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平壓浸注填充 PF 樹脂工藝對楊木增重率的 影響研究

來源:搜論文知識網位置:農業環境科學論文時間:2019-05-21 10:28

   摘 要: 為探討浸注工藝對木材增重率的影響,以 PF 樹脂為浸注材料,以樹脂濃度、壓縮次數、保壓時間、浸漬時間和壓縮率為試驗因素,采用單因素試驗方法在平壓浸注裝置上對楊木試件進行了浸注填充。結果顯示: 2 次壓縮較 1 次壓縮,楊木木材增重率增加了 20. 2% ; 保壓時間從 0 min 延長至 10 min,楊木木材增重率增加了 11. 5% ; 浸漬時間從 1 h 延長至 2 h,楊木木材增重率提高了 8. 8% ; 再增加壓縮次數、延長保壓時間和浸漬時間,楊木木材增重率均變化不大; 而楊木木材增重率隨 PF 樹脂濃度和楊木木材壓縮率增加呈線性增加, PF 樹脂濃度與壓縮率對楊木木材增重率具有顯著影響。因此選擇壓縮次數為 2 次,保壓時間為 10 min,浸漬時間為 1 h,PF 樹脂濃度與楊木木材壓縮率由改性木材的用途決定。

平壓浸注填充 PF 樹脂工藝對楊木增重率的 影響研究

  關鍵詞: 楊木; PF 樹脂; 平壓浸注; 增重率

  楊樹生長迅速成材周期短,但木材密度低、且 材質松軟易變形,通過浸注填充技術將增強材料注入木材內部,使木材結構發生改變,可以使木材質量得到有效提高[1 - 3]。PF 樹脂在木材浸注填充改性中得到了廣泛應用[4 - 8],樹脂注入木材后,其活性基團與木材中的活性基團形成一定形式的結合,可顯著提高木材的密度、硬度、耐水性、尺寸穩定性以及彈性模量等特性[9 - 12]。木材浸注填充方法較多,但 “平壓浸注填充”方法目前尚未見有相關報導。平壓浸注原理是基于木材的多孔特性,先通過對木材施加一定壓力,使木材內部孔隙變小,空氣排出,然后逐步釋放壓力使木材回彈,木材在回彈過程中內部形成的負壓將浸漬液吸入木材內部。木材增重率是評價浸注填充技術的重要指標,對浸注改性木材的多項物理力學性能均有直接影響。本研究以 PF 樹脂為浸注填充材料,采用已獲發明專利 ( ZL 2013 1 0278705. 5) 的自制平壓浸注裝置對楊木進行浸注填充,試驗采用單因素方法進行[13],通過試驗考查各浸注工藝因素對木材增重率的影響,為進一步深入研究和實際應用提供基礎和指導。

  1 材料與方法

  1. 1 材料

  試材樹種為楊木 Populus euramevicana,10 年生,產地湖南益陽,試件尺寸長 × 寬 × 厚為 300 mm × 20 mm × 20 mm,試件長度方向為順紋方向,含水率 12% ~ 14% 。浸注填充樹脂為試驗室自制低分子量水溶性 PF 樹脂,固體含量 45% ,粘度 ( 20 ℃ ) 44 mPa·s,pH 8. 5,數均分子量 300 ~ 400。

  1. 2 方法

  1. 2. 1 試件平壓浸注填充 PF 樹脂 以 PF 樹脂濃度、壓縮次數、保壓時間、浸漬時間、壓縮率為試驗因素,每個因素選擇 3 個水平( 表 1) 按單因素試驗方 法 進 行 試 驗, 目標參數為木材增重率 ( WGR) 。各因素水平的試件數量為 5 個,氣干空白試件 1 個( 作對照) ,試件浸注在 Y33 - 50 - 500 KN 型四柱油壓機上的平壓浸注裝置( 圖 1) 上進行。試件壓縮率用厚度規控制,壓縮方向為木材徑向。

  根據試驗因素和水平安排,具體操作過程為: 將楊木試件置于平壓浸注裝置,膠槽內注入一定量的 PF 樹脂將試件浸沒,壓機閉合并加壓至鐵板接觸厚度規,然后緩慢釋放壓力,并保持壓條不脫離鐵板,試件在無壓狀態下浸漬一段時間,浸漬完成后樹脂在熱壓機中熱壓固化。 1. 2. 2 楊木木材增重率計算 楊木木材經 PF 樹脂浸注后,樹脂進入木材內部,木材的浸注填充效果用增重率評價,增重率越高表明進入木材內部的 PF 樹脂越多,木材內部構造的變化越大。計算增重率時取各因素水平 5 個試件的平均值,增重率 ( WGR) 按下式計算: WGR = m1 - m0 ( 1 + W) m0 ( 1 + W) × 100% ( 1) 式中: m0———試件初始質量( g) ; m1———試件浸漬后絕干質量( g) ; W ———試件初始含水率( % )

  2 結果與分析

  2. 1 PF 樹脂濃度對楊木木材增重率的影響

  當 PF 樹脂濃度從 15% 增加至 35% 時,試件增重率從 21. 4% 增加到了 48. 2% ,增加了 26. 8% , PF 樹脂的濃度對試件增重率的影響如圖 2 所示。圖 2 表明,在試驗范圍內,PF 樹脂對楊木試件具有良好滲透性,增加樹脂濃度,相對低濃度樹脂,木材可以在單位時間內吸收較多的樹脂物質而吸收較少的溶劑,從而提高木材的增重率,可見樹脂濃度對試件增重率具有顯著影響,因此 PF 樹脂濃度選擇應根據木材用途決定。

