全 文 ：第２８卷　第３期
Ｖｏｌ．２８　Ｎｏ．３
木材工业
ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１４年５月
Ｍａｙ　２０１４
收稿日期：２０１３－０９－２０；修改日期：２０１４－０４－０９
基金项目：云南省社会发展项目“剑川海门口遗址木质文物保护关键
技术研究与应用”（２０１１ＣＡ０２０）。
作者简介：谢序勤（１９８８—），女，西南林业大学硕士研究生。
责任作者：邱坚，男，西南林业大学教授，博士生导师。
应用技术
酚醛树脂改性处理对人工林轻木性能的影响
谢序勤，邱 坚，李 君
（西南林业大学材料工程学院；云南省木材胶黏剂及胶合制品重点实验室，云南昆明　６５０２２４）
摘要：　为了拓宽人工林轻木的应用领域，以酚醛树脂为处理液，分别采用常压、负压－负压浸渍法处理轻木。试样的
性能检测结果显示：与对照材相比，处理试样的增重率、硬度及顺纹抗压强度均增加，尺寸稳定性改善。
关键词：　轻木；酚醛树脂；浸渍工艺；性能
中图分类号：ＴＳ６５２　　　文献标识码：Ｂ　　　文章编号：１００１－８６５４（２０１４）０３－００４９－０４
Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐｈｅｎｏｌ－Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ　Ｒｅｓｉｎ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｏｎ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｏｃｈｒｏｍａ　Ｌａｇｏｐｕｓ　Ｗｏｏｄ
ＸＩＥ　Ｘｕ－ｑｉｎ，ＱＩＵ　Ｊｉａｎ，ＬＩ　Ｊｕｎ
（Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；
Ｙｕｎｎａｎ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｗｏｏｄ　Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ　ａｎｄ　Ｇｌｕｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
　　轻木（Ｏｃｈｒｏｍａ　ｌａｇｏｐｕｓ）属木棉科轻木属，是世
界上最轻的树种，气干密度仅０．１～０．２ｇ／ｃｍ３，原产
于热带美洲，在我国主要分布于海南、广西、台湾地
区，５年即可成材，树高可达１５ｍ，胸径３０ｃｍ，平均
蓄积量达４００ｍ３／ｈｍ２，目前已在云南、广东、福建等
地区试种成功并推广种植，仅云南西双版纳地区种植
面积就超过６６７ｈｍ２［１］。
轻木是隔声、隔热、防震的优良材料，亦可用于夹
芯结构板材的芯层材料。但是轻木的强度低、尺寸稳
定性和耐腐性能较差等问题，限制了其应用范围。笔
者前期进行的轻木改性研究表明［２］，脲醛树脂虽可以
改善轻木的物理力学性能，但由于脲醛树脂分子量较
大，需对轻木进行预处理才能提高浸渍效果；脲醛树
脂的自身性能，决定了改性材不能满足室外条件下长
期使用的要求。为了扩大轻木的应用领域，需探索新
的改性剂。
酚醛（ＰＦ）树脂的耐候性良好，价格经济，多用于
室外材的胶合及改性处理，且有研究表明，低分子量
ＰＦ树脂处理，对提高木材的力学性能、尺寸稳定性及
抗生物劣化性等效果较优［３－５］。基于此，笔者尝试采
用水溶性低分子量ＰＦ树脂对轻木进行浸渍处理，并
测试其性能，旨在为扩大人工林轻木的应用领域提供
技术支撑，同时也为密度和力学性能与轻木相近的古
木文物保护提供借鉴。
１　材料与方法
１．１　试验材料
１）轻木，采自云南西双版纳地区人工林，自然气
干，含水率约８％。试材（取自树木的１．３ｍ以下）外
观无明显缺陷，参照ＧＢ／Ｔ　１９２９－２００９《木材物理力学
试材锯解及试样截取方法》，制成３种规格试样（长×
