（木材科学与技术专业论文）速生杉木改性及其结构胶合板的设计与制造.pdf

摘要 论文以杉木为研究对象，采用高温高压水蒸汽处理试材，对杉木单板及杉木 薄板进行压缩改性，利用改性材进行结构设计制作结构胶合板，并测试和分析了 胶合板的性能。得出以下结论： ( 1 ) 经过压缩处理，杉木单板改性材性能有所提高，但规律不明显，改性效 果也不好。 ( 2 ) 对于杉木薄板，密封蒸汽压机比普通压机具有更好的改性效果。通过两 种压机对薄板压缩增强改性的比较，结果表明杉木薄板改性材的强度都有明显的 提高，其中利用密封蒸汽压机处理，改性材尺寸稳定性较好，其吸水厚度膨胀率 ( t s ) 比普通压机压缩改性薄板的t s 小5 0 。经过水蒸气压缩处理的杉木薄板， 其顺纹静曲强度( m o r ) 和弹性模量( m o e ) 有很大提高，m o r 最高达到1 5 0 9 8 m p a ， m o e 最高达到1 4 2 8 g p a ，分别为素材顺纹m o r 和m o e 的3 倍和5 倍。 ( 3 ) 密封蒸汽压机处理下的l 。( 34 ) 正交设计试验结果表明，处理前试件含水 率、压缩率、改性时间及处理前试件含水率与压缩率的交互作用等四个因素对改 性薄板的顺纹静曲强度( m o r ) 和弹性模量( m o e ) 影响显著，其中压缩率影响最为显 著。本试验中m o r 、m o e 与处理前试件含水率、压缩率正相关，而随改性时间的 增加，m o r 、m o e 先增强后降低。 改性杉木薄板的最佳工艺为处理前试件含水率取5 0 ，压缩率取6 0 ，热压 时间取1 6 m i n ，蒸汽压力取0 5 m p a ，热压温度取i 8 0 ，热压压力取2 m p a 。 ( 4 ) 通过应用杨木单板顺纹弹性模量、横纹弹性模量、面内剪切模量及层合 板刚度模型进行杉木胶合板结构设计，经多次修正，得出较好结构有以下几组： 0 9 0 o 9 0 o 9 0 o 9 0 ，o ，最外四层为杉木改性单板，顺纹弹性模量和静曲 强度分别达到了8 3 7 7 m p a ，6 0 9 m p a ；横纹静曲强度为3 5 1m p a ，吸水厚度膨胀 率为1 7 2 。 0 9 0 9 0 ，0 9 0 9 0 o ，最外两层为杉木改性薄板，顺纹弹性模量和静曲强度 分别达到了8 8 0 0 m p a ，6 7 m p a ：横纹静曲强度为3 7m p a ，吸水厚度膨胀率为1 2 5 。 0 9 0 9 0 0 9 0 0 9 0 9 0 0 ，1 、9 层为压缩改性薄板，2 、3 、7 、8 为压缩改 性单板，顺纹弹性模量和静曲强度分别达到了9 7 8 1 m p a ，6 9 m p a ；横纹静曲强度 为4 1 m p a ，吸水厚度膨胀率为1 8 2 。 关键词：杉木单板薄板高温水蒸汽压缩增强改性结构设计 m o d i f i c a t i o no fc h i i l a f i ra n di t sm a n n f a c t u r ea n ds t r u c t u r a l d e s i g no fp l y w o o d a b s t r a c t t h ec h i n a f i r ( c u n n i n g h a m i al a n c e o l a t a ) v e n e e ra n dt h i c kv e n e e r ，w h i c hw e r e t r e a t e db yh i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t e a m ，w e r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r a n dt h em o d i f i e dv e n e e r sa n dt h i c kv e n e e r sw e r eu s e df o rs t r u c t u r a ld e s i g nt o m a n u f a e t u r es t r u c t u r ep l y w o o d t h er e s u l t sf r o mt h ee x p e r i m e n t ss h o w e d ： ( 1 ) w i t ht h eo r d i n a r yp r e s sm a c h i n ea n ds t e a mp r e s sm a c h i n e ，t h ec o m p r e s s i o n m o d i f i c a t i o nc o u l de n h a n c et h es t r e n g t ho fv e n e e r ，a l t h o u g hi tw a sn o to b v i o u s ( 2 ) t h ee f f e c to fm o d i f i c a t i o no nt h i c kv e n e e rw i t hs t e a mp r e s sm a c h i n ew a s b e t t e rt h a na n o t