摘 要: 为探讨浸注工艺对木材增重率的影响，以 PF 树脂为浸注材料，以树脂浓度、压缩次数、保压时间、浸渍时间和压缩率为试验因素，采用单因素试验方法在平压浸注装置上对杨木试件进行了浸注填充。结果显示: 2 次压缩较 1 次压缩，杨木木材增重率增加了 20. 2% ; 保压时间从 0 min 延长至 10 min，杨木木材增重率增加了 11. 5% ; 浸渍时间从 1 h 延长至 2 h，杨木木材增重率提高了 8. 8% ; 再增加压缩次数、延长保压时间和浸渍时间，杨木木材增重率均变化不大; 而杨木木材增重率随 PF 树脂浓度和杨木木材压缩率增加呈线性增加， PF 树脂浓度与压缩率对杨木木材增重率具有显著影响。因此选择压缩次数为 2 次，保压时间为 10 min，浸渍时间为 1 h，PF 树脂浓度与杨木木材压缩率由改性木材的用途决定。
关键词: 杨木; PF 树脂; 平压浸注; 增重率
杨树生长迅速成材周期短，但木材密度低、且 材质松软易变形，通过浸注填充技术将增强材料注入木材内部，使木材结构发生改变，可以使木材质量得到有效提高[1 - 3]。PF 树脂在木材浸注填充改性中得到了广泛应用[4 - 8]，树脂注入木材后，其活性基团与木材中的活性基团形成一定形式的结合，可显著提高木材的密度、硬度、耐水性、尺寸稳定性以及弹性模量等特性[9 - 12]。木材浸注填充方法较多，但 “平压浸注填充”方法目前尚未见有相关报导。平压浸注原理是基于木材的多孔特性，先通过对木材施加一定压力，使木材内部孔隙变小，空气排出，然后逐步释放压力使木材回弹，木材在回弹过程中内部形成的负压将浸渍液吸入木材内部。木材增重率是评价浸注填充技术的重要指标，对浸注改性木材的多项物理力学性能均有直接影响。本研究以 PF 树脂为浸注填充材料，采用已获发明专利 ( ZL 2013 1 0278705. 5) 的自制平压浸注装置对杨木进行浸注填充，试验采用单因素方法进行[13]，通过试验考查各浸注工艺因素对木材增重率的影响，为进一步深入研究和实际应用提供基础和指导。
1 材料与方法
1. 1 材料
试材树种为杨木 Populus euramevicana，10 年生，产地湖南益阳，试件尺寸长 × 宽 × 厚为 300 mm × 20 mm × 20 mm，试件长度方向为顺纹方向，含水率 12% ～ 14% 。浸注填充树脂为试验室自制低分子量水溶性 PF 树脂，固体含量 45% ，粘度 ( 20 ℃ ) 44 mPa·s，pH 8. 5，数均分子量 300 ～ 400。
1. 2 方法
1. 2. 1 试件平压浸注填充 PF 树脂 以 PF 树脂浓度、压缩次数、保压时间、浸渍时间、压缩率为试验因素，每个因素选择 3 个水平( 表 1) 按单因素试验方 法 进 行 试 验， 目标参数为木材增重率 ( WGR) 。各因素水平的试件数量为 5 个，气干空白试件 1 个( 作对照) ，试件浸注在 Y33 - 50 - 500 KN 型四柱油压机上的平压浸注装置( 图 1) 上进行。试件压缩率用厚度规控制，压缩方向为木材径向。
根据试验因素和水平安排，具体操作过程为: 将杨木试件置于平压浸注装置，胶槽内注入一定量的 PF 树脂将试件浸没，压机闭合并加压至铁板接触厚度规，然后缓慢释放压力，并保持压条不脱离铁板，试件在无压状态下浸渍一段时间，浸渍完成后树脂在热压机中热压固化。 1. 2. 2 杨木木材增重率计算 杨木木材经 PF 树脂浸注后，树脂进入木材内部，木材的浸注填充效果用增重率评价，增重率越高表明进入木材内部的 PF 树脂越多，木材内部构造的变化越大。计算增重率时取各因素水平 5 个试件的平均值，增重率 ( WGR) 按下式计算: WGR = m1 - m0 ( 1 + W) m0 ( 1 + W) × 100% ( 1) 式中: m0———试件初始质量( g) ; m1———试件浸渍后绝干质量( g) ; W ———试件初始含水率( % )
2 结果与分析
2. 1 PF 树脂浓度对杨木木材增重率的影响
当 PF 树脂浓度从 15% 增加至 35% 时，试件增重率从 21. 4% 增加到了 48. 2% ，增加了 26. 8% ， PF 树脂的浓度对试件增重率的影响如图 2 所示。图 2 表明，在试验范围内，PF 树脂对杨木试件具有良好渗透性，增加树脂浓度，相对低浓度树脂，木材可以在单位时间内吸收较多的树脂物质而吸收较少的溶剂，从而提高木材的增重率，可见树脂浓度对试件增重率具有显著影响，因此 PF 树脂浓度选择应根据木材用途决定。
