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不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响

陈明及 吴金绒 陈骁轶 邓玉和 王新洲 何爽爽 余旺旺 张健

陈明及, 吴金绒, 陈骁轶, 邓玉和, 王新洲, 何爽爽, 余旺旺, 张健. 不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
引用本文: 陈明及, 吴金绒, 陈骁轶, 邓玉和, 王新洲, 何爽爽, 余旺旺, 张健. 不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
TRAN Minh Toi, WU Jinrong, CHEN Xiaoyi, DENG Yuhe, WANG Xinzhou, HE Shuangshuang, YU Wangwang, ZHANG Jian. Properties of Salix discolor scrimber[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
Citation: TRAN Minh Toi, WU Jinrong, CHEN Xiaoyi, DENG Yuhe, WANG Xinzhou, HE Shuangshuang, YU Wangwang, ZHANG Jian. Properties of Salix discolor scrimber[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015

不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
基金项目: 

2012年国家级大学生创新创业训练计划资助项目 (201310608457)

详细信息
    作者简介: 陈明及,博士研究生,从事木质复合材料研究。E-mail:minhtoi802003@yahoo.com
    通信作者: 邓玉和,教授,博士,博士生导师,从事木材科学与技术研究。E-mail:dengyuhe@hotmail.com
  • 中图分类号: S781.6

Properties of Salix discolor scrimber

  • 摘要: 竹柳Salix discolor枝桠材的直径小,是重组木的好原材料。试验结果表明:在竹柳重组木为密度0.9 g·cm-3,脲醛树脂(UF)施胶量15%,枝桠材直径5~10 mm,木束长度150和450 mm,热压温度140℃,加压时间20 min,木束含水率6%条件下制得的竹柳重组木静曲强度为102.04 MPa,内结合强度1.99 MPa,2 h吸水厚度膨胀率3.78%,其值均达到或超过LY/T 1984-2011《重组木地板》行业标准的要求;扫描电子显微镜(SEM)图像表明:用脲醛树脂压制的竹柳重组木的管孔被压缩成椭圆形,但细胞壁本身并没有被压溃,仍然保持了其完整性,木束表面附着的胶黏剂均匀;X射线能谱(EDAX)表明枝桠材直径≥10 mm制得的重组木的碳氧比为0.55,枝桠材直径5~10 mm为0.60,枝桠材直径为≤5 mm为0.62。说明枝桠材直径对碳氧比有影响;且枝桠材制成的重组木的碳氧比高于枝桠材本身的碳氧比(0.41)。
  • 图  1  重组木的铺装方法及静曲强度和弹性模量的测定位置

    Figure  1.  Measurement position of MOR, MOE and spreading method of scrimber

    图  2  施胶量与竹柳重组木的物理力学性能

    Figure  2.  Influence of glue consumption on the properties of Salix discolor scrimber

    图  3  枝桠材直径与竹柳重组木的物理力学性能

    Figure  3.  Influence of diameter branch on the properties of Salix discolor scrimbe

    图  4  木束长度与竹柳重组木(测定位置①) 的物理力学性能

    Figure  4.  Influence of length wood stick on the properties of Salix discolor scrimber(determination of ① position)

    图  5  木束长度与竹柳重组木(测定位置②)的物理力学性能

    Figure  5.  Influence of length wood stick on the properties of Salix discolor scrimber(determination of ② position)

    图  6  脲醛树脂压制竹柳重组木的胶合界面

    Figure  6.  SEM images of agglutinate interface of Salix discolor scrimber manufactured with UF

    表  1  施胶量与板材物理力学性能的方差分析

    Table  1.   Influence of glue consumption on the properties of Salix discolor scrimber

    指标差异源平方和自由度均方F 值P 值F 临界值显著性
    静曲强度组间161.829280.9143.8450.051 26.93不显著
    组内252.5031221.042
    总计414.33214
    弹性模量组间899 046.9802449 523.4901.1490.349 06.93不显著
    组内4 694 806.54012391 233.878
    总计5 593 853.52014
    内结合强度组间1.93320.96712.0160.001 46.93**
    组内0.965120.080
    总计2.89914
    2 h 吸水厚度膨胀率组间2.95221.4767.4370.007 96.93**
    组内2.382120.198
    总计5.33414
    说明:显著性水平α=0.01。
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    表  2  枝桠材直径与板材物理力学性能的方差分析

