凍融循環(huán)處理對重竹地板性能的影響

吳自成

摘 要：該文以室外型重竹地板為研究對象，在保持其他條件不變的情況下，通過改變試件的凍融溫度范圍-20～23℃，-20～52℃，20～80℃和凍融循環(huán)的次數(shù)研究凍融循環(huán)對重竹地板性能的影響。結(jié)果表明：凍融循環(huán)會使重竹地板的重量降低，并且隨著循環(huán)次數(shù)的推移，重量的變化率會逐漸趨于平緩；凍融循環(huán)對重竹地板的尺寸穩(wěn)定性（線性膨脹）產(chǎn)生一定的影響；凍融循環(huán)會使得重竹地板24h吸水尺寸膨脹率增加；凍融循環(huán)會使得重竹地板出現(xiàn)裂隙現(xiàn)象，導(dǎo)致其靜曲強(qiáng)度和彈性模量降低，彎曲性能變差。凍融循環(huán)加速了重竹地板的老化速度，使得其綜合性能降低。

關(guān)鍵詞：凍融循環(huán)；重竹地板；性能

中圖分類號 TS653 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）24-0118-03

Abstract：As for outdoor reconsolidated bamboo flooring，while keeping other conditions unchanged，the effects of freeze-thaw cycle on the performance of reconsolidated bamboo flooring are studied by changing the thawing temperature ranges -20℃～23℃，-20℃～52℃，20℃～80℃ and the times of freeze-thaw cycle. The results show that the weight of reconsolidated bamboo flooring decreases by the influence of freeze-thaw cycle and the rate of change in weight gradually tends to be steay with the growth of cycle times. Freeze-thaw cycle produces certain effects on reconsolidated bamboo flooring dimensional stability （linear expansion） and causes the increase of reconsolidated bamboo flooring 24 hours water absorption size expansion rate. Freeze-thaw cycle also causes the decrease of the static bending strength and elastic modulus and weaker bending performance of reconsolidated bamboo flooring because of the cracks appeared phenomenon. In addition，freeze-thaw cycle weakens the combination properties of reconsolidated bamboo flooring through accelerating its aging rate.

Key words：Freeze-thaw cycle；Reconsolidated bamboo flooring；Performance

重竹地板是一種將竹材重新組織并加以強(qiáng)化成型的竹質(zhì)新材料，將竹子開成柔軟的絲狀或薄片狀，通過浸膠裝模之后壓制，使纖維重組，由竹重組材為人造板基材表面，在基材表面鋪設(shè)裝飾紙和耐磨紙，背面鋪設(shè)平衡紙，經(jīng)熱壓、齊口加工而成的地板[1]。廣泛應(yīng)用于家庭室內(nèi)、花園、廣場公園、泳池、碼頭、親水平臺等場所。重竹材料越來越受到人們的關(guān)注和重視，對其性能的要求也越來越高，尤其是作為一種室外環(huán)境下使用的材料，其性能會隨著環(huán)境的變化而變化[2]。重竹地板仍然在人造板范疇中，故其老化機(jī)理與人造板老化機(jī)理是相同的，也是受環(huán)境因子、膠粘劑因子、材料和制備工藝的影響。

重竹地板在使用過程中，受到光照、溫度、水分、氧及生物介質(zhì)等因素影響，材料的力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)會發(fā)生改變，并且這種改變是不可還原的，會在很大程度上影響到地板的使用能力，也會對人們居住的環(huán)境帶來負(fù)面影響[3]。因此，本文通過對重竹地板經(jīng)歷不同凍融循環(huán)處理溫度、循環(huán)周期后的性能進(jìn)行了研究，對實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)材料采用相同生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的1種重竹地板為試材。材料規(guī)格為900mm×110mm×15mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 （1）電子數(shù)顯卡尺；量程：0～200mm；精度：0.01mm，成都成量工具有限公司。（2）千分尺；量程：0～25mm；精度：0.001mm，成都成量工具有限公司。（3）恒溫恒濕試驗(yàn)箱；型號：HWS-250，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。（4）電熱恒溫水浴鍋；溫度范圍為20～100℃，溫度波動為±1℃，江蘇省張家港市醫(yī)療器械廠。（5）微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南時代試金試驗(yàn)機(jī)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法的確定

