解俊英 肖生苓
摘?要:為研究不同老化條件對(duì)稻殼-木刨花外包裝箱板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的影響,分別采用WCAMA六循環(huán)老化法和紫外老化法,對(duì)兩種老化后試件的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試和熱重分析。結(jié)果表明:經(jīng)歷WCAMA六循環(huán)老化,稻殼-木刨花外包裝箱板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率僅剩45.9%,老化使得木刨花中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素被大量分解,失重率為63.04%,酚醛樹脂全部水解,異氰酸酯部分水解;而經(jīng)歷1 500 h紫外老化,稻殼-木刨花外包裝箱板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率為87.46%,木刨花中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素部分分解,失重率為49.19%,只有小部分酚醛樹脂發(fā)生光化降解,異氰酸酯幾乎未受到影響。從而得到,不同的老化處理方式對(duì)稻殼-木刨花外包裝箱板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性都有影響,但WCAMA六循環(huán)老化法影響更大。
關(guān)鍵詞:WCAMA六循環(huán)老化;紫外老化;稻殼-木刨花復(fù)合板;外包裝箱板;內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度;熱穩(wěn)定性
中圖分類號(hào):TS653?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A???文章編號(hào):1006-8023(2019)04-0043-08
Effect of Aging Treatment on IB and Thermal Stability
of Rice Husk-Wood Shaving Box
XIE Junying, XIAO Shengling*
(College of Engineering and Technology, Northeast Forestry University, Harbin 150040)
Abstract:In order to study the effects of different aging conditions on the bond strength and thermal stability of the rice husk-wood shaving box, the internal bond strength of the two aging specimens was tested and thermogravimetric analyzed using WCAMA six-cycle aging method and UV aging method, respectively. The results showed: After WCAMA six-cycle aging, the internal binding strength retention rate of the husk-wood shavings outside the box is only 45.9%. The aging caused the cellulose, hemicellulose and lignin in wood shavings to be decomposed in a large amount, the weight loss rate is 63.04%, the phenolic resin is completely hydrolyzed, and the isocyanate is partially hydrolyzed. After 1 500 h UV aging, the internal bond strength retention rate of the rice husk-wood shaving box is 87.46%. The cellulose, hemicellulose and lignin in the wood shavings are partially decomposed, and the weight loss rate is 49.19%. Only a small part of the phenolic resin is photochemically changed. Isocyanate is almost unaffected. Conclusion: different aging treatment methods have an effect on the bonding strength and thermal stability of the rice husk-wood shaving box, but the WCAMA six-cycle aging method have a greater influence.
