思茅松阻燃膠合板的制備和性能

李曉平，吳章康，王 珺

（西南林業(yè)大學(xué) 材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224）

思茅松Pinus kesiya又稱白松、卡錫松,在中國(guó)主要產(chǎn)于云南南部麻栗坡、思茅、普洱、景東及西南部潞西等地。常用于建筑、制造家具、紙張、膠合板等，是云南的主要用材樹(shù)種之一。膠合板作為人造板的最主要產(chǎn)品之一，在市場(chǎng)需求的帶動(dòng)下，近年來(lái)其產(chǎn)量與日俱增。目前，膠合板主要用于包裝、家具和室內(nèi)裝飾等，但根據(jù) GB 8626－2007《建筑材料可燃性試驗(yàn)方法》規(guī)定未經(jīng)阻燃處理的膠合板被列為B2級(jí)可燃性木質(zhì)材料［1］。當(dāng)使用這一可燃性材料作為室內(nèi)裝飾材料時(shí)，一旦火災(zāi)發(fā)生，該材料就起到了加快火災(zāi)蔓延的速度和加強(qiáng)火災(zāi)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，使膠合板的應(yīng)用受到了一定的限制［2］。為了改善這一狀況，提高膠合板材料的阻燃性能是非常必要的。與此同時(shí)，木質(zhì)材料的阻燃性能已引起中國(guó)消防、建筑等部門(mén)的關(guān)注。早在1995年公安部就發(fā)布實(shí)施了《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。在該文件中明確規(guī)定，墻面、隔斷、吊頂?shù)炔课槐仨毑捎米枞夹阅苓_(dá)到難燃級(jí)（B1）的材料［3］。另外，國(guó)內(nèi)外專家在對(duì)阻燃膠合板的研制方面也做了大量的工作，包括阻燃劑的篩選、阻燃膠合板的制備工藝研究等［4－10］。筆者為了研制出成本低，阻燃性能達(dá)到要求，力學(xué)性能優(yōu)的思茅松膠合板，在對(duì)思茅松膠合板進(jìn)行阻燃研究，利用真空進(jìn)行單板浸漬處理的基礎(chǔ)上［11］，進(jìn)一步分析了4種不同阻燃劑、不同浸漬時(shí)間和不同含水率在常壓下對(duì)思茅松單板浸漬率的影響；優(yōu)化思茅松膠合板的處理工藝，以常壓處理來(lái)替代真空處理，為進(jìn)一步降低思茅松阻燃膠合板的制造成本奠定基礎(chǔ)，并研究經(jīng)過(guò)不同阻燃劑在不同浸漬時(shí)間條件下思茅松膠合板性能的變化，包括力學(xué)性能和燃燒性能。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中所采用的主要實(shí)驗(yàn)材料包括思茅松單板、阻燃劑和脲醛樹(shù)脂膠黏劑。思茅松單板：云南寧洱縣林達(dá)木業(yè)有限公司提供，厚度為0.8～1.2 mm，幅面尺寸為300 mm×300 mm，含水率為7%～9%。阻燃劑：自制，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為120 g·kg－1，共有 4種。無(wú)機(jī)阻燃劑（FR-A）：主要由磷酸氫二銨、硫酸銨、硼酸、硼砂等組成。聚磷酸銨阻燃劑（FR-B）：主要由聚磷酸銨組成。有機(jī)低溫阻燃劑（FR-C）：由尿素、磷酸、硼酸、硼砂、氫氧化鈉等組成，在低溫下進(jìn)行合成。有機(jī)高溫阻燃劑（FR-D）：組成的成分有尿素、磷酸、硼酸、硼砂、氫氧化鈉等，在高溫下進(jìn)行合成。有機(jī)低溫阻燃劑（FR-C）和有機(jī)高溫阻燃劑（FR-D）的區(qū)別就在于選取的合成溫度不同，而阻燃劑的化學(xué)組分以及各化學(xué)組分的比例是相同的。脲醛樹(shù)脂膠黏劑：由云南昆明新飛林人造板股份有限公司提供。脲醛樹(shù)脂膠黏劑性能指標(biāo)為：黏度30～32 Pa·s，pH值9.0，固體體積分?jǐn)?shù)60%～61%，游離甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5 g·kg－1；所使用固化劑為氯化銨，市購(gòu)，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 阻燃劑的浸漬率 將單板在常壓下直接浸入溫度為100℃的阻燃劑溶液中，要求單板全部浸沒(méi)于液面20 mm以下，阻燃劑分別為FR-A，F(xiàn)R-B，F(xiàn)R-C和FR-D等4組，每組10塊單板，其中5塊是氣干單板，5塊是經(jīng)過(guò)104℃恒溫干燥到絕干的單板，浸漬的時(shí)間分別為1，2，3，4，5 h，各個(gè)時(shí)間段分別浸漬同一阻燃劑的單板2塊，阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為120 g·kg－1，重復(fù)進(jìn)行2次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值；按照公式 A＝［（m1－m0）/m0］×100%（其中：A 為載藥率，%；m0為單板處理前質(zhì)量，g；m1為單板處理后質(zhì)量，g），計(jì)算浸漬率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。根據(jù)阻燃劑浸漬率的計(jì)算結(jié)果，選取2種浸漬率較低的阻燃劑FR-A和FR-B，在100℃條件下進(jìn)一步分析阻燃劑對(duì)膠合板力學(xué)性能和燃燒性能的影響。將單板分別浸漬1，3和5 h后，取出置于溫度為60～70℃的恒溫可控干燥箱中，將單板干燥至含水率為3%左右，以制備膠合板。

