（木材科学与技术专业论文）户外竹材重组材耐老化试验方法及性能研究.pdf

摘要 本文从三个方面探讨和研究了户外竹材重组材的耐老化性能。 第一部采用三种人工加速老化方法( a s t md 1 0 3 7 、b se n l 0 8 7 l 、e u r o p e a na f n o r v 3 1 3 ) 对板材进行老化处理，通过试验发现，老化处理后，板材的厚度膨胀率在3 1 1 5 之间，2 4 小时吸水厚度膨胀率在1 3 5 之间；板材的弹性模量、静曲强度下降幅度均 在1 2 0 o - - 3 3 之间，且老化后其强度值绝大多数仍在8 0 0 0 m p a 、8 0 m p a 以上，说明竹材重 组材弯曲性能较好；板材的内结合强度下降程度明显高于其它性能的变化程度，下降幅度 在4 5 * , , - 6 6 之间；通过分析认为b se n l 0 8 7 1 是研究竹材重组材耐老化性能较优的人工 加速老化处理方法。 第二部分采用b se n l 0 8 7 1 对冷压、热压、热压炭化竹材重组材进行老化处理，发 现：三种板材中，冷压板材的耐老化性能较差，热压板材老化后力学性能下降较少，但尺 寸稳定性不及热压炭化板材。老化后，冷压板材的吸水率及尺寸变化均为最大，热压板材 其次，热压炭化板材最小，无论哪一种板材，都是厚度方向上的尺寸变化较大，宽度方向 上的尺寸变化较小。冷压板材的弹性模量和静曲强度下降程度最大、下降速度也最快，热 压炭化板材次之，热压板材下降程度最小、下降速度也最慢；三种板材老化过程中内结合 强度的变化情况差别不很明显，下降趋势和下降幅度和基本一致，但总的来看，仍然是冷 压板材的内结合强度最小，热压板材最大，热压炭化板材居中。 第三部分研究了竹材重组材的实验室耐腐性能，发现：经腐朽菌侵蚀后，试件的重 量下降，所有试件的重量损失率范围均在1 1 2 之间，属强耐腐、耐腐等级区间。除了 未处理竹片的绵腐卧孔菌侵蚀、1 5 0 ( 2 炭化处理竹片的彩绒革盖菌侵蚀导致的重量损失率 大于1 0 ，属于( 耐腐) 等级，其它试件重量损失率均在1 0 以下，属于i ( 强耐腐) 等级，试样总体耐腐性能较高。未处理竹片受腐朽菌的侵蚀情况最为严重，而2 0 0 。c 炭化 处理竹片受腐朽菌侵蚀的程度又较1 5 0 。c 炭化处理竹片要小；冷压板材重量损失率最大、 热压板材次之、热压炭化板材最小。彩绒革盖菌对三种板材的侵蚀均比绵腐卧孔茵要更为 严重。 关键词：竹材重组材；加速老化方法；耐老化性能；耐腐性能 t h es t u d yo na c c e l e r a t e da g i n gm e t h o da n da g i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c e o fp a r a l l e lb a m b o os t r a n dl u m b e r a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e da n ds t u d i e da g i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c eo fp a r a l l e lb a m b o o s t r a n dl u m b e rf r o mt h r e ea s p e c t s ： f i r s t ，a c c o r d i n gt ot h r e ek i n d so fm a n u a la c c e l e r a t i n ga g i n gm e t h o d s ，i n c l u d i n ga s t m d 1 0 3 7 ，b se n l 0 8 7 la n de u r o p e a na f n o rv 3 1 3 ，f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ：a f t e r a g i n gp r o c e s s i n g ，t h i c k n e s ss w e l l i n go ft h es a m p l e sw a sb e t w e e n 3 a n d11 5 ，t h i c k n e s s s w e l l i n go f2 4h o u r s w a t e ra b s o r p t i o nw a sb e t w e e n1 a n d3 5 m o ea n dm o rb o m d e c r e a s e db y1 2 t o3 3 ，a n dm o ew e r ea l la b o v e8 0 0 0 m p a , m o rw e r ea l la b o v e8 0 m p a , w h i c ht e s t i f yt h eg o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp a r a l l e lb a m b o os t r a n dl u m b e r r n