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纳米蒙脱土改性酚醛树脂胶黏剂对大片刨花板性能的影响.pdf
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1、传统阻燃剂在人造板中的应用已经十分成熟,但传统阻燃剂施加量较高、显著削弱胶合性能的问题一直未得到合理解决。将纳米蒙脱土加入胶黏剂中则为解决该问题提供了技术可能。为此,这项工作的重点是将纳米材料蒙脱土分散在酚醛()树脂中,并压制大片刨花板。试验结果表明,在经过超声与搅拌处理之后纳米蒙脱土的层间距增大,有利于纳米蒙脱土在 树脂中的分散。变温傅里叶红外光谱的结果表明钠基蒙脱土延缓了 树脂固化。通过计算纳米蒙脱土改性 树脂热分解残余质量分数的理论值并将其与试验结果进行比较,表明蒙脱土的加入提高了木材的热稳定性。力学性能结果显示,当钠基蒙脱土()的添加量占绝干刨花质量的 时,静曲强度与弹性模量提升幅度最
2、大,分别为 和,当有机蒙脱土()的添加量占绝干刨花质量的 时可以使内结合强度提高。同时在胶黏剂中加入质量分数 的蒙脱土对大片刨花板极限氧指数数值的提升幅度为 。采用纳米蒙脱土改性人造板中的胶黏剂是有效提高人造板阻燃性能与力学性能可行的方案。关键词:纳米蒙脱土;大片刨花板;阻燃性能;力学性能中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,(),()(),(),(),(),林 业 工 程 学 报第 卷 ,:;大片刨花板(主要为定向结构刨花板)以小径级木材为主,力学性能优异,制造工艺成熟,在现代绿色建筑中已得到普遍应用,而进一步提升其阻燃性能、确保消防安全受到广泛关切。传统阻燃剂施加量较大,使用时
3、通常会不同程度地降低板材的力学性能。纳米填料的阻燃作用包括大幅度降低热释放速率峰值()及质量损失速率(),增强作为传质、传热屏障的有机炭层充当催化剂,促进成炭反应。如将纳米蒙脱土添加至聚丙烯、尼龙 及聚苯乙烯等热塑性树脂中可以提高材料极限氧指数值和 级别,达到抑烟、提高残炭量、降低热释放速率峰值等阻燃效果,并且作为填料时蒙脱土的添加量很少,通常仅占材料整体质量的。酚醛()树脂作为户外木结构材料常用胶黏剂,施胶量通常占绝干刨花质量的 左右,其本身的芳香族结构有利于在燃烧过程中炭化。近几年关于蒙脱土对 树脂宏观力学性能影响的研究很多,但是针对蒙脱土对酚醛树脂固化过程的研究较少,也很少将纳米蒙脱土作
4、为大片刨花板的阻燃添加剂进行研究。笔者利用超声处理,将 种不同极性纳米材料蒙脱土以 种施加梯度分散在 树脂中,对比不同极性蒙脱土在 树脂(固含量)中的分散效果。结合变温过程中胶黏剂的傅里叶红外光谱图分析不同蒙脱土对胶黏剂固化过程的影响,并将改性 树脂应用于大片刨花板中,观察大片刨花板的阻燃性能与力学性能变化情况,并得到较优施加参数以对实际生产提供参考。材料与方法 试验材料含水率为 的大片杨木刨花、树脂胶黏剂(固含量为,为,广东太尔胶黏剂公司)、有机蒙脱土(,粒径 ,浙江丰虹膨润土有限公司)、钠基蒙脱土(,粒径,浙江丰虹膨润土有限公司)、去离子水。改性 树脂的制备在室温下,将 树脂在磁力搅拌器上
