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【摘 要】本文分析聚丙烯组、聚乙烯组、酚醛组复合材料的物理力学性能，同时达到了I类胶合板与II类胶合板的要求，而脲醛组复合材料的物理力学性能值达到了II类胶合板的要求；总体而言，聚丙烯组的物理力学性能明显优于聚乙烯组与脲醛组，并与酚醛组复合材料相当。
【关键词】吸水厚度膨胀率 静曲强度与弹性模量 力学性能
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2018）06C-0185-03
一、不同胶黏剂所制备胶合板吸水厚度膨胀率的对比
如图1（a）所示，四组复合材料的吸水厚度膨胀在1到7天期间，随时间增加。结果表明，塑料薄膜组复合材料的吸水厚度膨胀率低于甲醛树脂组。塑料薄膜组中，聚丙烯组的吸水厚度膨胀率低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。上述顺序在7天之内一直如此。对于胶合板类复合材料，厚度膨胀描述了板子吸水后引起的膨胀。通常，较低吸水厚度膨胀率，反映了潮湿环境中较高的尺寸稳定性。
与甲醛树脂组复合材料相比，塑料薄膜组的吸水厚度膨胀率较低，与所用胶黏剂的性质有关。甲醛基树脂的分子结构中，存在丰富的亲水基团，如氨基、羟基等；但是，聚丙烯、聚乙烯塑料的分子结构中，一般只有烷基等疏水基团。因此，塑料薄膜形成的胶层，比甲醛树脂形成的胶层更加疏水，有助于减少复合材料的吸水与厚度膨胀行为。
塑料薄膜组中，聚丙烯组的吸水厚度膨胀率低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。该结果可能与热压条件有关。高的热压温度能够降低原材料中亲水基团的含量，有助于降低复合材料的吸水与厚度膨胀行为。本研究中的热压温度，聚丙烯组高于聚乙烯组，而酚醛组则高于脲醛组。
二、不同胶黏剂所制备胶合板静曲强度与弹性模量的对比
如图1（c）和（d）所示，聚丙烯组与酚醛组复合材料的静曲强度和弹性模量，高于聚乙烯组与脲醛组。此外，酚醛组的静曲强度和弹性模量高于聚丙烯组，脲醛组的结果高于聚乙烯组。
对于胶合板类复合材料，静曲强度反映了它们的抗断裂的能力，而弹性模量则反应了它们的抗变形刚度。通常，较高的静曲强度和弹性模量，反映了复合材料的更好的力学性能和更有效的应力传递。静曲强度与弹性模量结果之间存在明显的正相关关系，这是可以理解的，因为静曲强度与弹性模量都是由相同的三点弯曲试验得出的。
对于塑料薄膜组复合材料，聚丙烯组的静曲强度与弹性模量高于聚乙烯组；而对于甲醛树脂组的复合材料，酚醛组的静曲强度与弹性模量高于脲醛组。这一结果与粘接性能有关。据报道，聚丙烯的物理力学性能普遍高于聚乙烯，而酚醛树脂的物理力学性能普遍高于脲醛树脂。
总的来说，塑料薄膜组复合材料的静曲强度与弹性模量，均低于甲醛树脂组复合材料，这与热压条件和粘接界面有关。对于热压条件方面，热压温度越高，塑料薄膜组复合材料的热压温度更高，会增加原材料的脆性、降低胶合板类复合材料的强度和刚度。对于粘接界面方面，疏水性塑料薄膜与亲水性木材单板的相容性较低。这种差异会使塑料薄膜组复合材料的界面上，出现较多的缝隙，比甲醛树脂组更为严重。这会导致塑料薄膜组复合材料的应力传递较差，从而导致强度和刚度较低。
三、不同胶黏剂所制备胶合板I类胶合强度与II类胶合强度的对比
图1（e）和（f）分别代表材料的I类和II类胶合强度。聚丙烯组复合材料的两种胶合强度的结果高于聚乙烯组，但低于酚醛组。脲醛组的II类胶合强度高于聚乙烯组，但由于水煮时板子发生开胶，脲醛组的I类胶合强为0。
对于胶合板类复合材料，I类胶合强度与II类胶合强度描述的是胶接接头对剪切破坏的抵抗力，在人工加速老化后测定。通常，较高的胶合强度反映出更加牢固的胶接接头以及更高的耐老化性。相比II类胶合强度，I类胶合强度结果较低，这老化与处理的条件有关。对于II类胶合强度，其老化处理包括沸水煮和高温炉干63℃；对于II类胶合强度，其老化处理则为63 ℃中浸泡。
酚醛组的I类胶合强度、II类胶合强度均较高，这与胶黏剂性质、粘接界面有关。在胶黏剂性能方面，酚醛树脂具备高度稳定的分子结构，使得胶接接头强度高、耐老化。在界面上，酚醛树脂（比塑料薄膜）与木材具有较高的界面相容性，其界面可以通过化学反应形成。
虽然脲醛组复合材料的界面也可以通过化学反应形成，但脲醛樹脂被公认为不耐老化；因此，脲醛组较高的II类胶合强度与极低的I类胶合强度，便是可以理解的。
对于塑料薄膜组复合材料而言，I类胶合强度与II类胶合强度的差别不是很大。这一结果与塑料薄膜的疏水性有关。然而，塑料薄膜组的I类胶合强度低于酚醛组，而塑料薄膜组中聚乙烯组的II类胶合强度低于脲醛组。这一结果与疏水性塑料膜与亲水性木材单板的低界面相容性有关。此外，聚丙烯组复合材料的两种胶合强度高于聚乙烯组，这与胶黏剂性能有关。据报道，聚丙烯的物理力学性能普遍高于聚乙烯。
