徐金娣，李政林，张玉飞，李 宁
（广西大学资源环境与材料学院，广西 南宁 530004）
摘 要：文章就胶黏剂与石蜡乳液添加顺序对采用木质素胶制备刨花板进行实验研究，通过设计正交试验，分析所得刨花板的物理力学性能，探讨胶黏剂与石蜡乳液的添加顺序对刨花板性能的影响。结果表明：胶黏剂与石蜡乳液的添加顺序对刨花板弹性模量影响最大，对24h吸水厚度膨胀率影响最小；先施加胶黏剂后添加石蜡乳液，能够使刨花板性能更佳。综合刨花板各项性能考虑，该试验范围内，最佳制备工艺为先施加木质素胶，与刨花混合均匀后添加石蜡乳液，其中胶黏剂添加量为15%，石蜡添加量为3.5%。 移动视频监控系统关键词：刨花板；石蜡乳液；物理力学性能
中图分类号：TS653.5 文献标志码：A 文章编号：2096-3092（2021）01-0019-04木质素胶与石蜡乳液添加顺序对刨花板性能的影响研究*
刨花板因其具有充分利用木材、价格低、物理力学性能好等众多优点，被广泛应用于现代家具制造业和室内装修领域[1]。在家具等木质产品需求量日益增加的同时，木质产品的甲醛释放，使用性能与寿命等问题也随之出现并亟待解决。研究发现，将石蜡乳液在调胶罐中与树脂胶混合，再与刨花混合搅拌，可
得防水性能优良的刨花板[2]。刨花板生产用胶黏剂主要为脲醛树脂胶和三聚氰胺改性脲醛树脂胶[3]，通过改性造纸黑液中的木质素，可制备用于刨花板的木质素改性胶，降低木材胶黏剂的污染量，提高刨花板工业的环境友好性。
刨花板各项物理力学性能的增强，不仅能够显著提高对木材资源的利用率，还能缓解当前世界木材资源愈加短缺的问题。目前，改善刨花板性能的方法以优化工艺参数、提高胶黏剂胶合强度、刨花改性为主，针对工艺过程中胶黏剂与石蜡乳液的添加顺序对刨花板的性能影响研究鲜有报道。为此，文章采用木质素改性胶黏剂制备刨花板，通过考察刨花板的物理力学性能，探讨胶黏剂与石蜡的添加顺序对刨花板性能的影响，为今后工艺研究和应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
（1）试验材料。桉木刨花：国旭集团，平均含水率为3%；木质素基胶黏剂：广西鹿寨富民山木质素树脂有限公司，固含量为43.6%，黏度为336MPa•s，游离甲醛含量为0.04%；石蜡乳液：国旭集团，固含量为45%，白。
（2）试验设备。BY30型180T试验压机：苏州新协力机械制造有限公司，公称压力为1800kN，热板
幅面为500mm×500mm；WDT-10型微机控制电子力学试验机：深圳市凯强利试验仪器有限公司；LRH-250-GS型人工气候箱：广东省医疗器械厂。另有PC电动搅拌机、电热恒温干燥箱、电子天平等设备。
太阳能淋浴器1.2 方法
（1）试验方案设计。此试验制备的刨花板规格为450mm×450mm×15mm，采用三水平三因素正交试验法，研究胶黏剂与石蜡乳液的添加顺序、施胶量、石蜡添加量这三个因素对刨花板静曲强度、弹性模量、内结合强度、24h吸水厚度膨胀率等物理力学性能的影响。具体试验因子和水平如表1所示。
表1 正交试验的因素水平
水平A添加顺序B施胶量/%C石蜡添加量/%
1石蜡-胶90.5
2胶-石蜡122
隧道喷浆3两者混合15 3.5
（2）板坯制作。首先，将刨花含水率干燥至为3%左右，称量所需刨花、胶黏剂和石蜡乳液用量；其次，将刨花倒入搅拌机中开始搅拌，接着按一定添加顺序加入胶黏剂和石蜡乳液，两者的时间间隔为1min，添加完毕后计时搅拌5min；最后，取出刨花手动铺装，预压后放入15mm厚度规送入热压机，热压参数为温度160℃，时间为600s，最高压力为3.6MPa。
（3）物理力学性能测试。采用WDT-10型微机控制电子力学试验机进行刨花板力学性能测试。刨花板静曲强度、弹性模量、内结合强度、24h吸水厚度膨胀率等物理力学性能测试方法按照标准《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》（GB/T 17657—2013）进行。对于每一组参数，静曲强度和弹性模量测试各取
6个试件，内结合强度取10个试件，吸水厚度膨胀率取10个试件，试验结果取每组所测数据的算术平均值。
2 结果与分析
2.1 正交试验结果
根据表1的正交试验的因素水平表制订试验方案，测定刨花板的物理力学性能，正交试验结果如表2所示。
表2 正交试验结果
试验号