1.2.2 膠合板制備工藝 熱壓壓力為 1.5 MPa，熱壓時(shí)間60 s·mm－1，施膠量 300 g·m－2（雙面），熱壓溫度110℃。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 膠合性能測(cè)試 膠合板的力學(xué)性能測(cè)試遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 9846－2004《膠合板》，按Ⅲ類膠合板測(cè)試膠合強(qiáng)度，所用膠黏劑為脲醛樹(shù)脂（UF）膠黏劑（指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)1.1），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示。

1.3.2 阻燃性能測(cè)試 包括板材氧指數(shù)（OI）和煙密度的測(cè)試，具體如下：氧指數(shù)（OI）測(cè)定：是指一定尺寸試材在氧-氮混合氣體中，并在規(guī)定條件下呈蠟狀有焰燃燒所需的最小氧濃度；氧指數(shù)代表材料的難燃性，其值越高，表明材料被點(diǎn)著所需要的氧氣越多，即越難點(diǎn)著；實(shí)驗(yàn)按國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB/T2406.2－2009《塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為》進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。煙密度測(cè)定：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8627－2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》進(jìn)行燃燒性能的測(cè)試；試樣規(guī)格為 25 mm×25 mm×5 mm，燃?xì)夤ぷ鲏毫?.2 MPa。結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8624-1997《建筑材料燃燒性分級(jí)方法》的標(biāo)準(zhǔn)要求，若建筑材料需要通過(guò)B1級(jí)檢測(cè)時(shí)，氧指數(shù)和煙密度等級(jí)必須同時(shí)滿足下列條件：氧指數(shù)≥32，煙密度等級(jí)（SDR）≤75。

2 結(jié)果和分析

2.1 阻燃劑浸漬率測(cè)試結(jié)果分析

由表1可得：在阻燃劑種類、含水率相同的情況下，隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)（浸漬時(shí)間從1 h提高到5 h），思茅松單板的浸漬率呈直線上升趨勢(shì)；說(shuō)明隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在阻燃劑足夠的情況下，膠合板所吸收的阻燃劑的量會(huì)越多。在相同的工藝條件下，絕干的思茅松單板的浸漬率要高于氣干單板的浸漬率；即絕干的思茅松板材更有利于阻燃劑溶液在板材中的滲透和阻燃劑在木材上的吸附。此外，從表1還可以得出，阻燃劑種類不同，思茅松單板的阻燃劑浸漬率也不同，2種有機(jī)阻燃劑的浸漬率要高于無(wú)機(jī)阻燃劑和聚磷酸銨阻燃劑，這與阻燃劑的化學(xué)成分以及其與木質(zhì)材料的吸附性有關(guān)，將在后面的研究中進(jìn)一步進(jìn)行研究。為了進(jìn)一步研究阻燃劑對(duì)板材力學(xué)性能和燃燒性能的影響，本研究選用了2種浸漬率較低的阻燃劑作為研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行。與浸漬率高的2種阻燃劑相比，這2種浸漬率低的阻燃劑具有成本低、合成簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；下面分別對(duì)在常壓100℃條件下，浸漬了1，3和5 h的思茅松單板制備的膠合板的力學(xué)性能和燃燒性能進(jìn)行研究，并與沒(méi)有經(jīng)過(guò)阻燃處理的空白思茅松膠合板進(jìn)行對(duì)比，以進(jìn)一步確定阻燃劑對(duì)思茅松膠合板性能的影響。