l ed e c l i n eo f i n t e r n a lb o n ds t r e n g t hw a st h em o s ts i g n i f i c a n tw h i c hw a sb e t w e e n4 5 a n d6 6 b s e n l 0 8 7 - 1a c c e l e r a t i n ga g i n g p r o c e s s i n gt a k e so n l y4 5t o5 5h o u r sa sa s t m d 1 0 3 7t a k e sa t l e a s taw e e k ，s ot h ep r e v i o u so n ei sm u c hb e t t e ri na p p l i c a t i o nf o ri t st i m es a v i n g s e c o n d ，t h ep a p e rd i s c u s s e dt h ea g i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c eo ft h r e ek i n d so fp a r a l l e l b a m b o os t r a n dl u m b e r a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t i n g ，f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ：i n a l lt h r e ek i n d so fp a n e l s ，c o l dp r e s s i n gp a n e l s a g i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c ei sn o ts og o o d h o t p r e s s i n gp a n e l s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sd e c l i n e df e w e r , b u ti t sd i m e n s i o n a ls t a b i l i t yi sw o r s e t h a nh e a tt r e a t e d - h o tp r e s s i n gp a n e l s a f t e ra c c e l e r a t i n ga g i n gp r o c e s s i n g ，w a t e ra b s o r p t i o na n d s w e l l i n go f c o l dp r e s s i n g p a n e l sc h a n g e dl a r g e s t ，w h i c hi sf o l l o w e db yh o tp r e s s i n gp a n e l s ，a n d t h e nh e a tt r e a t e d h o tp r e s s i n gp a n e l s f o ra l lt h r e ek i n d so fp a n e l s ，t h i c k n e s ss w e l l i n gc h a n g e d l a r g e rt h a nw i d t hs w e l l i n g m o d u l u so fe l a s t i c i t y ( m o e ) a n dm o d u l u so fr u p t u r e ( m o r ) o fc o l d p r e s s i n gp a n e l sc h a n g e df a s t e s ta n dl a r g e s tw h i c hi sf o l l o w e db yh e a tt r e a t e d - h o tp r e s s i n g p a n e l s ，a n dt h e nh o tp r e s s i n gp a n e l s i n t e r n a lb o n ds t r e n g t h ( i b ) c h a n g eo ft h r e ek i n d so f p a n e l ss e e m sw i t l lt i n yd i f f e r e n c e i nd e t a i l ，i bo f h o tp r e s s i n gp a n e l si st h el a r g e s ta n di bo f c o l dp r e s s i n gp a n e l si st h es m a l l e s t t h i r d ，l a b o r a t o r yt e s to fn a t u r a ld e c a yr e s i s t a n c eo fb a m b o os t i c k sa n dp a r a