性能的影响。结果表明：冻融循环会使重竹地板的重量降低，并且随着循环次数的推移，重量的变化率会逐渐趋于平缓；冻融循环对重竹地板的尺寸稳定性（线性膨胀）产生一定的影响；冻融循环会使得重竹地板24h吸水尺寸膨胀率增加；冻融循环会使得重竹地板出现裂隙现象，导致其静曲强度和弹性模量降低，弯曲性能变差。冻融循环加速了重竹地板的老化速度，使得其综合性能降低。

关键词：冻融循环；重竹地板；性能

中图分类号 TS653 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）24-0118-03

Abstract：As for outdoor reconsolidated bamboo flooring，while keeping other conditions unchanged，the effects of freeze-thaw cycle on the performance of reconsolidated bamboo flooring are studied by changing the thawing temperature ranges -20℃～23℃，-20℃～52℃，20℃～80℃ and the times of freeze-thaw cycle. The results show that the weight of reconsolidated bamboo flooring decreases by the influence of freeze-thaw cycle and the rate of change in weight gradually tends to be steay with the growth of cycle times. Freeze-thaw cycle produces certain effects on reconsolidated bamboo flooring dimensional stability （linear expansion） and causes the increase of reconsolidated bamboo flooring 24 hours water absorption size expansion rate. Freeze-thaw cycle also causes the decrease of the static bending strength and elastic modulus and weaker bending performance of reconsolidated bamboo flooring because of the cracks appeared phenomenon. In addition，freeze-thaw cycle weakens the combination properties of reconsolidated bamboo flooring through accelerating its aging rate.

Key words：Freeze-thaw cycle；Reconsolidated bamboo flooring；Performance

重竹地板是一種将竹材重新组织并加以强化成型的竹质新材料，将竹子开成柔软的丝状或薄片状，通过浸胶装模之后压制，使纤维重组，由竹重组材为人造板基材表面，在基材表面铺设装饰纸和耐磨纸，背面铺设平衡纸，经热压、齐口加工而成的地板[1]。广泛应用于家庭室内、花园、广场公园、泳池、码头、亲水平台等场所。重竹材料越来越受到人们的关注和重视，对其性能的要求也越来越高，尤其是作为一种室外环境下使用的材料，其性能会随着环境的变化而变化[2]。重竹地板仍然在人造板范畴中，故其老化机理与人造板老化机理是相同的，也是受环境因子、胶粘剂因子、材料和制备工艺的影响。

重竹地板在使用过程中，受到光照、温度、水分、氧及生物介质等因素影响，材料的力学性质、物理性质及化学性质会发生改变，并且这种改变是不可还原的，会在很大程度上影响到地板的使用能力，也会对人们居住的环境带来负面影响[3]。因此，本文通过对重竹地板经历不同冻融循环处理温度、循环周期后的性能进行了研究，对实际生产具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料 实验材料采用相同生产企业生产的1种重竹地板为试材。材料规格为900mm×110mm×15mm。

1.2 实验设备 （1）电子数显卡尺；量程：0～200mm；精度：0.01mm，成都成量工具有限公司。（2）千分尺；量程：0～25mm；精度：0.001mm，成都成量工具有限公司。（3）恒温恒湿试验箱；型号：HWS-250，上海精宏实验设备有限公司。（4）电热恒温水浴锅；温度范围为20～100℃，温度波动为±1℃，江苏省张家港市医疗器械厂。（5）微机控制电子式万能试验机，济南时代试金试验机有限公司。

1.3 试验方法的确定

1.3.1 试件制作及处理 （1）按照国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的要求以及实验需求分别制作300mm×50mm×15mm试件24块；锯制出50mm×50mm×15mm试件24块；20mm×20mm×15mm试件24块。（2）按照国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的要求将所有试件在（20±2）℃，相对湿度（65±5）%条件下处理至质量恒定[4]。

1.3.2 试验方法 本次实验采用-20～23℃，-20～52℃，endprint

-20～80℃，3个温度循环。材料经过室温浸水24h，冰箱冷冻12h，烘箱解冻12h，历时72h为一个循环。总共经历1，3，5次循环。

1.3.2.1 冻融循环对对重竹地板重量损失率的影响 先将试件为20mm×20mm×15mm规格的放入烘箱进行烘干处理，直到2次重量几乎相等为止，记下此时绝干重量。然后将材料经过室温浸水24h，并且经过1，3，5次冻融循环处理，最后再干燥至绝干，测其绝干重量，与最初的绝干质量进行比较，测试试件的重量变化情况。

试件质量损失率按下面公式计算，精确至0.001%。

[质量损失率（%）=W1-W2W1×100]

式中：W1—热处理前试件质量，g；W2—热处理后试件质量，g。

1.3.2.2 冻融循环对重竹地板弯曲性能的影响 将规格为300mm×300mm×15mm的试件，先室温浸水24h，分别经过1，3，5次冻融循环试验。取出后，将所有试件在（20±2）℃，相对湿度（65±5）%条件下处理至质量恒定。测量它们的静曲强度和弹性模量，比较分析冻融循环对重竹地板弯曲性能的影响。

