本研究針對鉛筆桿材的松脆性和尺寸穩(wěn)定性要求，以蘇北意楊作為研究對象，選取４種化學(xué)藥劑對楊木刨切板進(jìn)行軟化處理，并檢測其物理力學(xué)性能，旨在探索適用于意楊鉛筆板的改性處理方法。

一、材料與方法

１.試驗材料及設(shè)備

試驗材料：意楊（Ｐｏｐｕｌｕｓｅｕｒａｍｅｒｉｃａｎａ）刨切板，由江蘇豐縣飛龍木制品廠提供，規(guī)格１８３ｍｍ×７３ｍｍ×５．１２ｍｍ，無節(jié)子、無變色等缺陷，初始含水率為６％～１０％。化學(xué)藥劑：乙二胺：９９．０％，成都市科龍試劑廠；氨水：２５％～２８％，ＮａＯＨ：９６．０％，乙酸（冰乙酸）：９９．５％，南京化學(xué)試劑有限公司。實驗裝置：加壓浸漬罐、力學(xué)試驗機(jī)、恒溫恒濕箱、電子天平、干燥箱、偏光顯微鏡等。

２.實驗方法

為確定意楊單板軟化處理的最佳工藝條件，在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本試驗選擇軟化劑、軟化溫度、軟化時間和加壓壓力４個因素為變量，設(shè)定４個水平（表１），采用Ｌ１６（４４）進(jìn)行正交試驗設(shè)計。為減少由含水率不均引起的浸漬差異，先將楊木刨切單板泡水２４ｈ，然后將配置好的軟化劑溶液加熱到各個溫度水平，再放入楊木單板在進(jìn)行加壓浸漬，注意楊木單板一定要全部浸入軟化劑溶液中；待達(dá)到軟化時間后，取出試件水洗２ｍｉｎ，放置在干燥無酸的環(huán)境里氣干３ｄ，然后放到烘箱先在６０℃溫度下烘４ｈ、再在８０℃烘６ｈ，隨后對處理試件進(jìn)行物性測定。試件硬度的測定：按照ＧＢ１９４０—９１木材硬度試驗方法，采用萬能力學(xué)試驗機(jī)，將試樣放在實驗機(jī)座上，測試所用鋼球直徑１１ｍｍ，速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ，壓入深度為２．７５ｍｍ，記錄荷載的數(shù)字。試件抗彎彈性模量按ＧＢ／Ｔ１６５７—１９９９《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》進(jìn)行測定。試件密度、２４ｈ吸水率、尺寸穩(wěn)定性均按ＧＢ／Ｔ１６５７—１９９９有關(guān)試驗方法進(jìn)行測定。試件尺寸：５０ｍｍ×５０ｍｍ×５．１２ｍｍ。微觀構(gòu)造：采用ＯＬＹＭＰＵＳ—ＢＸ４１偏光顯微鏡觀察試件顯微構(gòu)造并拍照。

二、結(jié)果與分析

１.最佳工藝參數(shù)的確定

鉛筆板用材需要剛度大、變形小、偏脆性的木材，因此本實驗以抗彎彈性模量為主要考察因子，優(yōu)選出最佳工藝參數(shù)。軟化處理后楊木單板抗彎彈性模量的極差和方差分析結(jié)果見表２、３。由表２可見，各因素影響主次順序為Ｄ＞Ａ＞Ｂ＞Ｃ，即加壓壓力影響最大，軟化劑種類和軟化溫度其次，軟化時間影響相對最小。從表３可見，加壓壓力在０．０３４水平上對楊木單板抗彎彈性模量的影響顯著，軟化劑種類對楊木單板抗彎彈性模量的影響不顯著，軟化溫度其次，軟化時間的影響相對較小。由此得出最佳的軟化工藝參數(shù)條件為：加壓壓力為０．６ＭＰａ，軟化劑為２５％氨水，軟化溫度為６０℃，軟化時間為５０ｍｉｎ。

