全 文 ：林业科技开发 2015 年第 29 卷第 2 期 95
doi:10． 13360 / j． issn． 1000－8101． 2015． 02． 023 中图分类号:TS653． 3
薄竹单板浸渍工艺对阻燃胶合板性能的影响
王书强1，牛帅红1，金敏2，庄仁爱1，王丽1*
(1．浙江农林大学工程学院，浙江 临安，311300;2．浙江省木材科学与技术重点实验室)
摘 要:在常压下研究了温度、时间、复配阻燃剂质量分数等不同浸渍工艺参数对薄竹单板载药量的影响，测定了
不同载药量薄竹胶合板的燃烧和力学性能。结果表明，在温度为 60 ℃，时间为 8 h，复配阻燃剂质量分数为 30%
时，单板载药量趋于稳定;单板厚度增加，单板载药量会相应减少。力学性能表明，经过阻燃处理的薄竹胶合板随
着载药量的增加，胶合强度有所下降，与未处理试样的胶合强度相比，经载药量为 6%，8%，10%和 12%阻燃处理的
胶合板胶合强度分别下降了 16． 1%，22． 0%，28． 0%和 35． 6%，含水率范围为 12． 3% ～ 13． 2%，胶合强度和含水率均
能满足Ⅱ类胶合板的要求。燃烧性能表明，随着载药量的增加，胶合板的点燃时间和残余质量逐渐增加，而总热释
放量和总烟释放量逐渐减小，阻燃效果明显。因此，利用常压浸渍工艺生产阻燃薄竹胶合板是可行的。
关键词:薄竹单板;阻燃;胶合板;力学性能
Effects of fire retardant impregnation on properties of bamboo plywood∥WANG Shuqiang，NIU Shuaihong，
JIN Min，ZHUANG Ｒen’ai，WANG Li
Abstract:The effects of impregnation process parameters such as temperature，time and mass fraction of the complex fire
retardant on chemical loading of sliced bamboo veneer were studied in atmospheric condition，and the combustion and me-
chanical properties of the fire retardant treated (FＲT)plywood were tested． It was found that the chemical loading became
stable when the mass fraction of the fire retardant was 30%，and the impregnation was performed at 60 ℃ for 8 h． The
chemical loading decreased with the increasing of veneer thickness． According to the mechanical properties tests，the in-
creased chemical loading would lower the bonding strength of the FＲT plywood． Plywood with chemical loading of 6%，
8%，10% and 12% exhibited 16． 1%，22． 0%，28． 0% and 35． 6% of bonding strength decrease，respectively． When
the moisture content was 12． 3% －13． 2%，it could meet the demands of II-class plywood in terms of bonding strength and
moisture content． The combustion experiments showed that the ignition time and the quantity of residual material increased
with higher chemical loading while the heat released and smoke decreased with it． It could be concluded that the prepara-
