樹(shù)脂浸漬單板重組材的制備與性能研究.pdf

1、樹(shù)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(shù)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(guò)染色修飾和樹(shù)脂浸漬增強(qiáng)，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(qiáng)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(xiàng)研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)人工林木材的高效利用，緩解我國(guó)珍貴樹(shù)種優(yōu)質(zhì)材

2、的供需矛盾，滿足市場(chǎng)對(duì)木質(zhì)裝飾材料的不斷增長(zhǎng)的需求，推動(dòng)木材加工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步等具有十分重要的意義。
　　論文以楊樹(shù)和樺木人工林木材單板為試材，采用常壓與輥壓法進(jìn)行三聚氰胺甲醛樹(shù)脂浸漬的全因子試驗(yàn)，并利用VB與Matlab建立單板樹(shù)脂浸漬的調(diào)控系統(tǒng)；為賦予重組材一定的裝飾性，開(kāi)展木材單板染色計(jì)算機(jī)測(cè)配色和單板重組材料花紋仿真的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(shù)脂浸漬單板層積板坯在高

3、頻電場(chǎng)中的溫度場(chǎng)分布和變化規(guī)律；以單板樹(shù)脂浸漬量、組坯結(jié)構(gòu)和熱壓壓力為變量，進(jìn)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(duì)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(shù)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(shù)脂分別采用常壓和輥壓法進(jìn)行單板樹(shù)脂浸漬。常壓浸漬是在常溫常壓條件利用樹(shù)脂對(duì)單板的滲透作用進(jìn)行定時(shí)浸泡；輥壓浸漬是依賴單板離開(kāi)壓輥的瞬間真空作用把樹(shù)脂液吸

4、入單板，完成對(duì)單板的浸漬處理。常壓浸漬中單板增重率隨浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但經(jīng)歷一定時(shí)間后浸漬量趨于穩(wěn)定，如對(duì)于幅面85mm×55mm和360mm×180mm、厚度0.7mm~1.9mm的楊木和樺木單板，樹(shù)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?shì)。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(dá)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(dá)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(shù)脂液進(jìn)入單板的途徑除縱向?qū)Ч芡猓€包括橫向通道。樹(shù)脂浸漬單板的電鏡照片表明，楊木單板內(nèi)的樹(shù)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(shù)脂主要存在于導(dǎo)管中。對(duì)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(shí)間7h或輥筒間隙達(dá)到0.4mm時(shí)，樹(shù)脂液可到達(dá)單板中心位置；兩種浸漬方法相比，輥壓法樹(shù)脂液在單板中分布均勻，達(dá)到中心部位的樹(shù)脂量也較多；兩種樹(shù)種相比，楊木單板中樹(shù)脂液分布的位置廣，這是由于同樣條件下楊木單板浸漬樹(shù)脂量遠(yuǎn)大于樺木單板。
　　3．利用廣義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的樹(shù)脂浸漬模型實(shí)現(xiàn)了常壓浸漬和輥壓浸漬中樹(shù)種、單板紋理、單板厚度、樹(shù)脂固體含量、浸漬時(shí)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(jìn)行樹(shù)脂浸漬量的實(shí)時(shí)調(diào)控。模型相關(guān)系數(shù)均大于93%，平均相對(duì)誤差均小于10.2%。
　　4．在紡織印染用計(jì)算機(jī)測(cè)配色系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)完善的木材染色用計(jì)算機(jī)測(cè)配色方法與技術(shù)，在保證配色精度或配方經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，快速計(jì)算出木材單板染色方案。與人工漸進(jìn)法配色相比，具有準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)和快速自動(dòng)配色的優(yōu)點(diǎn)。利用建立的楊木和樺木基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行黑酸枝、紅酸枝、黑胡桃等珍貴樹(shù)材仿真，分別修正0~2次后即能達(dá)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(shí)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(xiàng)式函數(shù)表示也可達(dá)到很好的效果。對(duì)于板坯的溫度場(chǎng)分布，在板材長(zhǎng)寬（水平）方向，因邊緣各點(diǎn)的含水率差異導(dǎo)致加熱過(guò)程中溫度的不一致，但在超過(guò)100℃后各點(diǎn)溫度會(huì)逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值；厚度（垂直）方向上，高頻電場(chǎng)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(fù)極板表層。
　　6．當(dāng)板坯厚度超過(guò)30mm時(shí)，利用高頻介質(zhì)加熱進(jìn)行板坯的膠合成型，可大大縮短熱壓時(shí)間，提高熱壓效率，同時(shí)保證各項(xiàng)物理力學(xué)性能。從熱壓效率來(lái)看，當(dāng)含水率一定時(shí)，熱壓?jiǎn)挝粔毫?duì)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(shí)，所需熱壓時(shí)間下降顯著；其次為單板的組坯厚度，同等條件下熱壓時(shí)間隨著板坯厚度增加而增加；單板中的樹(shù)脂浸漬量對(duì)熱壓時(shí)間影響不顯著。對(duì)于材料的物理力學(xué)性

10、能，由不同的樹(shù)種、浸漬方式、常壓浸漬時(shí)間(或輥壓輥筒間隙)和熱壓?jiǎn)挝粔毫l件下制備的重組材的物理力學(xué)性能研究可知，試驗(yàn)因子對(duì)材料的性能影響的順序是單板樹(shù)種>高頻熱壓?jiǎn)挝粔毫?單板增重率(常壓浸漬時(shí)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(huì)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(duì)材料性能要求進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，即通過(guò)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、單板浸漬樹(shù)脂量的調(diào)控、板坯高頻熱壓?jiǎn)挝粔毫Φ裙に嚄l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(guò)對(duì)主要影響因素的試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)度3.39MPa~12.27MPa；硬度15.84MPa~57.88MPa。由此可知，本研