    Table  2.   Variance analyses for physical and mechanical properties of board in different diameter wood stickVariance analyses for physical and mechanical properties of board in different diameter wood stick

    指标差异源平方和自由度均方F 值P 值F 临界值显著性
    静曲强度组间192.632296.3165.2270.048 410.92*
    组内110.567618.428
    总计303.1998
    弹性模量组间641 539.3002320 769.6506.1680.035 010.92*
    组内312 037.659652 006.276
    总计953 576.9598
    内结合强度组间0.76220.3817.0000.027 010.92*
    组内0.32760.054
    总计1.0898
    2 h 吸水厚度膨胀率组间1.67620.83816.3460.003 710.92**
    组内0.30860.051
    总计1.9848
    说明 . * 和 ** 分别表示在 0.05 和 0.01 水平差异显著 。
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    表  3  竹柳枝桠材和竹柳枝桠材重组木表面原子含量

    Table  3.   Quality percentage atom content of Salix dscolor branch and scrimber

    表面原子含量 /%元素
    直径 5~10 mm 竹柳枝桠材直径≥10 mm 的竹柳重组木直径 5~10 mm 的竹柳重组木直径 ≤5 mm 的竹柳重组木
    29.1633.2734.0634.94
    69.8160.7456.4556.12
    0.123.084.874.81
    0.062.103.022.51
    0.210.230.870.82
    0.400.230.460.49
    0.250.340.260.31
    总计100.00100.00100.00100.00
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-03-17
  • 修回日期:  2015-10-28
  • 刊出日期:  2016-08-20

不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
    基金项目:

    2012年国家级大学生创新创业训练计划资助项目 (201310608457)

    作者简介:

    陈明及,博士研究生,从事木质复合材料研究。E-mail:minhtoi802003@yahoo.com

    通信作者: 邓玉和,教授,博士,博士生导师,从事木材科学与技术研究。E-mail:dengyuhe@hotmail.com
  • 中图分类号: S781.6

摘要: 竹柳Salix discolor枝桠材的直径小,是重组木的好原材料。试验结果表明:在竹柳重组木为密度0.9 g·cm-3,脲醛树脂(UF)施胶量15%,枝桠材直径5~10 mm,木束长度150和450 mm,热压温度140℃,加压时间20 min,木束含水率6%条件下制得的竹柳重组木静曲强度为102.04 MPa,内结合强度1.99 MPa,2 h吸水厚度膨胀率3.78%,其值均达到或超过LY/T 1984-2011《重组木地板》行业标准的要求;扫描电子显微镜(SEM)图像表明:用脲醛树脂压制的竹柳重组木的管孔被压缩成椭圆形,但细胞壁本身并没有被压溃,仍然保持了其完整性,木束表面附着的胶黏剂均匀;X射线能谱(EDAX)表明枝桠材直径≥10 mm制得的重组木的碳氧比为0.55,枝桠材直径5~10 mm为0.60,枝桠材直径为≤5 mm为0.62。说明枝桠材直径对碳氧比有影响;且枝桠材制成的重组木的碳氧比高于枝桠材本身的碳氧比(0.41)。

English Abstract

陈明及, 吴金绒, 陈骁轶, 邓玉和, 王新洲, 何爽爽, 余旺旺, 张健. 不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
引用本文: 陈明及, 吴金绒, 陈骁轶, 邓玉和, 王新洲, 何爽爽, 余旺旺, 张健. 不同因素对竹柳枝桠材重组木性能的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
TRAN Minh Toi, WU Jinrong, CHEN Xiaoyi, DENG Yuhe, WANG Xinzhou, HE Shuangshuang, YU Wangwang, ZHANG Jian. Properties of Salix discolor scrimber[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
Citation: TRAN Minh Toi, WU Jinrong, CHEN Xiaoyi, DENG Yuhe, WANG Xinzhou, HE Shuangshuang, YU Wangwang, ZHANG Jian. Properties of Salix discolor scrimber[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2016, 33(4): 658-666. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.015
  • 竹柳Salix discolor是新培育出的速生柳种,生长速度快,对环境适应性强。随着全球天然林资源的逐渐减少和各国对生态环境保护的日益重视,小径级材和枝桠材的充分利用成为缓解当今不断增长的木材需求和资源相对不足矛盾的重要途径之一。竹柳的速生性和适应性,决定其具有应用于木材工业的潜力。利用它的枝桠材加工出优质结构重组材的思路,更是顺应了当今木材工业研究的主流思想[1-4]。目前,关于竹柳木材应用的研究相对较少,仅见南京林业大学的董葛平等[5]、吴金绒等[6]、杨莹等[7]、何爽爽等[8-9]以竹柳为原料研制竹柳刨花板、层积材、纤维板和重组木相关报道。本研究以竹柳枝桠材为原料,通过对脲醛树脂胶(UF)施胶量、枝桠材直径、木束长度对竹柳重组木物理力学性能的影响进行研究,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线能谱(EDAX)分析胶合界面微观构造和化学成分,为竹柳制造重组木的研究提供一定的理论基础和参考。