tion of FＲT plywood with atmospheric impregnation process was feasible．
Key words:sliced bamboo veneer;fire retardant;plywood;mechanical properties
First author’s address:School of Engineering，Zhejiang A＆F University，Lin’an 311300，Zhejiang，China
收稿日期:2014－09－24 修回日期:2014－11－26
基金项目:浙江省科技厅资助项目(2013C14006) ;浙江省自然科学基
金项目(LZ13C160003) ;浙江省林业厅资助项目(2012SY01)。
作者简介:王书强(1990 －) ，男，硕士生，研究方向为竹材工业化利用。
通信作者:王丽，女，讲师。E-mail:hellen96@ 163． com
目前国内开发的一些竹产品主要用于建筑模板、
车厢底板、室内装饰地板等 3 个方面，板材类型较少，
不具有市场优势，产品加工深度不够，利润较低。刨切
薄竹生产工艺的推广填补了薄竹胶合板所用大幅面竹
单板及饰面所用薄竹的空白，具有较高的附加值［1］。
刨切薄竹作为新型装饰材料，具有特殊的纹理和
清新自然、真实淡雅的质感，在欧美等国家较受欢迎，
且可部分代替木材单板，用作家具和地板装饰装修材
料［2－3］。然而与木材类似，刨切薄竹及其产品属于可
燃材料。根据 GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧
性能分级》规定，未经阻燃处理的胶合板被列为 B2
级可燃性木质材料。当使用这一材料作为室内装饰
材料时，一旦发生火灾，该材料会加快火灾蔓延的速
度和火灾发展的态势，限制了胶合板的应用［4－5］。公
安部早在 1995 年就发布实施了《建筑内部装修设计
防火规范》，要求墙面、隔断等部位必须采用难燃级
(B1)的材料
［6－7］，因此，需要对刨切薄竹胶合板进行
阻燃处理。笔者研究了常压下载药量与温度、复配阻
燃剂质量分数和时间的关系，并对不同载药量的薄竹
单板所制胶合板进行胶合强度和燃烧性能测试，为该
阻燃胶合板的工业化生产提供依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
刨切薄竹，含水率 5% ～ 6%，购自杭州森瑞竹木
业有限公司，是由毛竹去青去黄后施胶侧压成大幅面
普竹单板，再将普竹单板冷压成普竹竹方，增湿软化
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 林产加工与利用
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后刨切成的大幅面薄竹单板，将上述大幅面薄竹单板
裁剪成幅面 400 mm ×400 mm，厚度 0． 5，0． 8和 1 mm
3 种试验试样，含水率 6% ～8%，表面平整，无裂痕。
胶黏剂为改性脲醛树脂胶，固含量 54． 47%。
阻燃剂为聚磷酸铵、硼酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二
钠，均为市售。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 阻燃剂溶液配制
参照阻燃配方文献［4］自配阻燃剂，将 4 种药剂按
m(聚磷酸铵)∶ m(硼酸)∶ m(磷酸二氢铵)∶ m(磷酸
氢二钠)= 8 ∶ 11 ∶ 8 ∶ 46 混合配制成复合氮磷系阻燃
剂，然后将蒸馏水与复合阻燃剂按照质量比分别配制
成 20%，30%和 35%的阻燃剂溶液。
1． 2． 2 浸渍工艺
试验分别选取阻燃剂溶液质量分数为 20%，
30%和 35%，浸渍时间 0． 25，0． 5，1，2，6，8 和 10 h，温
度 25，40 和 60 ℃和薄竹单板厚度作为变量，采用常
压浸渍法研究不同浸渍工艺对单板载药量的影响。
首先选取 9组单板，每组 8张，然后将单板浸渍到
上述不同变量条件下的浸渍液中，其中，薄竹单板的张
数与浸渍液体积的比为 1∶ 800(张 /mL)，另外取一组