四、不同胶黏剂所制备胶合板甲醛释放量的对比
如图1（b）所示，塑料薄膜组复合材料的甲醛释放量，低于甲醛树脂组。塑料薄膜组中，聚丙烯组低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。
由于聚丙烯、聚乙烯等塑料薄膜中没有甲醛，塑料薄膜组复合材料表现出的较低的甲醛释放量可能是由木材引起的，因为甲醛是一种木材中自然产生的化学物质，木材本身会包含并释放极少量、但仍可检出的游离甲醛。
甲醛树脂组复合材料的甲醛释放量较高，主要是由于胶粘剂的影响。林产品行业已经公认，甲醛基树脂胶黏剂是增强木质复合材料甲醛释放的重要原因。据报道，甲醛树脂的释放行为主要与树脂合成时过量添加甲醛有关，但也与树脂的水解和老化有关。
对于塑料薄膜组复合材料，聚丙烯组的甲醛释放量低于聚乙烯组；对于甲醛树脂组复合材料，酚醛树脂组低于脲醛树脂组。这一结果可能与热压条件有关。据报道，木单板经过高温处理后，其吸附位点会受到影响，采用该单板制备胶合板时，甲醛释放量会下降。在本研究中，聚丙烯组的热压温度高于聚乙烯组，而酚醛组的热压温度高于脲醛组。 五、不同胶黏剂所制备胶合板与各种胶合板标准的对比
中国是人造板最大的生产、消费和贸易国。中国国家标准GB/T 9846（2015）将胶合板分为几类，其中的I类胶合板要求必须有弯曲强度高于32 MPa、弯曲模量高于5.5 GPa、I类胶合强度高于0.7 MPa，其中的II类胶合板要求必须有弯曲强度高于32 MPa、弯曲模量高于5.5 GPa、II类胶合强度高于0.7 MPa。关于甲醛释放量，日本标准JAS 233（2008）最近在评价胶合板的甲醛释放值时，越来越受到关注。根据该标准，胶合板的甲醛释放量可分为F*（甲醛释放量<5 mg/L）、F**（甲醛释放量<1.5 mg/L）、F***（甲醛释放量<0.5 mg/L）、F****（甲醛释放量<0.3 mg/L）。目前，F****被公认为是世界上非常高的要求。
聚丙烯组、聚乙烯组、酚醛组复合材料的物理力学性能，同时达到了I类胶合板与II类胶合板的要求，而脲醛组复合材料的物理力学性能值达到了II类胶合板的要求。总体而言，聚丙烯组的物理力学性能明显优于聚乙烯组与脲醛组，并与酚醛组复合材料相当。对于甲醛释放的结果，脲醛组与酚醛组复合材料，只是分别达到了F*与F**的要求。相比之下，聚丙烯组与聚乙烯组复合材料都达到了F****的要求，其中聚丙烯组甚至比聚乙烯组还要更低。
【参考文献】
[1]Fang L，Chang L，Guo W，Chen Y，and Wang Z.Influence of silane surface modification of veneer on interfacial adhesion of wood-plastic plywood[J].Applied Surface Science，2014，288（1）
[2]顾继友.胶黏剂与涂料[M].北京：中国林业出版社，1999
[3]Yang H S，Wolcott M P，Kim H S，Kim S，and Kim H J.Effect of different compatibilizing agents on the mechanical properties of lignocellulosic material filled polyethylene bio-composites[J].Composite Structures，2007，79（3）
[4]常亮.高密度聚乙烯杨木复合胶合板成板机制及界面状态评价[D].中国林业科学研究院，2014
[5]关明杰，常馨曼，薛明慧，等.炭化杨木单板制备胶合板的氧指数和热重分析[J].林业工程学报，2016（2）
[6]Lu T，Liu S，Jiang M，Xu X，Wang Y，Wang Z，Gou J，Hui D，and Zhou Z.Effects of modifications of bamboo cellulose fibers on the improved mechanical properties of cellulose reinforced poly（lactic acid） composites[J].Composites Part B：Engineering，2014，62（0）
[7]Zhou X，Yu Y，Lin Q，and Chen L.Effects of maleic anhydride-grafted polypropylene （MAPP） on the physico-mechanical properties and rheological behavior of bamboo powder-polypropylene foamed composites[J].BioResources，2013，8（4）
