不同材質(zhì)無醛刨花板物理力學(xué)性能的研究

林 海

(遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧 丹東 118000)

無甲醛添加刨花板的性能與普通E0、E1刨花板相比，具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)[1-2]。在國內(nèi)，刨花板無醛膠黏劑研究方向主要以異氰酸酯、大豆蛋白基、淀粉基膠黏劑為主，刨花板的結(jié)合方式主要是靠膠黏劑固化后形成膠層實(shí)現(xiàn)刨花之間的連接[3-4]。本實(shí)驗(yàn)以典型的柞木刨花(闊葉材)和落葉松刨花(針葉材)為代表，探討在硝酸為主劑的無醛膠黏劑作用下，依靠化學(xué)鍵結(jié)合生產(chǎn)刨花板的新工藝，并對(duì)無醛刨花板的物理力學(xué)性能進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

柞木刨花、落葉松刨花，直徑3～5 mm、含水率15%，氧化劑選擇濃度68%的硝酸，交聯(lián)劑栲膠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選取硝酸比重1.3%(刨花絕干重)、栲膠比重5%(刨花絕干重)、含水率21%作為單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)條件，針對(duì)每一個(gè)可能影響成型效果的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)方案(每個(gè)因素選取5水平的單因素實(shí)驗(yàn))，共13組實(shí)驗(yàn)。每個(gè)水平重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次(每組單因素實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)選取相應(yīng)水平，其余參數(shù)均使用基礎(chǔ)條件)，確定無醛刨花板產(chǎn)品的靜曲強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率最優(yōu)生產(chǎn)工藝。無醛刨花板單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 靜曲強(qiáng)度分析

靜曲強(qiáng)度單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，靜曲強(qiáng)度與各因素關(guān)系如圖1～3所示。

從圖1可以看出，隨著氧化劑含量的增加，柞木、落葉松無醛刨花板的靜曲強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定規(guī)律變化。當(dāng)氧化劑的含量在0.1%～2.5%間變化時(shí)，柞木無醛刨花板靜曲強(qiáng)度的變化范圍為0～8.72 MPa，當(dāng)氧化劑含量為1.3%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值8.72 MPa；而落葉松無醛刨花板靜曲強(qiáng)度變化范圍為0～10.68 MPa，當(dāng)氧化劑含量為1.3%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值10.68 MPa。在氧化劑含量相同條件下，落葉松刨花板的靜曲強(qiáng)度高于柞木刨花板的靜曲強(qiáng)度。

表1 無醛刨花板單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

水平因 素氧化劑含量/%交聯(lián)劑含量/%含水率/%10.111720.731931.352141.972352.5925

表2 靜曲強(qiáng)度單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

處理因 素氧化劑含量/%交聯(lián)劑含量/%含水率/%柞木無醛刨花板靜曲強(qiáng)度/MPa落葉松無醛刨花板靜曲強(qiáng)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

從圖2可以看出，隨著交聯(lián)劑含量的變化，柞木、落葉松無醛刨花板的靜曲強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定規(guī)律變化。當(dāng)交聯(lián)劑的含量在1%～9%間變化時(shí)，柞木無醛刨花板靜曲強(qiáng)度的變化范圍為3.31～8.72 MPa，當(dāng)氧化劑含量為5%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值8.72 MPa；落葉松無醛刨花板靜曲強(qiáng)度變化范圍為3.97～10.68 MPa，當(dāng)交聯(lián)劑含量為5%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值10.68 MPa。在相同交聯(lián)劑含量條件下，落葉松刨花板的靜曲強(qiáng)度高于柞木刨花板的靜曲強(qiáng)度。

從圖3可以看出，隨著含水率的變化，柞木、落葉松無醛刨花板的靜曲強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定的規(guī)律變化。當(dāng)含水率在17%～25%間變化時(shí)，柞木無醛刨花板靜曲強(qiáng)度的變化范圍為3.15～8.72 MPa，當(dāng)含水率為19%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值8.72 MPa；落葉松無醛刨花板靜曲強(qiáng)度變化范圍為5.13～10.68 MPa，當(dāng)含水率為19%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到最高值10.68 MPa。在含水率相同條件下，落葉松刨花板的靜曲強(qiáng)度高于柞木刨花板的靜曲強(qiáng)度。

