鍍膜木材的耐候性1)

常德龍

(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，鄭州，450003)

李 堅(jiān) 黃文豪 胡偉華 董儒貞 張?jiān)茙X

(東北林業(yè)大學(xué))(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心)(河南工程學(xué)院)(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心)

木材與金屬?gòu)?fù)合后作為電磁屏蔽材料，能有效地抑制通過空間傳播的各種電磁波及由此產(chǎn)生的電磁干擾，提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性，保證信息的安全［1－2］，是實(shí)現(xiàn)木材高性能化和功能化、開發(fā)新材料、提高木材附加值的重要方法之一［3－17］。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)木材與金屬?gòu)?fù)合材料多采用在木質(zhì)材料中混合或填充金屬絲、金屬粉末、碳纖維、膨脹石墨等導(dǎo)電性物質(zhì)，或在木質(zhì)材料表面覆貼金屬箔或金屬板。其缺點(diǎn)是材質(zhì)不均，穩(wěn)定性差，不便于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)。本技術(shù)采用的磁控濺射鍍膜金屬法［18］，通過前期研究對(duì)鍍膜木材的表面稀酸稀堿液處理，干燥、去應(yīng)力、平整、表面拋光等措施，用氣密性的氨基樹脂和硅烷偶聯(lián)劑封閉處理木材表面，改進(jìn)木材與金屬的結(jié)合，使金屬不易從木材表面剝離。研究確定了木材磁控濺射鍍膜工藝，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)出較為理想的抗電磁輻射、導(dǎo)靜電產(chǎn)品。產(chǎn)品性能可靠穩(wěn)定，而且保持木材天然本色，提高木材厚重感，工藝上適于工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品綠色環(huán)保，性能可靠。

磁控濺射鍍膜處理制備的木材在30 MHz～1.5 GHZ頻段之間，電磁屏蔽效能達(dá)到30 dB以上，并且提高木材防腐、防蟲蛀能力，提高木材顏色厚重性，大大提高木材表面強(qiáng)度和耐磨性，提高木材防火阻燃性能，增加木材使用壽命;對(duì)劣質(zhì)材及人造板進(jìn)行鍍膜處理，可遮蓋木材缺陷，提高木材的厚重感，使劣材優(yōu)用，提高木材使用價(jià)值;對(duì)外觀形狀不規(guī)則的木材可以均勻鍍膜，且可連續(xù)或間斷鍍膜，比其它方法具有明顯優(yōu)點(diǎn)。

鍍膜金屬的木材在使用或陳放過程中，會(huì)受到紫外線照射、空氣濕度、溫度等因素影響，存在老化現(xiàn)象。老化后鍍膜木材是否仍然具有抗電磁輻射、木材與金屬鍍膜是否仍然具有一定的結(jié)合強(qiáng)度，是本次實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行研究的。

1 材料與方法

1.1 材料

選用桐木膠合板，試材尺寸為1 220 mm×2 440 mm×9 mm，10張。選用固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氣密性氨基樹脂，內(nèi)含1%KH－550硅烷偶聯(lián)劑及穩(wěn)定劑(溶液)，用于封閉木材表面。清洗干燥，真空磁控濺射鍍膜，真空室的真空度10－2～10－4MPa，靶材溫度為200℃，濺射時(shí)間為90 s的工藝參數(shù)理想，獲得的薄膜厚度為30 μm。金屬靶材為鎳鈦合金。

美國(guó)AIRCO公司產(chǎn)大型磁控濺射平面/旋轉(zhuǎn)鍍膜設(shè)備。

1.2 方法

參照國(guó)內(nèi)外木材及漆膜老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，模擬木材在室內(nèi)較高溫濕度環(huán)境下使用特性。將經(jīng)過金屬鍍膜的木材進(jìn)行老化試驗(yàn)，紫外燈功率2 kW，加熱功率1 kW，溫度變化幅度為45℃，加濕功率1 kW，加濕處理，相對(duì)濕度90%，處理時(shí)間600 h，然后進(jìn)行抗電磁屏蔽檢測(cè)。所用儀器為ESA－E4402B頻譜分析儀(美國(guó)Angilent公司):東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。按照SJ20524—95《材料屏蔽效能的測(cè)量方法》進(jìn)行測(cè)試。

觀察鍍膜金屬木材表面狀態(tài)，力學(xué)性能檢測(cè)用MWD－50型微機(jī)控制人造板萬能試驗(yàn)機(jī)。按GB/T 14074.10—93木材膠合強(qiáng)度測(cè)定法進(jìn)行木材與金屬表面黏合強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將經(jīng)過真空磁控濺射鍍膜金屬的木材加工成100 mm×50 mm×9 mm試件，200個(gè)，其中100個(gè)為CK對(duì)照，100個(gè)為老化處理樣。對(duì)老化后金屬木材同時(shí)進(jìn)行抗電磁輻射屏蔽檢測(cè)及結(jié)合強(qiáng)度分析，取某個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)試值的平均值進(jìn)行觀察比較，考查鍍膜金屬木材的性能變化情況。

