随着我国天然林保护工程的实施 ,人工速生林木材将成为木材工业原料的主体。桉树是世界公认的三大速生人工林树种之一 ,我国的桉树人工林发展速度亦很快 ,但桉树人工林木材的利用却是一个长期未能很好解决的问题 ,迄今主要还是以纸浆木片出口国外。本研究旨在以丰富的桉树人工林木材为主要原料 ,通过对木片的一系列处理 ,施加无机和有机胶粘剂等材料 ,采用型模浇注工艺 ,开发一种可用于室内中档地板和墙裙装修的防火耐水型木基复合板材。由于桉树木片含有大量可溶性物质 ,此类物质易在水泥浆料等碱性条件下被溶解而渗透到木材表面 ,阻碍水泥的固化 ,形成所谓“水泥毒”[1 ]。另外 ,木材是有机高分子材料 ,而水泥是无机材料 ,两者之间理化性能相差很大 ,很难相容 ,而且两者之间干缩差异较大 ,必须先尽量脱除木片中的可溶性物质 ,再进行矿化处理和尺寸稳定化处理 ,增强木片与水泥之间的结合性能 ,以改善桉树木片与水泥复合板的强度性能。因此 ,木片处理是研究阻燃耐水型木基复合板材的关键 ,本文将着重讨论木片处理工艺。
1 材料与方法
1 . 1 木片制备
桉树人工林木材树种有 :尾叶桉 (Eucalyptusurophylla)、雷林一号桉 (E. leilin No. 1 )及窿缘桉(E. exerta)。新伐原木经剥皮后在 3周内加工成木片 ,木片规格为长 (2 5～ 3 0 ) mm×宽 (1 0～ 1 5) mm×厚 (3～ 5) mm。本试验用木片尺寸远大于普通水泥刨花板木片的尺寸 ,其目的是为了较好地保持木片原有的装饰性能 ,使该复合板材能直接用作表面装饰材料。
木片加工采用 8刀螺旋面圆盘削片机 ,刀盘转速450～ 50 0 r/ min,刀片刃磨角为 3 4°56′～ 3 0°56′,刀片间隙为 (4± 0 . 5) mm。木片经筛选、去皮至树皮含量< 2 %,合格木片达 95%。
1 . 2 木片处理
首先分别用冷水、沸水和 1 %Na OH溶液浸泡木片。根据对木片抽出物的浸提效果 ,选定 Na OH溶液为本研究处理剂。以 Na OH浓度 (A)和浸泡时间 (B)作为变量因子 ,选择正交表 L9(3 4)进行正交试验 ,不考虑交互作用。因素水平设置如表 1 ,重复三次。
经 Na OH溶液处理后的木片 ,再用水玻璃溶液进行矿化和尺寸稳定性处理。分别以 5、1 0、1 5、2 0、
2 5、3 0 %的水玻璃溶液处理木片 ,每一浓度重复试验3次。处理完毕沥干木片 ,待水玻璃胶凝后烘干木片至绝干 ,测定木片中水玻璃留着率和尺寸稳定效果。
水玻璃留着率 :PL =Gt-Gc Gc × 1 0 0
式中 :Gt—木片处理后绝干重 ;
Gc—木片处理前绝干重。
处理木片的尺寸稳定性以如下指标评判 :
(1 )体积抗胀缩系数
ASE=Vc-Vt Vc × 1 0 0
式中 ,Vt—处理木片体积干缩率 ;
Vc—未处理木片体积干缩率。
(2 )抗吸水率
RWA=Wc-Wt Wc × 1 0 0
式中 :Wt—处理木片的吸水率 ;
Wc—未处理木片的吸水率。
(3 )抗吸湿率
MEE=Mc-Mt Mc × 1 0 0
式中 :Mt—处理木片的吸湿率 ;
Mc—未处理木片的吸湿率。
以上计算中木片的体积干缩率是按 50片规格木片测定的平均值计 ;吸水率和吸湿率按 1 kg木片的吸水率和吸湿率计。
1 . 3 产品性能测试
将处理木片按最佳生产工艺 (另文介绍 )进行制板 ,以成板后 2 8天的强度作为最终强度。测试方法依据水泥刨花板试行标准进行。
2 结果与讨论
2 . 1 木片内可溶性物质的脱除分别用冷水、沸水和 Na OH溶液在常温常压下浸提木片 48h,结果如表 2。
表 2不同浸提方法脱除木片可溶物的效果
树种 冷水抽出物 / %沸水抽出物 / % 1 % N a OH抽出物/%
雷林一号 0 . 79 3 . 61 2 . 2 6
窿缘桉 0 . 69 1 . 72 1 0 . 3 6
尾叶桉 0 . 82 4. 31 1 3 . 2 0
由表 2可见 ,1 %的 Na OH溶液浸提效果最好 ,故本研究采用 Na OH溶液在常温常压下浸泡木片 ,脱除木片内的可溶物质。
由于 Na OH溶液对木材结构有一定的破坏作用 ,处理过度时会对木材强度产生不利影响[2 ]。为了探索适宜的工艺参数 ,以 Na OH溶液浓度 (A)和浸泡时间 (B)作为变量因素 ,根据表 1的正交试验 ,对试验结果进行两方面的分析 :浸提效果 ,以抽出物占木材总重量的百分数计 ;干燥后木片的开裂程度 ,以单位面积上累计裂隙长度计。Na OH溶液浓度和浸泡时间对浸提效果的影响如图 1所示。在试验范围内 ,可溶物浸出量随时间和浓度的加大而增大 ,但浸出量主要受浸泡时间的影响所示为 Na OH浓度和浸出时间对木片裂隙程度的影响。裂隙程度随时间和浓度的加大而增大。在本试验范围内 ,裂隙程度主要受 Na OH溶液浓度的影响。根据以上分析结果 ,本研究选定 Na OH溶液浓度 0 . 2 %,浸泡木片时间为 48h。
2 . 2 木片矿化和尺寸稳定性处理
木片脱除可溶物质后再用水玻璃溶
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