侯云艷 程萬里 宣麗慧 高珣 李慶德 周建波

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040) (北華大學(xué)) (齊齊哈爾大學(xué)) (國家林業(yè)局北京林業(yè)機(jī)械研究所)

The bamboo parallel, phenol formaldehyde (PF) and icocyanate resin adhesives (PMDI) were used to prepare the parallel bamboo strand composite (PBSC) according to the designed process flow. The effects of the raw material size, mass fraction and dipping time of phenol formaldehyde and icocyanate resin adhesives (PMDI) on the mechanical properties of PBSC were evaluated by using an the orthogonal experimental. The suitable process parameters for preparing PBSC were selected. Within the experimental range, the mechanical properties of PBSC was increased with the content of adhesives. The performance of PBSC reached the best values when the phenol formaldehyde and isocyanate adhesive content were 30%, with MOEs of 9 780 and 9 840 MPa, and MORs of 121.08 and 124.34 MPa, respectively, both meeting the national standard GB/T20241-2006 “l(fā)aminated veneer lumber” structural veneer lumber 100E class grade requirements. The best mechanical properties appeared when the dipping time was 60 min. The effects of the veneer strips size on the MOR and MOE of PBSC were not significant. There were no significant differences in mechanical properties of BPSL impregnated by phenol formaldehyde and isocyanate resin adhesives.

在竹材人造板加工利用方面，以往研究所涉及領(lǐng)域主要體現(xiàn)在膠合板類[1]、層壓板類[2]、碎料板類、復(fù)合板類[3]等方面；結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)復(fù)合材，多采用竹單板、竹單板條或竹束等，沿構(gòu)件長度方向排列組坯，施加結(jié)構(gòu)用膠黏劑層積膠合而成。竹層積材具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，應(yīng)用范圍廣泛，可用于裝飾、包裝材料、家具、地板用材等領(lǐng)域。近年來，木結(jié)構(gòu)建筑等高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用材需求量急劇增加、木材資源短缺問題凸顯，但依據(jù)已有的研究成果，竹層積材具備替代木材及木質(zhì)人造板用于結(jié)構(gòu)材的條件和潛力[4-7]。

單板條層積材(PSL)是由單板條浸膠后順紋平行鋪裝熱壓而成的新型人造板材。PSL具有材料利用率高、材質(zhì)均勻、紋理美觀、力學(xué)性能高、機(jī)械加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，可作為裝飾和結(jié)構(gòu)用材，主要用作梁(包括端梁、挑梁、工字梁)、柱、門窗頂梁及門框等[8]。20世紀(jì)60年代末，加拿大Bloedel公司研發(fā)出利用碎單板制備PSL的工藝及產(chǎn)品，并在歐美實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)；我國在90年代起開始了對PSL的研究[9-13]，原材料多為楊木、楓木、桉樹、沙柳等樹種。我國竹材資源豐富，以竹單板條為基體，借鑒PSL的生產(chǎn)工藝制備竹單板條平行層積復(fù)合材(PBSC)，以竹代木，實(shí)現(xiàn)竹資源的高附加值利用具有重要意義。

以往的竹層積材研究，大多是對竹材原料進(jìn)行纖維化[14]或帚化[15]處理，或竹單元形態(tài)多為竹片、竹束[7]等，在某種程度上均破壞了竹材本身所具有的天然結(jié)構(gòu)。本研究以竹單板條為對象，采用正交試驗(yàn)法分析竹單板條原料規(guī)格尺寸、酚醛樹脂(PF)和異氰酸酯(PMDI)兩種膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)及浸漬時間對PBSC物理力學(xué)性能的影響，遴選PBSC的最佳制備工藝，旨在為拓展竹材資源的應(yīng)用領(lǐng)域、提高竹資源附加值提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料及儀器設(shè)備

竹材：毛竹采自中國湖南湘潭，竹齡3～5 a，干燥至含水率約為8.0%備用。

膠黏劑：PMDI，由亨斯邁公司提供(Huntsman OSB PM 4300)，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%；PF購于吉林辰龍生物質(zhì)材料有限公司，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.2%，黏度(涂4杯25 ℃)17.8 s，水溶倍數(shù)8倍(23 ℃)，貯存期90 d(20～25 ℃)，pH值為10.53。

