測試條件對室外人造板吸水性能的影響

2012-07-30 10:01:32付躍進姚遲強袁少飛

浙江林業科技 2012年2期

張建，付躍進，姚遲強，袁少飛，李琴

（1. 浙江省林業科學研究院浙江省竹類研究重點實驗室，浙江杭州 310023；2. 中國林業科學研究院木材工業研究所，北京 100091；3. 浙江農林大學，浙江臨安 311300）

室外人造板是指主要以酚醛樹脂或同類性能樹脂為膠粘劑制成的人造板材，適用于室外或半室外，具有優異的性能[1]，反映了室外人造板在使用過程中抵抗干濕、冷熱、霜凍、雨雪和紫外線輻射等外界自然條件的能力[2～3]。室外人造板在建筑、室外地板、走廊等領域得到大量應用，使用過程中，與水分接觸是不可避免的，特別是在潮濕而炎熱的地區，水分子很容易進入木材內部和膠層，最終影響板材性能[4～7]，具體性能指標主要有尺寸變化率、吸水率、內結合強度、膠合強度、靜曲強度、彈性模量等[8]。吸水率是衡量人造板材的重要指標之一，通常是指板材浸在一定溫度水中24 h所吸收水分的重量與浸水前重量之比[6,9～12]。由于相關標準未對測試方法進行更加具體詳細的規定，所以測試時往往會因為條件的差異而導致測試結果存在差異。

國內學者對室內用纖維板吸水率特性有系統全面的研究[6,9,13～14]，而室外人造板只對竹模板和竹塑復合材料在水溫和時間方面進行了研究[4,6]，但對室外用纖維板、定向刨花板、竹質模板、木質模板等板材的吸水率還未進行相關的系統研究。本文從溫度、pH值、時間、厚度、試件尺寸等因素對室外纖維板、定向刨花板、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種室外人造板材的吸水性影響進行了試驗和分析，對于完善吸水率測定方法及其測試的準確性具有一定的借鑒意義和指導作用。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

室外纖維板、定向刨花板、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種試材均購自企業，其中室外纖維板采用酚醛樹脂生產，厚度4 mm；定向刨花板采用異氰酸酯生產，樹種為楊木，厚度有9、12、15、18 mm 4種；竹質托盤采用酚醛樹脂生產，7層竹簾，2層竹席，厚度20 mm；木質模板采用酚醛樹脂生產，表面覆膜，樹種為楊木，9層，厚度15 mm；竹質模板采用酚醛樹脂生產，5層竹簾，2層竹席，表面覆膜，厚度12 mm。氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液濃度均為1 mol/L。

1.2 主要儀器

JW-500T-20型高低溫交變濕熱試驗箱，TD20002型電子天平，pHS-3C型數字酸度計，MJ6116型精密推臺鋸，THY-2030型恒溫水槽。

1.3 試驗設計

每種條件試件數量為6塊，表面和邊部平整無殘缺和起毛。首先將試件在溫度20℃、相對濕度65%條件下放置至質量恒定。然后進行稱重，放入恒溫水槽中浸漬。最后將試件從水中取出，擦干表面，稱重，計算吸水率。試件浸漬時置于水面30 mm以下，盡量垂直放置且試件之間相互隔開。每次浸漬時采用新換的自來水。

1.3.1 不同溫度對板材吸水率的影響溫度是影響板材吸水率的重要因素之一，各個地方在各個季節水的溫度都有所差異。本試驗采用室外纖維板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種室外人造板材，試件尺寸均為75 mm×75 mm，水溫采取15、20、25、30、35、40℃共6種溫度，在恒溫水槽中浸漬，水的pH值為7，浸漬72 h。

1.3.2 不同時間對板材吸水率的影響浸漬時間也是影響板材吸水率的重要因素之一。試驗采用室外纖維板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種室外人造板材，試件尺寸均為75 mm×75 mm，在恒溫水槽中浸漬，水的pH值為7，水溫20℃，采用24、48、72、96、120、144、168、192、216、240 h共10種浸漬時間。

1.3.3 不同pH值對板材吸水率的影響不少學者通過研究發現，水的pH值對試件吸水率有一定的影響，而我國各地自來水水質存在一定差異。本試驗采用室外纖維板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種室外人造板材，試件尺寸均為75 mm×75 mm，在恒溫水槽中浸漬，水溫20℃，浸漬72 h，浸漬用水pH值分別調成5、6、7、8、9共5種。