h e rm e t h o d t h ei m p r o v e m e n t so fm o d i f i c a t i o nw i t ht w ok i n d so f m a c h i n e sw e r ea l lo b v i o u s ，b u tt h em o d i f i c a t i o nw i t hs t e a mp r e s sm a c h i n ew a sb e t t e r t h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo ff o r m e rw a sb e t t e r ，a n dt h i c k n e s ss w e l l i n gr a t e ( t s ) w a s o n l yt h eh a l fo ft h et so ft h i c kv e n e e r w h i c hw a st r e a t e dw i t ho r d i n a r yp r e s s m a c h i n e t h ea l o n gg r a i nm o d u l u so fe l a s t i c i t y ( m o e ) a n dm o d u l u so fr u p t u r e ( m o r ) w e r ee n h a n c e dg r e a t l yw i t ht h et r e a t m e n to fs t e a m t h ea l o n gg r a i nm o e a n d m o rc a l la c h i e v e14 ，2 8 g p aa n d15 0 9 8 m p ar e s p e c t i v e l y ，w h i c ha r et h r e et i m e sa n d f i v et i m e sr e s p e c t i v e l yh i g h e rt h a nt h em a t e r i a l ， ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fl 9 ( 3 ) o r t h o g o n a ld e s i g n ，t h ei n i t i a lm o i s t u r e c o n t e n t ，c o m p r e s s i o nr a t i o ，p r e s st i m e ，a n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e ni n i t i a lm o i s t u r e c o n t e n ta n dc o m p r e s s i o nr a t i oh a v ea no b v i o u sa f f e c to nt h i c kv e n e e r sm o ea n d m o r t h ec o m p r e s s i o nr a t i oh a sam u c hm o r eg r e a t l ya f f e c tt h a na n yo t h e rf a c t o r s e v e r yf a c t o r ，e x c e p tp r e s st i m e ，h a sav e r ys i g n i f i c a n ta f f e c to nm o e ，a n dp r e s st i m e h a sas i g n i f i c a n ta f f e c to nm o e a l t h o u g hi ta l m o s tr e a c h e dt ov e r ys i g n i f i c a n tl e v e l c o m p r e s s i o nr a t i oa n dp r e s st i m eh a v ev e r ys i g n i f i c a n ta f f e c t so nm o r ，c o m p a r i n g t oo t h e r sh a v es i g n i f i c a n ta f f e c t so nm o r t h eo p t i m a lp a r a m e t e r sf o rm o d i f i c a t i o no fc h i n af i rt h i c kv e n e e rc a nb e c o n c l u d e dt h a t ：i n i t i a lm o i s t u r ec o n t e n t5 0 ，c o m p r e s s i o nr a t i o6 0 。