主要儀器設(shè)備：G-9625A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司；DENSE-LAB X型剖面密度分析儀，德國EWS公司生產(chǎn)；MK805-08-HL型四回路溫度數(shù)顯控制儀，量程-200～400 ℃；100噸實(shí)驗(yàn)熱壓機(jī)；WDW-20微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，長春科新試驗(yàn)儀器有限公司等。

1.2 PBSC的制備

PBSC的制備工藝流程：原材料→單板條定寬和定厚→浸漬處理→陳放→平行組坯→預(yù)壓→熱壓→試件制作→性能檢測。

采用正交試驗(yàn)設(shè)計方法，以膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、竹單板條寬度、竹單板條厚度、膠黏劑浸漬時間為試驗(yàn)因素，每個試驗(yàn)因素選擇3個水平，按正交試驗(yàn)因素水平表L9(34)設(shè)計方案(表1)進(jìn)行試驗(yàn)。竹單板條經(jīng)壓刨機(jī)進(jìn)行表面平整刨削，去竹青竹黃；加工后的單板條置于PF和PMDI浸漬槽中浸漬；浸漬完成的單板條置于通風(fēng)處陳放24 h；通過稱量浸漬前后的竹單板條質(zhì)量計算其浸膠量。最后經(jīng)平行組坯(組坯層數(shù)為9層，見圖1)、熱壓制得厚度分別為16、24、32 mm的PBSC板材(厚度規(guī)定厚)。

表1 竹單板條制備PBSC正交試驗(yàn)因素與水平

熱壓工藝條件：熱壓溫度為160 ℃、單位壓力1.56MPa、熱壓時間為50 s/mm。將制備的PBSC按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制成規(guī)定尺寸的試件，用于力學(xué)性能測試。

圖1 竹單板條層積復(fù)合材組坯效果圖

1.3 力學(xué)性能測試

參照GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》測試PBSC的密度、24 h吸水厚度膨脹率(TS)、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)，測試結(jié)果為6個平行試驗(yàn)的算術(shù)平均值。

參照GB/T 20241—2006《單板層積材》測試PBSC的靜曲強(qiáng)度(MOR)、彈性模量(MOE)，測試結(jié)果為6個平行試驗(yàn)的算術(shù)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 PBSC物理力學(xué)性能

按照正交試驗(yàn)表L9(34)設(shè)計方案進(jìn)行9組試驗(yàn)，測試PBSC的物理力學(xué)性能，并對檢測結(jié)果進(jìn)行極差分析、方差分析(見表2～表7)。由于正交表方差分析的總偏差平方和等于各列的偏差平方和，所以在正交試驗(yàn)設(shè)計中，采用重復(fù)試驗(yàn)的方法估計試驗(yàn)誤差。

表2 正交試驗(yàn)測試的酚醛樹脂PBSC物理力學(xué)性能

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

表3 正交試驗(yàn)測試的酚醛樹脂PBSC物理力學(xué)性能極差分析

極差靜曲強(qiáng)度/MPaABCD彈性模量/MPaABCDk1119.86110.50113.24113.219716.679453.339586.339563.33k2104.98115.81112.69114.159591.679623.679564.339580.00k3110.35118.24114.21114.089415.339784.679570.009574.33R14.887.741.520.74301.34331.3422.0016.67

注：A為膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B為浸漬時間；C為單板條寬度；D為單板條厚度。

密度實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锽ACD，最優(yōu)組合為A3B1C3D3；TS實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)镃DAB，最優(yōu)組合為A2B3C1D1；IB實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)镃DBA，最優(yōu)組合為A1B2C3D1；MOR實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锳BDC，最優(yōu)組合為A1B3C3D2；MOE實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锳BDC，最優(yōu)組合為A1B3C1D2。

密度實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锽ACD，最優(yōu)組合為A3B3C3D3；TS實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)镃DAB，最優(yōu)組合為A1B3C2D1；IB實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)镃DBA，最優(yōu)組合為A2B2C3D2；MOR實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锳BDC，最優(yōu)組合為A1B2C3D3；MOE實(shí)驗(yàn)因素主次順序?yàn)锳BDC，最優(yōu)組合為A1B3C3D3。

