刘振学

(黄河三角洲京博化工研究院有限公司,山东省·滨州，256500)

杨思瑞 张云奎 柳金章 金太权 关明杰

(南京林业大学) (黄河三角洲京博化工研究院有限公司) (南京林业大学)

随着我国经济的发展与人们生活水平的不断提高，房地产装饰装修及一些公共娱乐场地的建设大大拉动了木门窗、木地板的市场需求；同时门窗地板行业对木结构建筑类用材的需求量逐年增长，并对用材的品质有了更高的要求。而重组木[1-2]作为一种利用疏解速生单板经浸胶干燥，再经加工而成的一种复合板材，其具有优良的力学承载性能和尺寸稳定性，大大满足了市场对结构用材的需要，提高了我国速生林木材的利用价值。

速生杨木作为制备重组木的主要原料之一，其资源丰富、价格低廉，但其密度低、表面松软且在露天存放或加工过程中容易受到一些真菌的感染发生蓝变。由于杨木自身的材色较浅，蓝变后的杨木材色变深，在实木加工利用、造浆造纸及人造板制造等方面都有不良影响。蓝变后的木材除了材色发生改变，其木材材性也会受到一定的影响。一些学者研究发现，由于蓝变真菌侵蚀木材的木射线和其他薄壁组织使得蓝变木材的渗透性大于普通木材，这对木材浸渍处理有一定积极影响[3-4]。关于蓝变后木材的力学强度，有学者认为蓝变对木材的力学强度几乎没有影响[5]，也有学者认为蓝变会引起木材的干质量损失，其韧性、表面硬度和弯曲强度均有所下降[6]。

目前，关于利用蓝变杨木制备的重组木的物理力学性能研究较少，而实际生产中迫切需要将已经蓝变的杨木原料加以利用，以减少原料浪费和降低生产成本。因此，本研究通过分析疏解蓝变杨木单板制备的重组木和疏解普通杨木单板制备的重组木的含水率、不同部位的密度及力学性能，并利用荧光显微技术观察分析胶黏剂胶合界面的分布情况，探讨蓝变重组木与普通重组木性能差异的微观机制，旨在对蓝变杨木制备的重组木的生产加工和利用提供基本技术参数。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究用杨木(Populuseuramevicanacv.)重组木取自山东京博木基有限公司，分别为疏解蓝变杨木单板和普通杨木单板经浸渍低分子量酚醛胶，冷压热固化压制而成的蓝变重组木和普通重组木，均为调湿调质材。原料规格尺寸为2 600 mm(长)×160 mm(宽)×230 mm(厚)，每根分别取端部和中部试样各一块，试样尺寸为600 mm×160 mm×230 mm。试样标记如下：蓝变重组木端部材(LD)、蓝变重组木中部材(LM)、普通重组木端部材(PD)和普通重组木中部材(PZ)。

实验设备：大型滑走式切片机YAMATO TU-213；荧光显微镜BX51(显微摄像头DP70)，奥林巴斯有限公司(OLMPUS)。

1.2 性能测试

含水率及密度测试:将LD、LM、PD、PZ4组重组木去毛边后，测量其质量及尺寸，参照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行密度测试。同时在余下试件上取含水率试件，测量试件的含水率分布。

力学性能测试:实验参照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》测试了LD、LM、PD、PZ4组重组木静曲强度、弹性模量和内结合强度。每项检测每组取6个试样，结果取其平均值。

胶合界面荧光显微分析:将4组重组木锯成规格为20 mm×10 mm×5 mm的试样，放置水中浸泡至软化，用滑走式切片机进行切片，每个切片厚度为10 μm，然后进行脱水处理。脱水后分别滴加1～2滴质量分数为0.3%甲苯胺蓝荧光跟踪染色剂，染色时间为30 min。用蒸馏水进行多次清洗后，制好观察样片，在荧光显微镜下观察拍照。用相关图像处理软件计算胶黏剂的胶层面积、平均渗透深度、有效渗透深度和平均胶层厚度。其中胶层面积是指酚醛树脂胶黏剂占整个荧光图像的面积，平均渗透深度是在胶层上取5个最大渗透深度值求得的平均值，胶层面积除以胶线长度所得到的数值为有效渗透深度，平均胶层厚度指在胶层上取5个最大厚度值求得的平均值。