p r e s st i m e1 6 m i n u t e s ，s t e a mp r e s s u r eo ，5 m p a ，p r e s st e m p e r a t u r e1 8 0 c ，p r e s s u r e2 m p a ( 4 ) t h r e eo p t i m a ls t r u c t u r e sw e r eg o t t e ni nt h i sp a p e rb yt h em o d e lo fe l a s t i c m o d u l u sa l o n gt h eg r a i n ，e l a s t i cm o d u l u si nt a n g e n t i a ld i r e c t i o n ，i n - p l a n es h e a r i n g m o d u l u sa n dl a m i n a t er i g i d ： 0 9 0 0 9 0 0 9 0 0 9 0 0 ，t h eo u t s i d ef o u rv e n e e ri sm o d i f i e d ，t h ea l o n gg r a i n m o ea n dm o ra r e8 3 7 7 m p a ，6 0 9 m p ar e s p e c t i v e l y ；t h ea c r o s sg r a i nm o ri s3 5 1 m p a a n dt si s1 7 2 o i 9 0 1 9 0 o f 9 0 9 0 0 ，t h eo u t s i d et w of l o o r sa r em o d i f i e dt h i c kv e n e e r t h e a l o n gg r a i nm o ea n dm o r a r e8 8 0 0 m p a 6 7 m p ar e s p e c t i v e l y ；t h ea c r o s sg r a i n m o ri s3 7 m p a a n dt si s1 2 5 o 9 0 9 0 o 9 0 o 9 0 ，9 0 ，o ，t h e1 ，9f l o o r sa r em o d i f i e dt h i c kv e n e e r ，2 ，3 ，7 ，8 f l o o r sa r em o d i f i e dv e n e e r ，t h ea l o n gg r a i nm o ea n dm o ra r e9 7 81m p a ，6 9 m p a r e s p e c t i v e l y ；t h ea c r o s sg r a i nm o r i s4 1 m p a a n dt si s1 8 2 k e yw o r d ：c h i n af i r ；v e n e e r ；t h i c kv e n e e r ；h i g ht e m p e r a t u r es t e a m ；c o m p r e s s i o n e n h a n c e m e n tm o d i f i c a t i o n ；s t r u c t u r a ld e s i g n 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。 文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均己说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名： 导师签名： 日 期：砷- 髟 致谢 本论文是在导师卢晓宁教授的悉心指导下完成的，从论文的选 题、试验方案的制定、试验材料的准备及试验的进行和论文的撰写， 每一个环节都倾注了导师的大量心血。三年来，卢老师在生活、学习 上都给予了无微不至的关怀和帮助，其渊博的知识、严谨的治学态度 给学生留下了深刻的影响和树立了很好的学习模范。我将时刻将导师 的教诲铭记在心在此，谨向卢晓宁老师致以衷心的感谢! 在试验进行和论文撰写的过程中，得到了王志强、岳孔、熊国兵、 夏炎、周利、许俊、章瑞、刘进、张伟等师兄弟、师姐妹的热心支持 和帮助。论文研究和撰写同时得到杜旭华、黄仙爱的大力支持。 在论文的开展过程中，那斌、贾狲、周兆兵，刘启明，易庠华等 老师提供了支持。 衷心感谢父母对学习和研究的支持! 值此论文完成之际，作者谨向所有提供过帮助的老师和同学、亲 戚和朋友表示诚挚的感谢! 郭飞燕 二零零七年六月二十五日 l 绪论 1 1 前言 近年来，中国森林资源发生了极大的变化，森林面积、蓄积不断增加，结 构逐步改善，质量有所提高，森林面积和蓄积均居世界前列。 第六次全国森林资源清查结果表明，全国森林面积达到1 7 4 9 1 万公顷，森 林覆盖率为1 8 2 1 ，活立木蓄积量达到1 3 6 1 8 亿立方米，森林蓄积1 2 4 5 6 亿 立方米，森林面积占世界的4 5 ，森林蓄积量占世界的3 2 ，分别列世界第五 和第六位。杉木是我国造林面积相当大的树种，现有杉木林1 0 0 0 多万h m 2 ，总 蓄积量2 4 亿m 3 ，其中纯林面积1 2 0 万h m 2 ，总蓄积量7 0 0 0 万m 3 ，成熟林蓄 积量可达1 0 5m 3 h m 2 【l ，2 】。杉木在几个主要速生造林树种中，无论是造林面积、 总蓄积量，还是成熟林每公顷蓄积量，都是名列前茅的。