不同材质无醛刨花板物理力学性能的研究

林 海

(辽宁省森林经营研究所，辽宁 丹东 118000)

无甲醛添加刨花板的性能与普通E0、E1刨花板相比，具有明显的性能优势[1-2]。在国内，刨花板无醛胶黏剂研究方向主要以异氰酸酯、大豆蛋白基、淀粉基胶黏剂为主，刨花板的结合方式主要是靠胶黏剂固化后形成胶层实现刨花之间的连接[3-4]。本实验以典型的柞木刨花(阔叶材)和落叶松刨花(针叶材)为代表，探讨在硝酸为主剂的无醛胶黏剂作用下，依靠化学键结合生产刨花板的新工艺，并对无醛刨花板的物理力学性能进行了分析。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

柞木刨花、落叶松刨花，直径3～5 mm、含水率15%，氧化剂选择浓度68%的硝酸，交联剂栲胶。

1.2 实验方法

选取硝酸比重1.3%(刨花绝干重)、栲胶比重5%(刨花绝干重)、含水率21%作为单因素实验的基础条件，针对每一个可能影响成型效果的工艺参数设计了一个单因素实验方案(每个因素选取5水平的单因素实验)，共13组实验。每个水平重复实验3次(每组单因素实验的工艺参数选取相应水平，其余参数均使用基础条件)，确定无醛刨花板产品的静曲强度和吸水厚度膨胀率最优生产工艺。无醛刨花板单因素实验结果见表1。

2 实验结果与分析

2.1 静曲强度分析

静曲强度单因素实验结果见表2，静曲强度与各因素关系如图1～3所示。

从图1可以看出，随着氧化剂含量的增加，柞木、落叶松无醛刨花板的静曲强度呈现出一定规律变化。当氧化剂的含量在0.1%～2.5%间变化时，柞木无醛刨花板静曲强度的变化范围为0～8.72 MPa，当氧化剂含量为1.3%时静曲强度达到最高值8.72 MPa；而落叶松无醛刨花板静曲强度变化范围为0～10.68 MPa，当氧化剂含量为1.3%时静曲强度达到最高值10.68 MPa。在氧化剂含量相同条件下，落叶松刨花板的静曲强度高于柞木刨花板的静曲强度。

表1 无醛刨花板单因素实验结果

水平因 素氧化剂含量/%交联剂含量/%含水率/%10.111720.731931.352141.972352.5925

表2 静曲强度单因素实验结果

处理因 素氧化剂含量/%交联剂含量/%含水率/%柞木无醛刨花板静曲强度/MPa落叶松无醛刨花板静曲强度/MPa10.15.021.00020.75.021.15.586.4231.35.021.08.7210.6841.95.021.06.187.0652.55.021.04.865.3261.31.021.03.313.9771.33.021.04.085.6981.37.021.03.954.3791.39.021.03.605.13101.35.017.07.089.24111.35.019.05.536.97121.35.023.04.546.03131.35.025.03.154.76

从图2可以看出，随着交联剂含量的变化，柞木、落叶松无醛刨花板的静曲强度呈现出一定规律变化。当交联剂的含量在1%～9%间变化时，柞木无醛刨花板静曲强度的变化范围为3.31～8.72 MPa，当氧化剂含量为5%时静曲强度达到最高值8.72 MPa；落叶松无醛刨花板静曲强度变化范围为3.97～10.68 MPa，当交联剂含量为5%时静曲强度达到最高值10.68 MPa。在相同交联剂含量条件下，落叶松刨花板的静曲强度高于柞木刨花板的静曲强度。

从图3可以看出，随着含水率的变化，柞木、落叶松无醛刨花板的静曲强度呈现出一定的规律变化。当含水率在17%～25%间变化时，柞木无醛刨花板静曲强度的变化范围为3.15～8.72 MPa，当含水率为19%时静曲强度达到最高值8.72 MPa；落叶松无醛刨花板静曲强度变化范围为5.13～10.68 MPa，当含水率为19%时静曲强度达到最高值10.68 MPa。在含水率相同条件下，落叶松刨花板的静曲强度高于柞木刨花板的静曲强度。