２．處理前后物理力學(xué)性能對比

１）抗彎彈性模量和硬度

本試驗主要測定軟化處理單板抗彎彈性模量和硬度的變化，并與未處理材對比表征軟化效果。由圖１可知，經(jīng)過處理后的楊木單板抗彎彈性模量均有一定程度的降低，其中２５％氨水處理的衰減的最少，下降幅度為１３％，最接近椴木的ＭＯＥ值（椴木的ＭＯＥ值約為１００６７ＭＰａ［６］）；其他３種軟化劑處理板材的ＭＯＥ下降幅度較大，材質(zhì)劣化明顯。由圖２可知，經(jīng)過處理后的楊木單板硬度都有較大程度降低，其中２５％乙二胺處理材硬度下降最明顯，但各組軟化劑處理單板之間硬度值差異不大；產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因可能是：化學(xué)藥劑和溫度的協(xié)同作用，使部分纖維素、半纖維素溶解，木素稍有降解。由此可知經(jīng)這４種化學(xué)藥劑處理后，楊木單板的抗彎彈性模量和硬度都不同程度的降低，楊木單板的剛度下降變形增加，但軟化劑種類對單板抗彎彈性模量的影響更明顯。

２）密度

未處理單板和軟化單板的密度測定結(jié)果如表４所示。由表４可見，經(jīng)軟化處理的單板的密度均有不同程度的降低，相應(yīng)的軟化處理前后密度變化率均為負(fù)值；變化率最大是２５％氨水，最小的為２５％乙二胺。說明楊木單板經(jīng)軟化處理后質(zhì)量有所損失，密度降低。

３）２４ｈ吸水率

未處理單板和軟化單板的２４ｈ吸水率測定結(jié)果如表５所示。由表５可見，軟化后單板的２４ｈ吸水率比未處理單板增大了許多，相應(yīng)的軟化處理前后２４ｈ吸水率變化率為正值，變化率最大的是１０％ＮａＯＨ處理的單板，其吸水率增加了３８．４％；最小的是２５％乙酸，增加了１５．８％。原因可能是木材經(jīng)過化學(xué)藥劑處理后，部分纖維素、半纖維素水解，部分木素降解，吸水性增加。

４）尺寸穩(wěn)定性未處理單板和軟化單板的尺寸穩(wěn)定性測定結(jié)果如表６所示。由表６可見，軟化處理單板的長度增長率、長度收縮率、厚度增長率、厚度收縮率均比未處理材小，相應(yīng)的各方向的變化率為負(fù)值。其中乙二胺和氨水處理單板在長度增長率的變化率最大，為４８％，乙二胺的長度收縮率的變化率甚至達(dá)到５０％。而乙酸處理單板在厚度方向上的變化率最大，其原因可能是乙二胺和氨水為堿性，與半纖維素反應(yīng)明顯，而乙酸為弱酸，對木質(zhì)素降解作用更明顯些，因此，處理后板材在各方向上的尺寸變化率表現(xiàn)不一致。總體上軟化后的單板抗脹縮能力明顯增強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性顯著提高。

３.微觀構(gòu)造對比

選取了軟化效果最佳的單板進(jìn)行顯微切片，觀察軟化處理對組織構(gòu)造的影響。由圖３可以看出，軟化處理后楊木組織中薄壁細(xì)胞的細(xì)胞壁變得膨潤，邊界不清，細(xì)胞形狀扭曲；導(dǎo)管產(chǎn)生了較大的變形和破損；胞間層變皺變松，部分甚至破損。這些變化表明軟化處理使單板組織結(jié)構(gòu)變得更松軟，軟化處理明顯減弱了細(xì)胞壁的骨架作用。

三、結(jié)論

（１）試驗確定了楊木單板的最佳軟化工藝參數(shù)為：軟化劑為２５％氨水，軟化溫度為６０℃，軟化時間為５０ｍｉｎ，加壓壓力為０．６ＭＰａ。（２）軟化處理后單板的密度、硬度、抗彎彈性模量均不同程度降低，材質(zhì)下降，尺寸穩(wěn)定性均好于未處理單板，達(dá)到了預(yù)期軟化的目的。軟化處理能有效提高楊木單板的松脆性，從而將會減少鉛筆桿加工過程中不光滑和起毛現(xiàn)象。（３）微觀構(gòu)造觀察表明，軟化處理后楊木的細(xì)胞壁膨潤，細(xì)胞形狀模糊，管孔變形和破損，材質(zhì)變軟，使木材更易卷削。因此，采用化學(xué)藥物對鉛筆板進(jìn)行改性處理效果明顯，具有較好的發(fā)展前景。（本文圖、表略）

本文作者：肖飛 饒文彬 魏娟 關(guān)明杰 單位：南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇蘇美達(dá)國際技術(shù)貿(mào)易有限公司