刘凯能，韩 健

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

不同热压条件下的中温酚醛树脂竹胶合板力学性能比较

刘凯能，韩 健

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

对不同热压工艺条件下，以中温固化酚醛树脂为胶黏剂，采用“热进热出”和“冷进冷出”热压工艺压制的竹胶合板的主要力学性能进行了检测和比较。研究结果表明，中温固化型酚醛树脂应用于竹胶合板生产是可行的，产品的静曲强度、弹性模量、保留强度等力学性能均达到或超过了国家建设部行业标准（GJ/T 165-2004）的指标，且采用“冷进冷出”工艺比“热进热出”工艺具有更好的效果。经比较，确定中温固化酚醛树脂竹胶合板的最佳热压工艺条件为：热压温度110℃、热压时间70 s/mm、单位压力3.5 MPa。

中温固化酚醛树脂；热压工艺；竹胶合板；力学性能

酚醛树脂(PF)胶粘剂是室外和结构用人造板的常用胶粘剂。但是酚醛树脂胶粘剂固化温度高、固化速度慢使其应用受到一定限制，对此科研工作者进行了大量研究[1-3]。采用高反应活性物质与酚醛树脂共聚合，是一条提高树脂固化速度，降低固化温度的有效途径[4-6]。目前竹胶合板生产使用的胶黏剂是固化温度为140～150℃的普通酚醛树脂（高温固化型），采用的热压工艺是“冷进冷出”工艺。采用普通高温酚醛树脂和“冷进冷出”工艺，会导致竹胶合板生产热压周期长，生产效率低，耗水、耗热量大、生产成本高。为此经过多年努力，我们成功研制了一种可在110℃左右快速固化的中温固化型酚醛树脂。本文旨在通过以中温固化型和高温固化型酚醛树脂为胶黏剂，以“热进热出”和“冷进冷出”为热压工艺，对生产的竹胶合板的主要力学性能进行比较，从而对中温固化型酚醛树脂在竹胶合板生产中的应用进行评价。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

苯酚（C6H5OH）：含量98%，分析纯，成都市科龙化工试剂厂生产；

甲醛（HCHO）：含量37～40%，分析纯，重庆川东化工有限公司生产；

中温酚醛树脂：实验室自制，主要技术指标：固体含量44.85%，游离酚含量0.63%，游离醛含量0.17%，粘度325 Pa. s（25℃），pH值9.2；

竹帘竹席：竹种为毛竹Phyllostachys pubescens，产自湖南益阳，幅面规格为400 mm×400 mm。

1.2 主要仪器设备

BY602×2/2 型微机控制万能实验压机、MWD-50型微机控制万能力学实验机、101-3 型电热恒温控制箱、ST-85 型数字式木材测湿仪、电子分析天平（感量0.1 mg）、涂-4杯粘度计、游标卡尺等。

1.3 试验方法

(1)竹席竹帘干燥。将竹席竹帘置于DHG-9203C型干燥箱中,干燥温度为120±3℃，干燥后竹席、竹帘含水率为8%～12%。

(2)浸胶。将经干燥的竹帘竹席浸入固体含量为25%的酚醛树脂胶黏剂中1 min，取出后置于101-3 型电热恒温控制箱中，在80～85℃条件下干燥到含水率10%～13%。

(3)组坯。板坯结构如图1所示，竹席为表层材料，竹帘为芯层材料，相邻层竹帘的纤维方向相互垂直，竹帘共7层，并在上下竹席表面各配置1层浸渍纸[7]。

图1 竹胶合板结构Fig. 1 Bamboo plywood structure

(4)热压工艺

为便于比较，热压采用“冷进冷出”和“热进热出”2种工艺，热压工艺参数见表1，热压曲线如图2所示。

图2 热压曲线Fig.2 Hot-pressing curve

表1 热压参数Table 1 Hot-pressing parameters

在4组热压工艺参数中，对应每组热压参数分别压制3块竹胶合板，取3块板力学性能的平均值作为该组参数对应的产品的力学性能。

(5)产品性能检测

根据实际生产和产品使用情况，主要检测产品的静曲强度、弹性模量和保留强度[8]。检测方法按建设部建筑行业标准（GJ/T 165-2004）执行。

2 试验结果与分析

2.1 不同热压工艺与产品静曲强度和弹性模量的关系

不同热压条件下“冷进冷出”和“热进热出”工艺生产的竹胶合板的静曲强度和弹性模量如图2和图3所示，图例中“R”表示“热进热出” 、“L”表示“冷进冷出” 工艺。

图3 产品静曲强度与温度-时间的关系Fig. 3 Relationship between bending strength and temperature-time