中国人工造林保存面 积已达4 6 6 6 7 万h m 2 ，发展速度和规模均居世界第一位。杉木林面积就占了大 约人工林面积的2 4 ，占全国商品林面积的1 4 ，南方人工林面积的1 2 口j 。杉 木在我国木材生产、经济建设和生态环境保护方面占有十分重要的地位。 杉木( c u n n i n g h a m i a l a n c e o l a t a ) 是我国南方首要的商品材，可广泛用于建 筑、家具、板料、木制用具等，该树种为我国特有树种，在陕西、河南、浙江、 福建等1 7 省份均有分布【l 】。诸如金属、塑料等材料的应用在一定程度上降低了 木材的应用，导致杉木材使用范围急剧萎缩，特别是抚育间伐小径材几乎无利 用。随着在杉木材性及加工利用方面的研究的深入，杉木的应用有了进一步的 拓展。 杉木干形通直圆满，材质轻而韧，结构均匀，早晚材界限不明显，强度相 差小，不翘不裂，有特殊香味，抗蛀耐腐蚀。杉木锯刨等加工容易，对刀锯消耗 小，湿材更易锯解；干材容易刨削，但板面不甚光滑，常有起毛现象；木材轻 软，车旋性能不佳，扭曲强度小，不耐磨损，容易钉钉，但握钉力小；染色、 胶粘容易；油漆后木材缺乏光亮性；干燥容易( 干燥速度快) ，板材干燥不致 产生缺陷。相比与硬质阔叶材，杉木的材质较差，强度和硬度低，不耐磨，易 吸湿，尺寸不稳定，致使占中国商品材近1 4 的杉木，尚未得到合理有效地开 发利用。众多学者对杉木的物理化学性质进行研究，深入的研究了杉木的合理 开发和加工利用技术。 南方各省( 区) 于7 0 8 0 年代营造的杉木林都将进入成熟、采伐大批的 中、幼林急待间伐。杉木木材原有的利用方式，不少被现代的建材所替代，因 此广泛开展杉木利用途径和加工技术研究，显得十分迫切。这方面除已有报导 的胶合木、层积板、纤维板外，应积极探索新的加工技术( 如改性、防腐、干 燥及制浆等) ，还可从观赏、装饰、工艺及环保等方面探索新的利用途径。同 时由于杉木较早以来一直作为一种畅销而价位较高的建筑及家具用材，而未加 以工业开发；但随着森林资源的逐渐枯竭及天然林保护工程的实施，建筑新材 料的不断发展，人造板工业可用之材大量减少，因此研究利用资源丰富的杉木材 也是重要途径之一。 1 2 杉木材性及加工利用研究状况 1 2 1 杉木性能研究状况 杉木固有的结构、物理、化学和力学性质是杉木加工利用的基础。吴中伦 等研究后指出，根据福建的样本分析表明杉木的基本密度为0 3 6 9 e m 3 ，顺纹 静曲强度为3 1 9 m p a ，抗弯弹性模量为5 4 0 0 m p a 引。鲍甫成等对木材构造及染色 效果之间的相关变化规律进行探讨，分析杉木的渗透性和微细结构的关系，了 解不同温度处理下的杉木表面特性的变化机理，认为杉木比杨木具有较高的总 表面自由能和非极性表明自由能，高温处理可以使木材表面羟基密度减少0 1 。 江泽慧等进一步用神经网络模型分析了杉木材内部结构参数，解释杉木微观结 构参数与其物理学特性的内在联系 4 1 。任海青等用扫描电镜观察了不同加载速 率下的杉木、马尾松横纹拉应力、顺纹拉应力及冲击载荷作用下的破坏表面， 指出木材的微观结构、加载方式和加载速度对木材的断裂过程都有影响“1 。胡 云楚等研究了酚类阻燃剂处理杉木热解过程各阶段的木炭产量和热动力学参数 阳。王素萍等对杉木人工林林分材种出材率变化规律进行了分析研究“。黄艳 辉等用x 射线衍射法对杉木的微纤丝角变异进行测定，分析了径向年轮间、纵 向不同高度上微纤丝角的变化规律l l “。植物燃烧特性是植物应用的主要指标， 合适的燃烧特性可以作为防火材料使用的依据。有学者对杉木的燃烧特性也进 行了研究，为杉木在能源利用领域的应用提供技术支持。宋长忠等报道了杉木 热解及燃烧特性的热天平模拟实验，给出了环境变化对试样热解的影响及反应 模型【l 副；吴玉章等用锥形量热仪对人工林杉木的燃烧性研究后指出，用磷酸铵 盐处理杉木木材的燃烧性能有非常好的改善。 诸多杉木基本性能的研究，为杉木的合理开发利用提供了保障，为加工工 艺的改进提供的理论基础。 1 2 2 杉木的加工利用研究 杉木的自身特性决定了其利用领域，对杉木的加工利用主要集中在人造板 制造、纸浆造纸、食品栽培及其它几个相关领域。人造板制造研究是最广最深 入的部分。学者对杉木细木工板、层积材、胶合板、复合板、定向刨花板、中 密度纤维板等的加工制造及应用等进行了大量的研究。 2 1 2 2 1 杉木在人造板领域加工利用的研究 杉木在人造板领域的加工利用得到了长足的发展，在这方面的研究相当广 泛，有部分研究进行了深入探讨。邹双全等对杉木间伐材的主要材性、工业利 用状况及经济效益等问题进行了综合分析【2 1 l 。宋孝金对利用杉木间伐材制造集 成材、单板贴面集成材、胶合木、轻质刨花板、定向结构刨花板( o s b ) 、低密度 纤维板、混凝土模板等人造板的可行性、生产工艺及存在问题进行探讨阻“。吴 智慧等对以杉木小径材为材料生产细木工板进行了详细总结和阐述，并对杉木 小径材的制材、干燥、配料、芯板胶接、单板干燥与整理、预热压、尺寸与表 面加工等关键技术问题进行了分析研究1 1 3 1 。 