1.3.2.3 冻融循环对重竹地板尺寸稳定性（线性膨胀）的影响 将规格为50mm×50mm×15mm的小试件，先室温浸水24h，再进行1，3，5冻融循环处理。将所有试件在（20±2）℃，相对湿度（65±5）%条件下处理至质量恒定。测量试件长度、宽度、厚度尺寸；然后在进行24h吸水尺寸变化率实验，对比分析冻融循环对重竹地板尺寸稳定性（线性膨胀）的影响。

试件吸水膨胀率按下面公式式计算，精确至0.001%。计算公式为：

T=（h1-h2）/h1

式中：T—吸水膨胀率，%；h1—浸水前试件尺寸，mm；h2—浸水后试件尺寸，mm。

2 结果与分析

2.1 冻融循环处理对重竹地板重量损失率的影响 由图1分析可以发现，冻融循环对重竹地板重量损失率有着较大的影响。冻融循环会使重竹地板质量降低，同时，随着冻融循环次数的增加，重量损失率逐渐增加并趋于稳定。冻融循环处理可以认为是一种人工的物理加速老化过程，冻融加速了重竹地板的老化，使得重竹地板出现了质量损失，这种损失是不可避免的。

2.2 冻融循环对重竹地板尺寸（线性膨胀）测定的影响 由图2可以发现，冻融循环会使得重竹地板尺寸稳定性变差，对于厚度方向上的影响较为明显，宽度和长度方向影响程度较小。经过冻融循环处理的重竹地板，24h吸水尺寸变化率随着冻融循环次数的增加而增加，变化速度随冻融循环周期增加趋于平缓。主要因为随着老化的加剧，重竹地板内部分子结构会发生变化，其耐水性会变差。从图2还可以看到，经过冻融处理的重竹地板厚度方面变化较大，长度与宽度方向变化数值很小，基本在1.0%以下说明重竹地板尺寸稳定性较好。而厚度方向变化率相对较大，最大的达到3.9%。厚度方向变化率将近是长度方向的10倍左右，差距还是很明显的。

2.3 冻融循环对重竹地板弯曲性能的的影响 由图3分析可知，冻融循环的处理会降低重竹地板的弯曲性，静曲强度和弹性模量均变小。从弹性模量和静曲强度变化曲线可以看出，冻融循环处理前期重竹地板静曲强度和弹性模量变化较大；随着冻融循环次数的增加，静曲强度和弹性模量下降逐渐平缓。强度下降最严重的周期为第一、二周期，这说明板材在突然承受环境的急剧变化时，会有较大幅度的强度下降和开裂，而随着环境的继续变化，板材的强度下降到一定程度时，就会出现一个平稳的趋势。

经过5个连续不断温度急剧变化的周期环境，没有试件完全破坏，主要是因为重竹地板的原材料形态是竹丝，其尺寸较小，且原料本身是没有什么结合力的，所以重竹地板的强度几乎全靠胶粘剂的粘结来支撑，板材没有出现完全破坏的现象证明了酚醛树脂胶的耐水性能良好。在这样严格的老化标准下，重竹地板仍然没有出现完全破坏，说明了这种板材的耐老化性能良好。

与Jenette的研究符合，复合材料的弯曲性能受冻-融循环的影响比较大，这是因为植物纤维表面含有大量的极性羟基和酚羟基官能团，表现出极强的极性和亲水性，使材料具有极性和吸湿性，两者对材料的力学性能都有很大的影响。材料经历冻-融循环实验时，由于水分的进入，复合材料接触水分时，组分中的纤维膨胀，增加了材料之间的间隙，孔隙变大了，影响了胶粘剂与纤维连接的强度，而且，随着冻融循环温度的升高，纖维更容易软化，更易吸收水分，冷冻温度越低，干燥温度越高，使纤维的细胞壁经历的环境更恶劣，使半纤维热降解和木质素重排，也使得细胞壁结构不稳定，甚至胞壁结构的破坏[5]，高低温的长期循环使细胞壁收缩-膨胀弹性降低，纤维和胶粘剂的连接强度更加降低，致使材料经经历不同的温度的冻融循环会有不同的结果。

3 结论

（1）冻融循环对重竹地板的重量影响；冻融循环会使得重竹地板的重量损耗，并且随着循环次数的推移，重量的变化率会逐渐趋于平缓。

（2）冻融循环对重竹地板的尺寸稳定性（线性膨胀）产生一定的影响；冻融循环会使得重竹地板24h吸水尺寸膨胀率增加，特别在厚度方向上明显作用，长度宽度方向上的膨胀变化率相对较小。

（3）冻融循环对重竹地板的弯曲性能的影响；冻融循环会使得重竹地板出现裂隙现象，从而使得其静曲强度和弹性模量降低，弯曲性能变差。冻融循环加速了重竹地板的老化速度，使得其综合力学性能降低。

参考文献

[1]高振忠.木质地板生产与使用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]王伟宏，王清文，宋永明.木塑复合材老化性能研究进展[J].林业科学，2008，44（5）：144-148.

[3]余德新，宋一然.人造板的加速老化实验研究[J].林产工业，1993，20（4）：17-19.

[4]GB/T 17657-2013.人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2013.

[5]薛盘芳.PP/木质纤维复合材料的制备及其性能研究[D].南京：南京农业大学，2008. （责编：张宏民）endprint