l l e lb a m b o o s t r a n dl u m b e rw a sd o n ea n df o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ：a f t e rm o l d e r i n gb y w o o d d e c a y i n gf u n g u s ，w e i g h to fs a m p l e sd e c l i n e s a l lt h er a t eo fl o s tm a s si sb e t w e e n1 a n d 12 t 1 1 ew e i g h t sl o s so fb a m b o os t i c k sw i t h o u ta n yt r e a t i n ga n d15 0 。ch e a t - t r e a t e db a m b o o s t i c k sa r ea b o v e1 l b u tl e s st h a n2 4 世e rm o l d e r i n g s ot h e y r er e m a i nw i t hl e v e li i ( d e c a y i n g r e s i s t a n t ) o t h e rk i n do fs a m p l e sr e m a i nw i ml e v e li ( g r e a td e c a y i n g r e s i s t a n t ) a st h e w e i g h tl o s s e sa r ea l ll e s st h a n1 1 i na l ls a m p l e s b a m b o os t i c k sw i t h o u ta n yt r e a t i n ga r e m o l d e r e dw o r s t 2 0 0 h e a t - t r e a t e db a m b o os t i c k sa f t e rm o l d e r i n ga r eb e t t e rt h a n15 0 h e a t - t r e a t e db a m b o os t i c k s 1 1 1 ew e i g h tl o s so fc o l dp r e s s i n gp a n e l si st h el a r g e s tw h i c hi s f o l l o w e db yh o tp r e s s i n gp a n e l s ，a n dt h e nh e a tt r e a t e d h o tp r e s s i n gp a n e l s c o r i o l u sv e r s i o o l o r m o l d e r e da l lt h ep a n e l sm o r es i g n i f i c a n tt h a np o r i ap l a o e n t ad i d k e yw o r d s ：p a r a l l e lb a m b o os t r a n dl u m b e r ；a c c e l e r a t e da g i n gm e t h o d ；a g i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c e ； d e c a y i n gr e s i s t a n tp e r f o r m a n c e u 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的 成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 己在文中明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者( 本人签名) 童小亳 口7 年石鹏日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术信息研究所；国家 图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京林业大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合为学校的科技成果，可以采用影印缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密账 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位者。本燃，：违小鸟 艚狮c 本臌，苏弘 日 日 9 u 亨 月 月 g 年 年 烽 d 矿 致谢 本篇硕士论文是在导师张齐生院士的悉心指导下完成的。从论文的选题、课题的开 展、技术路线的解决，到整篇文章的完成，都倾注了导师精心指导和亲切关怀。导师渊博 的知识、严谨的治学态度、精深的专业造诣、求实的工作作风使学生受益匪浅，在此，谨 向张老师表示深深的敬意和衷心的感谢! 