Keywords:WCAMA six cycle aging; ultraviolet aging; rice husk-wood shavings composite board; outer box board; IB; thermal stability
0?引言
隨著物流的不斷發(fā)展,木質(zhì)包裝材料作為一種環(huán)境協(xié)調(diào)性材料,具有綠色包裝材料的特點(diǎn),受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。我國(guó)是少林國(guó)家,木材供需矛盾尖銳。以廢棄農(nóng)林生物質(zhì)資源制備包裝材料具有廣闊發(fā)展前景[1-2]。外包裝箱用復(fù)合板常用于室外,會(huì)受到各種不利因素的影響,如紫外線照射、溫濕度變化和鹽霧侵蝕等,這些因素會(huì)使復(fù)合板的力學(xué)性能降低,縮短外包裝箱的使用壽命,因此復(fù)合板應(yīng)具有良好的耐老化性能[3-4]。
耐老化性能是評(píng)價(jià)復(fù)合板在使用的過(guò)程中抵抗熱、水和光等環(huán)境因素的承受能力的一項(xiàng)重要指標(biāo),能夠反映出材料優(yōu)劣程度[5]??梢酝ㄟ^(guò)耐老化性能的好壞,優(yōu)化復(fù)合板的制備工藝。我國(guó)在人造板耐老化性能研究方面比國(guó)外起步晚,且系統(tǒng)的研究較少,絕大多數(shù)的研究都采用ASTMD 1037、DIN8676(V100)和BS5669等常用加速老化試驗(yàn)方法,來(lái)評(píng)定人造板的耐老化性,研究的板材多為刨花板。謝新峰[6]采用ASTM D1037和BS5669兩種加速老化試驗(yàn)方法,分別對(duì)酚醛樹脂膠和脲醛樹脂膠楊木膠合板(3層),在不同施膠量、不同組坯方式條件下進(jìn)行了老化試驗(yàn)。黃小真[7]采用3種人工加速老化方法(ASTM D 1037、BS EN1087-1、EuroPeanAFNORV313)對(duì)戶外竹材重組板材進(jìn)行老化處理,通過(guò)分析認(rèn)為BS EN1087一是研究竹材重組材耐老化性能較優(yōu)的人工加速老化處理方法。但是對(duì)新型木質(zhì)包裝材料的耐老化性能的研究幾乎沒(méi)有。
本研究以農(nóng)業(yè)剩余物稻殼和林業(yè)剩余物木刨花作為主要原料,以酚醛樹脂(PF)和異氰酸酯(PAPI)作為膠黏劑,在熱壓工藝條件下制備稻殼-木刨花外包裝箱復(fù)合板,探討WCAMA六循環(huán)老化處理和紫外老化處理方式對(duì)其性能的影響。
1?實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1?實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
1.1.1?實(shí)驗(yàn)材料
稻殼,黑龍江省五常市當(dāng)年產(chǎn)水稻脫殼制得,研磨,粒度為8~20目,干燥,含水率10%以下;木刨花,黑龍江省好家木業(yè)有限責(zé)任公司,尺寸為3~5 mm,10~20 mm,含水率6%以下;膠黏劑,酚醛樹脂膠(PF),固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)45.3%,游離甲醛含量小于0.3%,市售工業(yè)品;異氰酸酯(PAPI),固含量100%,市售工業(yè)品;石蠟乳液防水劑,固含量35%,市售工業(yè)品。
1.1.2?實(shí)驗(yàn)設(shè)備
萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī),UTM-10T-PL,日本;恒溫水箱,BK-53,日本;干燥箱,DX-58,日本,美國(guó);熱重分析儀,(SDT)Q600,美國(guó);紫外老化試驗(yàn)箱,上海邁捷。
1.1.3?稻殼-木刨花外包裝箱板的制備
稻殼-木刨花復(fù)合板,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。表層為施加PF的木刨花,芯層為施加PAPI的稻殼,各層質(zhì)量比為:表層∶芯層∶表層=20∶60∶20[8-11],采用三段式熱壓法進(jìn)行熱壓,熱壓溫度為190 ℃,熱壓時(shí)間25 s/mm。制備工藝流程如圖2所示。復(fù)合板幅面尺寸為405 mm×405 mm,每張復(fù)合板裁切出50 mm×50 mm×16 mm試件18個(gè),做3組測(cè)試,共需要3張板,每個(gè)性能指標(biāo)取6個(gè)試件的平均值作為檢測(cè)結(jié)果。參照《GBT 4897—2015 刨花板》對(duì)復(fù)合板的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。
1.2?實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1?WCAMA六循環(huán)老化
美國(guó)西海岸膠粘劑協(xié)會(huì)(The West Coast Adhesive Manufactures Association, WCAMA)[12]的研究人員通過(guò)對(duì)ASTM D 1037六循環(huán)老化法的研究,發(fā)現(xiàn)每個(gè)循環(huán)中的溫水浸泡處理改用沸水處理后,效果會(huì)更好,且冷凍對(duì)老化結(jié)果影響小,并于1968年提出了一種新的WCAMA六循環(huán)老化法。這種老化法與ASTM老化法以及室外老化五年所得的結(jié)果幾乎沒(méi)有差別,WCAMA六循環(huán)老化法只需6 d就可完成試驗(yàn),比ASTM老化法節(jié)約了一半時(shí)間。WCAMA老化法的內(nèi)容為:
