摘 要: 為探討浸注工藝對木材增重率的影響，以 PF 樹脂為浸注材料，以樹脂濃度、壓縮次數、保壓時間、浸漬時間和壓縮率為試驗因素，采用單因素試驗方法在平壓浸注裝置上對楊木試件進行了浸注填充。結果顯示: 2 次壓縮較 1 次壓縮，楊木木材增重率增加了 20. 2% ; 保壓時間從 0 min 延長至 10 min，楊木木材增重率增加了 11. 5% ; 浸漬時間從 1 h 延長至 2 h，楊木木材增重率提高了 8. 8% ; 再增加壓縮次數、延長保壓時間和浸漬時間，楊木木材增重率均變化不大; 而楊木木材增重率隨 PF 樹脂濃度和楊木木材壓縮率增加呈線性增加， PF 樹脂濃度與壓縮率對楊木木材增重率具有顯著影響。因此選擇壓縮次數為 2 次，保壓時間為 10 min，浸漬時間為 1 h，PF 樹脂濃度與楊木木材壓縮率由改性木材的用途決定。

　　關鍵詞: 楊木; PF 樹脂; 平壓浸注; 增重率

　　楊樹生長迅速成材周期短，但木材密度低、且 材質松軟易變形，通過浸注填充技術將增強材料注入木材內部，使木材結構發生改變，可以使木材質量得到有效提高[1 - 3]。PF 樹脂在木材浸注填充改性中得到了廣泛應用[4 - 8]，樹脂注入木材后，其活性基團與木材中的活性基團形成一定形式的結合，可顯著提高木材的密度、硬度、耐水性、尺寸穩定性以及彈性模量等特性[9 - 12]。木材浸注填充方法較多，但 “平壓浸注填充”方法目前尚未見有相關報導。平壓浸注原理是基于木材的多孔特性，先通過對木材施加一定壓力，使木材內部孔隙變小，空氣排出，然后逐步釋放壓力使木材回彈，木材在回彈過程中內部形成的負壓將浸漬液吸入木材內部。木材增重率是評價浸注填充技術的重要指標，對浸注改性木材的多項物理力學性能均有直接影響。本研究以 PF 樹脂為浸注填充材料，采用已獲發明專利 ( ZL 2013 1 0278705. 5) 的自制平壓浸注裝置對楊木進行浸注填充，試驗采用單因素方法進行[13]，通過試驗考查各浸注工藝因素對木材增重率的影響，為進一步深入研究和實際應用提供基礎和指導。

　　1 材料與方法

　　1. 1 材料

　　試材樹種為楊木 Populus euramevicana，10 年生，產地湖南益陽，試件尺寸長 × 寬 × 厚為 300 mm × 20 mm × 20 mm，試件長度方向為順紋方向，含水率 12% ～ 14% 。浸注填充樹脂為試驗室自制低分子量水溶性 PF 樹脂，固體含量 45% ，粘度 ( 20 ℃ ) 44 mPa·s，pH 8. 5，數均分子量 300 ～ 400。

　　1. 2 方法

　　1. 2. 1 試件平壓浸注填充 PF 樹脂 以 PF 樹脂濃度、壓縮次數、保壓時間、浸漬時間、壓縮率為試驗因素，每個因素選擇 3 個水平( 表 1) 按單因素試驗方 法 進 行 試 驗， 目標參數為木材增重率 ( WGR) 。各因素水平的試件數量為 5 個，氣干空白試件 1 個( 作對照) ，試件浸注在 Y33 - 50 - 500 KN 型四柱油壓機上的平壓浸注裝置( 圖 1) 上進行。試件壓縮率用厚度規控制，壓縮方向為木材徑向。

　　根據試驗因素和水平安排，具體操作過程為: 將楊木試件置于平壓浸注裝置，膠槽內注入一定量的 PF 樹脂將試件浸沒，壓機閉合并加壓至鐵板接觸厚度規，然后緩慢釋放壓力，并保持壓條不脫離鐵板，試件在無壓狀態下浸漬一段時間，浸漬完成后樹脂在熱壓機中熱壓固化。 1. 2. 2 楊木木材增重率計算 楊木木材經 PF 樹脂浸注后，樹脂進入木材內部，木材的浸注填充效果用增重率評價，增重率越高表明進入木材內部的 PF 樹脂越多，木材內部構造的變化越大。計算增重率時取各因素水平 5 個試件的平均值，增重率 ( WGR) 按下式計算: WGR = m1 - m0 ( 1 + W) m0 ( 1 + W) × 100% ( 1) 式中: m0———試件初始質量( g) ; m1———試件浸漬后絕干質量( g) ; W ———試件初始含水率( % )

　　2 結果與分析

　　2. 1 PF 樹脂濃度對楊木木材增重率的影響

　　當 PF 樹脂濃度從 15% 增加至 35% 時，試件增重率從 21. 4% 增加到了 48. 2% ，增加了 26. 8% ， PF 樹脂的濃度對試件增重率的影響如圖 2 所示。圖 2 表明，在試驗范圍內，PF 樹脂對楊木試件具有良好滲透性，增加樹脂濃度，相對低濃度樹脂，木材可以在單位時間內吸收較多的樹脂物質而吸收較少的溶劑，從而提高木材的增重率，可見樹脂濃度對試件增重率具有顯著影響，因此 PF 樹脂濃度選擇應根據木材用途決定。

