废旧橡胶粉与木材纤维复合材料的热压工艺_金西旺

第41卷第6期东北林业大学学报Vol．41No．62013年6月JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jun．20131）国家自然科学基金（30972300）。

第一作者简介：金西旺，男，1986年3月生，生物质材料科学与技术教育部重点实验室（东北林业大学），硕士研究生。

通信作者：李坚，生物质材料科学与技术教育部重点实验室（东北林业大学），教授。

E －mail ：nefulijian@163．com 。

收稿日期：2012年10月17日。

责任编辑：戴芳天。

废旧橡胶粉与木材纤维复合材料的热压工艺1）金西旺赵佳宁许民李坚（生物质材料科学与技术教育部重点实验室（东北林业大学），哈尔滨，150040）摘要以废旧橡胶粉和木材纤维为原料，选择三聚氰胺改性脲醛树脂为胶黏剂，经热压工艺制备废旧橡胶粉—木材纤维复合材料。

选取热压温度、热压时间、施胶量、橡胶粉量为影响因子，通过正交试验研究复合材料的力学性能；同时探讨了分别采用酸、碱、紫外线及湿气老化、双氧水改性橡胶粉对复合材料性能的影响。

结果表明：热压温度170ħ、热压时间7min 、施胶量14%、橡胶粉量20%时废旧橡胶粉—木材纤维复合材料的力学性能最好；碱改性橡胶粉制得复合材料的力学性能及疏水性能最好，力学性能达到中密度纤维板国家标准。

关键词废旧橡胶粉；木材纤维；正交试验；复合材料；改性橡胶粉分类号S715．3Hot Pressing Technology of Waste Rubber Powder and Wood Fiber Composites /Jin Xiwang ，Zhao Jianing ，Xu Min ，Li Jian （Key laboratory of Bio-based Material Science and Technology ，Ministry of Education ，Northeast Forestry Universi-ty ，Harbin 150040，P．R．China ）//Journal of Northeast Forestry University．－2013，41（6）．－97 100An experiment was conducted to make the composites of waste rubber powder and wood fiber by hot pressing with the waste rubber powder and wood fiber as materials and melamine-modified urea-formaldehyde resin as adhesive．Taking hot-press temperature ，hot-press time ，the ratio of adhesive and rubber powder content as factors ，the mechanical properties ofcomposites was investigated by orthogonal experimental design．We also probed the influence of modified rubber powder to composites in acid ，alkali ，ultraviolet light ，moisture and hydrogen peroxide ，respectively．The best mechanical properties for the composites of wood fiber and rubber powder is under the condition of 170ħfor hot-press temperature ，7min forhot-press time ，14%of adhesives consumption and 20%of rubber powder content．The composites of wood fiber and alka-li modified rubber powder are best in the mechanical properties and hydrophobicity．The mechanical properties accord with the national standards of medium density fiberboard．Keywords Waste rubber powder ；Wood fiber ；Orthogonal experimental ；Composites ；Modified rubber powder据第七次国家森林资源清查，我国森林资源总量不足，质量较低［1］。

我国木材自给能力弱，供需缺口大，木材产业自身发展层次低，资源利用效率低，国际木材贸易难度很大［2］。

近年来，我国橡胶资源紧缺，每年进口大量的天然橡胶与合成橡胶，而轮胎消耗了橡胶消费总量的70%以上；废旧轮胎已成黑色污染，我国废旧轮胎产量2004年1．12亿条，2006年1．5亿条，2008年约2．07亿条，2009年2．33亿条，2010年为2．56亿条。

废旧轮胎主要用于轮胎翻新、胶粉利用、原形改制、再生胶、热裂解利用及燃料［3－4］。

木材橡胶复合材料利用木材碎料与废旧橡胶粉，减少了废旧轮胎的黑色污染，研制的复合材料具有防水、防震、隔热、隔音等性能［5］。

在国内，赵君等以MDI 及UF 对废旧轮胎颗粒与落叶松刨花施胶提出最佳复合材料制备工艺［6］。

李凯夫将废橡胶颗粒与刨花施以UF 胶黏剂，得到复合材料的优化工艺［7］。

崔勇以MDI 为胶黏剂制作杨木刨花废旧橡胶复合材料，材料性能达到GB /T 4897—2003要求［8］。

在国外，Hanafi Ismail 等以MDI 、UF 、PF 为胶黏剂制备了油棕桐木粉—天然橡胶复合板；SongXM 发现MDI 可以将木质纤维与废旧轮胎颗粒胶合成多功能复合材料［9］。