1.3.4 不同厚度對板材吸水率的影響試驗采用9、12、15、18 mm 4種厚度的定向刨花板，試件尺寸均為75 mm×75 mm，在恒溫水槽中浸漬，水溫20℃，浸漬72 h，水的pH值為7。

1.3.5 不同試件尺寸對板材吸水率的影響試驗采用室外纖維板、定向刨花板（厚度15 mm）、竹質托盤、木質模板、竹質模板5種室外人造板材，試件采用50 mm×50 mm、75 mm×75 mm、100 mm×100 mm三種尺寸。試件在恒溫水槽中浸漬，水溫20℃，浸漬72 h，水的pH值為7。

2 結果分析

2.1 不同浸漬溫度對板材吸水率的影響

從圖1可知，在其他測試條件相同的情況下，隨著水溫的升高，5種室外人造板材的吸水率均呈現增加的趨勢，其中15 ～ 30℃時增加趨勢不太明顯，但30 ～ 40℃增加幅度較大，特別是定向刨花板吸水率變化最為顯著，30℃時吸水率為67.8%，40℃時吸水率為93.2%。整體來看，室外木質人造板的吸水率比室外竹質人造板的吸水率高，反映出室外木質人造板的耐水性較室外竹質人造板的耐水性差。溫度相同時，吸水率由大到小依次為：定向刨花板＞木質模板＞纖維板＞竹質模板＞竹質托盤。目前，標準中溫度基本采用20℃，因此建議測試室外人造板吸水率時水的溫度也采用20℃。

2.2 不同浸漬時間對板材吸水率的影響

從圖2可知，5種室外人造板材的吸水率均隨浸漬時間延長而呈現增加的趨勢，在120 h內吸水率變化幅度較為明顯，其中72 h內吸水率增加的幅度最大，而120 h以后吸水率增加幅度趨于平緩。在120 h內，浸漬時間相同時，室外木質人造板的吸水率比室外竹質人造板的吸水率高，5種室外人造板吸水率由大到小依次為定向刨花板＞木質模板＞纖維板＞竹質模板＞竹質托盤，120 h時的吸水率分別為78.5%、66.2%、39.0%、37.9%、35.9%。因此在測試室外人造板吸水率時，浸漬時間適當增加，應不低于72 h。

圖1 不同浸漬溫度對板材吸水率的影響Figure 1 WA change curve under different temperature of water

圖2 不同浸漬時間對板材吸水率的影響Figure 2 WA change curve under different soaking time

2.3 不同pH值對板材吸水率的影響

從圖3可看出，水的pH值對5種室外人造板材的吸水率有一定的影響，但不呈現規律性。整體來看，室外竹質人造板的耐水性優于室外木質人造板的耐水性，5種室外人造板的吸水率在 pH值 6或7時最大。GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》和 LY/T1072-2002《竹篾層積材》測試吸水率時規定了水的pH值為7±1，而GB12626.8-1990《硬質纖維板—吸水率的測定》規定了水的pH值為6±1。因此，測試室外人造板吸水率或制定吸水率測試方法時，應明確規定水的pH值，甚至建議明確使用什么樣的水，如明確為清潔水或蒸餾水。

圖3 不同pH值對板材吸水率的影響Figure 3 WA change curve under different pH value of water

2.4 不同板材厚度對板材吸水率的影響

從圖4可知，板材厚度對定向刨花板吸水率影響不顯著且無規律性。其他測試條件相同時，厚度小時定向刨花板吸水率較大，厚度增大時吸水率相對偏小。當厚度為15 mm和18 mm時，吸水率比較接近，分別為63.6%和 63.2%。這主要是因為一定條件下，水滲透到板材中的深度是有限的，厚度小時，水分越容易滲透到板材內部，表現在吸水率較大，反之表現在吸水率較小。

2.5 不同試件尺寸對板材吸水率的影響

從圖5測試結果分析得到，試件尺寸對板材吸水率有一定影響，均表現在其他測試條件相同時，試件尺寸越大，吸水率測試值越小。這主要是因為一定條件下，水分是從試件的六個面同時而又漸進的滲透到板材內部的，但是滲透的程度是有限的，試件尺寸小時，水分越容易滲透到板材內部，表現在吸水率較大，反之表現在吸水率較小。同時得到與前面一致的結論，室外竹質人造板的耐水性優于室外木質人造板的耐水性。