表4 正交試驗(yàn)測試的異氰酸酯PBSC物理力學(xué)性能

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

表5 正交試驗(yàn)測試的異氰酸酯PBSC物理力學(xué)性能極差分析

極差靜曲強(qiáng)度/MPaABCD彈性模量/MPaABCDk1121.38115.89114.28115.549753.339670.009550.009508.67k2118.94119.57115.36115.129556.679483.679520.009516.00k3110.35110.82116.04116.679457.679720.009576.679557.67R11.038.751.761.55259.66236.3356.6749.00

注：A為膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)；B為浸漬時間；C為單板條寬度；D為單板條厚度。

2.1.1 PBSC的密度

由表2～表5可見：膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、單板條寬度、單板條厚度，對酚醛樹脂PBSC密度影響的極差值(R)分別為0.05、0.04、0.03、0.01 g·cm-3(見表3)，對異氰酸酯PBSC密度影響的極差值(R)分別為0.03、0.04、0.02、0.01 g·cm-3(見表5)；四因素對PBSC密度的影響，由高到低依次為膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、竹單板條寬度、竹單板條厚度。由表6、表7方差分析可見：膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PBSC密度的影響顯著，膠黏劑浸漬時間、竹單板條寬度、竹單板條厚度對PBSC密度的影響不顯著。PBSC密度，隨著PF和PMDI溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高以及竹單板條厚度增加而增大，隨著膠黏劑浸漬時間的延長及竹單板條寬度的增大而增大。當(dāng)膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，PBSC密度最大，PF和PMDI的PBSC密度分別為0.66、0.65 g·cm-3。

在浸漬過程中，膠黏劑主要分布在單板表面，并通過表面孔隙或裂隙滲透到單板內(nèi)部，對竹條細(xì)胞腔進(jìn)行填充[16]。樹脂溶液在滲透動力作用下，隨著水分進(jìn)入到細(xì)胞間隙或者細(xì)胞腔內(nèi)。隨著膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，竹單板條吸附樹脂分子的量增多[17-18]。熱壓后樹脂固化，PBSC密度增大。此外，由極差分析、方差分析結(jié)果可知，竹單板條厚度和寬度對PBSC密度的影響不明顯。在因素水平一定時，經(jīng)PF和PMDI處理竹單板條制備的PBSC密度，差異并不明顯。

斷面密度分布(VDP)也稱斷面密度梯度(VDG)，反映了密度在厚度方向上的變化規(guī)律，是反應(yīng)竹材層積材結(jié)構(gòu)特征的重要參數(shù)，也是影響竹材層積材物理力學(xué)性能的重要因素[19]。由圖2、圖3可見：PBSC板材斷面密度變化趨勢，基本呈“馬鞍型”分布，但不十分明顯。VDP形成于熱壓過程中，是熱壓溫度、水分和壓力綜合交互作用的結(jié)果[20]。VDP的形成取決于3個方面：樹種差異、板坯特性、熱壓工藝。PBSC兩端近表面處密度最高，由板面到板芯密度逐漸降低，芯層的密度最低。這是由于在熱壓過程中，板材表面最先接觸熱壓板，受熱溫度迅速上升，接觸墊板的板面膠黏劑固化形成低密度表層，壓板繼續(xù)閉合，壓力上升。同時，板面水分受熱形成蒸汽，向芯層運(yùn)動，當(dāng)板面溫度達(dá)到膠黏劑固化溫度時，在熱壓機(jī)壓力和蒸汽壓力的雙重作用下，近板面處密度上升，上下表面的水蒸氣向芯層傳遞熱量，竹條與竹條間接觸傳熱，使板面到板芯的溫度上升，在壓力和熱的作用下，膠黏劑固化板材達(dá)到最終密度[20]。隨著竹條的寬度和厚度減小，斷面密度曲線愈加平滑。綜合而言，斷面密度曲線相對平滑，表芯層密度差異不明顯。

表6實(shí)驗(yàn)因素對酚醛樹脂PBSC物理力學(xué)性能影響的方差分析

物理力學(xué)性能方差來源偏差平方和自由度均方和F值密度A 2.9421.474.74*B0.7120.361.17C1.4220.712.28D1.1020.551.76誤差2.7990.31總計8.961724h吸水厚度膨脹率A 0.2220.110.53B0.9420.472.25C1.2220.612.92D2.1621.085.15*誤差1.8990.21總計6.4317內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度A 8.9824.497.74*B2.1621.081.86C11.7625.8810.13*D5.2022.604.49*誤差5.2290.58總計33.3217靜曲強(qiáng)度A 86.96243.4813.63**B3.0021.500.47C14.8027.402.32D16.3428.172.56誤差28.7193.19總計135.0117彈性模量A793.462396.738.75**B116.08258.041.28C162.32281.161.79D214.002107.002.36誤差408.06945.34總計1693.9217