图4 产品弹性模量与温度-时间的关系Fig. 4 Relationship between elasticity modulus and temperature-time

从图3、图4可以看出：(1)采用两种不同的热压工艺时，产品静曲强度总体上都随热压温度升高和热压时间延长而增加，其中采用“冷进冷出”工艺的产品的静曲强度略高于采用“热进热出”工艺的产品。(2)在相同的温度条件下，随热压时间延长，静曲强度有所增加。(3)在相同的热压时间内，随热压温度升高静曲强度呈增大趋势。说明在选定的参数条件下，升高热压温度和增加热压时间有利于这种酚醛树脂的固化。选用第四组(编号Ⅳ)的热压参数时，压制的竹胶合板静曲强度达到了国家建设部竹胶合板模板优质产品标准（GJ/T 165-2004）。

与产品静曲强度的变化规律相似，采用两种不同的热压工艺时，产品的弹性模量总体上也随热压温度升高和热压时间延长而增加，但采用“冷进冷出”工艺比采用“热进热出”工艺的产品的弹性模量略高。从增长的幅度看，热压温度比热压时间对弹性模量的影响更明一些。在第三组(编号Ⅲ)工艺条件下，产品的纵向和横向弹性模量都达到最大值，表明在此工艺条件下可获得理想的弹性模量。

2.2 不同热压工艺与产品保留强度及保留弹性模量的关系

在不同的工艺条件下，按“冷进冷出”和“热进热出”工艺压制的竹胶合板的保留静曲强度和保留弹性模量与热压工艺参数之间的关系如图5和图6所示。

图5 产品保留强度与温度-时间的关系Fig. 5 Relationship between retained bending strength and temperature-time

图6 产品保留弹性模量与温度-时间的关系Fig. 6 Relationship between retained modulus and elasticity temperature-time

从图5、图6可见，不论采用“冷进冷出”工艺还是采用“热进热出”工艺，对应四组不同的热压工艺参数，产品的保留静曲强度均达到或超过了建设部的部颁标准（GJ/T 165-2004）优等品的指标，表明研制的中温固化型酚醛树脂在105～110℃条件，可实现快速固化，使产品获得良好的保留强度（建设部标准未对保留弹性模量提出要求，检测结果仅作参考）。同时，由检测结果也可看到，在相同的热压条件下，采用“冷进冷出”工艺时，产品的保留静曲强度和保留弹性模量都略高于采用“热进热出”工艺的产品，其原因可能是由于“冷进冷出”工艺进板较早，热压板在升温过程对板坯有一定的预热作用，相对于“热进热出”工艺延长了加热时间，特别是当热压温度较低时，对树脂的固化影响比较明显。当升高热压温度、延长热压时间后，升温阶段的预热作用对树脂固化的影响相对减小，在第四组（编号Ⅳ）工艺条件下，两种工艺压制的板的静曲强度和弹性模量已很接近。此外，“冷进冷出”工艺在降温过程中，板的内应力大部分得到释放，板内残余应力减小，板的力学性能相对较高。通过对4组不同热压工艺参数对应的保留静曲强度和保留弹性模量的比较，选用第3组（编号Ⅲ）工艺条件作为实际生产的热压工艺参数是恰当的。

2.3 二种酚醛树脂竹胶合板性能比较

采用第三组热压参数（编号Ⅲ）压制的中温酚醛树脂竹胶合板与普通（高温）酚醛树脂竹胶合板的力学性能如表2所示。由表2可见，不论采用“冷进冷出”或“热进热出”工艺，中温酚醛树脂竹胶合板与普通酚醛树脂竹胶合板相比较，前者的静曲强度、弹性模量、保留强度和保留弹性模量都高于后者，表明在中温条件下（110℃左右）中温酚醛树脂能完全固化，产品具有良好的力学性能，而普通酚醛树脂不能完全固化，其产品力学性能不高。