  2. 2 壓縮次數對楊木木材增重率的影響

  經過壓縮的試件在釋壓過程中,由于內外壓力差的作用會吸收一定量的 PF 樹脂溶液,壓縮次數對試件增重率的影響如圖 3 所示。由圖 3 可見,試件的壓縮 - 釋壓循環從 1 次增加至 3 次時,增重率從 48. 2% 增加到了 70. 6% 。2 次循環比 1 次循環試件增重率增加了 19. 2% ,而 3 次循環僅比 2 次循環增加了 3. 2% 。其原因在于木材經過 1 ~ 2 次壓縮 - 釋壓循環后,木材已吸收了較多的 PF 樹脂,木材內部的孔隙許多已被 PF 樹脂填充,PF 樹脂再進入木材內部的阻力大大增加,因此再增加壓縮次數,楊木木材的增重率也不可能明顯提高,因此選擇 2 次壓縮 - 釋壓循環較恰當。

  2. 3 保壓時間對楊木木材增重率的影響

  木材壓縮時內部空氣逐漸排出,但由于木材內部結構復雜,內空氣排出會受到一定阻礙,適當延長保持壓縮的時間,有利于楊木木材內部空氣排出,保壓時間對試件增重率的影響如圖 4 所示。由圖 4 可見,試件壓縮至厚度規后保壓時間從 0 min 延長至 20 min,試件增重率從 37. 3% 增加到 51. 5% ,保壓時間從 0 min 延長至 10 min,試件增重率提高了 11. 5% ,而從 10 min 延長至 20 min,試件增重率僅提高了 2. 7% 。可見保壓時間達到 10 min 后,再延長保壓時間對試件的增重率影響不大,因此保壓時間選擇 0 ~ 10 min 較好。

  2. 4 浸漬時間對楊木木材增重率的影響

  浸漬時間對試件增重率的影響如圖 5 所示。由 5 可見,浸漬時間從 1 h 延長至 2 h,試件增重率從39. 6% 增加到了48. 4% ,增加了8. 8% ,而從 2 h 延長至 3 h 僅增加了 0. 9% 。壓縮試件在釋壓過程中內部形成的負壓使 PF 樹脂溶液向木材內部滲透,試件內外壓力差越大,樹脂溶液的滲透速度越快。隨著浸漬時間延長,試件內外壓力差逐漸減小,滲透速度逐漸降低,最后達到平衡狀態,吸收的樹脂量便不再增加。相對其它工藝因素,浸漬時間對試件增重率的影響不顯著,考慮到生產效率,選擇浸漬時間 1 h 較恰當。

  2. 5 楊木木材壓縮率對楊木木材增重率的影響

  木材是一種多孔性材料,在壓縮過程中內部空隙變小,楊木的體積空隙率為 50% ~ 55% ,最大壓縮率可接近 50%[14 - 15]。木材的壓縮率對試件增重率的影響如圖 6 所示。由圖 6 可 見,當試件壓縮率從 30% 增 加 至 50% 時,其增重率從 27. 2% 增加到了 50. 6% ,增加了 23. 4% ,試件增重率隨壓縮率增加呈線性增加,可見在試驗范圍內木材壓縮率對其增重率具有顯著影響,因此選擇什么水平的壓縮率應由木材用途決定。

  3 結論

  在試驗范圍內,楊木木材的增重率隨 PF 樹脂濃度和壓縮率的增加大體呈線性增加。楊木木材經 2 次壓縮比 1 次壓縮增重率提高了 20. 2% ,再增加壓縮次數增重率提高不多; 保壓時間從 0 min 延長至 10 min,木 材 增 重 率 提 高 了 11. 5% ,而 從 10 min 延長至 20 min,僅提高了 2. 7% ; 浸漬時間從 1 h 延長至 2 h,木材增重率僅提高了 8. 8% ,再延長浸漬時間,木材增重率增加很少。因此,壓縮次數選擇 2 次,保壓時間選擇 0 ~ 10 min,浸漬時間選擇 1 h 較恰當。PF 樹脂濃度和壓縮率對木材增重率的影響較大,選擇什么水平應由改性木材的用途決定。

  參考文獻:

  [1] 陳瑞英,鄧邵平. 福建杉木間伐材改性做地板木 [J]. 東北林業大學學報,2000,28 ( 4) : 44 - 46.

  [2] 方桂珍,劉一星. 低分子量 MF 樹脂固定楊木壓縮木回彈技術研究 [J]. 木材工業,1996,10 ( 4) : 18 - 21.

  [3] 方桂珍,李淑君,劉健威. 低分子量酚醛樹脂改性大青楊木材的研究 [J]. 木材工業,1999,13 ( 5) : 17 - 19.

  [4] 秦韶山,李家寧,李曉文,等. MUF 樹脂浸注改性橡膠木初步研究 [J]. 熱帶農業科學,2013,33 ( 7) : 68 - 73.

  平壓浸注填充 PF 樹脂工藝對楊木增重率的影響研究相關論文期刊你還可以瀏覽:《熱固性樹脂

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