2. 2 压缩次数对杨木木材增重率的影响
经过压缩的试件在释压过程中，由于内外压力差的作用会吸收一定量的 PF 树脂溶液，压缩次数对试件增重率的影响如图 3 所示。由图 3 可见，试件的压缩 - 释压循环从 1 次增加至 3 次时，增重率从 48. 2% 增加到了 70. 6% 。2 次循环比 1 次循环试件增重率增加了 19. 2% ，而 3 次循环仅比 2 次循环增加了 3. 2% 。其原因在于木材经过 1 ～ 2 次压缩 - 释压循环后，木材已吸收了较多的 PF 树脂，木材内部的孔隙许多已被 PF 树脂填充，PF 树脂再进入木材内部的阻力大大增加，因此再增加压缩次数，杨木木材的增重率也不可能明显提高，因此选择 2 次压缩 - 释压循环较恰当。
2. 3 保压时间对杨木木材增重率的影响
木材压缩时内部空气逐渐排出，但由于木材内部结构复杂，内空气排出会受到一定阻碍，适当延长保持压缩的时间，有利于杨木木材内部空气排出，保压时间对试件增重率的影响如图 4 所示。由图 4 可见，试件压缩至厚度规后保压时间从 0 min 延长至 20 min，试件增重率从 37. 3% 增加到 51. 5% ，保压时间从 0 min 延长至 10 min，试件增重率提高了 11. 5% ，而从 10 min 延长至 20 min，试件增重率仅提高了 2. 7% 。可见保压时间达到 10 min 后，再延长保压时间对试件的增重率影响不大，因此保压时间选择 0 ～ 10 min 较好。
2. 4 浸渍时间对杨木木材增重率的影响
浸渍时间对试件增重率的影响如图 5 所示。由 5 可见，浸渍时间从 1 h 延长至 2 h，试件增重率从39. 6% 增加到了48. 4% ，增加了8. 8% ，而从 2 h 延长至 3 h 仅增加了 0. 9% 。压缩试件在释压过程中内部形成的负压使 PF 树脂溶液向木材内部渗透，试件内外压力差越大，树脂溶液的渗透速度越快。随着浸渍时间延长，试件内外压力差逐渐减小，渗透速度逐渐降低，最后达到平衡状态，吸收的树脂量便不再增加。相对其它工艺因素，浸渍时间对试件增重率的影响不显著，考虑到生产效率，选择浸渍时间 1 h 较恰当。
2. 5 杨木木材压缩率对杨木木材增重率的影响
木材是一种多孔性材料，在压缩过程中内部空隙变小，杨木的体积空隙率为 50% ～ 55% ，最大压缩率可接近 50%[14 - 15]。木材的压缩率对试件增重率的影响如图 6 所示。由图 6 可 见，当试件压缩率从 30% 增 加 至 50% 时，其增重率从 27. 2% 增加到了 50. 6% ，增加了 23. 4% ，试件增重率随压缩率增加呈线性增加，可见在试验范围内木材压缩率对其增重率具有显著影响，因此选择什么水平的压缩率应由木材用途决定。
3 结论
在试验范围内，杨木木材的增重率随 PF 树脂浓度和压缩率的增加大体呈线性增加。杨木木材经 2 次压缩比 1 次压缩增重率提高了 20. 2% ，再增加压缩次数增重率提高不多; 保压时间从 0 min 延长至 10 min，木 材 增 重 率 提 高 了 11. 5% ，而 从 10 min 延长至 20 min，仅提高了 2. 7% ; 浸渍时间从 1 h 延长至 2 h，木材增重率仅提高了 8. 8% ，再延长浸渍时间，木材增重率增加很少。因此，压缩次数选择 2 次，保压时间选择 0 ～ 10 min，浸渍时间选择 1 h 较恰当。PF 树脂浓度和压缩率对木材增重率的影响较大，选择什么水平应由改性木材的用途决定。
参考文献:
[1] 陈瑞英，邓邵平. 福建杉木间伐材改性做地板木 [J]. 东北林业大学学报，2000，28 ( 4) : 44 - 46.
[2] 方桂珍，刘一星. 低分子量 MF 树脂固定杨木压缩木回弹技术研究 [J]. 木材工业，1996，10 ( 4) : 18 - 21.
[3] 方桂珍，李淑君，刘健威. 低分子量酚醛树脂改性大青杨木材的研究 [J]. 木材工业，1999，13 ( 5) : 17 - 19.
[4] 秦韶山，李家宁，李晓文，等. MUF 树脂浸注改性橡胶木初步研究 [J]. 热带农业科学，2013，33 ( 7) : 68 - 73.
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