射流等离子体/ASD阻燃剂处理对落叶松胶合性能的影响研究

【摘要】：为制造具有良好阻燃性能和胶合性能的落叶松结构材,先采用真空加压的方法对落叶松进行ASD阻燃处理。结果表明经ASD阻燃剂处理后,落叶松总热释放量和烟释放总量显著降低,降低幅度随ASD阻燃剂质量分数增大而提高,综合阻燃效果和成本考虑,ASD阻燃剂的最佳质量分数为50%。经ASD阻燃处理落叶松的初始分解温度有所提前,残炭率从18.26%提高到41.06%；ASD阻燃作用主要归因于对木材的催化成炭作用。与未处理落叶松比较,ASD阻燃处理落叶松弯曲强度和弯曲弹性模量略微下降,下降幅度最大约为5%,顺纹抗压强度稍有提高,提高幅度最大为4.5%。落叶松经ASD阻燃剂处理后测得的水和二碘甲烷的接触角都明显变大,表面自由能明显降低,润湿性显著下降,与水性异氰酸酯胶粘剂(API)胶合测得的压缩剪切强度下降43.65%。为解决落叶松经ASD阻燃处理后胶合性能变差的问题,对ASD阻燃处理材进行射流等离子体处理。ASD阻燃处理前后的落叶松经射流等离子体处理后表面接触角显著下降,表面自由能明显提高,表面润湿性明显增强。处理效果和处理高度及处理时间有关。随着处理时间的延长,落叶松表面接触角的整体变化过程为先迅速下降,之后下降放缓,最后趋于稳定。在保证射流不直接灼烧到木材表面的前提下,处理效果随着处理高度的降低而提高,这是由于降低处理高度起到增大处理强度的效果。根据射流等离子体的射流长度以及处理效果和成本的综合考虑,对于处理截面尺寸为30mm×25mm的落叶松试件,较佳的处理参数为：N2处理时间20s,处理高度15mm；O2处理时间20s,处理高度25rmm；Ar处理时间20s,处理高度10mm；空气处理时间20s,处理高度15mm。采用SEM观察得出：与未处理材相比,落叶松经射流等离子体处理后表面有明显的刻蚀痕迹,表面粗糙度增加。利用XPS和FTIR分析结果显示：落叶松经射流等离子体处理后表面C1相对峰面积减少,C2和C3相对峰面积增多,有C4出现,氧碳原子数量比明显提高,说明落叶松表面含氧官能团增多。这些基团增强了落叶松表面的亲水性,有利于落叶松表面润湿性的提高。和素材相比,落叶松经射流等离子体处理后胶合性能显著提高,提升幅度从大到小依次为氧气120.81%、氮气43.40%、空气39.09%和氩气28.93%,ASD阻燃处理落叶松经射流等离子体处理后胶合性能也均有提高,提升幅度最大为氧气45.18%,与射流等离子体处理对落叶松润湿性的影响基本一致。ASD阻燃处理前后的落叶松经氮气、氧气、氩气和空气四种等离子体改性后,表面自由能都随放置时间的推移逐渐降低,与未阻燃处理的落叶松对比,经射流等离子体处理的ASD阻燃落叶松时效性减弱,处理效果更明显。为了获得最佳的改性效果,实际生产中射流等离子体处理后的木材必须及时进行胶合。