1.3.1 試件制作及處理 （1）按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》的要求以及實(shí)驗(yàn)需求分別制作300mm×50mm×15mm試件24塊；鋸制出50mm×50mm×15mm試件24塊；20mm×20mm×15mm試件24塊。（2）按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》的要求將所有試件在（20±2）℃，相對濕度（65±5）%條件下處理至質(zhì)量恒定[4]。

1.3.2 試驗(yàn)方法 本次實(shí)驗(yàn)采用-20～23℃，-20～52℃，endprint

-20～80℃，3個溫度循環(huán)。材料經(jīng)過室溫浸水24h，冰箱冷凍12h，烘箱解凍12h，歷時72h為一個循環(huán)。總共經(jīng)歷1，3，5次循環(huán)。

1.3.2.1 凍融循環(huán)對對重竹地板重量損失率的影響 先將試件為20mm×20mm×15mm規(guī)格的放入烘箱進(jìn)行烘干處理，直到2次重量幾乎相等為止，記下此時絕干重量。然后將材料經(jīng)過室溫浸水24h，并且經(jīng)過1，3，5次凍融循環(huán)處理，最后再干燥至絕干，測其絕干重量，與最初的絕干質(zhì)量進(jìn)行比較，測試試件的重量變化情況。

試件質(zhì)量損失率按下面公式計算，精確至0.001%。

[質(zhì)量損失率（%）=W1-W2W1×100]

式中：W1—熱處理前試件質(zhì)量，g；W2—熱處理后試件質(zhì)量，g。

1.3.2.2 凍融循環(huán)對重竹地板彎曲性能的影響 將規(guī)格為300mm×300mm×15mm的試件，先室溫浸水24h，分別經(jīng)過1，3，5次凍融循環(huán)試驗(yàn)。取出后，將所有試件在（20±2）℃，相對濕度（65±5）%條件下處理至質(zhì)量恒定。測量它們的靜曲強(qiáng)度和彈性模量，比較分析凍融循環(huán)對重竹地板彎曲性能的影響。

1.3.2.3 凍融循環(huán)對重竹地板尺寸穩(wěn)定性（線性膨脹）的影響 將規(guī)格為50mm×50mm×15mm的小試件，先室溫浸水24h，再進(jìn)行1，3，5凍融循環(huán)處理。將所有試件在（20±2）℃，相對濕度（65±5）%條件下處理至質(zhì)量恒定。測量試件長度、寬度、厚度尺寸；然后在進(jìn)行24h吸水尺寸變化率實(shí)驗(yàn)，對比分析凍融循環(huán)對重竹地板尺寸穩(wěn)定性（線性膨脹）的影響。

試件吸水膨脹率按下面公式式計算，精確至0.001%。計算公式為：

T=（h1-h2）/h1

式中：T—吸水膨脹率，%；h1—浸水前試件尺寸，mm；h2—浸水后試件尺寸，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍融循環(huán)處理對重竹地板重量損失率的影響 由圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)對重竹地板重量損失率有著較大的影響。凍融循環(huán)會使重竹地板質(zhì)量降低，同時，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，重量損失率逐漸增加并趨于穩(wěn)定。凍融循環(huán)處理可以認(rèn)為是一種人工的物理加速老化過程，凍融加速了重竹地板的老化，使得重竹地板出現(xiàn)了質(zhì)量損失，這種損失是不可避免的。

2.2 凍融循環(huán)對重竹地板尺寸（線性膨脹）測定的影響 由圖2可以發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)會使得重竹地板尺寸穩(wěn)定性變差，對于厚度方向上的影響較為明顯，寬度和長度方向影響程度較小。經(jīng)過凍融循環(huán)處理的重竹地板，24h吸水尺寸變化率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增加，變化速度隨凍融循環(huán)周期增加趨于平緩。主要因?yàn)殡S著老化的加劇，重竹地板內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，其耐水性會變差。從圖2還可以看到，經(jīng)過凍融處理的重竹地板厚度方面變化較大，長度與寬度方向變化數(shù)值很小，基本在1.0%以下說明重竹地板尺寸穩(wěn)定性較好。而厚度方向變化率相對較大，最大的達(dá)到3.9%。厚度方向變化率將近是長度方向的10倍左右，差距還是很明顯的。