　　2. 2 壓縮次數對楊木木材增重率的影響

　　經過壓縮的試件在釋壓過程中，由于內外壓力差的作用會吸收一定量的 PF 樹脂溶液，壓縮次數對試件增重率的影響如圖 3 所示。由圖 3 可見，試件的壓縮 - 釋壓循環從 1 次增加至 3 次時，增重率從 48. 2% 增加到了 70. 6% 。2 次循環比 1 次循環試件增重率增加了 19. 2% ，而 3 次循環僅比 2 次循環增加了 3. 2% 。其原因在于木材經過 1 ～ 2 次壓縮 - 釋壓循環后，木材已吸收了較多的 PF 樹脂，木材內部的孔隙許多已被 PF 樹脂填充，PF 樹脂再進入木材內部的阻力大大增加，因此再增加壓縮次數，楊木木材的增重率也不可能明顯提高，因此選擇 2 次壓縮 - 釋壓循環較恰當。

　　2. 3 保壓時間對楊木木材增重率的影響

　　木材壓縮時內部空氣逐漸排出，但由于木材內部結構復雜，內空氣排出會受到一定阻礙，適當延長保持壓縮的時間，有利于楊木木材內部空氣排出，保壓時間對試件增重率的影響如圖 4 所示。由圖 4 可見，試件壓縮至厚度規后保壓時間從 0 min 延長至 20 min，試件增重率從 37. 3% 增加到 51. 5% ，保壓時間從 0 min 延長至 10 min，試件增重率提高了 11. 5% ，而從 10 min 延長至 20 min，試件增重率僅提高了 2. 7% 。可見保壓時間達到 10 min 后，再延長保壓時間對試件的增重率影響不大，因此保壓時間選擇 0 ～ 10 min 較好。

　　2. 4 浸漬時間對楊木木材增重率的影響

　　浸漬時間對試件增重率的影響如圖 5 所示。由 5 可見，浸漬時間從 1 h 延長至 2 h，試件增重率從39. 6% 增加到了48. 4% ，增加了8. 8% ，而從 2 h 延長至 3 h 僅增加了 0. 9% 。壓縮試件在釋壓過程中內部形成的負壓使 PF 樹脂溶液向木材內部滲透，試件內外壓力差越大，樹脂溶液的滲透速度越快。隨著浸漬時間延長，試件內外壓力差逐漸減小，滲透速度逐漸降低，最后達到平衡狀態，吸收的樹脂量便不再增加。相對其它工藝因素，浸漬時間對試件增重率的影響不顯著，考慮到生產效率，選擇浸漬時間 1 h 較恰當。

　　2. 5 楊木木材壓縮率對楊木木材增重率的影響

　　木材是一種多孔性材料，在壓縮過程中內部空隙變小，楊木的體積空隙率為 50% ～ 55% ，最大壓縮率可接近 50%[14 - 15]。木材的壓縮率對試件增重率的影響如圖 6 所示。由圖 6 可 見，當試件壓縮率從 30% 增 加 至 50% 時，其增重率從 27. 2% 增加到了 50. 6% ，增加了 23. 4% ，試件增重率隨壓縮率增加呈線性增加，可見在試驗范圍內木材壓縮率對其增重率具有顯著影響，因此選擇什么水平的壓縮率應由木材用途決定。

　　3 結論

　　在試驗范圍內，楊木木材的增重率隨 PF 樹脂濃度和壓縮率的增加大體呈線性增加。楊木木材經 2 次壓縮比 1 次壓縮增重率提高了 20. 2% ，再增加壓縮次數增重率提高不多; 保壓時間從 0 min 延長至 10 min，木 材 增 重 率 提 高 了 11. 5% ，而 從 10 min 延長至 20 min，僅提高了 2. 7% ; 浸漬時間從 1 h 延長至 2 h，木材增重率僅提高了 8. 8% ，再延長浸漬時間，木材增重率增加很少。因此，壓縮次數選擇 2 次，保壓時間選擇 0 ～ 10 min，浸漬時間選擇 1 h 較恰當。PF 樹脂濃度和壓縮率對木材增重率的影響較大，選擇什么水平應由改性木材的用途決定。

　　參考文獻:

　　[1] 陳瑞英，鄧邵平. 福建杉木間伐材改性做地板木 [J]. 東北林業大學學報，2000，28 ( 4) : 44 - 46.

　　[2] 方桂珍，劉一星. 低分子量 MF 樹脂固定楊木壓縮木回彈技術研究 [J]. 木材工業，1996，10 ( 4) : 18 - 21.

　　[3] 方桂珍，李淑君，劉健威. 低分子量酚醛樹脂改性大青楊木材的研究 [J]. 木材工業，1999，13 ( 5) : 17 - 19.

　　[4] 秦韶山，李家寧，李曉文，等. MUF 樹脂浸注改性橡膠木初步研究 [J]. 熱帶農業科學，2013，33 ( 7) : 68 - 73.

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