    • 竹柳枝桠材,取自江苏省如东县,经剥皮后纵向劈成木束并截60 cm备用;胶黏剂为脲醛树脂(UF),黏度300 MPa·s,固含量52%,pH 7.6,固化时间126 s,购于山东省曲阜市慧迪化工有限责任公司。 试验分析仪器:XBL平板硫化机,8104电子万能试验机,扫描电子显微镜(SEM),X-射线能谱(EDAX)。

    • 竹柳木束制备:首先采用XBL平板硫化机对竹柳枝桠材进行碾压去皮,再利用纵向碾压机辊压、横切成600,300,150和450 mm长的竹柳木束,所制得的木束呈网状结构。木束经胶黏剂喷胶,压制成600 mm × 300 mm × 20 mm的重组木,静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)的试件尺寸为450 mm × 50 mm × 20 mm,测定位置和重组木的铺装方法见图 1。工艺条件:热压温度为140 ℃,热压时间20 min。

      图  1  重组木的铺装方法及静曲强度和弹性模量的测定位置

      Figure 1.  Measurement position of MOR, MOE and spreading method of scrimber

    • 密度为0.9 g·cm-3,施胶量15%,枝桠材直径5~10 mm,木束长度150和450 mm(对接)制成的重组材。试样尺寸为10 mm × 10 mm × 5 mm。采用FEI Quanta 200(FEG)型扫描电镜对样品进行观察,试件要求:长,宽<10 mm,厚度<5 mm。采用Oxford Inca X-act能谱仪进行分析。试件要求:长、宽<10 mm,厚度为1 mm。

    • 密度为0.90 g·cm-3,施胶量为13%~17%制成的重组木的物理力学性能见图 2。 由图 2中可知:施胶量对重组木的物理力学性能有明显的影响。重组木的静曲强度(MOR),弹性模量(MOE)和内结合强度(IB)均随施胶量的增加而增加,2 h吸水厚度膨胀率(TS)则随施胶量的增加而降低。当施胶量从13%增加至17%时,竹柳重组木的静曲强度依次为12 411,12 886,12 966 MPa,后者比前者分别增加了3.57%和0.62%;施胶量从15%增加到17%时,弹性模量的增长幅度减小。竹柳重组木静曲强度的增幅趋势与弹性模量相同,施胶量从13%增加到15%时其增幅大于施胶量从15%增加到17%,分别为6.55%和0.97%。试验结果表明:当密度为0.90 g·cm-3时,以脲醛树脂为胶黏剂,施胶量在13%~17%范围内,以竹柳枝桠材为原料压制的重组木的静曲强度均达到或超过LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。

      图  2  施胶量与竹柳重组木的物理力学性能

      Figure 2.  Influence of glue consumption on the properties of Salix discolor scrimber

      图 2中:竹柳重组木的内结合强度随着施胶量的增多而提高,依次为1.53,2.10,2.39 MPa。在施胶量13%~15%范围内,重组木的内结合强度增幅明显,达37.25%;施胶量从15%增至17%时,内结合强度的增幅仅为13.81%。当密度为0.90 g·cm-3时,施胶量在15%及以上的竹柳重组木的内结合强度均可达到LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。当施胶量升高到17%时,内结合强度提升的幅度不明显,为了节约成本,生产中施胶量达到15%以上即可。

