1 前言
木塑復(fù)合材是由高分子樹脂與木材復(fù)合而成的一類新型復(fù)合材料 ,此類復(fù)合材料由于具有許多優(yōu)異的性能 ,得到了非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)木塑復(fù)合材生產(chǎn)工藝 ,需使用一種樹脂先浸漬進(jìn)入木材間隙中 ,然后再進(jìn)行固化 [1 ]。因而 ,復(fù)合材的許多性能決定于樹脂的種類及其在木材中的固化過程。我們曾研制出了適合木塑復(fù)合材的三聚氰胺改性脲醛樹脂 [3 , 4],選用青崗木、板栗木、耳木三種木材分別與三種氰胺改性脲醛樹脂形成復(fù)合材 ,并以復(fù)合材吸水率為試驗依據(jù) ,進(jìn)一步研究了樹脂在木材中的固化條件。結(jié)果表明 ,固化劑種類及固化條件對木塑復(fù)合材性能有非常明顯的影響。
2 實驗部分
2 . 1 樹脂對木材的浸漬
將固化劑按要求加入到樹脂溶液中 (含固量40 % ),并按文獻(xiàn) 2的方法進(jìn)行。樹脂分別與青崗木、耳木、板栗木形成復(fù)合材 A、 B、C。
2 . 2 樹脂在木材中的固化
將浸漬后的樣品密實堆放 2 4h,然后在一定溫度下加熱固化。
2 . 3 復(fù)合材性能的測定
固化后的樣品吸水率按文獻(xiàn) 2的方法進(jìn)行。
3 結(jié)果與討論
3 . 1 固化劑種類的確定
通常情況下 ,氨基樹脂采用酸作為固化劑時可很快完成固化。但在木塑復(fù)合材生產(chǎn)過程中 ,需先將固化劑加到樹脂溶液中再進(jìn)行浸漬 ,而浸漬需要一定時間。如果在浸漬過程中樹脂已固化 ,則很難進(jìn)入木材間隙中。同時 ,浸漬完后剩余樹脂的穩(wěn)定性也會受到影響。所以不能直接加酸進(jìn)行固化 ,必須使用一類特殊的固化劑即潛伏性固化劑 ,此類固化劑在常溫下穩(wěn)定且水溶液為中性 ,但當(dāng)加熱到一定溫度時會分解顯酸性。我們選擇了幾種固化劑進(jìn)行試驗 ,結(jié)果如表 1。
表 1不同固化劑對復(fù)合材性能影響
固化劑 |分解溫度(℃ ) | 穩(wěn)定性 | 吸水率(%) |體積變化率(%)
ASA 130 較好 49. 681 1 . 64
磷酸混合酯 遇水分解 差 50.521 1 . 79
MSEA 150 較好 51 . 561 1 . 85
六次甲基四胺 -差 54. 80 1 2 . 3 6
注 :穩(wěn)定性指加入固化劑后樹脂溶液的穩(wěn)定性 ,樹種為板栗木 ,復(fù)合材中樹脂含量 2 0 %～ 2 1 %,溶液中固化劑含量 2 . 0 %
從表中結(jié)果可以看出 ,在所選擇的幾種固化劑中 ,只有 ASA及 MSEA滿足要求 ,但使用 MSEA時 ,由于其分解溫度高 ,容易破壞木材的組織結(jié)構(gòu) ,降低木材的強度。因此 ,ASA是三聚氰胺改性脲醛樹脂在木塑復(fù)合材中比較適宜的固化劑。
3 . 2 樹脂溶液中固化劑含量的影響
樹脂中固化劑的含量對樹脂固化反應(yīng)速率及固化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量有很大影響 (表 2 ),含量低時 ,固化產(chǎn)物有較大分子量 ,這對提高復(fù)合材性能有利 ,但固化速度太慢 ;含量高時 ,固化速率很快 ,但產(chǎn)物分子量小 ,復(fù)合材性能降低 ,因此 ,確定合適的固化劑濃度是很重要的。
從表 2結(jié)果可知 ,對 A、 B、 C三種復(fù)合材 ,都存在著這樣一個固化劑濃度 ,在此濃度下 ,復(fù)合材吸水率達(dá)到最低值 ,并且此濃度隨木材種類不同而不同。這說明三種木材本身的酸堿性有差異 ,板栗木堿性較強而青崗木和耳木則相對較弱�！�
表 2固化劑含量對復(fù)合材性能的影響
注 :樹脂含量 A, 1 4%～ 1 5%; B, 1 5%～ 1 6%; C, 1 8%～ 1 9%。溫度 , 1 3 0℃ ,時間 , 5h
3 . 3 固化溫度的確定 (表 3 )
表 3固化溫度對復(fù)合材性能的影響
注 :樹脂含量 A, 1 5%～ 1 6%; B, 2 0 %～ 2 1 %; C, 2 2 %～ 2 3 %;時間 , 5h
固化溫度的確定必須考慮木材的熱穩(wěn)定性、樹脂的熱穩(wěn)定性及固化劑的分解溫度。溫度過高時 ,樹脂和木材纖維都會發(fā)生降解 ;溫度太低時 ,固化劑難以分解 ,起不到固化作用 ,從表 3結(jié)果可以看出 ,當(dāng)固化溫度為 1 3 0℃時 ,三種復(fù)合材的吸水率都達(dá)到最低值 ,此溫度正好為 ASA分解溫度 ,在此溫度下 ,樹脂和木材組織都很穩(wěn)定。
3 . 4 固化時間的確定
固化時間對復(fù)合材性能的影響見表 4。
表 4固化時間對復(fù)合材性能的影響
注 :樹脂含量 A, 1 8%～ 1 9%; B, 1 7%～ 1 8%; C, 1 3 %～ 1 5%
從表 4的結(jié)果可以看出 ,隨著固化時間的延長 ,復(fù)合材吸水率逐漸減小 ,當(dāng)固化時間超過 5h時 ,吸水率
趨于穩(wěn)定 ,此時可認(rèn)為樹脂的固化已進(jìn)行得比較完全。
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