表2 中温酚醛树脂与高温酚醛树脂竹胶合板力学性能Table 2 Mechanical properties of intermediate temperature phenolic resin and high temperature phenolic resin bamboo plywood MPa

3 结 论

综上所述，可得到如下结论：

(1)中温固化酚醛树脂应用于竹胶合板，可在110℃左右的温度条件下快速固化。

(2)以中温固化酚醛树脂为胶黏剂压制的竹胶合板的静曲强度、弹性模量、保留强度等力学性能达到或超过了国家建设部行业标准（GJ/T 165-2004）的指标。

(3)以中温固化酚醛树脂作为胶黏剂压制竹胶合板时，采用“冷进冷出”工艺比“热进热出”工艺具有更好的力学性能。

(4)在竹胶合板实际生产中采用“冷进冷出”工艺，热压温度为110℃、单位压力为3.5 MPa、热压时间为70 s/mm是合适的。

[1] Arutchelvan V, Kanakasabai V, Elangovan R, et al. Kinetics of high strength phenol degradation using bacillus brevis [J].Journal of Hazardous Materials，2006,129(1-3):216-222.

[2] YEN-PO LIN, HONG-PING LIN, DONG-WUN CHEN, et al.Using phenol-formaldehyde-resin as carbon source to synthesize mesoporous carbons of different pore structure [J].Chemistry and Physics, 2005,90(2-3):330-343.

[3] Arutchelvan V, Kanakasabaiv, Nagarajan S，et al. Isolation and identification of novel high strength phenol degrading bacterial strains from phenol- formaldehyde resin manufacturing industrial wastewater[J]. Journal of Hazardous Materials，2005,127(1-3):238-243.

[4] 张一甫，甘卫星. 共缩聚间苯二酚酚醛胶粘剂的合成研究[J]. 粘接，2002,(01):19-21.

[5] 刘晓欢. 间苯二酚共聚液化竹基酚醛树脂固化动力学研究[J].化学与粘合，2010,32(5):5-9.

[6] Alonsol M V, Oliet M, Garcia J, et al. Transformation of dynamic DSC results into isothermal data for the curing kinetics study of the resol resins [J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2006,86(3):797-802.

[7] 张文福，王 戈，程海涛，等. 组坯结构对竹束单板层压板物理力学性能的影响[J]. 中南林业科技大学学报，2012,(2):147-150.

[8] 喻云水， 周蔚虹，刘 学. 竹质工字梁抗弯性能的研究[J].中南林业科技大学学报，2012,(1):154-156.

Mechanical properties of intermediate temperature phenolic resin bamboo plywood under different hot-pressing conditions

LIU Kai-neng, HAN Jian
(School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ Under different conditions of hot-pressing process, with the intermediate temperature curing phenolic resin as the adhesive,the “heat into heat out”process and “cold into cold out” as hot-pressing processes, the main physical and mechanical properties of bamboo plywood were inspected and compared. The researching results show that it is feasible that intermediate temperature curing phenolic resin was used in plywood production, the mechanical properties such as bending strength, elastic modulus, retained strength,all met or exceeded the National Ministry of Construction Industry Standard (GJ/T 165-2004), and the “cold into cold out” process had better effects than the “hot into hot out”process. By comparison, the best hot-pressing conditions of intermediate temperature phenolic resin bamboo plywood is pressing temperature 110 ℃, pressing time 70 s/mm, unit pressure 3.5 MPa.

∶ intermediate temperature curing phenolic resin；hot-pressing process bamboo plywood；mechanical properties

S784； TS6

A

1673-923X(2012)06-0168-04

2012-01-17

中南林业科技大学木材科学与技术国家重点学科资助项目

刘凯能（1988—），男，湖北天门人，硕士研究生，研究方向：木材才性及功能性改良；E-mail：lkn532@163.com通讯作者：韩 健（1954—），男，湖南怀化人，博士，教授，博士生导师，主要木材加工和人造板生产工艺研究；

E-mail：hanjianwm@163.com

[本文编校：罗 列]