(1)浸泡(19~27 ℃,真空度9.33 kPa)30 min。
(2)煮沸(100 ℃)3 h。
(3)干燥(105 ℃)20 h。
1.2.2?紫外老化
將試件置于QUV紫外老化箱中,采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合板進(jìn)行紫外加速老化試驗(yàn)。老化過(guò)程中的一個(gè)周期是12 h,其中包括紫外照射8 h和冷凝4 h兩個(gè)階段,第一階段是模擬大氣環(huán)境中太陽(yáng)光的降解作用,這個(gè)過(guò)程是利用波長(zhǎng)為340 nm的紫外線對(duì)復(fù)合板照射8 h,實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的溫度控制在50 ℃,刨花板經(jīng)過(guò)紫外光照射后進(jìn)入4 h的冷凝循環(huán),這個(gè)過(guò)程是模擬大氣環(huán)境中露水的作用,通過(guò)底面加熱管的加熱作用使水分蒸發(fā),水蒸氣在上升的過(guò)程中遇到試件后冷凝結(jié)成水滴附在復(fù)合板的表面,此時(shí)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的溫度控制在60 ℃[13-15]。對(duì)試件分別進(jìn)行500、1 000、1 500 h的紫外老化。
1.2.3?變異系數(shù)計(jì)算
變異系數(shù)是用來(lái)衡量數(shù)據(jù)離散程度的統(tǒng)計(jì)量,計(jì)算公式為:變異系數(shù)C.V.=標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值,它不僅受數(shù)據(jù)離散程度的影響,還受數(shù)據(jù)平均值大小的影響。變異系數(shù)越小,變異(偏離)程度越小,風(fēng)險(xiǎn)也就越小;反之,變異系數(shù)越大,變異(偏離)程度越大,風(fēng)險(xiǎn)也就越大。
2?結(jié)果與分析
2.1?WCAMA六循環(huán)老化對(duì)復(fù)合板性能的影響
2.1.1?WCAMA六循環(huán)老化對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度反映了復(fù)合板內(nèi)部刨花之間、稻殼之間、刨花與稻殼之間的膠合作用,研究表明,復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的大小和板內(nèi)膠接點(diǎn)的數(shù)目有關(guān),膠接點(diǎn)越多,物料之間黏結(jié)越緊密,復(fù)合板能承受的內(nèi)應(yīng)力作用越大;膠接點(diǎn)數(shù)目越少,復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度越小,越容易發(fā)生分層或開裂等現(xiàn)象。老化后試件的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度與未老化試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的比值,稱為內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率,它表明老化后試件強(qiáng)度的變化情況。
圖3為WCAMA六循環(huán)老化試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率的變化曲線。從圖3可以看出,隨著老化循環(huán)的增加,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)。在試件老化
處理過(guò)程中,第一個(gè)循環(huán)結(jié)束后,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率為58.96%,下降了41.04%;第二個(gè)循環(huán)結(jié)束后,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率為53.91%,和第一個(gè)循環(huán)相比下降了5.05%。前兩個(gè)循環(huán)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降比較嚴(yán)重,下降率為46.09%(下降率=1-保留率),這是因?yàn)榍皟蓚€(gè)循環(huán)過(guò)程中,試件影響條件劇烈變化,導(dǎo)致其內(nèi)部的各種應(yīng)力(干縮濕脹、膠粘劑固化時(shí)的收縮應(yīng)力等)一起釋放。隨著老化循環(huán)的進(jìn)行,從第三循環(huán)到第六循環(huán)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降速度變緩,保留率依次為52.73%、51.95%、50.60%和45.90%,下降率為6.83%。