      在施胶量13%到17%的施胶量范围内,随着施胶量的增加,竹柳重组木的2 h吸水厚度膨胀率不断降低(图 2);在13%到17%的施胶量范围内,重组木的2 h吸水厚度膨胀率从4.01%逐渐下降到2.95%,减小了26.43%。施胶量为13%~17%,重组木的2 h吸水厚度膨胀率均能达到或超过行业标准LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。

      不同施胶量条件下竹柳枝桠材重组木物理力学性能方差分析结果见表 1。当施胶量为13%~17%时,其对静曲强度和弹性模量的影响均不显著,对内结合强度和2 h吸水厚度膨胀率的影响十分显著。

      表 1  施胶量与板材物理力学性能的方差分析

      Table 1.  Influence of glue consumption on the properties of Salix discolor scrimber

      指标差异源平方和自由度均方F 值P 值F 临界值显著性
      静曲强度组间161.829280.9143.8450.051 26.93不显著
      组内252.5031221.042
      总计414.33214
      弹性模量组间899 046.9802449 523.4901.1490.349 06.93不显著
      组内4 694 806.54012391 233.878
      总计5 593 853.52014
      内结合强度组间1.93320.96712.0160.001 46.93**
      组内0.965120.080
      总计2.89914
      2 h 吸水厚度膨胀率组间2.95221.4767.4370.007 96.93**
      组内2.382120.198
      总计5.33414
      说明:显著性水平α=0.01。
    • 当密度0.90 g·cm-3,施胶量15%时,重组木物理力学性能较优。因此,枝桠材直径对重组木的物理力学性能的影响研究采用此条件。试验结果见图 3

      图  3  枝桠材直径与竹柳重组木的物理力学性能

      Figure 3.  Influence of diameter branch on the properties of Salix discolor scrimbe

      图 3中可知:枝桠材直径对重组木的物理力学性能有明显的影响。重组木的静曲强度、弹性模量和内结合强度均随枝桠材直径的增加而有所降低,2 h吸水厚度膨胀率则随枝桠材直径的增加而增加。当枝桠材直径从≤5 mm增加至≥10 mm时,竹柳重组木的弹性模量依次为12 940,12 886,12 348 MPa,后者比前者分别降低了0.42%和4.17%;枝桠材直径5~10 mm与≤5 mm相比,弹性模量没有明显的变化。竹柳重组木静曲强度的变化趋势与弹性模量相同;在枝桠材直径≤5 mm到5~10 mm时,静曲强度值没有明显的降低,其降幅小于枝桠材直径5~10 mm到≥10 mm,仅为0.58%;枝桠材直径从5~10 mm到≥10 mm 其降幅达9.11%。试验结果表明:当密度为0.90 g·cm-3,施加15%的脲醛树脂胶黏剂时,任何枝桠材直径原料压制的重组木的静曲强度均达到或超过LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。由于直径小的枝桠材碾压效果好,制成的木束梳状性好、网状结构比大直径的更均匀,加之重组木的结构特点,直径≤10 mm枝桠材制成的重组木的性能比直径>10 mm的好。

      图 3中:竹柳重组木的内结合强度同样随着枝桠材直径的增加而降低内结合强度值分别为2.13,2.10和1.50 MPa。同样在枝桠材直径从≤5 mm到5~10 mm范围内,重组木的内结合强度降幅不明显,仅为1.41%;而枝桠材直径从5~10 mm增至≥10 mm时,内结合强度的降幅达28.57%。当密度0.90 g·cm-3,施胶量为15%时,枝桠材直径≤10 mm的竹柳重组木的内结合强度均可达到或超过LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。试验结果表明:直径≤10 mm竹柳木束均匀的网状结构有利木束之间的胶合,因此其胶合强度较好,更适合重组木的生产。

      在枝桠材直径≤5 mm到≥10 mm范围内,随着枝桠材直径的增加,竹柳重组木的2 h吸水厚度膨胀率不断增加(图 3);它们的值分别为2.99%,3.31%和4.02%。虽然枝桠材直径≥10 mm重组木的2 h吸水厚度膨胀率比直径≤5 mm的增加了34.44%。但由它们制成的重组木2 h吸水厚度膨胀率均能达到或超过行业标准LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求,说明由枝桠材生产重组木是可行的。