在研究生期间及论文的实验、写作期间，特别要感谢蒋身学老师对作者的关怀和帮 助! 此外，本文还得到了张勤丽教授、许斌老师的帮助，在此表示感谢。感谢实验室秦岭、 贾狲老师在试验仪器和设备方面的帮助。 感谢师姐程大莉、师兄张晓春在实验中的帮助。感谢同窗好友包永洁、郭丽等在实 验过程和数据处理中给予的建议和帮助。本论文还得到许多老师和同学的热心帮助和指 导，在此，一并表示诚挚的谢意。 感谢竹材中心所有老师在作者研究生期间的关心和帮助。 最后，感谢我的父母! 感谢我的家人! 黄小真臾，j 、县 2 0 0 9 年6 月 1 前言 1 1 我国森林资源现状及问题 国家林业局森林资源管理司公布的第六次全国森林资源清查及森林资源状况显示： 我国森林覆盖率仅相当于世界平均水平的6 1 5 2 ，居世界第1 3 0 位；人均森林面积0 1 3 2 h m 2 ，不到世界平均水平的l 4 ，居世界第1 3 4 位；活立木蓄积量1 3 6 1 8 亿m 3 ，森林蓄 积量1 2 4 5 6 亿m 3 ，其中用材林为7 8 6 3 万h m ，人均森林蓄积9 4 2 1m 3 ，不到世界平均 水平的1 6 ，居世界第1 2 2 位。东部地区森林覆盖率为3 4 2 7 ，中部地区为2 7 1 2 ，西部地 区只有1 2 5 4 ，而占国土面积3 2 1 9 的西北5 省区森林覆盖率只有5 8 6 。全国林分平均 每公顷蓄积量只有8 4 7 3 立方米，相当于世界平均水平的8 4 8 6 。这些数据显示了我国 森林资源存在的主要问题：资源总量不足；森林质量不高、分布不均；森林资源增长缓慢。 然而，随着我国天然林资源保护工程的实施，以及经济的发展和人民生活水平的提高，人 们对木材资源的需求有增无减，致使木材供需矛盾日益增加。 我国竹材资源十分丰富，有竹类植物4 0 余属4 0 0 多种，竹林素有我国第二森林之美 称。据统计，全国现有竹林总面积7 0 0h m z ，居世界第一。全国有竹林分布的省区达2 7 个，其中，经济价值最高的毛竹林，在分布上一般呈片集中状态，为竹林的工业化利用提 供了十分有利的条件。科学、合理地研究利用我国的竹类资源，是解决木材供需矛盾具有 现实意义的重要方法之一”。 1 2 竹材重组材的研究 竹材重组材就是指将竹材经截断、剖条、去青、去黄、剖篾、加缝辊压、干燥、浸 胶、竹篾按相同纤维方向组坯后经压制固化而成，是强度高、规格大、具有天然竹材纹理 结构的新型竹材人造板。它突破了传统的切削加工方式，为竹材的综合利用开辟了一条新 的利用途径四。由于竹材重组材的工艺方法无需对竹材进行切削加工，在几乎不切断，不 破坏竹材纤维的基础上，将竹篾重新组合、压制，因而具有较高的强度，可以用作结构材， 其它的竹材人造板材较少具有这样的应用性能。这种工艺加工方式简单，竹材利用率较高、 损耗少，所需要的加工设备较少。利用这一生产工艺，可以将我国丰富的竹材，特别是那 些通常被视为利用价值不高的小径杂竹，加工压制成用途广泛的结构材，是很有希望的新 工艺、新产品。 在国外，对竹材物理力学性能及其加工利用的研究主要集中在一些亚洲国家，但总 的来说关于竹材重组材的研究报道甚少。 在国内，作为一种新产品，竹材重组材的研究也才刚刚起步。从第一次提出竹材重 组材的概念到工厂生产，人们在实践中积累了不少的经验，但是，仍然缺少科学的系统的 研究。查阅大量文献可以发现，重组木、重组竹的研究经验对竹材重组材的研究有一定的 借鉴价值。 我国于1 9 7 6 年开始进行重组木制造技术的研究，中国林科院与江西木材厂合作，完 成了中国第一代马尾松重组木的试验，对重组木的经济效益进行了分析。进入2 0 世纪9 0 年代，东北林业大学对重组木的制造理论、工艺技术和加工设备进行了系统研究。据文献 报道，杨木制成的重组木当密度为o 8 1 9 c m 3 时，静曲强度为4 8 3m p a ，弹性模量为6 6 5 0 m p a ，作为结构用材，其力学性能偏低。 2 0 世纪8 0 年代末，南京林业大学用竹材( 尤其竹梢头、小杂竹) 进行了重组竹制造的 研究，探讨了竹材软化工艺、疏解方式( 辊压和锤击) 、施胶量及施胶方式( 浸胶和喷胶) 、 竹束水洗与否、胶种( 水溶性酚醛胶和醇溶性酚醛胶) 及胶的浓度、热压温度、热压压力和 热压时间对重组竹性能的影响，在实验室压制出了以苦竹为原料的具有较高静曲强度和弹 性模量的重组竹。中国林科院木材工业研究所在实验室压制出了以野生杂竹为原料的重组 竹。浙江林学院也对重组竹热压工艺进行了研究，试制了以雷竹、高节竹、孝顺竹和青皮 竹为原料的去青与不去青两种重组竹板材，并比较了它们的性能。据浙江林学院的实验结 果，密度1 0 , - 一1 1g c m 3 的重组竹板材，其平均静曲强度可达1 2 0m p a ，弹性模量可达1 6 x1 0 4m p a ，完全可以满足结构材的强度要求删。 由于竹材中空壁薄、表皮有蜡质和硅质层( 竹青) 、沿壁厚和长度方向有明显密度差等 特性，因此，重组竹的制造工序设置上与重组木有较大差异。 2 0 世纪8 0 年代后期，南京林业大学采用第1 种工艺，对重组竹生产工艺进行系统 研究，提出碱液软化工艺有利于竹材疏解，并以辊压效果为佳，竹纤维束水洗对重组竹性 能有一定作用，浸胶稍优于喷胶，水溶性酚醛树脂更适用于重组竹的制造等结论，并提出 一些优选参数嗍。