試件經(jīng)過(guò)六個(gè)循環(huán)的老化,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降了54.1%,WCAMA六循環(huán)老化能對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。這是因?yàn)閃CAMA六循環(huán)老化中的水和熱加速了酚醛樹脂膠黏劑的水解,使得木刨花之間的膠黏作用減弱,膠合層產(chǎn)生裂紋,更多的水分子進(jìn)入復(fù)合板,使得粘接稻殼的異氰酸酯膠黏劑也發(fā)生水解,板內(nèi)的膠接點(diǎn)數(shù)目減少,稻殼之間粘結(jié)不再緊密,刨花、稻殼之間的縫隙越來(lái)越大,復(fù)合板變得蓬松易散,從而導(dǎo)致復(fù)合板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低。
表1為第一至第六循環(huán)(U1~U6)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率變異系數(shù)分析表,從表1中的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率變異系數(shù)可以看出,第一個(gè)循環(huán)到第二個(gè)循環(huán)變異系數(shù)減小,且差異很大,下降了18.42%,說(shuō)明環(huán)境的劇烈變化,不同試件應(yīng)力的釋放不同,導(dǎo)致內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度差異偏大,變異系數(shù)偏大;從第二循環(huán)到第六循環(huán)變異系數(shù)逐漸變大,且差異很小,增長(zhǎng)率為0.55%~1.31%,說(shuō)明隨著老化循環(huán)的進(jìn)行,試件對(duì)環(huán)境的適應(yīng),試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的離散程度變小,且內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度逐漸減小,變異系數(shù)變大。從而證明了在老化過(guò)程中,前兩個(gè)循環(huán)對(duì)試件的影響較大,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降嚴(yán)重,而后四個(gè)循環(huán)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降平緩,驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2.1.2?WCAMA六循環(huán)老化對(duì)復(fù)合板熱穩(wěn)定性及組分的影響
熱重分析是在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù),用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。材料的熱穩(wěn)定性好,說(shuō)明試件在老化過(guò)程中不易分解,具有較好的耐老化性能。同時(shí)也可以定量分析經(jīng)過(guò)老化后試件內(nèi)組分的變化。
圖4和圖5為木刨花在升溫速率為10℃/min下的熱失重和微分熱重曲線。由圖4和圖5可知,隨著溫度升高,樣品進(jìn)入熱解失水階段,失重速率先增大后減小[16-19]。在100℃時(shí)熱損失率在8%左右,200℃時(shí)半纖維素開始受熱分解,且隨著溫度升高而呈現(xiàn)出分解速率加快的趨勢(shì),260℃時(shí)纖維素和木質(zhì)素開始分解,直到385℃所有組分已基本分解,此階段失重率占樣品熱解失重的50%~63%左右。樣品在385~700 ℃時(shí),殘余木質(zhì)素持續(xù)熱降解,并最終生成炭和灰分,此階段熱損失率較小,約為10%~20%。
從表2可以看出,經(jīng)歷六個(gè)循環(huán)的樣品失重率最大為63.04%,只經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)的樣品失重率最小,隨著循環(huán)次數(shù)增加,樣品中被氧化老化的纖維含量升高,纖維更容易被熱解,使樣品在同一溫度下的質(zhì)量殘留率降低,這個(gè)階段DTG曲線也發(fā)生了變化,失重率先增大后減小,從樣品DTG曲線中可以看出,峰值大小從經(jīng)歷六個(gè)循環(huán)至經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)依次降低,說(shuō)明在熱解過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)六循環(huán)老化的樣品失重最快,纖維中的大分子含量少,也說(shuō)明了樣品在經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)后的熱穩(wěn)定性較好,同時(shí)曲線中只有一個(gè)峰,說(shuō)明老化條件十分劇烈導(dǎo)致表層的酚醛樹脂全部被水解。
