我國天然林保護工程啟動后 ,國內即將面臨優質木材供應不足的局面。在當前我省林業發展多以速生楊樹為主的情況下 ,速生材的高附加值利用需要強有力的技術支持 ,為此我們開展了以楊木為基材的木塑復合材料制造工藝研究 (以木塑復合材料地板為對象 )。由于木塑復合材料具有形體穩定性好、耐腐、耐蟲、滯火的優良性能 ,同時其力學性能高于原木材 ,所以這項技術的研究開發具有良好的市場前景。
木塑復合材料始于六、七十年代的歐、美、日等發達國家。這些國家都有商業規模的生產。我國六十年代在上海以及七十年代在北京的幾個單位曾開展過這方面的研究 ,并有替代珍貴木材的小規模生產應用。當時這項技術在我國還不具備開發的環境和技術條件。首先在上海開展的應用研究是采用高能射線照射引發聚合制造木塑復合材料。盡管這一方法得到的材料在性能上優于化學法 ,在發達國家的生產中也采用 ,但其設備投資大 ,操作要求嚴格且復雜 ,而且存在對人體不利的危險 ,所以在我們這個技術水平較為落后的國家 ,這種技術得到推廣的可能性極小。更何況六七十年代我國并不缺乏優質木材 ,相反由于化學工業不發達 ,化學品較貴 ,這就是這項技術在那個年代沒有發展起來的原因。七十年代中林院木材所與北京大學聯合開展過這項技術的研究 ,采用的是化學引發聚合。但研究的重點在原理和微觀過程方面 ,而與工業開發所要求的技術支持相距甚遠。
在以往的研究中 ,化學引發聚合制造木塑復合材料的整個過程需要 2 4ｈ以上 ,而且浸注后的試件是先用玻璃紙包裹好后再進行聚合固化 ,顯然這種效率和方法不利于實際應用。在我們的研究中 ,對實際應用每個環節可能出現的技術問題都進行了探索 ,并提出采用高熔點石蠟在液態下快速包裹浸注后的材料 ,待石蠟在浸注材料外形成固體保護層后 ,先放置于溫度低于石蠟熔點的環境中聚合固化一段時間 ,然后在稍高的溫度下繼續固化一段時間 ,從而完成整個制作過程 ,而時間卻縮短了一半。由于采用上述技術 ,保證了有機單體最大限度的固化于木材內部。在本研究中固化后木塑復合材料單體保持率達 95%以上。
通過優化工藝研究 ,本項目選擇了與實際生產相近的工藝、設備和材料規格。在研究中所使用的工藝為 :板材→制成毛坯→干燥→粗加工→真空浸注→石蠟保護→低溫中溫固化→精加工→木塑制品。
為了加快新鮮楊木的干燥速度 ,需要將其制成板材 ,同時為了防止干裂變形而造成木材利用率降低 ,在進一步的干燥前將板材制成毛坯 ,然后進行室溫放置或強制干燥。總之毛坯的最后含水率要控制在 8%以下。干燥后的毛坯在真空浸注前要進行粗加工 ,目的是為了除去因干燥而產生的變形 ,同時也是為了減少精加工時復合材料的祛除量。在對粗加工件進行真空浸注時 ,為了讓有機單體能夠盡量均勻地進入木材內部 ,浸注過程中要保持真空度的穩定 ,同時根據加工件大小 ,要維持一定的浸泡時間。浸泡時間一般為 1～ 2ｈ。浸注過程結束后 ,要放出剩余的液體 ,如果不及時再用 ,就要保存于零度以下的環境中。爾后要快速將浸滯件置入石蠟油中并取出放入水中好讓表層石蠟油固化。石蠟油的溫度為 80℃左右 ,溫度太低形成的保護層易脫落 ,而溫度太高形成的保護層薄。所選石蠟要求軟化點越高越好 ,事實上軟化點很少高于 60℃ ,所以我們一般選用軟化點大于 58℃的石蠟。而在化學引發聚合固化初期的環境溫度為 45～ 50℃ ,最短固化時間7ｈ ,在這一時期石蠟保護層不會融化。在第二階段固化溫度升至 80℃ ,這時石蠟漸漸融化離開復合材料表面 ,3ｈ后固化全過程結束 ,復合材料制作完畢。再經過機械精加工后 ,精美的木塑復合材料地板就完成了。
1 試驗材料與方法
1 1 試驗材料
69-楊 (氣干密度 0 3 6,含水率 <1 0 % ) ;有機單體 :甲基丙烯酸甲酯 ;引發劑 :偶氮二異丁腈 ;固化劑 :通用聚酯固化劑 (過氧化環已烷 )。
1 2 試驗路線及測試方法
試件→干燥→真空浸注→保護 (不保護 )→固化→硬度測試。
測試方法按ＧＢ1 92 7- 1 943 - 91進行。
1 3 楊木試件
50ｍｍ× 50ｍｍ× 70ｍｍ。先氣干 ,在使用前于 80℃下烘干 2 4ｈ。
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