      不同枝桠材直径条件下竹柳枝桠材重组木物理力学性能方差分析结果见表 2。当枝桠材直径为≤5 mm到≥10 mm时,其静曲强度、弹性模量、内结合强度的P值都大于0.01但同时小于0.05,这说明在枝桠材直径对静曲强度、弹性模量、内结合强度有影响,但影响不明显,2 h吸水厚度膨胀率的影响十分显著。

      表 2  枝桠材直径与板材物理力学性能的方差分析

      Table 2.  Variance analyses for physical and mechanical properties of board in different diameter wood stickVariance analyses for physical and mechanical properties of board in different diameter wood stick

      指标差异源平方和自由度均方F 值P 值F 临界值显著性
      静曲强度组间192.632296.3165.2270.048 410.92*
      组内110.567618.428
      总计303.1998
      弹性模量组间641 539.3002320 769.6506.1680.035 010.92*
      组内312 037.659652 006.276
      总计953 576.9598
      内结合强度组间0.76220.3817.0000.027 010.92*
      组内0.32760.054
      总计1.0898
      2 h 吸水厚度膨胀率组间1.67620.83816.3460.003 710.92**
      组内0.30860.051
      总计1.9848
      说明 . * 和 ** 分别表示在 0.05 和 0.01 水平差异显著 。
    • 测量点①。在密度0.90 g·cm-3,施胶量15%,枝桠材直径5~10 mm条件下研究木束长度对重组木物理力学性能的影响,铺装方法见图 1,试验结果见图 4

      图  4  木束长度与竹柳重组木(测定位置①) 的物理力学性能

      Figure 4.  Influence of length wood stick on the properties of Salix discolor scrimber(determination of ① position)

      图 4中可知:木束长度对重组木在结合点①的物理力学性能有明显的影响。木束长度600 mm制成的板材的力学性能最高,其次是150和450 mm,150和300 mm的最低。当板材为木束长度600 mm,150和450 mm(搭接),150和450 mm(对接),150和300 mm(搭接),150和300 mm(对接),竹柳重组木的弹性模量分别为6 378,5 659,5 116,3 695,3 875 MPa,木束长度600 mm制成的板材的弹性模量比150和450 mm搭接的高出12.7%,对接的高出24.7%;比150和300 mm搭接的高出72.6%,对接的高出64.5%。木束长度150和450 mm搭接和对接的弹性模量比150和300 mm搭接的和对接的弹性模量分别高出53.15%和32.03%。在这2种接长方法中木束长度150和450 mm搭接的弹性模量比其对接的高出10.61%;150和300 mm搭接的弹性模量比其对接的降低了4.65%。

      竹柳木束长度600 mm制成的重组木的静曲强度为104.28 MPa,比150和450 mm搭接的102.41 MPa高出1.83%,比对接的102.04 MPa高出2.20%;比150和300 mm搭接的88.97 MPa高出17.21%,对接的90.12MPa高出15.71%。木束长度150和450 mm搭接的静曲强度为102.41 MPa,比150和300 mm搭接的88.97 MPa高出15.11%;150和450 mm对接的静曲强度为102.04 MPa,比150和300 mm对接的90.12 MPa高出13.23%。同样木束长度150和450 mm搭接的静曲强度比其对接的高出0.36%,而150和300 mm搭接的静曲强度比其对接的降低了1.28%。

      这是因为木束长度150和450 mm的测量位置①不论是对接还是搭接均只有2层接头,而150和300 mm搭接的有4层接头,搭接对接各2层,150和300 mm对接的有3层接头(图 1)。由于接头层数不同,所以木束长度150和450 mm制成的板材,无论是搭接还是对接的静曲强度、弹性模量均比150和350 mm的高。在接头层相同的条件下搭接方法制成重组木的静曲强度和弹性模量均高于对接的。150和300 mm搭接的静曲强度和弹性模量比其对接的低是因为搭接的有4层接头,而对接的仅有3层接头。试验结果进一步说明:重组木制造中木束的接长对其力学性能有明显的影响。试验结果还表明:密度0.90 g·cm-3,脲醛树脂施胶量15%,枝桠材直径5~10 mm,木束长度600 mm,150和300 mm,150和450 mm制成的重组木的静曲强度均超过LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。