在熱解碳化階段,TG曲線隨溫度升高變化趨于平緩,DTG曲線熱解速率接近于0,反應(yīng)結(jié)束后殘余物為少量固體碳化物和不可分解的灰分;從TG曲線可以看出,第一循環(huán)殘余量最多,第六循環(huán)最少,說(shuō)明經(jīng)過(guò)一循環(huán)后木刨花內(nèi)部的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素被分解的最少,有較好的熱穩(wěn)定性,隨著老化程度的加深,被分解的越來(lái)越多,熱穩(wěn)定性逐漸減弱。
圖6和圖7是稻殼在升溫速率為10℃/min下的熱失重和微分熱重曲線。由圖7可知,隨著溫度的升高,失重速率先增大后減小,當(dāng)溫度為60℃時(shí),失重率出現(xiàn)第一個(gè)峰值,是試件內(nèi)水分的蒸發(fā),之后稻殼開始燃燒,隨著溫度的升高,失重率逐漸增加,當(dāng)溫度升到350℃左右時(shí),失重率最大,隨后逐漸下降,接著膠黏劑開始燃燒,在溫度達(dá)到400℃左右時(shí),失重速率再次先增大后減小。在老化的過(guò)程中,水和熱充分和試件表面接觸,施加在表層木刨花上的酚醛樹脂被完全分解,隨著老化程度的加深,水和熱進(jìn)入試件內(nèi)部,開始水解稻殼和異氰酸酯。
第三個(gè)峰的出現(xiàn),說(shuō)明試件內(nèi)部粘接稻殼的異氰酸酯并未被全部分解,試件具有一定的耐老化性能。從圖6中可以看出,六個(gè)循環(huán)的變化趨勢(shì)相同,第一循環(huán)殘余量最多,第六循環(huán)最少,說(shuō)明在老化過(guò)程中第一循環(huán)稻殼中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素被分解的最少,熱穩(wěn)定性最好。
2.2?紫外加速老化對(duì)復(fù)合板性能的影響
2.2.1?紫外加速老化對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響
圖8為試件在不同紫外老化時(shí)間內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率的變化曲線。從圖8中可以看出,試件在老化過(guò)程中,隨著老化時(shí)間的增加,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率逐漸降低,經(jīng)過(guò)500 h的紫外老化,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率為97.87%,下降了2.13%;經(jīng)過(guò)1 000 h的紫外老化,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率為93.62%,和老化500 h相比下降了4.25%;老化1 500 h后,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率為87.46%,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度較老化1 000 h下降了6.16%。這是因?yàn)榉尤渲谧贤夤獾恼丈湎掳l(fā)生光化降解反應(yīng),較長(zhǎng)的分子鏈斷裂形成了短的分子鏈,斷裂的分子鏈在力的作用下向兩端收縮,從而形成了較大的裂縫,紫外線和水分子通過(guò)裂縫進(jìn)入到更深層次作用,進(jìn)一步加速了異氰酸酯膠黏劑的降解,異氰酸酯的降解導(dǎo)致稻殼之間的粘接作用減小,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低。經(jīng)過(guò)1 500 h的老化,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率下降了12.54%,說(shuō)明紫外光對(duì)復(fù)合板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響并不大。原因可能是:一方面,紫外光的照射只是 使小部分大分子發(fā)生斷裂,大部分膠黏劑分子并沒(méi)有發(fā)生改變,稻殼、木刨花之間的粘接作用基本沒(méi)有發(fā)生變化;另一方面,紫外光照射時(shí)間不夠長(zhǎng),如果增加紫外光的照射時(shí)間,會(huì)有更多的分子發(fā)生反應(yīng),老化效果會(huì)疊加。
表3為紫外老化內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率變異系數(shù)分析表,從表3中可以看出隨著老化時(shí)間的增加,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度保留率的變異系數(shù)逐漸變大,且差異不大,說(shuō)明紫外老化對(duì)試件的影響程度不大,使得每組試驗(yàn)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化不大,離散程度小,而內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度在逐漸減小,變異系數(shù)增大。和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致,從而驗(yàn)證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