2 結(jié)果及分析

2.1 老化前后電磁屏蔽效能分析

圖1是磁控濺射鍍膜木材老化前屏蔽效能檢測(cè)圖，圖2是該樣品在經(jīng)過老化處理后600 h后屏蔽效能檢測(cè)圖。從兩圖的比較分析看，老化前后屏蔽效能沒有衰減，屏蔽效能SE保持在58 dB以上，說明老化后鍍膜木材表面金屬鍍膜狀態(tài)良好，沒有發(fā)生裂隙、孔洞或破損等缺陷而導(dǎo)致屏蔽效能下降的情況出現(xiàn)。這表明在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)、較高溫度、較高濕度室內(nèi)環(huán)境下，磁控濺射鍍膜木材的金屬鍍膜不會(huì)遭到破壞，可保持電磁屏蔽效能穩(wěn)定。

圖1 鍍膜木材老化前電磁屏蔽效能

圖2 鍍膜木材老化后電磁屏蔽效能

2.2 老化后鍍膜木材表面力學(xué)性能及表觀狀態(tài)

鍍膜木材在較高溫度、濕度環(huán)境下，其力學(xué)性能指標(biāo)、表面狀態(tài)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。附著強(qiáng)度在老化前300 h內(nèi)沒有變化，檢測(cè)數(shù)據(jù)保持2.0 MPa不變，400～600 h檢測(cè)數(shù)據(jù)稍有下降，每100 h衰減0.5%，衰減幅度比較小。附著強(qiáng)度之所以輕微下降，跟鍍膜木材表面封閉材料有關(guān)。因封閉材料采用的是高分子氨基樹脂、助劑及偶聯(lián)劑，這些化學(xué)物質(zhì)在較高溫度環(huán)境下，會(huì)存在老化現(xiàn)象，并發(fā)生蠕變，力學(xué)強(qiáng)度會(huì)輕微緩慢下降。抗拉能力跟附著強(qiáng)度變化相似，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，400～600 h檢測(cè)數(shù)據(jù)緩慢下降，下降幅度也在0.5%上下。這表明封閉材料氨基樹脂在較高溫度、濕度室內(nèi)環(huán)境下，附著強(qiáng)度降低的同時(shí)，抗拉強(qiáng)度也會(huì)降低，兩項(xiàng)物理性能指標(biāo)是吻合的。耐磨強(qiáng)度在300 h前保持1 700轉(zhuǎn)不變，在400～600 h時(shí)間內(nèi)，耐磨強(qiáng)度緩慢下降，說明鍍膜金屬原子同木材表面的高分子氨基樹脂的結(jié)合強(qiáng)度出現(xiàn)微弱下降，體現(xiàn)在樹脂膨脹、松弛，對(duì)金屬原子的結(jié)合力降低;但下降程度非常緩慢，不會(huì)影響鍍膜木材的屏蔽性能。鍍膜木材的表觀狀態(tài)，通過視覺觀察，沒有發(fā)現(xiàn)異常，鍍膜木材經(jīng)老化后，仍然表面平整、細(xì)膩、光滑、色澤均勻，沒有出現(xiàn)變色、開裂、鼓泡等現(xiàn)象。這跟鍍膜木材封閉前木材干燥有關(guān)系，含水率越低，木材中水分少，老化時(shí)不易發(fā)生鼓泡開裂等缺陷;同時(shí)使用的封閉劑為氣密性氨基樹脂和硅烷偶聯(lián)劑，耐高溫、耐潮濕性能好，對(duì)木材保護(hù)、封閉效果好。

表1 鍍膜木材老化過程中力學(xué)性能檢測(cè)

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明磁控濺射鍍膜木材可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)、較高溫度、較高濕度室內(nèi)環(huán)境下，金屬膜不會(huì)遭到破壞，可保持電磁屏蔽效能穩(wěn)定，屏蔽效能保持在58 dB以上。附著強(qiáng)度在老化前300 h內(nèi)沒有變化，保持2.0 MPa不變，從400～600 h檢測(cè)數(shù)據(jù)稍有下降，每100 h衰減0.5%，衰減幅度比較小;抗拉能力跟附著強(qiáng)度變化相似，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，從400～600 h檢測(cè)數(shù)據(jù)緩慢下降，下降幅度也在0.5%上下;耐磨強(qiáng)度在300 h前保持1 700轉(zhuǎn)不變，在400～600 h時(shí)間內(nèi)，耐磨強(qiáng)度緩慢下降。鍍膜木材經(jīng)老化后，表觀狀態(tài)良好，仍然平整、細(xì)膩、光滑、色澤均勻，沒有出現(xiàn)變色、開裂、鼓泡等現(xiàn)象;使用的封閉劑為氣密性氨基樹脂和硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)木材保護(hù)、封閉效果較好。

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