[8]Yeh S K，Hsieh C C，Chang H C，Yen，C C C，and Chang Y C.Synergistic effect of coupling agents and fiber treatments on mechanical properties and moisture absorption of polypropylene-rice husk composites and their foam[J].Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，2015，68
[9]黄梦雪，张晓春，余文军，等.高温蒸汽软化竹材的力学性能及结构表征[J].林业工程学报，2016（4）
[10]Zhou X，Yu Y，Lin Q，and Chen L.Effects of maleic anhydride-grafted polypropylene （MAPP） on the physico-mechanical properties and rheological behavior of bamboo powder-polypropylene foamed composites[J].BioResources，2013，8（4）：6263-6279.
[11]Salem M Z M，and B?hm M.Understanding of formaldehyde emissions from solid wood：An overview[J].BioResources，2013.8（3）
[12]Murata K，Watanabe Y，and Nakano T.Effect of thermal treatment of veneer on formaldehyde emission of poplar plywood[J].Materials，2013，6（2）
[13]Xiong J，Zhang Y，and Huang S.Characterisation of VOC and formaldehyde emission from building materials in a static environmental chamber： Model development and application[J].Indoor and Built Environment，2011，20（2）
[14]Yang H S，Wolcott M P，Kim H S，Kim S，and Kim H J.Effect of different compatibilizing agents on the mechanical properties of lignocellulosic material filled polyethylene bio-composites[J].Composite Structures，2007，79（3）
【作者簡介】韦文榜，博士，广西生态工程职业技术学院副教授，高级工程师，研究方向：木质复合材料与胶黏剂研；张双保，研究方向：木质复合材料与胶黏剂；宋 伟，研究方向：木质复合材料与胶黏剂。
（责编 丁 梦）
【关键词】吸水厚度膨胀率 静曲强度与弹性模量 力学性能
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2018）06C-0185-03
一、不同胶黏剂所制备胶合板吸水厚度膨胀率的对比
如图1（a）所示，四组复合材料的吸水厚度膨胀在1到7天期间，随时间增加。结果表明，塑料薄膜组复合材料的吸水厚度膨胀率低于甲醛树脂组。塑料薄膜组中，聚丙烯组的吸水厚度膨胀率低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。上述顺序在7天之内一直如此。对于胶合板类复合材料，厚度膨胀描述了板子吸水后引起的膨胀。通常，较低吸水厚度膨胀率，反映了潮湿环境中较高的尺寸稳定性。
与甲醛树脂组复合材料相比，塑料薄膜组的吸水厚度膨胀率较低，与所用胶黏剂的性质有关。甲醛基树脂的分子结构中，存在丰富的亲水基团，如氨基、羟基等；但是，聚丙烯、聚乙烯塑料的分子结构中，一般只有烷基等疏水基团。因此，塑料薄膜形成的胶层，比甲醛树脂形成的胶层更加疏水，有助于减少复合材料的吸水与厚度膨胀行为。
塑料薄膜组中，聚丙烯组的吸水厚度膨胀率低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。该结果可能与热压条件有关。高的热压温度能够降低原材料中亲水基团的含量，有助于降低复合材料的吸水与厚度膨胀行为。本研究中的热压温度，聚丙烯组高于聚乙烯组，而酚醛组则高于脲醛组。