金永明等以杉木边皮劈条为材料，选择好制板参数，对用p s l 法生产杉木 细木工芯板的可行性进行研究，指出在合适参数处理下生产的细木工芯板能够 满足中高档水平下的静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率的要求【1 7 】。沈哲红 等研究了杉木芯板的制作工艺对细木工板性能的影响【3 1 1 。 黄玉亭等对杉木试制超轻质中密度纤维板的生产工艺进行探讨，尤其讨论 了杉木、松木原料配比，以及不同粘度的脲醛树脂对板材性能的影响，然后指 出采用高粘度改性脲醛树脂，当衫木、松木原料配比为6 ：4 ( 体积比) 时，板 材各项性能均能达到较高水平【l5 1 。杨小军等通过大量杉木制造室外型中密度纤 维板试验，分析表明以杉木为原料制造室外型中密度纤维板是可行的“。 陈雷等对人工林杉木单板层积材制造工艺进行了研究后得出，人工林杉木 l v l 的物理力学性能优越1 2 3 1 。肖忠平等用经阻燃液浸渍处理的杉木间伐材，生 产出阻燃杉木胶合层积材，并分析了该层积材的物理力学性能，认为能够满足 日本农林集成材的标准，并且有一定的阻燃效果【1 引。 竹杉复合板或杉木与其它木材生产复合板的研究也取得一定进展。于再君 对一种表面覆竹的竹杉复合地板的生产工艺进行阐述，并对所得出的产品结构、 性能等进行分析，指出单面覆竹的竹杉复合地板生产是竹林和杉木人工林工业 化利用的新途径l l9 1 。杜春贵等对杉木积成材薄木贴面工艺进行探索。认为较优 的工艺参数下用山木积成材进行薄木贴面的生产是切实可行的1 2 0 1 。王戈对毛竹 杉木层积复合材料的胶合工艺、表面胶合性能、动态力学性能及其破坏过程、 不同复合形式的力学性能以及燃烧性能进行了综合研究【2 5 1 。马世春等利用人工 林杉木与珍贵树种木材复合，采用改性聚乙酸乙烯酯共聚乳液胶胶合，表面淋 涂u v 漆为保护层，制得的复合板材具有不易变形、不开裂的特点 2 6 1 。钱俊等 认为，竹黄篾与杉木的厚度比对复合板的密度、静曲强度、横向弹性模量有极 显著影响，对纵向弹性模量有显著影响【27 1 。 以杉木为材料，辅以其它材料和一定的工艺，杉木还可以作为建筑材料。 唐忠荣等以竹材和杉木为材料，试制了杉木复合混凝土模板【2 8 1 ；叶忠华等利用 杉木小径材、间伐材生产出混凝土模板和复合墙裙板2 9 l ；宋孝金等指出杉问材 水泥模板( 素板) 贴酚醛树脂浸渍纸面可提高板面质量和耐磨性能3 0 1 。 1 2 2 2 杉木在纸浆造纸及其它方面利用研究 杉木在胸径、树高等方面要远优与传统造纸树种马尾松，这引起人们对与 杉木在该领域加工利用的关注。聂少凡等对杉木木材的制浆性能行了研究，探 讨了不同树龄、立地条件和林分密度下制浆性能的变异规律，认为用作纸浆材 的主伐树龄以1 7 2 3 年较好【9 】。谢国恩报导用杉木幼龄材制浆，壁簿、长宽比 及柔性系数大，壁腔比小，纤维形态符合造纸原料要求，8 1 0 年生杉木是解决 我国纤维纸浆原料的有效途径【l3 1 。陆亚明研究5 个杉木无性系的纤维形态、制 浆性能，认为：无性系问纤维形态差异不大，但它比原种更适于制浆，漂白选 择性优于水杉浆u ”。 黄彪等对杉木间伐材进行热解处理，制取吸油材料，开发能改善水体油污 的植物纤维吸油材料，同时对杉木间伐材的炭化理论及炭化物在环保的应用， 进行了热解激励及炭化物应用的研究【l 玑1 1 】。有学者对杉木碎木屑用于栽培真菌 食品的研究表面杉木在食品栽培领域也有较大的利用前途。 1 3 木材改性研究状况 木材改性是改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征的物理或 ( 和) 化学加工处理方法。经过改性处理的木材称改性木或改良木。它能克服木材 固有缺点、低劣质材优化、解决木材供需矛盾的一个很好的、也是很重要的对 策。通过改性可以在基本不损伤木材原有优点的前提下，赋予木材尺寸稳定性， 提高木材的耐久性和使用年限；改进木材的物理力学性能，使劣质材高级化， 扩大木材的使用范围，使这些木材能够在家具、地板、装饰装修等各个领域广 泛使用，是改变木材供应日益紧张的一个有效方法。对木材加工企业而言，使 用木材改性处理技术，能够获得一种低价格高性能的木材原料，对提高企业经 济效益具有十分重要的意义。经过世界各国相关科技工作者的多年研究开发， 木材的一些改性技术逐步走向成熟，部分改性产品已经并已展示了良好的应用 前景。1 9 世纪3 0 年代初，德国生产过一种名叫木石的压缩木，是改性木之始。 第二次世界大战期间，随着合成树脂的发展，以及木材浸注、热压工艺和设备 的改进，先后出现了多种改性木，如浸渍木、胶压木等。2 0 世纪6 0 年代又出现 了塑合木。迄今由于技术上或经济上的可行性不够，改性方法多停留在试验阶 段，只有压缩木或压定木、浸渍木、胶压木、聚乙二醇处理的木材和塑合木等 有不同规模的工业生产。 4 1 3 1 木材改性研究状况 改善木材耐腐性、提高木材尺寸稳定性、木材软化和强化是目前木材改性 研究的主要内容。 用物理或化学方法可以明显改善木材的耐腐蚀性。热处理是常用物理方法 之一，包括空气加热、真空加热、水浴加热、油浴加热、水蒸汽加热和射频加 热等。大部分的热处理方法都可以不同程度地提高木材的耐腐性能。d o i 3 2 1 等比 较了水蒸汽加热和空气加热处理后木材的抗白蚁性能。