用于研究单板厚度对载药量的影响。具体浸渍工艺
流程为:薄竹单板称质量 浸渍 沥干 称质量。
载药量计算公式为 A =［(m2 － m1)× c /m1］×
100% × k［8］，其中，m1 为试样浸渍前质量，m2 为试样
浸渍后质量，c为浸渍液质量分数，k为修正系数。
1． 2． 3 胶合板的制备
从浸渍得到的 72 块厚度为 1． 1 mm 单板中选取
阻燃处理后载药量达到或接近 6%，8%，10%和 12%
的浸渍薄竹单板各 12 块，另取 12 块未处理薄竹单板
作为对照组。将同一载药量的各组薄竹单板手工涂
胶(单面涂胶量 200 g /m2) ，在热压温度 105 ℃，热压
时间 60 s /mm，热压压力 1． 2 MPa下压制成 4 块 3 层
胶合板，并在室温下放置 24 h 以调整含水率。选取
其中 1 块用于燃烧性能测试。
1． 3 性能测试
1． 3． 1 胶合强度测试
将每组试样依据 GB /T 9846． 7—2004《胶合板
第 7 部分:试件的锯制》锯制 12 个胶合强度测试试
件，依据 GB /T 17657—2013《人造板及饰面人造板理
化性能试验方法》，测定每组试样的胶合强度。
1． 3． 2 燃烧性能测试
参照 GB /T 16172—2007《建筑材料热释放速率
试验方法》，用锥形量热仪测定样品的点燃时间、质量
变化、热释放和烟释放性能。辐射功率为 50 kW/m2。
2 结果与分析
2． 1 浸渍工艺对刨切薄竹载药量的影响
2． 1． 1 浸渍温度对载药量的影响
图 1 为不同浸渍时间下单板载药量与浸渍温度
的关系曲线。在相同浸渍时间下，除 35%阻燃剂质
量分数组，薄竹单板载药量在不同质量分数阻燃剂
溶液中均随浸渍温度的升高而增大，基本呈直线上
升趋势。但从 25 ～ 40 ℃的增幅略小于从 40 ～ 60
℃，这是由于温度越高，分子运动越剧烈，阻燃剂分
子越易进入到单板中。在实际生产中，提高浸渍温度
不仅会浪费能源，而且随着水分的挥发，阻燃剂溶液
的质量分数也越来越大，不利于生产管理。因此，选
择 60 ℃浸渍温度以便快速取得所需载药量的单板。
图 1 不同浸渍时间单板载药量与浸渍温度的关系
2． 1． 2 浸渍时间对载药量的影响
图 2 为不同浸渍温度下单板载药量与浸渍时间
的关系曲线。由图 2 可知，不同浸渍温度下薄竹单板
载药量均随着浸渍时间的延长而增加，且增加到 8 h
时趋于稳定。在试验范围内，过多延长浸渍时间，单
板载药量增幅并不明显，反而还会降低生产效率。经
过反复的试验可知，8 h 为较佳的浸渍时间，不仅可
以使单板的载药量控制在 10% ～ 12%，而且也可以
在满足载药量的同时提高生产效率。
林产加工与利用 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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图 2 不同浸渍温度下单板载药量与浸渍时间的关系
2． 1． 3 阻燃剂溶液质量分数对载药量的影响
图 3 为不同浸渍温度下单板载药量与阻燃剂溶
液质量分数的关系曲线。由图 3 可知，在 25 ℃浸渍
温度下，单板载药量随着阻燃剂溶液质量分数的增加
呈直线上升趋势。这是因为温度较低时，溶液易附着
在单板表面形成结晶，不易渗透到单板内部(图 4b)。
随着浸渍温度的升高，单板载药量呈现先上升后下降
的趋势。载药量上升是因为温度升高，溶液分子运动
加剧，单板表面结晶溶解，浸渍液的渗透性提高(图
4c)。笔者认为载药量下降是因为浸渍温度一定时，
随着阻燃剂溶液质量分数的提高，溶液中的分子进出
单板表面小孔的速度变慢，或因质量分数过高而将单
板表面小孔堵塞，使溶液不能很好的浸入到单板内
部。因此，结合浸渍温度和阻燃剂溶液质量分数对单
板载药量的影响情况，选取 30%为阻燃剂溶液质量
分数。
图 3 不同浸渍温度下单板载药量与阻燃剂溶液质量分数的关系
图 4 不同浸渍温度下刨切薄竹单板表面阻燃剂分布
2． 1． 4 单板厚度对载药量的影响
图 5 为 40 ℃、20%阻燃剂溶液质量分数条件下
单板厚度与单板载药量的关系曲线。由图 5 可见，随
着单板厚度的增加，单板载药量呈下降趋势。在浸渍
过程中，由于单板为普竹刨切单板，长度方向上的节
子会影响溶液流通，因此，厚度方向是阻燃剂溶液吸