静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 内结合强度/MPa 24h 吸水
厚度膨胀率/%114.581985.050.8037.10216.222491.140.7223.82312.692050.920.5116.57414.202525.680.5419.27516.012668.960.8819.58618.182847.810.7733.13716.092781.300.7618.32814.582658.910.5631.769
12.78
2489.89
0.81
25.95
由表2可以看出，6号试验整体力学性能较好，3号试验板整体性能较差，先添加石蜡乳液后施加胶黏剂的刨花板静曲强度和弹性模量普遍较低；3号、4号、8号试验，石蜡添加量较大，为3.5%，内结合强度受其影响，强度较低；3号、5号、7号试验，施胶量较大，为15%，24h 吸水厚度膨胀率受其影响，耐水性较好。
2.2 各因素对刨花板物理力学性能的影响
湖水净化
（1）各因素对刨花板静曲强度和弹性模量的影响。各因素对静曲强度和弹性模量的影响趋势分别如图1、图2
所示。
图
1 各因素对静曲强度影响直观分析图
图2 各因素对弹性模量影响直观分析图
由极差分析可知，刨花板的静曲强度影响因素依次为C ＞A ＞B，弹性模量影响因素均依次为A ＞C ＞B。其中胶黏剂与石蜡乳液添加顺序对弹性模量影响最大，对静曲强度有一定影响，静曲强度受石蜡添加量影响最大。静曲强度和弹性模量各因素最佳配比分别是A 2B 1C 2、A 2B 2C 2。由图1、图2可知，先施加胶黏剂后添加石蜡，刨花板的静曲强度与弹性模量最大，反之最小。由此分析：石蜡分子量较大，会黏附在刨花表面，堵塞了木材的内部间隙及刨花之间的间隙，使胶黏剂不能很好地渗透到木材细胞间隙中，不能形成良好的机械连接力和氢键结合力，从而降低了静曲强度和弹性模量。
石蜡乳液添加量对刨花板静曲强度的影响最大，对弹性模量有一定影响。随着石蜡的添加量增加，静曲强度与弹性模量先增后减。分析原因可知：石蜡乳液可以提高刨花板的刚度，减少变形。合理的石蜡添加量可以提高板坯的防水性，过多则会阻碍胶黏剂渗入刨花的细胞间隙，无法形成有效胶钉，导致刨花板性能降低。
施胶量对刨花板的静曲强度和弹性模量影响较小，随着施胶量的增加，静曲强度先降低后增加，弹性
模量波动较小。分析原因可知：当胶黏剂施加过量时，如表2中3号与9号试验，先添加石蜡乳液后施加胶黏剂或者两者混合加入，石蜡乳液黏附于刨花上，胶黏剂无法包覆刨花，刨花也无法吸收胶黏剂中的水分，导致板坯含水率上升；液态胶黏剂固化需要更高的热量，当热压温度与热压时间不足时，胶黏剂无法完全固化，从而降低了力学强度。
（2）各因素对刨花板内结合强度的影响。各因素
对内结合强度的影响趋势如图3
茶籽粉所示。图3 各因素对内结合强度影响直观分析图
对检测结果进行了极差分析可知，内结合强度影响因素均依次为C ＞A ＞B，其中石蜡乳液添加量对内结合强度的影响最大，胶黏剂与石蜡的添加顺序和施胶量对内结合强度的影响较小。以内结合强度为指标，各因素最佳配比是A 2B 3C 1。由图3可知，随着石蜡乳液添加量的增加，刨花板内结合强度急剧下降；先添加胶黏剂再施加石蜡内结合强度最好，混合施加次之，反之最小；随着施胶量的增加，内结合强度先降低后增高，施胶量大，性能较好。
由此可见，过多的防水剂会阻碍胶黏剂与刨花的黏结作用，降低板坯的胶合强度，从对静曲强度和弹性模量的影响也可知，过多的防水剂不利于提高刨花板的力学性能。可通过增强刨花间的黏结来提高板坯内结合强度，即增加胶黏剂使用量，能使其更加充分地填充到刨花间隙及木材细胞表面，形成牢固的胶钉作用，并与木材表面的羟基等活性基团连接，由此提高刨花与刨花之间的黏附作用。同时，为避免防水剂阻碍胶黏剂黏附到刨花表面，应先施加胶黏剂，搅拌均匀后再添加少量防水剂，从而改善刨花板的内结合强度。
（3）各因素对刨花板24h 吸水厚度膨胀率的影响。各因素对吸水厚度膨胀率的影响趋势如图4所示。
由极差分析可知，24h 吸水厚度膨胀率影响因素均依次为B ＞C ＞A，其中胶黏剂和石蜡乳液的添加量影响较大，两者的添加顺序对24h 吸水厚度膨胀率的影响较小。以24h 吸水厚度膨胀率为指标，各
因素最佳配比是A 2B 3C 3。由图4可知，随着胶黏剂和石蜡乳液添加量的增加，刨花板24h 吸水厚度膨胀率呈下