中国林科院木材工业研究所采用第2 种工艺，压制出以野生杂竹为原料 的重组竹嘲。 余文吉删等人在对小径竹重组结构材性能影响因子的研究中发现：密度与重组竹的性 能之间有高度相关的统计关系，随着密度增大，板材性能越好。但密度与物理力学性能之 间并不是线性增长的关系，把密度控制在一定程度，既能达到材料最好性能，又能节约资 源。 据统计，2 0 0 7 年全国竹材重组材产量近8 0 0 万n 1 2 ，生产企业有近5 0 家。但是，由 于我国大多数竹材人造板加工企业生产规模小、资金薄弱、科技投入少，企业的自主创新 能力差、人造板企业大都分布在较偏远的竹产区，管理人员和劳动者的素质普遍较低，专 业技术人员少，导致产品质量参差不齐。加大对其研究力度及广泛度显得十分重要。 1 3 人造板耐老化性能的研究 材料和产品的使用寿命是材料研究和设计使用共同关心的问题，对于一种新开发的 产品，人们都希望用加速的方法在实验室用较短时间获得的试验数据预测，估算材料和产 品的寿命嘲。由于老化研究的周期较长及人造板胶接制品的老化机理十分复杂，使之进展 缓慢，近年来随着研究的不断深入细致，多学科间的交融渗透和新技术及新方法的不断涌 现，促进了人造板耐老化性能研究的发展咖。 2 1 3 1 国外人造板耐老化性能的研究 在国外，五十年代起就已有多国的许多科学工作者相继展开了人造板耐久性的研究。 其中，美国在这方面的研究较为领先，而其它一些国家根据本国的一些气候特点，也相继 开展了这方面的研究，并制定了一些相应的人工加速老化方法。1 9 世纪三十年代，美国 国家标准局( t h en a t i o n a lb u r e a uo fs t a n d a r d s ) 定义了a s t m d l0 3 7 六周期循环加速老化 方法，最能模拟严酷的自然环境，这一方法一直受到人们的密切关注。a s t m d l 0 3 7 主要 用来研究酚醛胶类木质人造板产品的耐老化性能，但其使用过程中最大的问题就是花费的 时间太长，至少要两周半的时间，再一方面就是条件非常的苛刻。试验结束后，测定强度 刚度前还需要至少4 8 小时调质处理，因此在产品的质量控制检查中得不到广泛的应用。 人们对a s t m d l 0 3 7 的主要研究方向也主要集中在如何缩短加速老化时间，简化试验条 件。 此外，人造板加速老化方法还有欧洲标准b se n l 0 8 7 1 、加拿大标准c a n c s a 1 0 8 8 、 法国标准e u r o p e a na f n o r v31 3 、美国标准w c a m a d 等，它们在加速老化的效果及能 力方面各不相同。通常试验者在进行人造板耐老化性能研究时会根据所研究材料的不同以 及对材料的要求不同选择适合的老化方法，这样有利于对其性能的研究。 1 3 2 国内人造板耐老化性能的研究 在国内，南京林业大学嘲、中南林学院o a - - x 4 福建林学院m 4 、中国林业科学研究院咖、 东北林业大学删等单位做过有关试验，但系统性的研究还较少。国内大多数研究都采用 a s t md 1 0 3 7 ，d i n 6 8 7 6 3 1 0 0 ) 和b s5 6 6 9 等常用加速老化试验方法来评定人造板的耐久 性，结果发现：第一，a s t md 1 0 3 7 法的条件最严酷，d i n 法次之，b s 法老化条件较“温 和 。前两种方法适合于评定具有耐水、耐热性能的胶粘剂制成的人造板和湿法硬质纤维 板，如使用酚醛胶粘剂的人造板；最后一种适合于评定耐水、耐热性能较差的胶粘剂制成 的人造板，如使用脲醛胶粘剂的人造板。第二，加速老化试验的前两个周期，尤其是第一 个周期对人造板性能的影响显著，尔后，随着加速老化周期数的增加，板材强度继续逐渐 下降或无显著变化。第三，加速老化对刨花板平面抗拉强度的影响大于对静曲强度的影响 口妇 1 4 耐腐性的研究 1 4 1 竹材耐腐性的研究 由于竹材比一般木材含有更多的营养物质，竹材和竹制品在适宜的温湿度条件下保 存和使用时存在耐腐性差、易吸潮虫蛀和霉变等缺陷，使其应用范围受到限制。因此竹材 的防腐、防虫、防霉的研究工作尤为重要。耐腐性的研究则是防腐研究的基础。 刘秀英卿习对五种竹材室内耐腐性进行了研究。经过对竹龄为2 年的撑蒿竹、粉单竹、 3 青皮竹、淡竹、刚竹的耐腐性试验，发现不同竹材的耐腐性存在较大的差异，其中刚竹的 天然耐腐性相对较好。多数竹材经水抽提后耐腐性下降，经苯一醇抽提后的影响不一致， 有上升也有下降。另外竹龄也是竹材耐腐性能影响的因素之一。对于竹青、竹黄的室内耐 腐性，刘秀英也做了专门的研究。研究表明，竹青、竹黄的耐腐性因竹材品种、竹龄及腐 朽菌菌种的不同而存在差异。竹青的耐腐性高于竹黄，对白腐菌耐腐性高于对褐腐菌耐腐 性；不同竹材的竹黄对两种腐朽菌的耐腐性差异较大。 值得一提的是，由于没有标准的竹材耐腐性试验方法，故大都借鉴木材耐腐性试验 方法。中国林业科学研究院木材工业研究所”于七十年代先后对我国2 81 种重要树种木 材的天然耐腐性进行了研究，并在此基础上，参考了美国a s t md 2 0 1 7 1 8 和日本j i s z 2 1 1 9 1 9 6 3 踟等有关标准进行木材天然耐腐性室内试验标准方法的研究。 