收的主要方向。单板厚度的增加，会使药液浸入单板
的难度增大，阻力也会增大，但具体原因还需进一步
研究。 图 5 不同时间下单板载药量与单板厚度的关系曲线
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 林产加工与利用
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2． 2 力学性能
表 1 为不同载药量薄竹单板试件胶合强度测试
结果。从表 1 可以看出，当载药量从 0 上升到 12%
时，阻燃胶合板的胶合强度下降明显，参照 GB /T
9846． 3—2004《胶合板 第 3 部分:普通胶合板通用技
术条件》，载药量从 6%上升到 12%时，阻燃胶合板的
胶合强度均能够达到Ⅱ类胶合板要求(≥0． 7 MPa)。
引起胶合板胶合强度变化的因素可能为:经过阻燃处
理的单板自身性质发生了变化，影响了胶钉的形
成［9］;阻燃处理影响了胶黏剂的固化，阻燃处理后的
单板能从空气中吸收水分，稀释胶黏剂，影响板间胶
合力［10］;阻燃剂与脲醛树脂胶之间的相容性变差，不
易结合，导致胶合力不足。
表 1 阻燃胶合板的胶合强度
载药量 /% 含水率 /%
胶合强度 /MPa
最低值 最高值 均值 标准偏差
0 11． 0 1． 12 1． 38 1． 18 0． 11
6 11． 9 0． 91 1． 07 0． 99 0． 09
8 12． 3 0． 86 0． 98 0． 92 0． 05
10 12． 7 0． 83 0． 94 0． 85 0． 07
12 13． 0 0． 73 0． 88 0． 76 0． 05
不同载药量的阻燃胶合板的含水率范围为
11． 0% ～13． 0%，满足 GB /T 9846—2004《胶合板》中
Ⅱ类胶合板含水率低于 14%的要求。
2． 3 燃烧性能
表 2 为薄竹胶合板不同载药量试件燃烧性能的
测试结果。
表 2 胶合板的燃烧性能
载药量 /
%
点燃时间 /
s
总热释放量 /
(MJ·m －2)
总烟释放量 /
(m2·m －2)
残余物质量 /
g
0 15 30． 21 88． 438 2． 980
6 24 23． 44 19． 275 6． 480
8 31 22． 99 16． 225 6． 991
10 34 20． 35 14． 930 7． 497
12 44 17． 25 9． 963 8． 578
由表 2 可知，随着载药量的增加，胶合板的点燃
时间和残余物质量逐渐增加，而胶合板的总热释放量
和总烟释放量逐渐减小。与未处理试样相比，点燃时
间最高可增加 29 s，残余物质量可提高187． 85%，总
热释放量和总烟释放量最高可分别降低 42． 90%和
88． 73%，说明阻燃剂起到了较好的阻燃效果。对于
阻燃的具体原因，相关学者认为阻燃剂能够催化竹材
热解，使胶合板在较低温度下迅速燃烧成炭，抑制后
续燃烧过程［11］;另外，还可能与硼酸受热熔解覆盖在
胶合板表面有关，阻燃剂本身为氮磷系，在燃烧过程
中会发生复杂的化学变化，阻燃剂降解后会释放出
不燃气体(如氮气) ，稀释竹材表面的可燃性气体，形
成气体混合层;此外，阻燃剂能够增加竹材的导热性，
使热量及时从胶合板表面扩散。
3 结 论
薄竹单板载药量随着浸渍温度、时间、阻燃剂溶
液质量分数的增加而增大。在温度为 60 ℃，质量分
数为 30%，浸渍时间为 8 h 时，薄竹单板载药量趋于
稳定，且单板载药量随着单板厚度的增加而减小。
阻燃处理的胶合板胶合强度随着载药量的增加
而减小，但载药量为 6% ～ 12%时的胶合强度均能满
足Ⅱ类胶合板要求(≥0． 7 MPa)，含水率也都能满足
国标要求(＜ 14%)。
经阻燃剂处理的胶合板点燃时间和残余物质质
量明显高于未处理胶合板，而总热释放量和总烟释放
量低于未处理胶合板。和未处理试样相比，点燃时间
最高可以增加 29 s;残余物质质量可提高 187． 85%;
总热释放量和总烟释放量最高可分别降低 42． 90%
和 88． 73%。因此，利用常压浸渍工艺生产阻燃胶合
板是可行的。
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(责任编辑 莫弦丰)
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