结果表明，在相同的处 理温度下( 1 6 0 ) ，经过水蒸气处理的一些木材被白蚁严重蛀蚀，而所有的空 气加热处理与未处理材相比抗白蚁性能有所提高。化学方法也能改善木材的耐 腐性。r a p p 等用三聚氰胺树脂对欧洲赤松边材等木材进行该性处理，并进行了 白腐菌和褐腐菌的耐腐性实验，表明，改性后木材的耐腐性明显提高，即使在 最低增重率( 1 0 ) 的情况下，处理材的重量损失率还是要低于欧洲落叶松的心 材1 3 3 j 。w e s t i n 等用三聚氰胺甲醛树脂和硼酸溶液对欧洲赤松边材进行改性处 理，也得到了类似的结论【3 ”。但有些树脂如果单独使用并不能提高木材的耐腐 性。如用丙烯酸酯对欧洲云杉和欧洲水青冈进行浸注处理后，处理材的耐腐性 并没有增加；而用杀菌剂t c m t b 浸注木材，再用丙烯酸酯处理，则能显著提 高木材的耐腐性【35 1 。乙酰化处理是研究改善木材耐腐性的化学方法之一。通常 乙酰化度越大，处理材的耐腐性越强。t a k s h a s h i 等对乙酰化处理的日本柳杉、 赤松和圆齿水青冈的研究结果表明，当乙酰化度达到2 0 时，试材对褐腐菌的 重量损失率为0 ；对于白腐菌，试材的乙酰化度要达到1 2 1 5 才有好的防腐 效果1 3 “。国内木材耐腐改性研究较少，采用的改性剂主要是树脂、阻燃剂或阻 燃剂与树脂复配药剂。庞久寅等以树脂型阻燃剂与低分子酚醛树脂配合作为处 理药剂对大青杨进行改性处理，改性后的木材防腐性能有明显提高，达到了强 耐腐等级【3 。方桂珍等对阻燃剂d p b 和季铵盐的研究表明，两者作为防腐剂使 用时均可使处理后的大青杨达到天然强腐蚀等级的要求【3 8 l 。 木材软化处理是改性的重要内容。软化后的木材可以根据需要有更多的加 工利用领域。水热处理法是木材软化的主要物理方法。把高频介质加热应用于 曲木工艺，木材含水率为3 0 4 0 ，功率为1 0 3 w c m 2 的加热条件下，枫杨的 软化质量达到最佳，比蒸煮法缩短软化时间约1 2 倍，比窑干法干燥定型工艺提 高工效1 2 0 多倍 3 9 】。意杨素材、防火材和饱水材的抗弯弹性模量均随温度升高 而下降，当温度1 2 0 时，降到最低点，以后随温度上升，m o e 又逐渐上升， 温度对静曲强度的变化规律与抗弯弹性模量基本一致1 4 0 ) 。药物处理或者化学 物理方法软化也有很好效果。对水曲柳试件经氨水处理和微波加热后弯曲工艺 参数和弯曲件质量的关系研究得出，最佳工艺参数下弯曲性能指标h r 可达到 1 3 1 4 1 1 。 木材由于细胞壁中吸着水的增减而产生湿胀和干缩，由此而发生翘曲、变形、 开裂等木材尺寸的不稳定。木材尺寸稳定化的方法分为物理法和化学法两大类， 物理法包括：防水处理、防湿处理、酚醛树脂处理和聚乙二醇处理。化学法包括： 乙酰化处理、异氰酸酯处理和聚合处理等。曾有很多学者对此进行了研究，如 欧阳明八用木材化学改性剂( l m ) 改性木材，当木材化学改性剂增重达2 0 3 0 时，可获得很高的抗缩系数即尺寸稳定性。改性后木材的防腐、阻燃性也获 得明显提高。 木材的强化处理指应用物理或化学方法，提高木材密度，使木材强度得到 增加。近1 0 年国内研究最多的是浸渍处理和压缩处理来增强木材。以不同浓度 的水溶性低量三聚氰胺甲醛( m f ) 树脂处理大青杨木材，并在加热过程中作横纹 方向的压缩处理，经低分子量m f 树脂处理的木材试件，抗胀( 缩) 率( a s e ) 为4 7 、阻湿率( m e e ) 为3 6 ；1 0 树脂浓度处理的试件在室温条件浸水可完全 保持其压缩变形【45 1 。泡桐压缩木材的回弹率随着试件含水率的上升而降低，尺 寸稳定性提高，用1 0 的酚醛树脂溶液处理试材可降低回弹率4 5 5 1 h “。 采用水溶性低分子量酚醛树脂固定大叶山杨和柳杉的木材压缩变形，可制造表 面压密材；当树脂质量分数超过1 0 时，压缩变形完全被固定；随着压缩率的 增加，表面压密材的硬度、顺纹抗压强度、弹性模量和静曲强度都明显增加1 4 7 1 。 对单板改性，有学者曾对杨木单板进行改性，包括热处理改善单板平整度及染 色处理，改性后单板制成的胶合板节省了涂胶量，增强胶合板的胶合强度，提 高了杨木的静曲强度可达到1 3 0 4 m p a ，且减少了速生材制成胶合板易翘曲的问 题【4 引。 一些高新技术的发展也促进了木材改性技术的进步。马岩对纳米技术在木 材工业上的应用进行了归纳阐述，利用纳微米技术可能形成造纸的高得浆率方 法，木材在变成纳米尺寸后，木材的材料特异性质、尺寸效应及其变化机理， 以及木材改性的显微结构关系可能使木材改性出现突破性进展1 4 8 。 1 3 2 杉木改性工艺研究进展 杉木由于自身的一些缺陷，需要对杉木材进行改性处理，才能更有效的拓 宽杉木的利用领域。 压缩密化是杉木改性的方法之一。国内外研究木材压缩密化主要集中在利 用低分子树脂处理或通过交联化反应等处理，来提高木材的密度、强度和变定 的永久固定。用浸渍法处理如采用改良的u f 树脂处理杉木问伐材做地板木，浸 渍后的杉木间伐材物理力能提高，适应了地板木尺寸稳定、硬度、耐磨等性能的 要求f 4 。