表1 思茅松單板在不同工藝條件下的阻燃劑浸漬率Table 1 Impregnation rates of plywood under different conditions

2.2 膠合強(qiáng)度分析

表2為思茅松膠合板的膠合強(qiáng)度。由表2可得：經(jīng)過(guò)阻燃處理后板材的膠合強(qiáng)度明顯降低，并隨著浸漬時(shí)間的增加即浸漬率的提高，板材的膠合強(qiáng)度也越來(lái)越差。另外，經(jīng)過(guò)FR-B阻燃劑處理的膠合板的膠合強(qiáng)度要高于經(jīng)過(guò)阻燃劑FR-A處理的膠合板的膠合強(qiáng)度。結(jié)合表1可得，隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，思茅松單板的浸漬率也在提高，表明膠合強(qiáng)度與浸漬率有著明顯的線性關(guān)系，隨著阻燃劑浸漬率的增加，板材的膠合強(qiáng)度會(huì)顯著降低。另外，膠合強(qiáng)度也與阻燃劑的種類有一定的關(guān)系；FR-A阻燃劑中除了含有磷、氮元素外，還含有一定量的硼砂等無(wú)機(jī)物，所以相對(duì)于僅含磷、氮元素的FR-B阻燃劑，添加FR-A阻燃劑后膠合板的力學(xué)性能更差。

2.3 思茅松膠合板的燃燒性能分析

2.3.1 氧指數(shù)分析 由表3可得：與空白膠合板相比，經(jīng)過(guò)阻燃劑處理的思茅松膠合板的氧指數(shù)都得到了顯著的提高，F(xiàn)R-A浸漬1 h的氧指數(shù)提高了55.32%，而FR-B浸漬1 h的氧指數(shù)提高了57.00%，并且隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，膠合板的氧指數(shù)也在提高；FR-A浸漬5 h的阻燃劑最高，氧指數(shù)高達(dá)64.88。經(jīng)過(guò)FR-B阻燃劑處理的膠合板的氧指數(shù)相對(duì)經(jīng)過(guò)FR-A阻燃劑處理的膠合板的氧指數(shù)要低，并且隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，氧指數(shù)的提高幅度相對(duì)較小。可見(jiàn)，阻燃劑的種類和浸漬時(shí)間對(duì)板材的氧指數(shù)均會(huì)產(chǎn)生非常顯著的影響；當(dāng)在磷、氮系阻燃劑中加入硼元素后，則更有利于改善阻燃劑對(duì)膠合板的阻燃效果。

表2 膠合板膠合強(qiáng)度的結(jié)果分析Table 2 Bonding strength of plywood panels

表3 思茅松膠合板的氧指數(shù)測(cè)試結(jié)果Table 3 OI（oxygen index）of plywood panels

2.3.2 煙密度分析 表4為阻燃膠合板煙密度的測(cè)試結(jié)果。由表4可得：經(jīng)過(guò)阻燃劑處理之后，思茅松膠合板的最大煙密度值和煙密度等級(jí)較空白膠合板的最大煙密度值和煙密度等級(jí)都有顯著的增加，并且阻燃劑FR-B的最大煙密度值和煙密度等級(jí)要高于阻燃劑FR-A的最大煙密度值和煙密度等級(jí)。隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，阻燃劑FR-A的最大煙密度值和煙密度等級(jí)先增加后趨于平緩，變化規(guī)律與最大氧指數(shù)的變化規(guī)律差異明顯；阻燃劑FR-B的最大煙密度值和煙密度等級(jí)隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)2種阻燃劑處理之后，膠合板的發(fā)煙量顯著提高，并且FR-B對(duì)膠合板發(fā)煙不利的效果更明顯；可能是由于阻燃劑中含有磷元素，加大了膠合板材的發(fā)煙量，同時(shí)硼元素的加入可在一定程度減小板材的發(fā)煙量；但所有膠合板的煙密度等級(jí)均小于75。為了進(jìn)一步改善膠合板的發(fā)煙性能，

表4 思茅松膠合板的煙密度測(cè)試結(jié)果Table 4 Smoke density testing results of plywood panels

可通過(guò)向阻燃劑中添加一定量的抑煙劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，這部分實(shí)驗(yàn)將在今后做進(jìn)一步的研究和探討。