图1 静曲强度与氧化剂含量的关系

图2 静曲强度与交联剂含量的关系

图3 静曲强度与含水率的关系

2.2 吸水厚度膨胀率分析

吸水厚度膨胀率单因素实验结果见表3，吸水厚度膨胀率与各因素关系如图4～6所示。

图4 吸水厚度膨胀率与氧化剂含量的关系

表3 吸水厚度膨胀率单因素实验结果

处理因 素氧化剂含量/%交联剂含量/%含水率/%柞木刨花吸水厚度膨胀率/%落叶松刨花吸水厚度膨胀率/%123456789101112130.10.71.31.92.51.31.31.31.31.31.31.31.35.05.05.05.05.01.03.07.09.05.05.05.05.021.021.021.021.021.021.021.021.021.017.019.023.025.009.898.529.087.5910.528.647.358.327.269.059.8311.0808.497.437.016.628.895.376.596.536.286.888.839.56

从图4可以看出，随着氧化剂含量的增加，吸水厚度膨胀率呈现逐渐降低的趋势。当氧化剂的含量在0.1%～2.5%间变化时，柞木无醛刨花板吸水厚度膨胀率的变化范围为0～9.89%，当氧化剂含量为2.5%时吸水厚度膨胀率达到最小值7.59%；落叶松无醛刨花板吸水厚度膨胀率变化范围为0～8.49%，当氧化剂含量为2.5%时吸水厚度膨胀率达到最小值6.62%。在相同氧化剂含量条件下，落叶松刨花板的吸水厚度膨胀率低于柞木刨花板的吸水厚度膨胀率。

图5 吸水厚度膨胀率与交联剂含量的关系

从图5可以看出，随着交联剂含量的增加，吸水厚度膨胀率总体呈现降低的趋势。当交联剂的含量在1%～9%间变化时，柞木无醛刨花板吸水厚度膨胀率的变化范围为7.35%～10.52%，当交联剂含量为7%时，吸水厚度膨胀率达到最小值7.35%；落叶松无醛刨花板吸水厚度膨胀率变化范围为5.37%～8.89%，当氧化剂含量为5%时，吸水厚度膨胀率达到最小值5.37%。在相同交联剂含量条件下，落叶松刨花板的吸水厚度膨胀率低于柞木刨花板的吸水厚度膨胀率。

图6 吸水厚度膨胀率与含水率的关系

从图6可以看出，吸水厚度膨胀率随刨花含水率的增加而增大。当柞木刨花的含水率在17%～25%间变化时，吸水厚度膨胀率的变化范围为7.26%～11.08%，当含水率为17%时吸水厚度膨胀率达到最小值7.26%；落叶松无醛刨花板吸水厚度膨胀率变化范围为6.28%～9.56%，当刨花含水率为17%时吸水厚度膨胀率达到最小值6.28%。在刨花含水率相同的条件下，落叶松刨花板的吸水厚度膨胀率低于柞木刨花板的吸水厚度膨胀率。

3 结论

(1)当氧化剂含量为1.3%、交联剂含量为5%时，无醛刨花板的静曲强度产生最大峰值10.68 MPa；随着刨花含水率的增大，刨花板的静曲强度逐渐降低。在相同工艺条件下，落叶松刨花板的静曲强度明显高于柞木刨花板的静曲强度。

(2)氧化剂和交联剂对无醛刨花板的吸水厚度膨胀率有一定的影响，总体变化趋势为随着氧化剂和交联剂含量的增加，吸水厚度膨胀率呈现出递减趋势；当刨花含水率增大时，无醛刨花板的吸水厚度膨胀率逐渐增大。在相同工艺条件下，落叶松刨花板的吸水厚度膨胀率明显低于柞木刨花板的吸水厚度膨胀率。