周明嘲等人在木材天然耐腐性室内试验标准方法的研究中采用了三种培养基、四种 试菌对边、心材进行耐腐性试验，认为标准试验应采用心材。培养基则可采用保水、保湿 性较好、菌丝生长正常、活性较强、对木材重量损失率较大、材料易得的河沙锯屑培养基。 刘磊嘲等人对广东1 2 种速生人工林树种幼龄材的耐腐性进行了室内试验，检验了不 同树种受彩绒革盖菌和密粘褶菌侵染的失重率。结果表明，速生树种幼龄材多属于耐腐以 下等级，地面堆放寿命在5 年以下；木材失重率与木材密度无明显相关性；同一树种树龄 大的失重率明显低于树龄小的；菌种对木材失重率有明显影响。 1 4 2 人造板耐腐性的研究 竹材重组材是人造板的一种，了解人造板耐腐性的相关研究十分必要。查阅资料我 们发现，耐腐性的研究大多集中在原材料上，如各种木材、竹材。针对人造板耐腐性的研 究较少。 王戈咖等人对麦秸板的耐腐性进行了研究。首先选择了具有热稳定性、毒性较小、 对板的物理力学性能影响较小的硼类化合物与铜铬砷合剂( c c a ) 、氨溶砷酸铜( a c a ) 复配而成的四种耐腐剂对麦秸板进行处理。经耐腐试验后发现：添加防腐剂的耐腐麦秸板 耐腐性能有所增强，但物理力学性能均有所降低。耐腐剂、试菌的选择以及耐腐剂的施加 量均对麦秸板的耐腐性能有一定影响。 孙占英叫在研究塑木复合材的腐朽现象时使用人工模拟菌类条件对塑木复合材进行 了处理。对处理材进行测试分析时发现了腐朽现象，但由于水分对材料作用的结果，经腐 朽后塑木复合材的重量得以增加，w p c 重量增幅达0 7 8 。 1 6 本课题的研究内容、目的和意义 竹材重组材作为一种竹质材料新产品，为竹材利用开辟了新的途径；又因其优良的 性能适合于户外使用。本课题立足于基础研究，进行了以下研究： ( 1 ) 以多种加速老化方法对竹材重组材进行处理研究，寻找出对研究竹材重组材老 化性能较为适合的加速老化方法。 4 ( 2 ) 以较为适合的加速老化方法对不同生产工艺( 冷压、热压、热压炭化) 制造的 户外竹材重组材进行老化，并测试及分析比较其耐老化性能。 ( 3 ) 研究竹材重组材耐腐性能。 耐老化性能是衡量户外材料优劣的重要质量指标，对其进行研究不仅可用于指导生 产，也对竹质工程材料科学的发展具有促进作用。本课题以户外竹材重组材耐老化性能研 究为主要内容，试图为户外竹材重组材国家标准的制定及修订提供必要的理论依据和相关 技术参数。 2 竹材重组材的老化机理分析 2 1 竹材老化机理分析 木质材料的老化通常主要是由于受到腐朽菌( 多数为真菌) 或其它微生物侵染而引 起的组织的分解，进而形成木质材料变软，强度和重量逐渐降低，也常出现质地和颜色的 改变，最后使木材发生粉状、块状、片状或条状等形式的破碎吲。 竹材比一般木材含有较多的营养物质，包括蛋白质类，糖类，淀粉类，脂肪和蜡质 类等，这些有机物质是一些昆虫和微生物( 真菌) 的营养物质，因而在适宜的温、湿度条 件下使用和保存，容易引起虫蛀和病腐阁。霉菌一般不破坏细胞壁，不降低竹材的强度， 因为它们向体外分泌的水解糖酶中只含有淀粉酶和a 型糖苷酶，而无纤维素酶、半纤维 素酶和多酚氧化酶( 分解木质素的重要酶) 。但霉菌感染之后腐朽菌将会接踵而来，从而 使竹材腐朽。当具有充足的水分、适宜霉菌生长的温度和酸碱度，竹材就容易长霉、老化 腐朽鲫。 2 2 人造板老化机理分析 资料嘲表明：影响人造板耐久性能的几个主要因子有：( 1 ) 产品所应用的环境条件。 如温度、湿度、负荷以及昆虫、微生物的侵袭等。( 2 ) 胶粘剂。( 3 ) 木质材料、制备工艺。 另外，材料本身的性质如材种、密度、水分会影响产品的耐久性。人造板进行胶合 时，材料的表面润湿性能、表面加工状态、木材抽提物也可能影响到木材胶合性能，从而 影响产品的耐久性跚。 2 2 1 环境因子的影响 温度对材料性能变化的影响主要表现为：环境温度的提高造成强度损失。主要是热 量使材料内部发生各种化学反应，如分子链断裂、氧化、失水、水解等，使分子由大变小。 温度的提高促进水或水蒸气在木材和胶层中的传导和扩散而使木材和胶粘剂之间产生解 附作用，降低材料的使用性能。 水以水分子的形式普遍存在于大气之中，尤其在潮湿炎热的地方含量很高。水分子 的体积小、极性大，而木材是多孑l 材料，使得水分子能够沿着木材中的毛细管道向胶接界 面及胶层渗透，引起材料内部发生化学反应( 如分子间的水解、热解和某些价键的断裂) 和物理老化作用( 影响玻璃化温度) 啕。水分的渗透引起胶层及木材的膨胀，从而使板材 产生内应力，造成强度损失。 木质材料和胶粘剂，尤其是u f 、p f 、m f 等，都具有o h 、c h 2 0 h 等亲水基团， 当环境的温度和湿度不断发生变化时，木质材料与胶粘剂都不断的吸湿解析，体积不断膨 胀干缩，因二者的膨胀、干缩量不同将产生膨胀、干缩压力。随时间的推移，板材在这种 6 循环应力作用下，材料抵抗破坏的能力逐渐下降，直至完全破坏嘲。 2 2 2 胶粘剂因子的影响 首先是胶粘剂自身的问题： ( 1 ) 耐久性、持久性，其在接合强度中所表现的对水、热、化学物质和生物损毁等 的抵抗能力及抵抗变质的能力。