5、以 的稳定转速进行搅拌,然后将 缓慢加入烧杯中继续搅拌 ,之后将搅拌好的混合物超声处理 ,最后取出得到样品。本试验制备的改性 树脂根据蒙脱土添加量与种类的不同共得到 组样品,如表 所示。表 各组胶黏剂配方 单位:样品编号 质量分数 质量分数 质量分数对照组 注:与 的质量分数为 树脂固含量的质量百分比。大片刨花板的制备将刨花与胶黏剂在搅拌器(精密增力搅拌器,型,郑州南北仪器有限公司)中搅拌 后进行铺装和组坯,通过热压机(平板硫化机,型,青岛鑫城一鸣橡胶机械有限公司)热压成形。热压温度为 ,总热压时间为 ,热压压力依次为 ()、()、()。最后将刨花板锯切成一定规格的锯材,每种大片刨花板重复压制
6、 块。蒙脱土插层与分散效果测试为检测蒙脱土在胶黏剂中的分散情况,利用组合型多功能水平 射线衍射仪(型,日本)对添加 质量分数、质量分数 的 与不添加蒙脱土的 绝干粉末(粒径 )进行测试,测试范围选取。物理力学性能测试使用微机控制电子万能试验机,依据 人造板及饰面人造板理化性能试验方法,对板材的静曲强度()、弹性模量 第 期田飞宇,等:纳米蒙脱土改性酚醛树脂胶黏剂对大片刨花板性能的影响()、内结合强度()和 吸水厚度膨胀率()进行测试。三点弯曲试验每组重复 次,内结合强度试验每组重复 次,吸水厚度膨胀率试验每组重复 次。傅里叶红外光谱测试为测试将蒙脱土加入 树脂后对 树脂固化时间延长或缩短的具体
7、影响程度,将 质量分数的 与 分别添加至 树脂中,并搅拌 后超声处理 ,分别命名为 和。将 组样品放入 的干燥箱中固化 ,每 取一次样品,将提取出的试样进行 压片,将液体或黏性 树脂样品涂抹在纯 压片上进行测试。热稳定性与燃烧性能测试为研究不同的纳米蒙脱土对 树脂以及 树脂与木粉混合物热稳定性的影响,使用热重分析仪(型,德国耐驰公司),在 流速的氮气气氛中,以 的升温速率,分析了 种蒙脱土粉末、经质量分数蒙脱土改性前后的 树脂绝干粉末、杨木粉末以及杨木与改性 树脂混合粉末在 的质量变化情况,粉末粒径为 。根据以下公式计算混合物的理论残炭量:理论值 ;理论值 。其中:表示 物质的实际残炭量;表示
8、 物质在混合物中的质量占比;表示蒙脱土,表示 树脂,表示杨木木粉,表示蒙脱土改性 树脂。依据 塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第 部分:室温试验,以氧指数测定仪(型,南京上元分析仪器有限公司),采用极限氧指数法()对各种板材进行燃烧性能测试,并使用环境扫描电子显微镜(,型,美国 公司)对测试后的试样拍摄照片,观察微观尺度下试样燃烧的程度。为探究蒙脱土的加入是否有助于大片刨花板的成炭过程,通过 对极限氧指数测试回收样品的炭层部分进行表征。结果与分析 射线衍射仪分析纳米黏土改性 树脂的 射线衍射图见图,样品的片层间距见表。根据 公式计算了蒙脱土的层间距,自身层间距为 ,的片层间距为 。经过超声处理,
9、的片层间距增大为 ,该结果表明 的片层有剥离趋势,更有利于 在 树脂中的分散;的片层间距为,较纯 有所减小,但是 的层间距仍大于。图 纳米黏土改性 树脂的 射线衍射图 表 样品的片层间距 样品编号()层间距 傅里叶红外光谱分析 下不同时间 种胶黏剂的形态、种胶黏剂的变温红外图谱、树脂固化反应中官能团变化示意图和 种胶黏剂的 值(羟甲基与亚甲基浓度的比值)变化曲线见图。从图 中可以看出,在高温下,树脂的亚甲基键(,)和羟甲基(,)伸缩振动特征峰在不断变化。根据 树脂的固化机理,在固化过程中首先由苯酚和甲醛反应生成不稳定中间产物亚甲基醌,而亚甲基醌很快会继续反应,生成的产物含有羟甲基和亚甲基;然后
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