二、不同胶黏剂所制备胶合板静曲强度与弹性模量的对比
如图1（c）和（d）所示，聚丙烯组与酚醛组复合材料的静曲强度和弹性模量，高于聚乙烯组与脲醛组。此外，酚醛组的静曲强度和弹性模量高于聚丙烯组，脲醛组的结果高于聚乙烯组。
对于胶合板类复合材料，静曲强度反映了它们的抗断裂的能力，而弹性模量则反应了它们的抗变形刚度。通常，较高的静曲强度和弹性模量，反映了复合材料的更好的力学性能和更有效的应力传递。静曲强度与弹性模量结果之间存在明显的正相关关系，这是可以理解的，因为静曲强度与弹性模量都是由相同的三点弯曲试验得出的。
对于塑料薄膜组复合材料，聚丙烯组的静曲强度与弹性模量高于聚乙烯组；而对于甲醛树脂组的复合材料，酚醛组的静曲强度与弹性模量高于脲醛组。这一结果与粘接性能有关。据报道，聚丙烯的物理力学性能普遍高于聚乙烯，而酚醛树脂的物理力学性能普遍高于脲醛树脂。
总的来说，塑料薄膜组复合材料的静曲强度与弹性模量，均低于甲醛树脂组复合材料，这与热压条件和粘接界面有关。对于热压条件方面，热压温度越高，塑料薄膜组复合材料的热压温度更高，会增加原材料的脆性、降低胶合板类复合材料的强度和刚度。对于粘接界面方面，疏水性塑料薄膜与亲水性木材单板的相容性较低。这种差异会使塑料薄膜组复合材料的界面上，出现较多的缝隙，比甲醛树脂组更为严重。这会导致塑料薄膜组复合材料的应力传递较差，从而导致强度和刚度较低。
三、不同胶黏剂所制备胶合板I类胶合强度与II类胶合强度的对比
图1（e）和（f）分别代表材料的I类和II类胶合强度。聚丙烯组复合材料的两种胶合强度的结果高于聚乙烯组，但低于酚醛组。脲醛组的II类胶合强度高于聚乙烯组，但由于水煮时板子发生开胶，脲醛组的I类胶合强为0。
对于胶合板类复合材料，I类胶合强度与II类胶合强度描述的是胶接接头对剪切破坏的抵抗力，在人工加速老化后测定。通常，较高的胶合强度反映出更加牢固的胶接接头以及更高的耐老化性。相比II类胶合强度，I类胶合强度结果较低，这老化与处理的条件有关。对于II类胶合强度，其老化处理包括沸水煮和高温炉干63℃；对于II类胶合强度，其老化处理则为63 ℃中浸泡。
酚醛组的I类胶合强度、II类胶合强度均较高，这与胶黏剂性质、粘接界面有关。在胶黏剂性能方面，酚醛树脂具备高度稳定的分子结构，使得胶接接头强度高、耐老化。在界面上，酚醛树脂（比塑料薄膜）与木材具有较高的界面相容性，其界面可以通过化学反应形成。
虽然脲醛组复合材料的界面也可以通过化学反应形成，但脲醛樹脂被公认为不耐老化；因此，脲醛组较高的II类胶合强度与极低的I类胶合强度，便是可以理解的。
对于塑料薄膜组复合材料而言，I类胶合强度与II类胶合强度的差别不是很大。这一结果与塑料薄膜的疏水性有关。然而，塑料薄膜组的I类胶合强度低于酚醛组，而塑料薄膜组中聚乙烯组的II类胶合强度低于脲醛组。这一结果与疏水性塑料膜与亲水性木材单板的低界面相容性有关。此外，聚丙烯组复合材料的两种胶合强度高于聚乙烯组，这与胶黏剂性能有关。据报道，聚丙烯的物理力学性能普遍高于聚乙烯。
四、不同胶黏剂所制备胶合板甲醛释放量的对比
如图1（b）所示，塑料薄膜组复合材料的甲醛释放量，低于甲醛树脂组。塑料薄膜组中，聚丙烯组低于聚乙烯组；甲醛树脂组中，酚醛组低于脲醛组。
由于聚丙烯、聚乙烯等塑料薄膜中没有甲醛，塑料薄膜组复合材料表现出的较低的甲醛释放量可能是由木材引起的，因为甲醛是一种木材中自然产生的化学物质，木材本身会包含并释放极少量、但仍可检出的游离甲醛。
甲醛树脂组复合材料的甲醛释放量较高，主要是由于胶粘剂的影响。林产品行业已经公认，甲醛基树脂胶黏剂是增强木质复合材料甲醛释放的重要原因。据报道，甲醛树脂的释放行为主要与树脂合成时过量添加甲醛有关，但也与树脂的水解和老化有关。
对于塑料薄膜组复合材料，聚丙烯组的甲醛释放量低于聚乙烯组；对于甲醛树脂组复合材料，酚醛树脂组低于脲醛树脂组。这一结果可能与热压条件有关。据报道，木单板经过高温处理后，其吸附位点会受到影响，采用该单板制备胶合板时，甲醛释放量会下降。在本研究中，聚丙烯组的热压温度高于聚乙烯组，而酚醛组的热压温度高于脲醛组。 五、不同胶黏剂所制备胶合板与各种胶合板标准的对比
中国是人造板最大的生产、消费和贸易国。中国国家标准GB/T 9846（2015）将胶合板分为几类，其中的I类胶合板要求必须有弯曲强度高于32 MPa、弯曲模量高于5.5 GPa、I类胶合强度高于0.7 MPa，其中的II类胶合板要求必须有弯曲强度高于32 MPa、弯曲模量高于5.5 GPa、II类胶合强度高于0.7 MPa。关于甲醛释放量，日本标准JAS 233（2008）最近在评价胶合板的甲醛释放值时，越来越受到关注。根据该标准，胶合板的甲醛释放量可分为F*（甲醛释放量<5 mg/L）、F**（甲醛释放量<1.5 mg/L）、F***（甲醛释放量<0.5 mg/L）、F****（甲醛释放量<0.3 mg/L）。目前，F****被公认为是世界上非常高的要求。