在自然环境下，由于水分的存在，以及生产过程中酸、碱 等催化剂的作用，胶层发生水解，日积月累，水解程度加大，使树脂分子量降低或减少交 粘密度，导致胶层失去强度。胶层固化过程中也会残留水分，加上后固化现象产生的水分 逐渐挥发，使胶层产生裂隙和微裂，加上应力的影响，加速了胶层的开裂，从而引起胶合 强度下降，性能降低u u o ( 2 ) 柔韧性，其对伸长、弯曲或压缩的耐受性能。人造板使用过程中，木质材料与 胶粘剂均可能产生干缩、膨胀压力。在内应力的作用下，胶层面临不断拉伸和压缩。较小 柔韧性胶粘剂的板材在这种情况下更易产生破坏现象。 ( 3 ) 以及一些影响到涂胶等工艺应用的性质，如胶粘剂对粘附体的渗透性、润湿性 等。 此外，胶粘剂的种类、胶粘剂的配方、摩尔比、合成工艺的选择，以及胶层的厚度、 软化温度等各个因子都对胶合效果及板材最后的使用性能具有显著影响。 2 2 3 木质材料、制备工艺的影响 在木质人造板结构中，木材是基本材料，木材的强度性质及其耐久性是整体胶合性 能的一个主要方面。例如，密度低的木材孔隙多、均匀，有助于胶粘剂的渗透，有利于提 高胶合强度，此外，这类木材收缩、膨胀也小，对提高耐久性大有益处“。不同树种的原 材料密度、缓冲容量及抽提物的含量也不同，必然有不同的胶接耐老化性能。对同一树种 而言，刨花板的耐老化性随刨花板的密度的提高而提高。 木材是各向异性且多孔性材料，尤其是木材的亲水性，使胶接结构的吸水或排水而 引起膨胀或收缩，同时由于树种的不同，各种细胞间、细胞壁和细胞质之间的收缩或膨胀 也随之产生很大的差别，由此必然在这些地方产生很大的收缩膨胀应力。此外在环境温度 变化的情况下，照例产生热应力。这些应力是引起木材胶接结构老化破坏的一个极其重要 的原因。 不仅木质材料对生产出来的板材的老化性能影响很大，其制备工艺对板材的老化性 能同样产生重要的影响。众所周知，刨花板的耐久性会随着施胶量的增加而提高，这是由 于提高了有效胶接面积的缘故。木质材料的形态、热压温度及时间、以及施胶量等制备工 艺上的各因素都对最后成型的板材的老化性能产生影响嘲。 2 3 常用人造板人工加速老化试验方法及影响因素 加速老化试验方法是将热、湿和应力组合，或以连续方式、或以变换的方式进行， 目前细分为三大类：第一，单项老化试验法，包括煮沸法、热水法、冷水法、高湿度法和 热软化法：第二，循环老化试验法；第三，力学试验法啪。 2 3 1 几种典型的常用人工加速老化试验方法 2 3 1 1a s t md 1 0 3 7 美国标准a s t md 1 0 3 7 六循环加速老化法用得最早，也是用得最多的老化方法之一， 主要用于p f 胶合板和刨花板。老化分6 个周期进行，每一循环包括以下步骤： ( 1 ) 水中浸泡l 小时，4 9 2 ； ( 2 ) 蒸汽及水蒸气中处理3 小时，温度为9 3 3 ； ( 3 ) 冷冻环境下放置2 0 小时，环境温度为一1 2 3 ； ( 4 ) 干燥3 小时，温度为9 9 2 ； ( 5 ) 蒸汽及水蒸气中处理，温度为9 3 3 ； ( 6 ) 干燥1 8 小时，温度为9 9 2 ； 每一周期需时4 8 小时，留个周期共需2 8 8 小时删。 此方法老化试验条件比较严酷，适用于检侧酚醛胶刨花板的耐老化性能。但由于此 方法所用时间太长，需要两周以上才能完成，因而限制了它在工厂的运用。 j d o b b i n m c n a t t 、c a r 0 1 l l i n k 等人通过研究建议取消冷冻步骤，这样可以缩短近一半时 间，而所得到的静曲强度和弹性模量保留率、厚度膨胀率与标准a s t m d l 0 3 7 六循环老化 法所得结果无明显差别娜”。 2 3 1 2 e u r o p e a n a f n o r v 3 1 3 “。 法国标准局h f n o r ( a s s o c i a t i o nf r a n c a i s ed en o r m a l i s a t i o n ) 的n fb 5 1 - 2 6 3 人工老化 试验方法，即v 31 3 试验方法，是针对a s t md 1 0 3 7 六个循环老化方法过于严酷进行的一 个改进，把喷蒸( 9 5 ) 和干燥( 1 0 0 ) 条件取消，在条件较温和的情况下进行老化。 试验分为三个周期，每一循环具体步骤为： ( 1 ) 冷水浸泡7 2 小时，温度为2 0 ： ( 2 ) 冷冻环境下放置2 4 小时，环境温度为一1 2 ； ( 3 ) 干燥7 2 小时，温度为7 0 ； 每一周期所需时间1 6 8 小时，三个循环共需5 0 4 小时。 v 313 ，适用于检测三聚氰胺改性脲醛胶( m u f ) 和酚醛胶( p f 类) 人造板。 8 2 3 1 3b se n l 0 8 7 i 。o 欧洲标准e n l 0 8 7 1 的要点如下： ( 1 ) 在9 0 m i n 内由冷水( t = 2 0 。c ) 升至1 0 0 * c 。 ( 2 ) 沸水煮( 1 0 0 ) 2 h 。 ( 3 ) 即刻放入冷水中( t = 2 0 ) 冷却1 2 h 。 全过程仅5 5 小时即可完成。 2 3 1 4 w c a m a “习 w c a m a 老化法分六个周期进行，每一循环的具体步骤为： ( 1 ) 冷水浸泡3 0 r a i n ，温度为1 9 2 7 ，真空度9 3 3 k p a 。 ( 2 ) 沸水煮( 1 0 0 ) 3 h 。 ( 3 ) 干燥( 1 0 5 ) 2 0 h 。 每一周期需时2 3 5 小时，共需时1 4 1 小时。 w c a m a 六循环老化法是美国西海岸胶粘剂协会( t h ew e s t c o a s ta d h e s i v e m a n u f a c t u r e sa s s o c i a t i o n ，w c a m a ) 的研究人员通过对a s t md 1 0 3 7 六循环老化法的研 究，发现每个循环中的温水浸泡处理改用沸水浸泡处理后，效果会更好，且冷冻对老化结 果影响小，于1 9 6 8 年提出的老化方法。它与a s t m 老化法以及室外老化五年所得的结果 几乎没有差别，而w c a m a 老化法只需六天即可完成，比a s t m 老化法节约了一半时间。 2 3 i 5 老化仪法“习 老化仪由喷水装置和紫外线辐射源组成，每隔2 4 小时喷水1 6 小时，然后进行紫外 线照射。经过3 0 0 0 小时发现其结果与室外老化7 年的数据有很好的相关性。德国b a m 研究所研制出一种新型老化仪_ x e n ot e s t 。这种老化仪是以中欧近1 0 0 年的气象数据为 依据，根据各种天气的比例设置温度、湿度及辐射时间。用x e n o t e a 老化仪检侧试件，发 现大约2 4 周相当于室外老化5 年，4 8 - - 6 0 周相当于室外老化1 0 年，并发现此种老化仪的 老化条件与所用的胶粘剂种类无关，而一般的老化方法都受胶粘剂种类的影响。但老化仪 检侧法所用时间太长，不适合工厂的刨花板质量控制。 2 3 1 6 其它人工加速老化方法 除上面列举的外，还有德国标准d i n6 7 8 6 3 五循环老化法及d i n 系列中的其它老化 方法、加拿大标准c a n c s a - 0 1 8 8 、a p a ( a m e r i c a np l y w o o d a s s o c i a t i o n ) 六循环老化法、 a b t ( a s t md 3 4 3 4 7 5 ) 1 0 m i n 煮沸检测法、l e h m a n 的v p s d 老化法和o d n p s 老化 法。 9 2 3 2 人造板人工加速老化试验的影响因素 人造板人工加速老化试验的影响因素有很多，包括试验环境的变化、试件本身的差 别等。其中温度、湿度、试件尺寸、人造板的表面装饰等是几个主要的影响因素。 b a c ke 和e s t a n d s t o r m 叫研究发现，老化试验中温度每增加8 ，化学反应速度将成 倍增大。若温度从2 0 升高到1 0 0 ，则化学反应速度将增至1 0 0 0 倍。因而试件在1 0 3 的烘箱中干燥2 2 小时产生的化学反应结果就可能相当于试件暴露在室外3 年的化学反 应结果。随着温度的升高，人造板木材组分更易软化，从而增大了板材的膨胀速度并加快 了胶结键的破坏；另外还增大了水分在板材内的渗透速度和水蒸气的吸收或解吸速度，使 板材的蠕变量增大。 湿度对老化的影响表现在：进行人工老化处理的试件通常由绝干状态直接进入高湿 状态，试件的吸湿膨胀力将增至最大，使试件产生最大的变形，并引起胶结键的破坏；这 还会增大板材的吸湿和解吸速度，使板材的刚性和弹性模量降低，蠕变量增大。美国林产 品试验室的试验结果表明：当温度不变，湿度升高时，所有板材的性能都会降低；当湿度 不变，温度升高时，只有脲醛胶人造板性能降低；而当沮度、湿度循环变化时，强度损失 最大m 。 人造板的结构决定了平行于板面方向，水和水蒸气的渗透性比垂直板面方向的大。 试件尺寸的大小不同，它们的边部表面积与平面表面积的比率也不同，试件的吸水率因此 也不同，从而影响老化试验的结果洲。而表面装饰通常会提高人造板的老化性能。另外， 涂饰时的均匀程度等都有不同的影响。 1 0 3 试验方案 3 1 试验材料及仪器 3 1 1 试验材料 本研究以竹材重组材为研究对象。竹材重组材是将竹材经过以下工艺流程而成的强 度高、规格大、具有天然竹材纹理结构的新型竹材人造板。具体生产工艺流程： 截断一剖条一去青一去黄一剖篾一加缝辊压一千燥一浸胶一竹篾按相同纤维方向组坯一压制一固化一成品 本试验所用竹材重组材是从工厂购得，原材料均为毛竹。所购包括几种工艺的竹材 重组材：冷压、热压、热压炭化竹材重组材。这些材料是经过预备试验所挑选出来认为适 合于本试验的。在预备试验中，我们对七家工厂所生产的竹材重组材进行了老化试验及性 能测试。为了使本试验研究具有更实际的参考意义，最终所选试验材料是其中性能较好的。 3 1 2 试验仪器 试验所用的主要仪器有：万能力学万能试验机、电子天平、h h w 6 0 0 数显三用恒温 水浴锅、电热干燥烘箱、g d j s 恒温恒湿交变箱、超洁工作台、n i c o l e tn e x u s 6 7 0 型傅里 叶变换红外光谱仪、扫描电镜。 3 2 试验内容 ( 1 ) 分别以a s t md 1 0 3 7 、e u r o p e a n a f n o rv 3 1 3 、b se n l 0 8 7 1 三种加速老化方 法对竹材重组材进行老化处理