1 前言
木塑复合材是由高分子树脂与木材复合而成的一类新型复合材料 ,此类复合材料由于具有许多优异的性能 ,得到了非常广泛的应用。根据木塑复合材生产工艺 ,需使用一种树脂先浸渍进入木材间隙中 ,然后再进行固化 [1 ]。因而 ,复合材的许多性能决定于树脂的种类及其在木材中的固化过程。我们曾研制出了适合木塑复合材的三聚氰胺改性脲醛树脂 [3 , 4],选用青岗木、板栗木、耳木三种木材分别与三种氰胺改性脲醛树脂形成复合材 ,并以复合材吸水率为试验依据 ,进一步研究了树脂在木材中的固化条件。结果表明 ,固化剂种类及固化条件对木塑复合材性能有非常明显的影响。
2 实验部分
2 . 1 树脂对木材的浸渍
将固化剂按要求加入到树脂溶液中 (含固量40 % ),并按文献 2的方法进行。树脂分别与青岗木、耳木、板栗木形成复合材 A、 B、C。
2 . 2 树脂在木材中的固化
将浸渍后的样品密实堆放 2 4h,然后在一定温度下加热固化。
2 . 3 复合材性能的测定
固化后的样品吸水率按文献 2的方法进行。
3 结果与讨论
3 . 1 固化剂种类的确定
通常情况下 ,氨基树脂采用酸作为固化剂时可很快完成固化。但在木塑复合材生产过程中 ,需先将固化剂加到树脂溶液中再进行浸渍 ,而浸渍需要一定时间。如果在浸渍过程中树脂已固化 ,则很难进入木材间隙中。同时 ,浸渍完后剩余树脂的稳定性也会受到影响。所以不能直接加酸进行固化 ,必须使用一类特殊的固化剂即潜伏性固化剂 ,此类固化剂在常温下稳定且水溶液为中性 ,但当加热到一定温度时会分解显酸性。我们选择了几种固化剂进行试验 ,结果如表 1。
表 1不同固化剂对复合材性能影响
固化剂 |分解温度(℃ ) | 稳定性 | 吸水率(%) |体积变化率(%)
ASA 130 较好 49. 681 1 . 64
磷酸混合酯 遇水分解 差 50.521 1 . 79
MSEA 150 较好 51 . 561 1 . 85
六次甲基四胺 -差 54. 80 1 2 . 3 6
注 :稳定性指加入固化剂后树脂溶液的稳定性 ,树种为板栗木 ,复合材中树脂含量 2 0 %～ 2 1 %,溶液中固化剂含量 2 . 0 %
从表中结果可以看出 ,在所选择的几种固化剂中 ,只有 ASA及 MSEA满足要求 ,但使用 MSEA时 ,由于其分解温度高 ,容易破坏木材的组织结构 ,降低木材的强度。因此 ,ASA是三聚氰胺改性脲醛树脂在木塑复合材中比较适宜的固化剂。
3 . 2 树脂溶液中固化剂含量的影响
树脂中固化剂的含量对树脂固化反应速率及固化产物结构和分子量有很大影响 (表 2 ),含量低时 ,固化产物有较大分子量 ,这对提高复合材性能有利 ,但固化速度太慢 ;含量高时 ,固化速率很快 ,但产物分子量小 ,复合材性能降低 ,因此 ,确定合适的固化剂浓度是很重要的。
从表 2结果可知 ,对 A、 B、 C三种复合材 ,都存在着这样一个固化剂浓度 ,在此浓度下 ,复合材吸水率达到最低值 ,并且此浓度随木材种类不同而不同。这说明三种木材本身的酸碱性有差异 ,板栗木碱性较强而青岗木和耳木则相对较弱。
表 2固化剂含量对复合材性能的影响
注 :树脂含量 A, 1 4%～ 1 5%; B, 1 5%～ 1 6%; C, 1 8%～ 1 9%。温度 , 1 3 0℃ ,时间 , 5h
3 . 3 固化温度的确定 (表 3 )
表 3固化温度对复合材性能的影响
注 :树脂含量 A, 1 5%～ 1 6%; B, 2 0 %～ 2 1 %; C, 2 2 %～ 2 3 %;时间 , 5h
固化温度的确定必须考虑木材的热稳定性、树脂的热稳定性及固化剂的分解温度。温度过高时 ,树脂和木材纤维都会发生降解 ;温度太低时 ,固化剂难以分解 ,起不到固化作用 ,从表 3结果可以看出 ,当固化温度为 1 3 0℃时 ,三种复合材的吸水率都达到最低值 ,此温度正好为 ASA分解温度 ,在此温度下 ,树脂和木材组织都很稳定。
3 . 4 固化时间的确定
固化时间对复合材性能的影响见表 4。
表 4固化时间对复合材性能的影响
注 :树脂含量 A, 1 8%～ 1 9%; B, 1 7%～ 1 8%; C, 1 3 %～ 1 5%
从表 4的结果可以看出 ,随着固化时间的延长 ,复合材吸水率逐渐减小 ,当固化时间超过 5h时 ,吸水率
趋于稳定 ,此时可认为树脂的固化已进行得比较完全。
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