宽×厚）：①２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ；②２０ｍｍ×
２０ｍｍ×３０ｍｍ；③５０ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ。
２）水溶性低分子酚醛（ＰＦ）树脂，自制，固体含
量４５％，黏度２５ｍＰａ·ｓ。
１．２　试验装置
循环水式真空泵；压力真空浸渍罐；电热恒温鼓
风干燥箱；万能力学试验机；扫描电子显微镜等。
·９４·
１．３　试验方法
为了探究较优的浸渍改性工艺，本试验设定２种
浸渍处理法：
表１　改性处理轻木试样的物理力学性能
Ｔａｂ．１　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓａｍｐｌｅｓ
处理
工艺
因素
时间
质量
分数／％
ＷＰＧ／
％
ＡＳＥ／
％
ＭＥＥ／
％
增加率／％（单位增重率下）
端面硬度 径面硬度 顺纹抗压强度
对照材 — — — — — —
常压浸渍
１０ｄ
１０　 ３７．５０　 ４５．７０　 ４７．５０　 １．９０　 １．４７　 ０．６３
２０　 ８７．５０　 ３４．２０　 ４５．７０　 ０．８５　 ０．６４　 ０．６９
３０　 １１８．８０　 ４７．３０　 ５０．２０　 ０．７９　 ０．８１　 ０．５２
２０ｄ
１０　 ６２．５０　 ４５．２０　 ４６．３０　 ０．７６　 ０．８１　 ０．３１
２０　 ８７．５０　 ４０．６０　 ４４．３０　 ０．５６　 ０．６０　 ０．６５
３０　 １０６．３０　 ４２．３０　 ４６．３０　 ０．６０　 ０．５９　 ０．５６
负压－负压
浸渍
２０ｍｉｎ
４０ｍｉｎ
６０ｍｉｎ
１２０ｍｉｎ
１８０ｍｉｎ
２４０ｍｉｎ
３０
３９．２０　 ４１．７０　 ４０．３０　 １．３４　 ０．８７　 ０．５１
４０．２０　 ４７．２０　 ４９．２０　 １．４２　 ０．９３　 １．４９
３７．００　 ４６．２０　 ４１．８０　 １．３８　 ０．８８　 １．４８
５６．２０　 ４２．５０　 ４０．２０　 １．１４　 ０．６８　 １．０１
５９．１０　 ４１．８０　 ４１．４０　 １．１８　 ０．７２　 ０．９７
６１．３０　 ４０．４０　 ４０．５０　 １．１２　 ０．６９　 １．０７
１）常压浸渍工艺　主要考察ＰＦ树脂的质量分
数和浸渍时间对改性效果的影响。根据前期试验结
果，先将试样置于１０５℃下干燥１０ｈ，然后进行常温
常压浸渍。
ＰＦ树脂的质量分数分别设为１０％、２０％、３０％。
考虑到轻木的密度非常低，通过延长浸渍时间以获得
较大的增重率；由于该工艺将为古木的浸渍处理提供
参考，根据已有的古木浸渍研究，常压浸渍需１个月
左右，因此，浸渍时间分别设为１０、２０ｄ。
处理完成后，试样先自然干燥２４ｈ，再分别在４０
℃下干燥２４ｈ，６０℃下干燥２４ｈ，最后在８０℃下干
燥至恒重取出。
２）负压－负压浸渍工艺　在常压浸渍处理工艺
基础上，确定ＰＦ树脂溶液的质量分数为３０％，进一
步考察第２次负压浸渍时间对改性效果的影响。试
样在１０５℃下干燥１０ｈ，将干燥后的试件抽真空，真
空度达０．０７ＭＰａ，注入树脂溶液。
依据预试验结果，第１次负压浸渍时间设定为
２０ｍｉｎ，保持真空状态，将真空度调整至０．０５ＭＰａ；
第２次负压下浸渍时间分别设定为２０、４０、６０、１２０、
１８０和２４０ｍｉｎ，最后对浸渍试样进行干燥。
１．４　性能检测
１）称 量 处 理 试 样 的 质 量，并 计 算 增 重 率
（ＷＰＧ）。
２） 参 照 ＧＢ／Ｔ
１９３４．２－２００９《木材湿 胀
性测定方法》测定试样的
抗胀率（ＡＳＥ）和阻湿率
（ＭＥＥ）。
３）参照ＧＢ／Ｔ　１９４１－
２００９《木材硬度试验方
法》测定试样的硬度。
４）参照ＧＢ／Ｔ　１９３５－
２００９《木材顺纹抗压强度
试验方法》测定试样的顺
纹抗压强度。
５）用扫描电镜观察
改性轻木横切面和径切面的微观结构，及ＰＦ树脂在