2.2.2?紫外加速老化對(duì)復(fù)合板熱穩(wěn)定性及組分的影響
圖9和圖10為試件紫外老化后木刨花的TG和DTG曲線,表4為試件紫外老化處理后樣品各階段失重率。從圖9中看出,試件在經(jīng)過(guò)500、1 000、1 500 h的紫外老化后,TG曲線基本重合,340℃后曲線開始有明顯差別,這是因?yàn)樵嚰?jīng)歷的老化時(shí)間不同,表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子數(shù)量不同,老化時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子數(shù)越多。在熱重燃燒中可燃燒物質(zhì)和可揮發(fā)成分越少,且木刨花的質(zhì)量損失率變小,成炭量增加,揮發(fā)物減少,炭化程度變高。
從表4中可以看出,在160℃之前主要是水分的蒸發(fā),160~340℃樣品迅速熱解,在這個(gè)階段,DTG曲線也會(huì)發(fā)生變化,失重率逐漸增加,占整個(gè)熱解的53.66%~56.08%。此后隨著溫度的升高,熱解速度逐漸變慢,失重率為11.64%~15.15%。從圖10中可以看出,經(jīng)歷紫外老化1 500 h試件的峰值最高,熱解速率最快,這是因?yàn)殡S著老化時(shí)間的增加,紫外光破壞了半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的非結(jié)晶區(qū),其中半纖維素在老化過(guò)程中被降解,紫外光破壞了單糖基團(tuán)間的糖苷鍵,使半纖維素分解成更多小分子,導(dǎo)致老化過(guò)程中半纖維素?zé)岱€(wěn)定性不斷下降;纖維素在紫外光照射下長(zhǎng)鏈發(fā)生斷裂,生成小分子化合物,同時(shí)還能生成許多揮發(fā)性的產(chǎn)物;木質(zhì)素中有吸收紫外光的芳香族結(jié)構(gòu),在紫外光作用下木質(zhì)素化學(xué)鍵斷裂,形成低分子碎片[20]。而從TG曲線中可以看出,500 h殘余量最多,說(shuō)明木刨花中被分解的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素最少。試件經(jīng)過(guò)紫外老化后,TG曲線沒(méi)有明顯差異,只是燃燒后的剩余物有略微不同,說(shuō)明紫外光的照射使復(fù)合板內(nèi)少部分物質(zhì)發(fā)生變化,對(duì)復(fù)合板穩(wěn)定性的影響很小。
當(dāng)溫度達(dá)到400℃,DTG曲線開始出現(xiàn)第三個(gè)峰值,這是因?yàn)榉尤渲娜紵?,在紫外老化過(guò)程中,只有部分酚醛樹脂發(fā)生了降解反應(yīng)。老化1 500 h的峰值明顯高于老化1 000 h和老化500 h,這是因?yàn)樵谧贤饩€的照射下,酚醛樹脂中的大分子斷裂成小分子更容易被燃燒分解。第三個(gè)峰值的出現(xiàn),說(shuō)明粘接木刨花的酚醛樹脂未被全部分解,而第三個(gè)峰值1 500 h明顯高于500 h,說(shuō)明酚醛樹脂只是由大分子變成了小分子,但還存在于試件中。
圖11和圖12為試件紫外老化后稻殼的TG和DTG曲線。從圖11中可以看出,隨著老化時(shí)間的增加,燃燒剩余物逐漸減少,且經(jīng)歷500 h老化剩余物明顯比經(jīng)歷1 000 h和經(jīng)歷1 500 h多,從圖12中還可以看出,當(dāng)溫度150~350℃時(shí),稻殼中的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素開始分解,老化1 500 h峰值最大,失重率最大,說(shuō)明紫外光進(jìn)入內(nèi)部最多。經(jīng)過(guò)500、1 000、1 500 h老化,無(wú)論TG曲線還是DTG曲線,變化趨勢(shì)相同,說(shuō)明只有少量紫外光進(jìn)入試件內(nèi)部,使粘接稻殼的異氰酸酯發(fā)生反應(yīng),異氰酸酯和稻殼中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素幾乎沒(méi)有受到影響。
3?結(jié)論
(1)WCAMA六循環(huán)老化使得內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),老化時(shí)間越長(zhǎng),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降越嚴(yán)重。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的降低是因?yàn)樗蜔岬拈L(zhǎng)時(shí)間接觸導(dǎo)致粘接木刨花的膠黏劑酚醛樹脂水解,使得更多的水分進(jìn)入試件內(nèi)部。六個(gè)循環(huán)結(jié)束后試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率在50%左右。紫外老化是因?yàn)榉尤渲谧贤夤獾恼丈湎掳l(fā)生光化降解反應(yīng),分子鏈斷裂。1 500 h后試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的保留率在85%以上,說(shuō)明紫外光老化產(chǎn)生的化學(xué)變化只發(fā)生在試件表面,試件內(nèi)部的大分子并未發(fā)生大的變化,紫外光對(duì)試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生的影響比人工加速老化產(chǎn)生的影響小。