注：F0.01(2,9)=8.02，F(xiàn)0.05(2,9)=4.26；*表示影響顯著(P<0.05)，** 表示影響極顯著(P<0.01)。

2.1.2 PBSC的24 h吸水厚度膨脹率

吸水厚度膨脹率(TS)，指木材或人造板材由于含水率的增高而引起的厚度方向的尺寸變化[21]。通過極差分析可見：膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、單板條寬度、單板條厚度，對酚醛樹脂PBSC的TS影響的極差值(R)分別為0.15%、0.05%、1.07%、0.33%(見表3)，對異氰酸酯PBSC的TS影響的極差值(R)分別為0.11%、0.27%、0.65%、0.34%(見表5)；四因素對PBSC的TS影響，由高到低依次為竹單板條寬度、竹單板條厚度、膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間。方差分析顯示(見表6、表7)，竹單板條厚度對PBSC的TS影響顯著，膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、竹單板條寬度、膠黏劑浸漬時間不顯著。由表2、表3可見：PBSC的TS隨著膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、竹單板條寬度、竹單板條厚度的增大而減小。當(dāng)膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、膠黏劑浸漬時間為120 min、竹單板條寬度為5.5 mm、竹單板條厚度為2 mm時，PBSC的TS最小，酚醛樹脂和異氰酸酯PBSC的TS分別為2.4%、1.3%。在因素水平一定時，經(jīng)PMDI處理竹單板條制備PBSC比經(jīng)PF處理竹單板條制備PBSC的TS小。這與PMDI的耐濕性強(qiáng)有關(guān)[22]。

表7實(shí)驗(yàn)因素對異氰酸酯PBSC物理力學(xué)性能影響的方差分析

物理力學(xué)性能方差來源偏差平方和自由度均方和F值密度A 2.4021.204.25*B1.4220.711.51C2.3021.152.44D1.9220.962.04誤差4.2390.47總計12.271724h吸水厚度膨脹率A 0.4820.241.34B0.8620.432.38C1.0220.512.81D2.0821.045.76*誤差1.6290.18總計6.0617內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度A 7.1023.556.83*B1.3820.691.33C10.2425.129.85**D5.8422.925.62*誤差4.6890.52總計29.2417靜曲強(qiáng)度A93.96246.9811.24**B15.7227.861.88C14.3827.191.72D18.0629.032.16誤差37.6294.18總計179.7417彈性模量A983.002491.509.23**B70.30235.150.66C277.962138.982.61D165.08282.541.55誤差479.25953.25總計1975.5917

注：F0.01(2,9)=8.02，F(xiàn)0.05(2,9)=4.26；*表示影響顯著(P<0.05)，** 表示影響極顯著(P<0.01)。

PBSC的TS變化趨勢，是由單板條之間內(nèi)部空隙率、板材本身的回彈應(yīng)力等因素共同作用產(chǎn)生的[23]。在膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、竹單板條寬度、竹單板條厚度一定時，TS隨著PBSC密度的增加呈先減小后增加的趨勢；這是由于竹單板條寬度和厚度越小，PBSC密度越小，單板的比表面積減小，板材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有更多的空隙，使水能更容易滲進(jìn)板材內(nèi)部[24]。TS隨著膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高和膠黏劑浸漬時間延長而減小，而膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和膠黏劑浸漬時間是影響竹單板條浸膠量最主要的因素，板材密度隨著浸膠量的增加而增大。因此，密度越大板材的縫隙越小，膠黏劑的滲透能力降低，板材的耐水性提高[13]。PBSC密度持續(xù)增加時，板坯內(nèi)的壓縮應(yīng)力也隨之增大，致使單板條出現(xiàn)壓縮變形回彈的現(xiàn)象，宏觀上顯示為PBSC的厚度膨脹率有所增大[25]。