      由木束长度600 mm,150和450 mm(搭接、对接),150和300 mm(搭接、对接)制成板材的内结合强度值分别为2.10,2.00,1.99,1.53,1.57 MPa(图 4)。同样,木束长度600 mm制成的板材的内结合旨度值最高,由长度150和450 mm木束制成重组木的内结合强度比其值,搭接时降低了4.76%,对接时降低了0.50%。木束长度150和450 mm搭接比150和300 mm搭接高出30.72%;150和450 mm对接的比150和300 mm对接高出26.75%。木束长度150和450 mm搭接的内结合强度值比其对接的高出0.5%,150和300 mm搭接比150和300 mm对接降低了2.55%。试验结果又进一步证明:重组木生产时木束的接长对板的内结合强度有影响,但与静曲强度和弹性模量相比不是十分明显,在这样条件下测得的竹柳重组木的内经合强度均可达到LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。为了节约成本,实际生产中可采用木束接长方法制造重组木,但应合理设计接头距离和层数,防止接头在同一断面集中,从而保证制品的质量。

      随着木束长度的减少,竹柳重组木的2 h吸水厚度膨胀率呈上升的趋势增加(图 4);木束长度600 mm制成的板材的2 h吸水厚度膨胀率比150和450 mm搭接的降低了8.31%,对接的降低了12.43%;比150和300 mm搭接的降低了29.87%,对接的降低了18.07%。且木束长度150和450 mm制成重组木的2 h吸水厚度膨胀率值不论是搭接方式还是对接方式均低于150和300 mm制成的重组木。本试验条件下使用的各种木束长度研制重组木的2 h吸水厚度膨胀率均能达到或满足行业标准LY/T 1984-2011《重组木地板》的要求。

      测量点②。由图 5可知:木束长度对重组木在测量点②的物理力学性能影响没有测量点①明显。当板材为木束长度600 mm,150和450 mm(搭接),150和450 mm(对接),150和300 mm(搭接),150和300 mm(对接),竹柳重组木的弹性模量分别为6 378,6 039,6 116,5 419,5 246 MPa。试验结果表明:随着木束长度的减短,虽然重组木弹性模量有所降低,但不明显。在相同条件下竹柳重组木的静曲强度值分别为104.28,103.21,103.93,102.86,102.29 MPa,其值也没有明显的变化。在此处测得的内结合旨度值同样出现这种结果,在这几种条件下制得的内结合强度分别为2.10,2.02,2.04,1.99,1.98 MPa,也没出现明显的变化。这是因为不论是木束长度150和450 mm制成的板,还是150和300 mm制成的板,在测量点②都没有出现接头(图 1)。试验结果表明:重组材的静曲强度、弹性模量、内结合强度与测试点是否有接头以及接头的多少有关,或者说重组材的接头处对其力学性能有明显的影响。

      图  5  木束长度与竹柳重组木(测定位置②)的物理力学性能

      Figure 5.  Influence of length wood stick on the properties of Salix discolor scrimber(determination of ② position)

      在无接头处,木束长度600 mm,150和450 mm(搭接、对接),150和300 mm(搭接、对接)制成的重组木的2 h吸水厚度膨胀率分别为3.31%,3.65%,3.62%,3.72%,3.78%。从试验数据中可以明显地看出:这几种条件下制得的板材其2 h吸水厚度膨胀率没有明显的变化,因此,可以得出结论:木束的接头对重组材的2 h吸水厚度膨胀率会产生影响,接头越多板材的2 h吸水厚度膨胀率值越高。这是因为木材的断面易吸水,因此表现在接头越多板材的2 h吸水厚度膨胀率越高(图 5)。

    • 利用扫描电子显微镜观察木束表面附着胶黏剂的胶层及细胞的变形,试件取自密度为0.90 g·cm-3,施胶量为15%,枝桠材直径为5~10 mm,木束长度为150和450 mm的竹柳重组材(图 6)。

      图  6  脲醛树脂压制竹柳重组木的胶合界面

      Figure 6.  SEM images of agglutinate interface of Salix discolor scrimber manufactured with UF