(2)WCAMA六循環(huán)老化對(duì)復(fù)合板的材料組分有明顯的影響,表層木刨花經(jīng)過(guò)六個(gè)循環(huán)老化后的失重率最大,只經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)的失重率最小,隨著循環(huán)次數(shù)增加,樣品中被氧化老化的纖維含量升高,由于試驗(yàn)的劇烈導(dǎo)致酚醛樹脂膠黏劑被全部水解,而芯層中粘接稻殼的異氰酸酯在經(jīng)過(guò)六個(gè)循環(huán)的老化后還有剩余,說(shuō)明復(fù)合板具有一定的耐老化性能。在紫外老化過(guò)程中,稻殼中纖維的含量隨著老化時(shí)間的增加而減少,且酚醛樹脂大量存在,稻殼和異氰酸酯含量幾乎未受到影響,說(shuō)明紫外老化對(duì)復(fù)合板的影響很小。
【參?考?文?獻(xiàn)】
[1]肖生苓,李琛.植物纖維綠色包裝材料研究[M].北京:科學(xué)出版社,2016.
XIAO S L, LI C. Research on plant fiber green packaging materials[M]. Beijing: Science Press, 2016.
[2]陳昌杰.綠色包裝技術(shù)及其典型案例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.
CHEN C J. Green packaging technology and its typical case[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008.
[3]楊麗麗.木質(zhì)剩余物復(fù)合材料耐老化性能的研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2010.
YANG L L. Study on aging resistance of wood residues composites[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2010.
[4]楊麗麗,肖生苓.木質(zhì)剩余物復(fù)合材料老化問(wèn)題的分析[J].森林工程,2008,24(6):64-67.
YANG L L, XIAO S L. Analysis on aging of wood residues composite[J]. Forest Engineering, 2008, 24(6): 64-67.
[5]司琳琳,楊越飛.人造板耐老化性能檢測(cè)技術(shù)及方法解析[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究,2010,28(6):21-24.
SI L L, YANG Y F. Analysis of detection technology and method for aging resistance of wood-based panels[J]. Quality and Technical Supervision Research, 2010, 28 (6):21-24.
[6]謝新峰.楊木膠合板膠合耐老化性能的研究[D].長(zhǎng)沙:中南林學(xué)院,2001.
XIE X F. Study on the aging resistance of poplar plywood[D]. Changsha: Central South Forestry College, 2001.
[7]黃小真.戶外竹材重組材耐老化試驗(yàn)方法及性能研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2009.
HUANG X Z. Study on aging resistance test method and performance of outdoor bamboo composite materials[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural College, 2009.
[8]孫建飛,肖生苓,王昊宇,等.工藝參數(shù)對(duì)稻殼-木刨花復(fù)合包裝板力學(xué)性能的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015,59(2):91-97.
SUN J F, XIAO S L, WANG H Y, et al. Effects of process parameters on MOR and MOE of rice-husks/wood-residues composite board for packing[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2015, 59(2):91-97.