(a)竹單板條厚度分別為2、3、4 mm；(b)竹單板條寬度分別為5.5、11.0、22.0 mm。

(a)竹單板條厚度分別為2、3、4 mm；(b)竹單板條寬度分別為5.5、11.0、22.0 mm。

2.1.3 PBSC的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)決定于產(chǎn)品基材內(nèi)部的最大破壞拉力，定義為垂直于試件表面的最大破壞拉力和試件面積之比，其反映了人造板材產(chǎn)品的加工使用性能[15]。通過方差分析和極差分析表明，膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、單板條寬度、單板條厚度，對酚醛樹脂PBSC內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響的極差值(R)分別為0.15、0.24、1.04、0.61 MPa(見表3)，對異氰酸酯PBSC內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響的極差值(R)分別為0.34、0.39、1.45、0.65 MPa(見表5)；四因素對PBSC的IB影響，由高到低依次為竹單板條寬度、竹單板條厚度、膠黏劑浸漬時間、膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。方差分析顯示，僅竹單板條寬度對PBSC的IB影響極顯著，膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、竹單板條厚度影響顯著，膠黏劑浸漬時間影響不顯著。

由表2～表5可見：在竹單板條厚度為4 mm時，PBSC的IB最大，經(jīng)PF和PMDI處理制備的PBSC的IB分別為3.43、2.23 MPa。竹單板條較薄時，板材內(nèi)有更多的空隙，板材膠合界面不連續(xù)，單板條之間結(jié)合不緊密，使內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度有所下降[26]。竹單板條寬度的增大使得板材的IB有所下降。板材的IB在竹條寬度為5.5 mm時最大，PF浸漬處理的PBSC的IB約為3.71 MPa，PMDI浸漬處理的PBSC的IB約為3.58 MPa(見表3、表5)。隨著竹條寬度的減小，表芯層溫度梯度小，密度曲線趨于平緩，板材表現(xiàn)出更好的IB。單板條寬度較小時，單板條數(shù)量多，在熱壓時受到充分?jǐn)D壓，使得板材結(jié)構(gòu)緊密，內(nèi)結(jié)合破壞試件主要從膠層斷裂，竹材破率較低；密度增大，單板條之間結(jié)合的更為緊密，板材內(nèi)部縫隙變少，使IB增大[13]。

由表3、表5可見：板材IB隨膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大及浸漬時間的延長呈先增大后減小趨勢，當(dāng)單板膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)及浸漬時間過低時，單板表面較粗糙、背面裂隙較大，單板表面沒有足夠的膠量形成連續(xù)的膠層，從而影響其膠合；隨著膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)及浸漬時間的增加，上述情況有所改善[16]。浸漬時間延長和膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)增大時，浸膠量增加，則形成過厚的膠層，反而影響其膠合強(qiáng)度，致使PBSC的IB下降[27]。在膠黏劑浸漬時間3個水平范圍內(nèi)，浸漬時間為60 min時IB最大，酚醛樹脂和異氰酸酯PBSC的IB分別為3.29、2.68 MPa；在膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)3個水平范圍內(nèi)，膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時IB最大，酚醛樹脂和異氰酸酯PBSC的IB分別為3.23、2.37 MPa。在因素水平一定時，PMDI比PF處理的竹單板條制備的PBSC的IB小。

2.1.4 PBSC靜曲強(qiáng)度(MOR)和彈性模量(MOE)

通過極差分析結(jié)果表明：膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、單板條寬度、單板條厚度，對酚醛樹脂PBSC靜曲強(qiáng)度影響的極差值(R)分別為14.88、7.74、1.52、0.74 MPa(見表3)，對異氰酸酯PBSC靜曲強(qiáng)度影響的極差值(R)分別為11.03、8.75、1.76、1.55 MPa(見表5)，對酚醛樹脂PBSC彈性模量影響的極差值(R)分別為301.34、331.34、22.00、16.67 MPa(見表3)，對異氰酸酯PBSC彈性模量影響的極差值(R)分別為259.66、236.33、26.67、49.00 MPa(見表5)；四因素對PBSC的MOR和MOE影響，由高到低依次為膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、膠黏劑浸漬時間、竹單板條厚度、竹單板條寬度。經(jīng)方差分析表明(見表6、表7)：僅膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PBSC的MOR和MOE影響極為顯著，竹單板條寬度、竹單板條厚度、浸漬時間影響不顯著。