2 结果与分析

2.1 重组木的含水率及密度

LD、LM、PD、PZ4组重组木试样经过调湿调质后的平衡含水率结果如图1所示。LM的平衡含水率最高，均值在6.0%以上。其次是LD，含水率分布在5.0%～6.5%，LD组内含水率差异较大。PZ在5.5%左右，PD的平衡含水率均5.0%以下。蓝变组LD、LM的平衡含水率均大于普通组PD、PZ，这可能是因为疏解蓝变单板本身有降解现象，亲水性提高造成的。另外，重组木中部含水率普遍高于端部，这可能是在固化过程中，重组木中部水分散失慢，局部湿热塑化[7-8]使得水分挥发速度减小，在一定湿热作用下杨木单板产生湿热效应，导致固化后含水率增高。

图1 4组杨木重组木平衡含水率

图2 4组杨木重组木平均密度

图2为4组杨木重组木的平均密度，其范围在0.75～0.95 g/cm3。LD、LM的平均密度略大于PD、PZ，蓝变和普通组的密度偏差幅度为4%左右，但每个组别内密度分布差异偏差较大，LM组内密度偏差10%以上。这种偏差应在重组木生产中加以重视，尽量减小各部位的内部密度偏差，以保证材料的均质性。蓝变组的平均密度比普通组略大与基材的含水率有关，另一方面可能因为蓝变基材的渗透性提高，胶液渗透好，单板本身的湿热塑性好，单板易于压缩密实化。同种重组木中，中部密度略大于端部密度。

2.2 重组木力学性能

重组木的力学性能结果见表1。可知：蓝变重组木的静曲强度和弹性模量大于普通重组木，中部略大于端部。静曲强度由大到小依次为LM、LD、PZ、PD，4组均值在116.0～136.5 MPa。根据LY/T 1984—2011《重组木地板》中对重组木的静曲强度需≥60.0 MPa的要求，4组重组木的性能指标均超过标准值。其中LM最大，为136.3 MPa；PD最小，为116.1 MPa。蓝变组比普通组的静曲强度大8.6%～17.2%；同种重组木中，中部比端部大3%～5%。4组重组木的弹性模量的差异并不明显，平均值范围为1.6～1.8 GPa，最大的是LM，为1.8 GPa；最小的是PD，为1.6 MPa。蓝变组的弹性模量比普通组略大，其差值幅度在3%～5%；同种重组木中中部略大于端部，其差值幅度小于3%。

表1 4组杨木重组木的力学性能

注：表中数值为平均值±标准偏差。

4组杨木重组木的内结合强度平均值在2.4～2.7 MPa，已超过LY/T 1984—2011《重组木地板》中的要求(2.0 MPa)，由大到小依次为LM、LD、PZ、PD。重组木的力学性能受含水率和密度的影响[13]，密度大的重组木静曲强度和弹性模量较大，内结合强度也表现出相同趋势。除此之外，重组木的内结合强度还与胶合界面上酚醛树脂胶黏剂的分布有关。

2.3 胶合界面荧光显微分析

为探究重组木性能差异的微观机制，利用荧光显微镜观察4组重组木胶合界面上酚醛树脂的分布情况，结果见图3，并应用分析软件对4组重组木的胶合界面进行数量化分析，结果见表2。结合图3与表2可知，在重组木的胶合界面上，酚醛树脂胶在相邻两个疏解单板之间的渗透深度并不对称，在相邻单板渗透深度不一致。酚醛树脂主要分布于杨木的薄壁细胞、木射线和导管的细胞腔和细胞壁内，一些胶液沿疏解单板表面的裂隙向基材内部渗透。普通组PD、PZ有一部分胶液渗入大导管内，渗入导管细胞壁内或黏附在导管细胞内壁的胶液形成“胶圈”，渗入导管腔内的胶液形成“胶斑”；而蓝变组LD、LM渗入导管的胶液较少，大部分胶液渗透于薄壁细胞和木射线内，且与普通组相比蓝变组胶合界面上的胶液沿木射线或薄壁组织往基材内部渗透较远，胶层面积更大。