3 結(jié)論

思茅松單板的浸漬率由浸漬時(shí)間、阻燃劑種類和板材含水率共同決定。在浸漬時(shí)間為1～5 h時(shí)，隨著浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)板材的浸漬率也相應(yīng)提高，絕干膠合板的浸漬率要高于氣干膠合板的浸漬率。膠合板的膠合強(qiáng)度隨著單板浸漬率的提高而減小，并且阻燃劑種類對(duì)膠合強(qiáng)度也可產(chǎn)生明顯的不利影響。膠合板的氧指數(shù)、煙密度等級(jí)和最大煙密度值也隨著阻燃劑浸漬率的提高而提高，即隨著浸漬時(shí)間的提高而提高，并受阻燃劑種類的影響。與FR-A相比，F(xiàn)R-B的阻燃效果差，發(fā)煙量較大。經(jīng)過(guò)2種阻燃劑處理之后，板材的氧指數(shù)即阻燃效果都得到了明顯提高，但均增大了發(fā)煙量。但所有阻燃膠合板的氧指數(shù)和煙密度等級(jí)均可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8624－1997《建筑材料燃燒性分級(jí)方法》對(duì)B1級(jí)建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)要求。

總之，阻燃劑的種類和浸漬時(shí)間對(duì)膠合板的力學(xué)性能和燃燒性能均可產(chǎn)生明顯的影響，為了進(jìn)一步改善阻燃思茅松膠合板的性能，可進(jìn)一步通過(guò)添加抑煙劑來(lái)改善其燃燒性能。

［1］劉燕吉.木質(zhì)材料的燃燒［J］.木材工業(yè)，1996，10（6）：37－39.LIU Yanji.Wooden materials inflammation［J］.China Wood Ind，1996，10（6）：37－39.

［2］張文標(biāo)，陸肖寶，柳獻(xiàn)義，等.阻燃膠合板研究的現(xiàn)狀和對(duì)策［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17（2）：208－214.ZHANG Wenbiao，LU Xiaobao，LIU Xianyi，et al.Status and countermeasures on fire retardant plywood［J］.J Zhejiang For Coll，2000，17（2）：208－214.

［3］吳鈺.阻燃膠合板的阻燃效果及性能測(cè)定［J］.木材工業(yè)，2002，16（4）：31－32.WU Yu.Properties test on fire retardant plywood［J］.China Wood Ind，2002，16（4）：31－32.

［4］胡拉，陳志林，詹滿軍.阻燃桉樹(shù)膠合板的初步研究［J］.桉樹(shù)科技，2011，28（2）：10－15.HU La，CHEN Zhilin，ZHAN Manjun.Preliminary study on fire-retardant-treated plywood［J］.Eucalypt Sci Technol，2011，28（2）：10－15.

［5］胡景娟，程瑞香，王清文，等.楊木膠合板阻燃處理工藝及燃燒性能［J］.木材加工機(jī)械，2008（2）：14－18.HU Jingjuan，CHENG Ruixiang,WANG Qingwen，et al.Fire retardant impregnating process and combustion properties of poplar plywood［J］.Wood Process Mach，2008（2）：14－18.

［6］顧波，李光沛.表層單板經(jīng)過(guò)阻燃處理的膠合板性能的研究［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2007，34（2）：18－20.GU Bo，LI Guangpei.Study on performance of plywood made from fire retardant treated surface veneers［J］.China For Prod Ind，2007，34（2）：18－20.

［7］王明枝，楊濤，李黎，等.分子篩對(duì)磷氮阻燃膠合板協(xié)效作用的研究［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2011，39（7）：20－23.WANG Mingzhi，YANG Tao，LI Li，et al.Study on the synergistic effect of molecular sieves on P-N flame retardant plywood boards［J］.For Mach Woodworking Equip，2011，39（7）：20－23.

［8］EICKNER HW，SCHAFFER E L，F(xiàn)ire-retardant effects of individual chemicals on Douglas fir plywood［J］.Fire Technol，1967，3（2）：90－104.

［9］LEBOW S T，WINANDY J E，Effect of fire-retardant treatment on plywood pH and the relationship of pH to strength properties［J］.Wood Sci Technol，1999，33（4）：285－298.

［10］AYRILMIS N，KORKUT S，TANRITANIR E，et al.Effect of various fire retardants on surface roughness of plywood［J］.Build Environ，2006，41（7）：887－892.

［11］董放，吳章康，李世友.復(fù)合阻燃劑對(duì)思茅松膠合板性能的影響［J］.西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，27（6）：74－77.DONG Fang，WU Zhangkang，LI Shiyou.Effects of fire retardant treatment on properties of Pinus kesiya var.langbianensis plywood［J］.J Southwest For Coll，2007，27（6）：74－77.