2.3 凍融循環(huán)對重竹地板彎曲性能的的影響 由圖3分析可知，凍融循環(huán)的處理會降低重竹地板的彎曲性，靜曲強(qiáng)度和彈性模量均變小。從彈性模量和靜曲強(qiáng)度變化曲線可以看出，凍融循環(huán)處理前期重竹地板靜曲強(qiáng)度和彈性模量變化較大；隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，靜曲強(qiáng)度和彈性模量下降逐漸平緩。強(qiáng)度下降最嚴(yán)重的周期為第一、二周期，這說明板材在突然承受環(huán)境的急劇變化時，會有較大幅度的強(qiáng)度下降和開裂，而隨著環(huán)境的繼續(xù)變化，板材的強(qiáng)度下降到一定程度時，就會出現(xiàn)一個平穩(wěn)的趨勢。

經(jīng)過5個連續(xù)不斷溫度急劇變化的周期環(huán)境，沒有試件完全破壞，主要是因?yàn)橹刂竦匕宓脑牧闲螒B(tài)是竹絲，其尺寸較小，且原料本身是沒有什么結(jié)合力的，所以重竹地板的強(qiáng)度幾乎全靠膠粘劑的粘結(jié)來支撐，板材沒有出現(xiàn)完全破壞的現(xiàn)象證明了酚醛樹脂膠的耐水性能良好。在這樣嚴(yán)格的老化標(biāo)準(zhǔn)下，重竹地板仍然沒有出現(xiàn)完全破壞，說明了這種板材的耐老化性能良好。

與Jenette的研究符合，復(fù)合材料的彎曲性能受凍-融循環(huán)的影響比較大，這是因?yàn)橹参锢w維表面含有大量的極性羥基和酚羥基官能團(tuán)，表現(xiàn)出極強(qiáng)的極性和親水性，使材料具有極性和吸濕性，兩者對材料的力學(xué)性能都有很大的影響。材料經(jīng)歷凍-融循環(huán)實(shí)驗(yàn)時，由于水分的進(jìn)入，復(fù)合材料接觸水分時，組分中的纖維膨脹，增加了材料之間的間隙，孔隙變大了，影響了膠粘劑與纖維連接的強(qiáng)度，而且，隨著凍融循環(huán)溫度的升高，纖維更容易軟化，更易吸收水分，冷凍溫度越低，干燥溫度越高，使纖維的細(xì)胞壁經(jīng)歷的環(huán)境更惡劣，使半纖維熱降解和木質(zhì)素重排，也使得細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，甚至胞壁結(jié)構(gòu)的破壞[5]，高低溫的長期循環(huán)使細(xì)胞壁收縮-膨脹彈性降低，纖維和膠粘劑的連接強(qiáng)度更加降低，致使材料經(jīng)經(jīng)歷不同的溫度的凍融循環(huán)會有不同的結(jié)果。

3 結(jié)論

（1）凍融循環(huán)對重竹地板的重量影響；凍融循環(huán)會使得重竹地板的重量損耗，并且隨著循環(huán)次數(shù)的推移，重量的變化率會逐漸趨于平緩。

（2）凍融循環(huán)對重竹地板的尺寸穩(wěn)定性（線性膨脹）產(chǎn)生一定的影響；凍融循環(huán)會使得重竹地板24h吸水尺寸膨脹率增加，特別在厚度方向上明顯作用，長度寬度方向上的膨脹變化率相對較小。

（3）凍融循環(huán)對重竹地板的彎曲性能的影響；凍融循環(huán)會使得重竹地板出現(xiàn)裂隙現(xiàn)象，從而使得其靜曲強(qiáng)度和彈性模量降低，彎曲性能變差。凍融循環(huán)加速了重竹地板的老化速度，使得其綜合力學(xué)性能降低。

參考文獻(xiàn)

[1]高振忠.木質(zhì)地板生產(chǎn)與使用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]王偉宏，王清文，宋永明.木塑復(fù)合材老化性能研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué)，2008，44（5）：144-148.

[3]余德新，宋一然.人造板的加速老化實(shí)驗(yàn)研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，1993，20（4）：17-19.

[4]GB/T 17657-2013.人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[5]薛盤芳.PP/木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備及其性能研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008. （責(zé)編：張宏民）endprint