由表3、表5可看出，PBSC的MOR、MOE隨著膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大、膠黏劑浸漬時間的延長而呈現(xiàn)遞增趨勢，趨勢變化明顯。當(dāng)膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大和膠黏劑浸漬時間的延長時，樹脂溶液在滲透動力的作用下，隨著水分進(jìn)入到細(xì)胞間隙或者細(xì)胞腔內(nèi)的樹脂分子的量增多[17]。同時，在單板浸漬飽和之前，樹脂浸漬量隨著時間的增加慢慢增加，熱壓后使PBSC的密度增大，板材密度的增加，在不破壞竹材內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，其密實(shí)化程度越來越大,不僅增大了單位體積內(nèi)的竹材組織的質(zhì)量，也增大了竹單板條之間相互膠合的機(jī)會，因此，密度的增大使得板材內(nèi)部結(jié)合的更為緊密，從而在一定范圍內(nèi)增大了其力學(xué)性能[28]，使PBSC的MOR、MOE增強(qiáng)。隨著竹單板條寬度和厚度的變化，PBSC的MOR、MOE數(shù)值雖有波動，但變化較平緩，趨勢變化不明顯。由于竹材細(xì)胞壁中纖維素起到骨架物質(zhì)的作用，它賦予木材彈性和強(qiáng)度；而木質(zhì)素則扮演硬固物質(zhì)的角色，它賦予木材硬度和剛性；因此，竹單板條厚度和寬度的變化，對制備的PBSC的MOR和MOE影響并不明顯[15]。在因素水平一定時，PMDI處理的竹單板條制備的PBSC與PF處理的竹單板條制備的PBSC的MOR和MOE差異不明顯。

綜合結(jié)果表明：當(dāng)膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、浸漬時間為60 min、竹單板條寬度為5.5 mm、竹單板條厚度4 mm時，制備的PBSC的物理力學(xué)性能最佳；當(dāng)膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、膠黏劑浸漬時間為60 min、竹單板條寬度為22 mm、竹單板條厚度2 mm時，制備的PBSC的物理力學(xué)性能最差。在相同的工藝條件下，采用PMDI處理的竹單板條制備的PBSC試板物理力學(xué)性能，并沒有比用PF處理的竹單板條制得的PBSC試板物理力學(xué)性能有明顯的提高。

2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

綜合考慮試驗(yàn)因素對PBSC性能的影響，選擇PBSC的MOR和MOE最大值對應(yīng)的竹單板條寬度水平C3及竹單板條厚度水平D3，IB最大值對應(yīng)的浸漬時間水平B2，TS最低值對應(yīng)的膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平A1，為本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)較優(yōu)因素水平組合，即：A1B2C3D3。按此優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，分別制備PF處理的竹單板條平行層積復(fù)合材和PMDI處理的竹單板條平行層積復(fù)合材各2組，實(shí)測試板的主要物理力學(xué)性能指標(biāo)(見表8)。由表8可見：制備的PBSC均優(yōu)于正交試驗(yàn)中的9組試材。以酚醛樹脂和異氰酸酯兩種膠黏劑制備的PBSC的MOR和MOE，均達(dá)到相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20241—2006《單板層積材》結(jié)構(gòu)用單板層積材100E優(yōu)等品等級的規(guī)定值，即MOR≥37.5 MPa、MOE≥8 500 MPa。

表8 優(yōu)化工藝參數(shù)制備的PBSC物理力學(xué)性能

3 結(jié)論

常規(guī)熱壓工藝條件下，竹單板條分別浸漬PF和PMDI制備PBSC，通過方差分析結(jié)果顯示，膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響PBSC性能的主要因素。結(jié)果表明：PBSC物理力學(xué)性能，隨著膠黏劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增強(qiáng)，隨浸漬時間的延長先增強(qiáng)后減弱，竹單板條的尺寸形態(tài)對PBSC靜曲強(qiáng)度和彈性模量的影響并不顯著；以PF和PMDI制備的PBSC的MOR和MOE，均達(dá)到相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20241—2006《單板層積材》結(jié)構(gòu)用單板層積材100E優(yōu)等品等級的規(guī)定值。

分別用PF和PMDI浸漬竹單板條制備的PBSC板材，二者的物理力學(xué)性能并沒有明顯差異，均可滿足結(jié)構(gòu)用材的要求。PBSC用于建筑結(jié)構(gòu)材料使用時，若從成本角度出發(fā)，可選用PF制備PBSC；從綠色環(huán)保的角度出發(fā)，可選用PMDI制備PBSC。