圖1 靜曲強(qiáng)度與氧化劑含量的關(guān)系

圖2 靜曲強(qiáng)度與交聯(lián)劑含量的關(guān)系

圖3 靜曲強(qiáng)度與含水率的關(guān)系

2.2 吸水厚度膨脹率分析

吸水厚度膨脹率單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，吸水厚度膨脹率與各因素關(guān)系如圖4～6所示。

圖4 吸水厚度膨脹率與氧化劑含量的關(guān)系

表3 吸水厚度膨脹率單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

處理因 素氧化劑含量/%交聯(lián)劑含量/%含水率/%柞木刨花吸水厚度膨脹率/%落葉松刨花吸水厚度膨脹率/%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

從圖4可以看出，隨著氧化劑含量的增加，吸水厚度膨脹率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。當(dāng)氧化劑的含量在0.1%～2.5%間變化時(shí)，柞木無醛刨花板吸水厚度膨脹率的變化范圍為0～9.89%，當(dāng)氧化劑含量為2.5%時(shí)吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值7.59%；落葉松無醛刨花板吸水厚度膨脹率變化范圍為0～8.49%，當(dāng)氧化劑含量為2.5%時(shí)吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值6.62%。在相同氧化劑含量條件下，落葉松刨花板的吸水厚度膨脹率低于柞木刨花板的吸水厚度膨脹率。

圖5 吸水厚度膨脹率與交聯(lián)劑含量的關(guān)系

從圖5可以看出，隨著交聯(lián)劑含量的增加，吸水厚度膨脹率總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)交聯(lián)劑的含量在1%～9%間變化時(shí)，柞木無醛刨花板吸水厚度膨脹率的變化范圍為7.35%～10.52%，當(dāng)交聯(lián)劑含量為7%時(shí)，吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值7.35%；落葉松無醛刨花板吸水厚度膨脹率變化范圍為5.37%～8.89%，當(dāng)氧化劑含量為5%時(shí)，吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值5.37%。在相同交聯(lián)劑含量條件下，落葉松刨花板的吸水厚度膨脹率低于柞木刨花板的吸水厚度膨脹率。

圖6 吸水厚度膨脹率與含水率的關(guān)系

從圖6可以看出，吸水厚度膨脹率隨刨花含水率的增加而增大。當(dāng)柞木刨花的含水率在17%～25%間變化時(shí)，吸水厚度膨脹率的變化范圍為7.26%～11.08%，當(dāng)含水率為17%時(shí)吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值7.26%；落葉松無醛刨花板吸水厚度膨脹率變化范圍為6.28%～9.56%，當(dāng)刨花含水率為17%時(shí)吸水厚度膨脹率達(dá)到最小值6.28%。在刨花含水率相同的條件下，落葉松刨花板的吸水厚度膨脹率低于柞木刨花板的吸水厚度膨脹率。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)氧化劑含量為1.3%、交聯(lián)劑含量為5%時(shí)，無醛刨花板的靜曲強(qiáng)度產(chǎn)生最大峰值10.68 MPa；隨著刨花含水率的增大，刨花板的靜曲強(qiáng)度逐漸降低。在相同工藝條件下，落葉松刨花板的靜曲強(qiáng)度明顯高于柞木刨花板的靜曲強(qiáng)度。

(2)氧化劑和交聯(lián)劑對(duì)無醛刨花板的吸水厚度膨脹率有一定的影響，總體變化趨勢(shì)為隨著氧化劑和交聯(lián)劑含量的增加，吸水厚度膨脹率呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)；當(dāng)刨花含水率增大時(shí)，無醛刨花板的吸水厚度膨脹率逐漸增大。在相同工藝條件下，落葉松刨花板的吸水厚度膨脹率明顯低于柞木刨花板的吸水厚度膨脹率。