1 前言
木塑復合材是由高分子樹脂與木材復合而成的一類新型復合材料 ,此類復合材料由于具有許多優異的性能 ,得到了非常廣泛的應用。根據木塑復合材生產工藝 ,需使用一種樹脂先浸漬進入木材間隙中 ,然后再進行固化 [1 ]。因而 ,復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合材 ,并以復合材吸水率為試驗依據 ,進一步研究了樹脂在木材中的固化條件。結果表明 ,固化劑種類及固化條件對木塑復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 2的方法進行。樹脂分別與青崗木、耳木、板栗木形成復合材 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 復合材性能的測定
固化后的樣品吸水率按文獻 2的方法進行。
3 結果與討論
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。但在木塑復合材生產過程中 ,需先將固化劑加到樹脂溶液中再進行浸漬 ,而浸漬需要一定時間。如果在浸漬過程中樹脂已固化 ,則很難進入木材間隙中。同時 ,浸漬完后剩余樹脂的穩定性也會受到影響。所以不能直接加酸進行固化 ,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定且水溶液為中性 ,但當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行試驗 ,結果如表 1。
表 1不同固化劑對復合材性能影響
固化劑 |分解溫度(℃ ) | 穩定性 | 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 :穩定性指加入固化劑后樹脂溶液的穩定性 ,樹種為板栗木 ,復合材中樹脂含量 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構 ,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速率及固化產物結構和分子量有很大影響 (表 2 ),含量低時 ,固化產物有較大分子量 ,這對提高復合材性能有利 ,但固化速度太慢 ;含量高時 ,固化速率很快 ,但產物分子量小 ,復合材性能降低 ,因此 ,確定合適的固化劑濃度是很重要的。
從表 2結果可知 ,對 A、 B、 C三種復合材 ,都存在著這樣一個固化劑濃度 ,在此濃度下 ,復合材吸水率達到最低值 ,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定性、樹脂的熱穩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結果可以看出 ,當固化溫度為 1 3 0℃時 ,三種復合材的吸水率都達到最低值 ,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定。
3 . 4 固化時間的確定
固化時間對復合材性能的影響見表 4。
表 4固化時間對復合材性能的影響
注 :樹脂含量 A, 1 8%～ 1 9%; B, 1 7%～ 1 8%; C, 1 3 %～ 1 5%
從表 4的結果可以看出 ,隨著固化時間的延長 ,復合材吸水率逐漸減小 ,當固化時間超過 5h時 ,吸水率
趨于穩定 ,此時可認為樹脂的固化已進行得比較完全。
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