也有学者采用浸渍和压缩处理结合的方法，曾采用脲醛树脂( u f ) 浸渍 后热压的方法，对速生杉木气干材进行改性，改性后杉木的静曲强度平均提高 4 2 ，弹性模量平均提高1 7 ，吸水率平均降低4 5 ，吸水厚度膨胀率基本无变 化；热压工艺中的压力对改性杉木的m o r 、m o e 影响最大，树脂浸渍时间是 6 影响其吸水率和吸水厚度膨胀率的主要因素 4 3 1 。王传耀等在将a c q 与u f 树脂 调制成相容的复合改性剂对杉木问伐材进行复合改性研究，表明，当弦向压缩 率为2 0 时各项力学性能指标均比素材增加5 1 以上。进行浸渍处理与a c q 或 u f 单独处理材经煮沸和抗水、酸、碱抽提的抗流失性对比试验及防腐试验，表明 前者比后者有所提高；并采用铜离子跟踪法进行x 射线荧光光谱仪定量分析， 对浸渍材复合改性剂的含量和分布情况进行测定，得出了一次性浸渍优化工艺参 数的较佳效果【5 2 】。 张应鹤研究了脲醛树脂胶浸注改性处理杉木间伐材后指出，该改性方法处 理后可得到的试材具有较优的气干密度、顺纹抗压、抗弯、弹性模量、硬度， 认为该方法对杉木间伐材改性具有可行性1 5 3 1 。 钱俊等采用氨水涂布后热压的方法，对速生杉木气干材进行了表层改性试 验，结果现实，改性后速生杉木静曲强度( m o r ) 和弹性模量( m o e ) 的平均值分别 提高4 9 和1 5 ，吸水率平均下降7 9 ，但吸水厚度膨胀率( t s ) 平均增加4 1 1 ， 并认为热压压力对改性材的m o r 和m o e 影响最大，且随其提高而增加，氨水涂 布量对改性材的吸水率和吸水厚度膨胀率影响最大，且随其增加而下降1 5 4 】。 通过物理改性的压缩密化，也能够有效改善杉木性能。陈瑞英等以杉木问伐 材为原料，通过对压缩密化处理材的物理力学性能指标测定分析，表明，采用 c h 蒸煮添加剂软化效果好，具有环保性；最佳工艺条件为压缩率5 0 6 0 、 压缩后的厚度2 0 m m 、压缩前的含水率5 0 、改性时间2 0 3 0m i n 、热压温度 1 8 0 2 0 0 ；处理材厚度吸湿回复率为2 6 8 ，尺寸稳定性好，物理力学性 能明显提高【5 ”。丁可力等人对杉木压缩定型工艺进行了摸索，结果表明对杉木 问伐材进行高温加热、压缩成型处理，可以大大提高其物理性能陋们。 进行压缩密化改性时，板材含水率、热压温度等条件的变化对杉木的性质有 很大的影响。林铭等认为普通压缩密化的杉木间伐材的吸水厚度膨胀率与水温、 时间相关，指出径向和弦向吸水厚度膨胀率随时间变化的速度和幅度不同，达到 径向和弦向最大吸水厚度膨胀率的时间也不同【5 9 l 。王洁瑛等对饱水状态和气干 状态杉木试材的径向压缩成型特性及其在不同方式热处理条件下热处理永久固 定的效果进行研究，表明饱水并经蒸煮的试材在压缩成型后，有较好的物理力学 性质；对照试材的重量损失率w l 随着热处理时间的延长而增大；并且与空气 介质中热处理相比，真空中热处理后试材的材色变化比空气介质中热处理较小， 但回复率较大5 。】。 有机物填充和微波等方法的利用对杉木改性提供了新的途径。用天然有机物 木材浸注液对杉木、湿地松马占相思等5 个树材进行了真空加压浸注试验，结 果表明在同样试验条件下，不同的树种其增重率不同，其中杉木最高达6 4 6 ，经处理的木材，密度都有增加，可以提高处理材的力学性能【4 9 1 。采用天然 有机物对速生杉木进行改性处理，经过改性处理的杉木的力学性能有很大提高。 随着增重率的增大，处理材的各项力学性能均有较大提高。当增重率超过5 0 ， 7 处理材的表面硬度、顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量提高将近1 倍。表 面耐磨耗性提高了3 倍。这使杉木在力学性能上满足了木地板和家具面板制造 的要求1 5 ”。滕莉丽等利用微波辐射对杉木进行苄基化改性，研究了各种因素对苄 基化反应的影响，通过红外光谱分析( f t i r ) 对苄基化木材的分子结构进行表征。 优化的反应条件是：无需甲苯溶剂，2 克木粉用1 0m o l l 的n a o h 溶液1 6m l 、氯 化苄1 2m l 于微波下辐射1 0 0m i n ，辐射功率为前6 0m i n 用6 5 0w 的3 0 。后4 0 r a i n 用6 5 0w 的4 0 ，可获得苄基化木粉，其增重率达到1 2 5 ，效果与常规加热法 基本相同，但在反应时间上却缩短了5 8 ，而且微波法操作简便 5 6 1 。 1 4 结构胶合板发展状况 胶合板分为装饰胶合板与结构胶合板两类。其中，国内厂家9 9 的胶合板产 品是装饰胶合板。而结构用胶合板尚不足5 万立方米，仅约占我国年产量的1 左右。以往，用珍贵树种直接生产单板制造胶合板，如用水曲柳、椴木、柞木、 黄波罗、楸木等。现在这些树木锐减，资源受损并得到限采保护。目前各胶合板 企业工艺中采用劣等档位木材做为基材，用薄木贴面的方式获得珍贵材种面板的 胶合板，这是装饰用胶合板，结构用胶合板不采用此种工艺生产。真正意义上的 结构用胶合板，是指可以在建筑物中或机械设备上起某些强度和刚度作用的。耐 气候的一类胶合板产品，即在结构中起作用的胶合板。 近年来，特别是进入新世纪后的这几年，我国胶合板工业发展势头十分迅猛。 