樹脂浸漬單板重組材的制備與性能研究.pdf

1、樹脂浸漬單板重組材是以密度較低的木材特別是人工林木材為原料，經(jīng)單板制備、調(diào)色、樹脂浸漬、層積組坯、熱壓成型等加工制成的高性能高附加值木基復(fù)合材料。單板通過染色修飾和樹脂浸漬增強，不僅能豐富單板的色彩，獲得清晰悅目的花紋，而且可以改善和增強單板的性能，使重組材料的密度、耐磨性、耐水性、耐候性和尺寸穩(wěn)定性等得到提高，從而為家具地板、室內(nèi)裝飾裝修、體育器材和工藝品等制作提供優(yōu)質(zhì)材料。本項研究對于實現(xiàn)人工林木材的高效利用，緩解我國珍貴樹種優(yōu)質(zhì)材

2、的供需矛盾，滿足市場對木質(zhì)裝飾材料的不斷增長的需求，推動木材加工行業(yè)的技術(shù)進步等具有十分重要的意義。
　　論文以楊樹和樺木人工林木材單板為試材，采用常壓與輥壓法進行三聚氰胺甲醛樹脂浸漬的全因子試驗，并利用VB與Matlab建立單板樹脂浸漬的調(diào)控系統(tǒng)；為賦予重組材一定的裝飾性，開展木材單板染色計算機測配色和單板重組材料花紋仿真的計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用研究，研制材色和花紋仿真的重組裝飾材料；利用高頻熱壓設(shè)備，研究樹脂浸漬單板層積板坯在高

3、頻電場中的溫度場分布和變化規(guī)律；以單板樹脂浸漬量、組坯結(jié)構(gòu)和熱壓壓力為變量，進行重組材的高頻熱壓工藝和性能研究，采用方差和多重比較分析變量因子對重組材料性能的影響。
　　論文的主要研究成果如下：
　　1．研究提出了單板樹脂浸漬方法，研制了輥壓浸漬設(shè)備，選擇浸漬用三聚氰胺甲醛樹脂分別采用常壓和輥壓法進行單板樹脂浸漬。常壓浸漬是在常溫常壓條件利用樹脂對單板的滲透作用進行定時浸泡；輥壓浸漬是依賴單板離開壓輥的瞬間真空作用把樹脂液吸

4、入單板，完成對單板的浸漬處理。常壓浸漬中單板增重率隨浸漬時間的延長而增加，但經(jīng)歷一定時間后浸漬量趨于穩(wěn)定，如對于幅面85mm×55mm和360mm×180mm、厚度0.7mm~1.9mm的楊木和樺木單板，樹脂浸漬3h后單板增重率趨于穩(wěn)定；而輥壓浸漬中單板增重率隨輥筒間隙的減?。ㄝ亯簤赫ヂ实脑黾樱┏试龃筅厔?。幅面360mm×180mm厚度0.7mm~1.9mm的楊木單板常壓浸漬單板干增重率最大為89.15％，輥壓浸漬單板干增重率最大可達1

5、10.79%；而樺木單板常壓浸漬單板干增重率最大為48.69%，輥壓浸漬單板干增重率最大可達55.10%。楊木和樺木單板增重率的差異主要是由于木材密度不同，楊木密度低、孔隙度較大，所以楊木單板增重率大于樺木。
　　2．樹脂液進入單板的途徑除縱向?qū)Ч芡猓€包括橫向通道。樹脂浸漬單板的電鏡照片表明，楊木單板內(nèi)的樹脂除滲入導(dǎo)管外，還存在于導(dǎo)管附近的木纖維中；樺木單板內(nèi)的樹脂主要存在于導(dǎo)管中。對于幅面360mm×180mm、厚度0.7mm