表2 4组杨木重组木胶合界面分析结果

由表2可以看出，胶层面积最大的是LM，为75 999.02 μm2；其次是LD，为56 587.13 μm2；PZ为44 884.55 μm2；最小的是PD，为41 288.39 μm2。蓝变组的渗透面积是普通组的1.26～1.84倍。平均渗透深度和有效渗透深度是评估木材胶合界面胶黏剂渗透性的两个重要的指标[10-11]，蓝变组的平均渗透深度和有效渗透深度在100～160 μm，普通组在60～75 μm。平均胶层厚度最大的是LM，为130.31 μm；最小的是PD，为58.94 μm。由此可知蓝变组与普通组相比，其渗透深度大，酚醛树脂胶液的渗透性更好，其原因可能是蓝变菌可自由穿透细胞壁，在细胞壁上留下比菌丝要小的孔洞，或细胞壁上的纹孔被菌丝破坏使得细胞壁渗透性增大[12]。

蓝变组的中部、端部胶层面积相差较大，LM是LD的1.34倍；而普通组的中部、端部胶层面积相差较小，PZ仅是PD的1.08倍。LM、PZ的胶线分布比LD、PD均匀，LD、PD的胶线有些地方厚度大，有些地方厚度小，且胶线较为弯曲；同一重组木中部的平均渗透深度和有效渗透深度大于端部，其差值幅度为9%～35%。蓝变组中部、端部渗透深度差异比普通组略大，可能是蓝变不均匀性导致疏解杨木单板不同部位的渗透性有所差异。同一重组木中部的平均胶层厚度要大于端部，其差值幅度为68%左右。这可能是因为端部为加热固化时热量和水分进出的主要通道，当热量和水分同时作用时，端部杨木表面的胶液随湿热扩散的速度比中部的速度快，胶液渗透疏解杨木单板中的更多，引起胶层厚度变薄。

综上可知，蓝变杨木重组木的微观胶层面积比普通重组木大，同一种重组木中部平均胶层厚度比端部大，但普通组中部、端部的平均渗透深度和有效渗透深度差异并不明显。这验证了蓝变会在一定程度上提高杨木单板的渗透性[5-6]。在同等浸胶量的前提下，酚醛树脂胶在疏解蓝变杨木单板内更多地分布于尺寸较小的薄壁细胞的细胞壁和细胞腔中，相应地减少了在大尺寸导管内“胶圈”和“胶斑”的产生。同时，蓝变杨木单板吸湿性增大，可能会在重组木模压固化同时，有杨木本身的湿热压缩密实化发生，因而蓝变杨木重组木的密度大于普通重组木。

图3 4组杨木重组木的胶合界面荧光显微图

重组木的静曲强度、弹性模量和内结合强度同样受疏解单板的渗透性影响，渗透性过小，胶液无法与单板表面细胞充分胶合；但渗透性过大会导致胶层过薄或出现缺胶现象，影响胶合性能。从重组木胶合界面的微观分析可以看出，胶液渗入单板表面的裂隙中形成“胶钉”可增大胶液与单板的接触面积，提高胶合强度。一些胶液沿木射线或裂隙渗入基材内部导管的细胞壁或渗入薄壁细胞的细胞壁都会增大重组木的机械强度[14-16]，一些细胞的细胞腔被胶液填充会增大重组木的平均密度但对力学性能影响较小。因此，蓝变重组木静曲强度、弹性模量和内结合强度大于普通重组木。

3 结论

蓝变杨木重组木的平衡含水率大于普通杨木重组木，同一重组木的平衡含水率中部大于端部。4组重组木平衡含水率由大到小依次为LM、LD、PZ、PD，平均密度由大到小依次为LM、LD、PZ、PD，蓝变杨木重组木的平均密度大于普通杨木重组木。

4组重组木的静曲强度、弹性模量和内结合强度的大小趋势一致，由大到小依次为LM、LD、PZ、PD；且4组重组木的静曲强度和内结合强度均超过LY/T 1984—2011《重组木地板》标准值。蓝变杨木重组木的静曲强度、弹性模量和内结合强度略大于普通杨木重组木。

荧光分析表明蓝变杨木重组木微观上胶层渗透面积比普通杨木重组木大，胶层面积由大到小依次为LM、LD、PZ、PD，这主要是因为蓝变提高了疏解杨木单板的渗透性，从而使酚醛树脂胶在杨木基材上的微观分布更加细化，使重组木的力学性能和平均密度有一定提升。蓝变与普通重组木在微观胶合界面上的差异表明，疏解蓝变杨木单板不但可以用作重组木的原料，还可以在一定程度上提高重组木的性能。