木材中的分布情况。
２　结果与分析
经两种浸渍工艺改性处理后，轻木试样的性能检
测结果列于表１。
２．１　处理材的增重率
由表１看出，在常压下，当质量分数不变时，浸渍
时间对试样的增重率影响不显著；浸渍时间不变时，
随着处理液质量分数的增加，试样的增重率呈上升
趋势。
在负压－负压浸渍条件下，树脂质量分数一定，浸
渍时间延长，试样增重率增大；浸渍时间＞１２０ｍｉｎ
时，增重率趋于稳定。
其原因在于轻木密度低，内部结构疏松，有利于
树脂的进入，在短时间内就可达到较大的浸渍量。随
着浸渍时间的延长，木材孔隙内外的压力逐渐趋于平
衡；同时，由于水分子直径比胶液粒径小，水分子更易
进入木材内部，随着浸渍时间延长树脂溶液中的水分
逐渐减少，黏度增加，导致进入木材内部的树脂减少，
增重率的增长速度减慢［６］。
２．２　处理材的尺寸稳定性
如表１所示，浸渍处理材的抗胀率 ＡＳＥ和阻湿
率 ＭＥＥ提高，尺寸稳定性明显改善。主要原因是
ＰＦ树脂分子量小，可以渗入到细胞壁中，ＰＦ树脂自
身发生的交联反应，及其与木材间发生的接枝反应，
·０５·
Ｖｏｌ．２８　Ｎｏ．３ 　ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　 Ｍａｙ　２０１４
图１　改性处理轻木试样的硬度和顺纹抗压强度
Ｆｉｇ．１　Ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｐａｒａｌｅｌ　ｔｏ　ｇｒａｉｎ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓａｍｐｌｅｓ
使处理材具有一定的疏水性［７］；固化的ＰＦ树脂对木
材孔隙的填充，亦减少了处理材对水分的吸收［８］。
ＡＳＥ和 ＭＥＥ与树脂质量分数和浸渍时间不呈
线性关系。原因是提高木材阻湿、抗胀性能的主要是
浸入细胞壁内的树脂，而木材细胞壁对ＰＦ树脂的吸
收量是一定的，过量的树脂仅填充于细胞腔内［４］。
与常压浸渍工艺相比，达到相同的尺寸稳定性，
负压－负压工艺所需的处理时间大大缩短，有利于工
业化生产。
２．３　处理材的力学性能
图１为两种浸渍工艺处理材的端面硬度、径面硬
度和顺纹抗压强度的检测结果。
１）硬度
由图１ａ和ｂ可知，常温常压浸渍时，在同一质量
分数下，浸渍时间对试样端面硬度略有影响，径面硬
度变化不大；浸渍时间一定时，随着树脂溶液质量分
数的增加，试样的端面硬度和径面硬度均缓慢增大。
在负压－负压浸渍条件下，与对照材相比，处理试
样的端面硬度和径面硬度在浸渍２０～４０ｍｉｎ内快速
增加，随着浸渍时间继续延长，处理试样的硬度逐渐
趋于平稳。
分析原因，随着浸入试样的树脂量增加，树脂固
化后，木材密度增大，有利于提高木材硬度。当树脂
吸收达到饱和时，延长浸渍时间，试样硬度增加不
明显。
２）顺纹抗压强度
图１ｃ显示，在常压下，当ＰＦ树脂质量分数一定
时，随着浸渍时间的延长，试样顺纹抗压强度的变化
不明显；随着ＰＦ树脂质量分数的增加，常压浸渍试
样的顺纹抗压强度先大幅增加然后趋缓。主要是因
为顺纹抗压强度与试样密度密切相关，随着ＰＦ树脂
质量分数增加，试样增重率增幅逐渐减小，导致其密
度增加趋缓。
图１ｄ表明，在负压－负压浸渍条件下，随着处理
时间的延长，试样顺纹抗压强度基本呈先增大后趋于
稳定的变化趋势，与硬度变化的机理相同。
２种浸渍工艺条件下，当增重率在４０％左右时，
单位增重率下的端面硬度、径面硬度和顺纹抗压强度
增加率均较高。分析原因，主要是在负压－负压浸渍
条件下，ＰＦ树脂组分极易进入细胞腔甚至细胞壁中
起充胀作用，在细胞壁及树脂间形成网状交联结构，
对试样的力学性能起到增强作用［９－１０］。当进入木材
细胞壁的ＰＦ树脂达到极限时，过量的树脂填仅充于
细胞腔，对木材的力学强度贡献较小。
综上所述，从浸渍效率和
改性效果角度分析，负压－负
压改性工艺优于常压浸渍工
艺，且较优的工艺参数为：ＰＦ
树脂质量分数３０％，第２次负