木材的主成分含大量的极性基团，而橡胶大多是非极性的，木材和橡胶的伸缩比相差较大［9］；异氰酸酯及脲醛树脂固化后胶层很脆、异氰酸酯成本高，寻找合适的胶黏剂或对橡胶粉改性制成经济、多功能的木材橡胶环保复合材料具有研究意义。

笔者选择三聚氰胺改性脲醛树脂为胶黏剂，在设定的热压工艺因子水平下，寻找力学性能最佳的热压工艺条件，并采用酸、碱、双氧水、紫外及湿气老化分别改性处理橡胶粉，研究改性橡胶粉对复合材料性能的影响。

1材料与方法1．1材料废旧轮胎橡胶粉：200目以上（购于哈市、常温粉碎）；三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂（实验室自制）；木材纤维A （硬杂木木材纤维，于烘箱烘至含水率4%，用于正交试验），废旧木材纤维B （用作改性实验）；QUV /SPRAY 型紫外老化仪（美国Q －Pan-el公司生产）；浓硫酸（质量分数96% 98%）、氢氧化钠溶液（质量分数50%，实验室自制）、分析纯双氧水（质量分数30%）；恒温水浴锅；电热恒温鼓风干燥箱；100t实验热压机：模压面积500mmˑ500 mm，单位压力40kN/m2，功率18kW；拌胶机：实验室制，搅拌翅为三角锥状，转速可调范围0 1200r/ min；数显调节仪；OCA20接触角测定仪：dataphysics 公司生产；AG－10TA电子万能力学试验机及CMT5504电子万能力学试验机。

1．2方法以热压温度、热压时间、施胶量、橡胶粉量为因素，设定各自水平，采用L9（34）正交试验制复合材料，检测力学性能并分析。

在热压温度170ħ、热压时间7min、施胶量14%、橡胶粉量20%的条件下，研究橡胶粉改性技术对复合材料性能的影响：用浓硫酸在室温下浸泡5 10min；用氢氧化钠溶液在50ħ下浸泡，搅拌15 20min；用H2O2在30 35ħ下浸泡30min；先在50ħ、波长340nm、辐照强度0．77W/m2的条件下进行紫外线老化8h，再在40ħ下冷凝4h，如此循环处理橡胶粉一周；将按一定比例处理后的橡胶粉与废旧木材纤维采用热压工艺制板，检测其力学性能并通过对其试样测接触角了解疏水性能。

具体实验工艺流程如下。

橡胶粉清洗（或清洗后改性再清洗）→橡胶粉、纤维干燥→混合施胶→粉碎机粉碎胶料→称量铺装→热压、锯解→性能检测数据分析→最佳工艺（最佳改性技术）。

表1L9（34）正交试验因素与水平水平序号热压时间（A）/min热压温度（B）/ħ施胶量（C）/%橡胶粉量（D）/%151501320 261601430 371701540表2正交试验结果统计试验号静曲强度/MPa弹性模量/MPa内结合强度/MPa24h吸水厚度膨胀率/%119．152008．200．3820．11 229．052819．600．6211．94 327．082402．390．729．92 419．711973．210．6414．84 531．592898．680．6813．50 626．842285．890．6814．07 724．062246．520．6912．33 821．921866．300．6611．64 936．343192．460．7812．442结果与分析2．1正交试验结果在设定的因子水平下，对各力学性能实验结果作K值、极差分析。

通过表3与表4可以看到：当热压时间从5min向6min、7min变化时，材料的静曲强度由25．09增加到26．05、27．44，逐级提高3．83%、5．34%，跨级提高9．37%；内结合强度由0．57增加到0．67、0．71，逐级提高17．5%、6%，跨级提高24．56%；24h吸水厚度膨胀率由14．32减少到14．14、12．14，逐级降低1．26%、14．14%，跨级降低15．22%；而弹性模量由2410．06减少到2385．93，降低1%，再增加到2435．09，提高2．06%，跨级提高1．04%。

热压时间增加提高了材料的力学性能，究其原因主要在于热压时间在一定范围内的增长有利于树脂充分固化［10］。

随着热压温度从150ħ逐渐增加到170ħ，材料的静曲强度由20．97增加到27．52、30．09，逐级提高31．24%、9．34%，跨级提高43．49%；弹性模量由2075．98增加到2528．19、2626．91，逐级提高21．78%、3．9%，跨级提高26．54%；内结合强度由0．57增加到0．65、0．73，逐级提高14．04%、12．31%，跨级提高28．07%；材料的24h吸水厚度膨胀率由16．09减少到12．36、12．14，逐级降低23．18%、1．78%，跨级降低24．55%。