[9]葉高遠(yuǎn),胡英成,陳麗成,等.碳纖維增強(qiáng)定向刨花板彎曲性能的研究[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2019,47(1):51-58.
YE G Y,HU Y C,CHEN L C, et al. Study on bending properties of carbon fiber-reinforced OSB[J].Forestry and Woodworking Equipment,2019,47(1):51-58.
[10]楊志慧,程利娟,孫照斌,等.楊樹樹皮刨花板工藝與性能研究[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2017,45(7):40-44.
YANG Z H,CHENG L J,SUN Z B, et al. Study on poplar bark-based particleboard technology and properties[J].Forestry and Woodworking Equipment,2017,45(7):40-44.
[11]王昊宇, 肖生苓, 黃海兵, 等. 包裝箱用竹束增強(qiáng)稻殼/木刨花復(fù)合板制備研究[J]. 物流技術(shù), 2015, 34(23):107-111.
WANG H Y, XIAO S L, HUANG H B, et al. Study on preparation and ?manufacturing of bamboo bundle reinforced rice husk/wood chip composite board used in packaging cartons[J]. Logistics Technology, 2015, 34(23):107-111.
[12]MCNATT J D, LINK C L. Analysis of ASTM D1037 accelerated-aging test[J] Forest Products Journal, 1989, 39(10): 51-57.
[13]黨文杰.紫外加速老化對(duì)木纖維/聚丙烯復(fù)合材料性能的影響[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2007.
DANG W J. Effect of ultraviolet accelerated aging on properties of wood fiber/polypropylene composites[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2007.
[14]付自政.HDPE/木粉復(fù)合材料的制備及其紫外加速老化性能研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.
FU Z Z. Preparation of HDPE/wood powder composite and its UV accelerated aging properties[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2009.
[15]楊曙蘭,劉偉慶,方園.復(fù)合材料型材在紫外-凝露和自然環(huán)境下老化機(jī)制[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,39(5):101-107.
YANG S L, LIU W Q, FANG Y. Ageing mechanism of composite pultruded profiles in UV-condensation and nature ageing environments[J]. Journal of Nanjing Tech University (Natural Science Edition), 2017,39(5):101-107.
[16]洪歡,關(guān)明杰,田皓友.熱處理南洋楹木材的熱重分析[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,29(5):73-76.
HONG H, GUAN M J, TIAN H Y. Thermogravimetric analysis of heat treated Nanyang wood[J]. Journal of Forestry Engineering, 2015, 29(5):73-76.
[17]杜海清,王晶,白雪峰.木質(zhì)類生物質(zhì)熱解過(guò)程的熱重分析研究[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2008,31(1):85-89.
DU H Q, WANG J, BAI X F. Thermogravimetric analysis of pyrolysis process of woody biomass[J]. Journal of Natural Science of Heilongjiang University, 2008, 31(1):85-89.
[18]余子倩,辛穎.常見(jiàn)木質(zhì)可燃物熱解特性及動(dòng)力學(xué)分析[J].消防科學(xué)與技術(shù),2017,36(7):914-916.
YU Z Q, XIN Y. Pyrolysis characteristics and kinetic analysis of common wood combustibles[J]. Fire Science and Technology, 2017, 36(7):914-916.
[19]張雪,白雪峰.幾種木質(zhì)類生物質(zhì)的熱重分析研究[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2012,35(3):75-78.
ZHANG X, BAI X F. Thermogravimetric analysis of several woody biomass[J]. Journal of Natural Science of Heilongjiang University, 2012, 35(3):75-78.
[20]蔣紹堅(jiān),黃靚云,彭好義,等.生物質(zhì)成型燃料的熱重分析及動(dòng)力學(xué)研究[J].新能源進(jìn)展,2015,3(2):81-87.
JIANG S J, HUANG L Y, PENG H Y, et al. Thermo gravimetric analysis and kinetics of biomass briquette fuels[J]. Advances in New and Renewable Energy, 2015, 3(2):81-87.