压浸渍时间４０ｍｉｎ。
２．４　处理材的微观结构
采用负压－负压浸渍工艺
改性处理试样的微观结构见
图２。
从图２看出，树脂在试样
中主要分布在导管内，射线细
胞和与木射线邻近的木纤维
内，导管壁纹孔口附近存在聚
合物颗粒物。这是因为轻木
导管上的纹孔非常发达，几乎
分布于整个导管，为树脂在轻
木内的渗透提供了有利条件。
·１５·
第２８卷　第３期 　木材工业 ２０１４年５月
图２　改性处理轻木试样的微观结构
Ｆｉｇ．２　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓａｍｐｌｅｓ
３　结论
１）在常压浸渍中，随着树脂质量分数的增加，试
样的 ＷＰＧ、ＡＳＥ、ＭＥＥ、硬度及顺纹抗压强度均明显
增大，较优的改性ＰＦ树脂的质量分数为３０％。
２）在负压－负压浸渍工艺中，不同浸渍时间处理
试样的 ＷＰＧ、ＡＳＥ、ＭＥＥ、硬度以及顺纹抗压强度，
均较对照材有不同程度的提高。考虑生产效率和效
益，以负压－负压浸渍工艺为宜，且第２次负压浸渍时
间约需４０ｍｉｎ。
参考文献：
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ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ｐｈｅｎｏｌ－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ
ｒｅｓｉｎ：ａｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｎｅｕｔｒａｌｉｚｅｄ　ｐｈｅｎｏｌｉｃ－ｒｅｓｉｎ
ａｎｄ　ｒｅｓｉｎ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｏ　ｗｏｏｄ　ｃｅｌ　ｗａｌｓ［Ｊ］．Ｗｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３７（５）：３４９－３６１．
（责任编辑　张一萍
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市场资讯
２０１３年广东家具总产值领跑全国
　　据广东省家具协会不完全估计，２０１３年，广东家
具行业的总产值达３　３９０亿元，同比增长１０．１％，５
年平均递增率达１４．１％。其中：广东家具内销金额
约２　２２０亿元，比２０１２年增长１０．５％，比２００９年增
长７４．８％，５年平均递增率１５．０％。
海关数据显示，２０１３年全省家具出口的交货值
达１８５．２亿美元，约占全国出口总值的１／３，比２０１２
年净增２０．２亿美元，增幅达１２．３％；比２００９年增长
７８．４％，５年平均递增率１５．６％。美国仍然是广东家
具的第一出口目的国，对美的出口值约占全省家具出
口交货总值的３０％，增幅约８％，为广东家具出口稳
步增长奠定基础。
２０１３年，全省家具进口总值３．３０８亿美元，比
２０１２年减少１．７％，约占全国进口总值的２４．９％，仅
次于上海排行第二。
为促进广东家具行业的健康持续发展，２０１４年
广东省家具协会将采取以下举措：
１）强化扩大内需，加大三、四级市场的开拓力
度，争取内销金额增长１２．６％。通过重视内销的产
品设计、加工技术、营销模式、管理模式和目标市场创
新，提高内销产品生产的机械化、信息化水平，适度发
展家具电子商务。
２）积极开拓新兴家具出口市场，争取实现出口
交货值增长１０．７％。通过重视并逐步加大自主知识
产权和自主品牌产品在国际市场的行销力度，逐步提
高出口产品的附加值和经济效益。 张一萍摘编
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Ｖｏｌ．２８　Ｎｏ．３ 　ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　 Ｍａｙ　２０１４