6、~1.9mm的楊木和樺木單板，常壓浸漬時間7h或輥筒間隙達到0.4mm時，樹脂液可到達單板中心位置；兩種浸漬方法相比，輥壓法樹脂液在單板中分布均勻，達到中心部位的樹脂量也較多；兩種樹種相比，楊木單板中樹脂液分布的位置廣，這是由于同樣條件下楊木單板浸漬樹脂量遠大于樺木單板。
　　3．利用廣義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的樹脂浸漬模型實現(xiàn)了常壓浸漬和輥壓浸漬中樹種、單板紋理、單板厚度、樹脂固體含量、浸漬時間或輥筒間隙等多方面信息與單板增重率之間的高精

7、度映射，可根據(jù)要求進行樹脂浸漬量的實時調(diào)控。模型相關(guān)系數(shù)均大于93%，平均相對誤差均小于10.2%。
　　4．在紡織印染用計算機測配色系統(tǒng)上開發(fā)完善的木材染色用計算機測配色方法與技術(shù)，在保證配色精度或配方經(jīng)濟的同時，快速計算出木材單板染色方案。與人工漸進法配色相比，具有準確、經(jīng)濟和快速自動配色的優(yōu)點。利用建立的楊木和樺木基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，進行黑酸枝、紅酸枝、黑胡桃等珍貴樹材仿真，分別修正0~2次后即能達到要求，所模仿的珍貴木材材色與天然

8、木材相近，著色均勻，色差小。
　　5．高頻熱壓中楊木和樺木板坯內(nèi)溫度隨時間變化曲線可用乘冪函數(shù)表示，若僅考慮其回歸性能的優(yōu)劣，該變化曲線用4次方以上的多項式函數(shù)表示也可達到很好的效果。對于板坯的溫度場分布，在板材長寬（水平）方向，因邊緣各點的含水率差異導(dǎo)致加熱過程中溫度的不一致，但在超過100℃后各點溫度會逐漸趨于一個穩(wěn)定值；厚度（垂直）方向上，高頻電場中板坯的中心或兩表層溫度并非最高，最高溫度出現(xiàn)在靠近正極板的部位，最低溫度出現(xiàn)

9、在緊貼負極板表層。
　　6．當板坯厚度超過30mm時，利用高頻介質(zhì)加熱進行板坯的膠合成型，可大大縮短熱壓時間，提高熱壓效率，同時保證各項物理力學(xué)性能。從熱壓效率來看，當含水率一定時，熱壓單位壓力對高頻加熱板坯升溫速率影響最大，以47mm厚板坯為例，壓力從1.0MPa上升到2.5MPa時，所需熱壓時間下降顯著；其次為單板的組坯厚度，同等條件下熱壓時間隨著板坯厚度增加而增加；單板中的樹脂浸漬量對熱壓時間影響不顯著。對于材料的物理力學(xué)性

10、能，由不同的樹種、浸漬方式、常壓浸漬時間(或輥壓輥筒間隙)和熱壓單位壓力條件下制備的重組材的物理力學(xué)性能研究可知，試驗因子對材料的性能影響的順序是單板樹種>高頻熱壓單位壓力>單板增重率(常壓浸漬時間或輥壓輥筒間隙)；在相同的單板增重率條件下，浸漬方式不同材料的物理力學(xué)性能也會有一定的差異。
　　7．本研究的重組材可以根據(jù)產(chǎn)品用途對材料性能要求進行自由設(shè)計，即通過材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計、單板浸漬樹脂量的調(diào)控、板坯高頻熱壓單位壓力等工藝條件的

11、選擇，控制材料的性能，滿足不同用途產(chǎn)品的要求。在本研究中，通過對主要影響因素的試驗參數(shù)的控制，獲得不同性能的重組材料，其物理力學(xué)性能的范圍是：密度0.44g/cm3～0.91g/cm3，靜曲強度32.16MPa~112.19MPa，彈性模量3.64GPa~9.483GPa，吸水厚度膨脹率4.97%~1.03%，吸水率19.33%~7.88%，剪切強度3.39MPa~12.27MPa；硬度15.84MPa~57.88MPa。由此可知，本研