      图 6横切面放大200倍和弦切面放大200倍中可以发现:胶层薄且均匀,木束和胶膜很紧密,木束的管孔在横切面上的分布均匀,大小没有明显的区别。在横切面放大1 000倍和4 000倍和弦切面放大1 000倍和4 000倍时,胶层没有断口,胶合界面很紧密,木束表面附着的胶黏剂均匀,细胞管孔没有填满胶黏剂,但是细胞壁附着的胶黏剂均匀,喷胶压制竹柳重组木的管孔被压缩成椭圆形。虽然细胞发生了明显的变形,但细胞壁本身并没有被压溃,仍然保持了其完整性。

    • 采用X射线能谱分析竹柳重组木(无接头)组成分及原子含量百分比。由表 3可知,竹柳重组木的主要组成元素是碳、氧、钠和小量其他元素。

      表 3  竹柳枝桠材和竹柳枝桠材重组木表面原子含量

      Table 3.  Quality percentage atom content of Salix dscolor branch and scrimber

      表面原子含量 /%元素
      直径 5~10 mm 竹柳枝桠材直径≥10 mm 的竹柳重组木直径 5~10 mm 的竹柳重组木直径 ≤5 mm 的竹柳重组木
      29.1633.2734.0634.94
      69.8160.7456.4556.12
      0.123.084.874.81
      0.062.103.022.51
      0.210.230.870.82
      0.400.230.460.49
      0.250.340.260.31
      总计100.00100.00100.00100.00

      表 3可知:竹柳枝桠材的碳元素为29.16%,氧元素为69.81%,竹柳枝桠材的碳氧比为0.41,说明竹柳枝桠材的氧元素含量较高,含氧的基团多,亲水性高,吸水性能高。由枝桠材直径≥10 mm制得的竹柳重组木的碳元素和氧元素分别为33.27%和60.74%,板材的碳氧比为0.55。枝桠材直径5~10 mm和枝桠材直径≤5 mm制得的重组木的碳氧比分别为0.60和0.62,说明制得的板材后的碳氧比竹柳枝桠材的高。这主要是由于竹柳枝桠材在热压过程中发生了一定的碳化,使得碳元素含量增加,板材内部亲水性氧元素含量降低、板材的吸水性能降低、板材尺寸稳定性高,与枝桠材直径对重组木2 h吸水厚度膨胀率影响的分析一致。除碳氧元素以外元素的含量,枝桠材直径≥10 mm制成的竹柳重组木为5.99%,直径5~10 mm的为9.49%,直径≤5 mm为8.94%,竹柳枝桠材为1.04%,低于枝桠材制成的重组木。这明说竹柳重组木内部的无机物的含量较竹柳枝桠材多。这主要的是因为在制备竹柳重组木过程中有一定量的胶黏剂浸入到板材内部,使得其表面的无机物元素含量增加。

    • 方差分析的结果表明:板材施胶量对密度为0.90 g·cm-3的竹柳重组木的静曲强度和弹性模量影响不显著,对内结合强度、2 h吸水厚度膨胀率有显著的影响。15%的脲醛树脂施胶量是生产竹柳重组木的较优工艺。

      枝桠材直径对竹柳重组木的2 h吸水厚度膨胀率有显著的影响,对静曲强度、弹性模量、内结合强度的影响不显著。枝桠材直径为5~10 mm是生产竹柳重组木好的原材料。

      重组木制造时,木束的接头处对其静曲强度、弹性模量、内结合强度、2 h吸水厚度膨胀率有显著的影响,随着接头处的增加竹柳重组木的静曲强度、弹性模量、内结合强度呈下降趋势,2 h吸水厚度膨胀率则呈上升趋势。试验结果表明:在重组木制造时应将接头均匀分散在板中,防止接头在同一断面集中,从而保证制品的质量。

      扫描电子显微镜图像表明:脲醛树脂压制的竹柳重组木的管孔被压缩成椭圆形,虽然细胞发生了明显的变形,但细胞壁本身并没有被压溃,仍然保持了其完整性,胶层薄且均匀,木束和胶层很紧密,木束表面附着的胶黏剂均匀。X射线能谱表明:竹柳重组木的主要组成元素是碳、氧、钠,枝桠材制成的重组木比竹柳枝桠材的碳氧比高,且枝桠材直径≥10 mm,5~10 mm,≤5 mm的竹柳重组木的碳氧比,后者比前者分别增加了9.09%和3.33%,说明竹柳枝桠材的直径对碳氧比有影响。随着直径的减少,碳氧比增加。

参考文献 (9)

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