聚丙烯组、聚乙烯组、酚醛组复合材料的物理力学性能，同时达到了I类胶合板与II类胶合板的要求，而脲醛组复合材料的物理力学性能值达到了II类胶合板的要求。总体而言，聚丙烯组的物理力学性能明显优于聚乙烯组与脲醛组，并与酚醛组复合材料相当。对于甲醛释放的结果，脲醛组与酚醛组复合材料，只是分别达到了F*与F**的要求。相比之下，聚丙烯组与聚乙烯组复合材料都达到了F****的要求，其中聚丙烯组甚至比聚乙烯组还要更低。
【参考文献】
[1]Fang L，Chang L，Guo W，Chen Y，and Wang Z.Influence of silane surface modification of veneer on interfacial adhesion of wood-plastic plywood[J].Applied Surface Science，2014，288（1）
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[7]Zhou X，Yu Y，Lin Q，and Chen L.Effects of maleic anhydride-grafted polypropylene （MAPP） on the physico-mechanical properties and rheological behavior of bamboo powder-polypropylene foamed composites[J].BioResources，2013，8（4）
[8]Yeh S K，Hsieh C C，Chang H C，Yen，C C C，and Chang Y C.Synergistic effect of coupling agents and fiber treatments on mechanical properties and moisture absorption of polypropylene-rice husk composites and their foam[J].Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，2015，68
[9]黄梦雪，张晓春，余文军，等.高温蒸汽软化竹材的力学性能及结构表征[J].林业工程学报，2016（4）
[10]Zhou X，Yu Y，Lin Q，and Chen L.Effects of maleic anhydride-grafted polypropylene （MAPP） on the physico-mechanical properties and rheological behavior of bamboo powder-polypropylene foamed composites[J].BioResources，2013，8（4）：6263-6279.
[11]Salem M Z M，and B?hm M.Understanding of formaldehyde emissions from solid wood：An overview[J].BioResources，2013.8（3）
[12]Murata K，Watanabe Y，and Nakano T.Effect of thermal treatment of veneer on formaldehyde emission of poplar plywood[J].Materials，2013，6（2）
[13]Xiong J，Zhang Y，and Huang S.Characterisation of VOC and formaldehyde emission from building materials in a static environmental chamber： Model development and application[J].Indoor and Built Environment，2011，20（2）
[14]Yang H S，Wolcott M P，Kim H S，Kim S，and Kim H J.Effect of different compatibilizing agents on the mechanical properties of lignocellulosic material filled polyethylene bio-composites[J].Composite Structures，2007，79（3）
【作者簡介】韦文榜，博士，广西生态工程职业技术学院副教授，高级工程师，研究方向：木质复合材料与胶黏剂研；张双保，研究方向：木质复合材料与胶黏剂；宋 伟，研究方向：木质复合材料与胶黏剂。
（责编 丁 梦）