降趋势，先施加胶黏剂后添加石蜡乳液24h 吸水厚度膨胀率最小，防水性能最好。
图4 各因素对吸水厚度膨胀率影响直观分析图
由此可见，在胶黏剂添加过少，热压压力、时间不足的情况下，会导致刨花板表面及内部存在大量间隙，这些间隙的存在使板材在浸泡在水中甚至暴露在空气中时，水分子均能很容易地进入木材内部，并通过扩散作用扩散到木材的大毛细管和微毛细管中，与木材非结晶区的表面氢键结合，增加了木材微纤丝之间的距离，从而扩大了木材的外观尺寸，即24h 吸水厚度膨胀率较大。施胶量的增加可以减少这些间隙的存在，阻碍水分子的进入。增加石蜡用量，可以将胶黏剂及木材表面的羟基等亲水性基团更好地包覆起来，而石蜡是憎水性分子，可以隔离外界水分。因此，胶黏剂不仅起胶接作用，还可以填充木材表面的部分间隙，石蜡乳液则起包覆作用，隔离外界水分，两者对刨花板的防水性能具有协调作用，但须在施加胶黏剂并与刨花混合均匀后再施加石蜡乳液。
2.3 验证试验
综合板坯石蜡乳液与胶黏剂添加顺序、胶黏剂施加量、石蜡添加量对刨花板力学性能影响的研究分析，
在保证刨花板力学性能的同时，为改善其防水性能，文章得出较优试验方案为A 2B 3C 3，即工艺参数为先施加胶黏剂，与刨花混合均匀后添加石蜡乳液，其中胶黏剂添加量为15%，石蜡添加量为3.5%。
在此工艺条件下，每个试验号的静曲强度和弹性模量各取3块试样，内结合强度和吸水厚度膨胀率各取5块试样进行检测，所得结果取算数平均值，情况如表3所示。
表3 较优工艺的验证试验结果
试验号
静曲
强度/MPa
弹性
模量/MPa
内结合
强度/MPa
24h吸水厚度
膨胀率/%
111.271907.930.5313.92
214.972588.760.4712.09
均值13.122248.350.5013.01
由表3数据可以看出，最优工艺条件下，增大了胶黏剂和石蜡乳液的添加量，板坯的吸水厚度膨胀率明显降低，防水性能得到改善。由于施胶量和石蜡添加的增多，其力学强度均有所降低。
3 结论
（1）木质素改性胶与石蜡乳液添加顺序对刨花板的弹性模量影响最大，对静曲强度和内结合强度有一定影响。先施加胶黏剂，与刨花混合均匀后添加石蜡乳液，刨花板的力学性能更好，反之力学性能降低。
（2）木质素改性胶与石蜡乳液添加顺序对刨花板的24h吸水厚度膨胀率影响最小，板材的防水性主要
受施胶量和石蜡添加量的影响。施胶量和石蜡添加量越大并且是先施胶后添加石蜡，板材的耐水性越好。
（3）在保证刨花板力学性能前提下，为改善其防水性能，此试验的最佳工艺如下：先施加胶黏剂，与刨花混合均匀后添加石蜡乳液，其中胶黏剂添加量为15%，石蜡添加量为3.5%。
参考文献：
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[3]佚名.中国人造板产业报告(精简版)[J].林产工业,2015,42 (11):5-15+17.
*基金项目：广西创新驱动发展专项资金（桂科AA17204087-17）
作者简介：徐金娣，本科，硕士，研究方向为生物质复合材料。通信作者：李宁，本科，副教授，研究方向为木质复合材料与技术。
模型，其他结构件的分析采用相对简便的线性模型。
4 结束语
钢管混凝土材料作为一种新型拱桥构建材料，其力学性能在拱桥设计中具有很大的优势，兼具传统混凝土材料和钢管结构件的双重结构性能，外部钢管与内部混凝土形成相互约束状态，钢管内部的混凝土能够降低钢管本身的形变程度，使钢管承载力增强，且混凝土材料受到钢管的套箍约束，混凝土在定向压力下，具有更高的抗压强度和抗压缩变形能力，从而使钢管混凝土的建筑结构稳定性得到保证。钢管混凝土材料的自重相对较轻，使得大跨度的拱桥结构在理论上更加可行，目前对钢管混凝土材料的两组分接触滑移的研究并不深入，滑移与材料荷载和环境因素的影响关系并不明确，这将是钢管混凝土材料性能研究的[1]陈佳，胡文军.大跨度上承式钢管混凝土拱桥整体稳定性研究[J].铁道建筑,2020,60(8):16-19.
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*基金项目：2020年度高等学校创新基金项目“冻融循环作用下钢管混凝土结构粘结滑移力学分析与试验研究”（2020A-235）
作者简介：曾在平，硕士，副教授，研究方向为钢管混凝土。