从生产数量上来看，进入2 l 世纪的前一年全国胶合板产量仅为7 2 8 万m3 ，四年 后即2 0 0 3 年底便已达到2 0 1 2 万m3 ，增幅高达1 7 6 ，几乎是2 0 世纪末产量的 3 倍，2 0 0 4 年我国人造板产量为5 4 4 6 4 9 万m 3 ，其中胶合板2 0 9 8 6 2 万m 3 。再 从进出口贸易方面来看，总体趋势是进口逐年减少或持平，而出口不仅显示逐年 增加，而且后劲势大力猛【6 】。但是由于某些原因，胶合板产品的价格在下降，这 就需要加大胶合板技术含量，调整产品结构。 从欧美胶合板市场看，7 0 的产品是用于建筑材，也就是结构胶合板占据主 要市场。近年来，尽管国内大面积推广营造速生林，但速生材材质松软，变异性 大，直接生产结构胶合板一是难以达到国际结构胶合板标准所要求的指标；二是 在变异性方面难以与北美以花旗松、南方松等树种为主生产结构胶合板相比；所 以就必须对做结构胶合板用速生材进行改性使用。 结构胶合板作为胶合板家族的重要组成部分，主要用于集装箱底板、车箱板 和混凝土模板等。与普通胶合板相比，除了单板层数较多、厚度较大( d _ 1 2 m m l 外，在产品的物理力学性能及生产工艺方面也存在着较大差异。结构胶合板作为 室外工程用品，除了要有良好的耐气候性、耐老化性外，还要具有抗震性、耐冲击 性等；同时对静曲强度、弹性模量等力学性能指标也提出了更高的要求。 目前发展主要的结构人造板有”o 】： ( 1 ) 胶合木( 又称集成材，g l u e d l a m i n a t e dt i m b e ro rg l u l a m ) g 胶合木是由2 层或多层木板或小方材胶拼而成，各层板的纹理基本平行，板厚 为2 5 r a m 或5 0 r a m 。其主要优点：可用小径木制成各种断面形状、质量均匀较长的 复合木材；还可进行各种预处理，使胶合木具有阻燃或装饰等功能。胶合木主要用 于建筑业。 ( 2 ) 单板层积材( l a m i n a t e dv e n e e rl u m b e r ，l v l ) 系以厚度2 5 3 2 r a m 的单板沿顺纹方向平行组坯层积胶合而制成，其长度方 向同纹理一致。l v l 的厚度一般为9 - 8 9 m ，宽度6 0 0 1 2 0 0 m m ，长度2 4 - 1 8 3 m ，制作 工艺类似于胶合板。 ( 3 ) 平行单板条层积木( p a r a l l e ls t r a n d sl u m b e rp s l ) 用除去缺陷的窄单板条，通过涂胶、顺纤维方向平行铺装组坯、热压而成，可 替代实木用作梁、柱和过梁等。 ( 4 ) 工字梁( t t sw o o dis e c t i o n ) 工字梁是由两根扁平的木质凸缘和中间的腹板胶合而成。凸缘多为实木，也有 用厚胶合板或l v l 替代，腹板常用o s b 或l s l 。 ( 5 ) 厚胶合板 胶合板分为结构胶合板和功能胶合板( 薄板为主) 两大类。结构胶合板多为厚 胶合板，主要用作建筑中的旁板、地板衬板、混凝土模板，包装用板等受力构件。 结构胶合板在西方广泛用于建筑、桥梁、房屋、运输等领域。近年来，随 着我国经济的高速发展和人们生活水平的提高，基础设施建设尤其是建筑行业 等得到高速发展，健康环保的木质结构房屋被越来越多的国人所接受。美国胶 合板协会的报告显示，2 0 0 4 年北美结构胶合板和定向刨花板的产量达到4 2 6 8 亿f t 2 ，2 0 0 6 年新增生产能力约有l o 亿f t 2 ，其后2 0 0 7 年和2 0 0 8 年将增加几乎 6 0 亿f t 2 。表明，结构胶合板在北美应用极为广泛。美国主要将结构胶合板用于 房屋的建造之中。例如天棚板、地板基材板、墙壁板等，临时搭建的小型活动 房屋、海滨、山区等营地、居民区平房等的非砖瓦混式结构的建筑。它为解决 短期住房需求者，提供了房屋的选择。随着市场经济活动的深入，我国也会出 现这一类商品房。它对农村及小城镇工作的人士特别具有吸引力，更对发展中 的城市周边地区的经济发展，对住房的开发具有重大经济意义。大力发展耐气 候、耐室外四季变化的自然条件的结构胶合板，对我国具有现实意义。此外， 结构胶合板还有多种应用途径，如用于机床的机件，室外家具，公共设施，快 装旅游用房，水池船舶，体育器材以及车辆和产品包装箱等多种门类的用途。 大力发展耐气候、耐室外四季交化的自然条件的结构胶合板，对我国具有现实 意义。建筑业将大量需要结构胶合板，投资者也会看好这一市场前景的【3 】。对 速生材单板改性和生产工艺改进，研究开发用速生树种制造高强度高弹性结构 胶合板是目前我国胶合板走出国门积极参加国际竞争的根本之路。 9 近年来，国内胶合板生产存在一定的发展瓶颈。以往用珍贵树种直接生产 单板制造胶合板，如用水曲柳、椴木、柞木、黄波罗、楸木等。现在这些树木 锐减，资源受损并得到限采保护，这抑制了结构胶合板的发展。于是利用针叶 材( 如人工林落叶松) 制作结构胶合板开始发展。黑龙江林产工业研究所联合 国营松江胶合板厂利用人工林落叶松于结构胶合板制作，进行了小试与生产性 试验，得到了较好的结果【6 。尽管国内大面积推广营造速生林，但速生材材质 松软，变异性大，直接生产结构胶合板一是难以达到国际结构胶合板标准所要 求的指标，二是在变异性方面难以与北美以花旗松、南方松等树种为主生产结 构胶合板相比，这就必