本研究針對鉛筆桿材的松脆性和尺寸穩定性要求，以蘇北意楊作為研究對象，選取４種化學藥劑對楊木刨切板進行軟化處理，并檢測其物理力學性能，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，規格１８３ｍｍ×７３ｍｍ×５．１２ｍｍ，無節子、無變色等缺陷，初始含水率為６％～１０％。化學藥劑：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％，南京化學試劑有限公司。實驗裝置：加壓浸漬罐、力學試驗機、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，在參考相關文獻的基礎上，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，設定４個水平（表１），采用Ｌ１６（４４）進行正交試驗設計。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；待達到軟化時間后，取出試件水洗２ｍｉｎ，放置在干燥無酸的環境里氣干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，采用萬能力學試驗機，將試樣放在實驗機座上，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》進行測定。試件密度、２４ｈ吸水率、尺寸穩定性均按ＧＢ／Ｔ１６５７—１９９９有關試驗方法進行測定。試件尺寸：５０ｍｍ×５０ｍｍ×５．１２ｍｍ。微觀構造：采用ＯＬＹＭＰＵＳ—ＢＸ４１偏光顯微鏡觀察試件顯微構造并拍照。

二、結果與分析

１.最佳工藝參數的確定

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，優選出最佳工藝參數。軟化處理后楊木單板抗彎彈性模量的極差和方差分析結果見表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，材質劣化明顯。由圖２可知，經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；產生這種現象的主要原因可能是：化學藥劑和溫度的協同作用，使部分纖維素、半纖維素溶解，木素稍有降解。由此可知經這４種化學藥劑處理后，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果如表４所示。由表４可見，經軟化處理的單板的密度均有不同程度的降低，相應的軟化處理前后密度變化率均為負值；變化率最大是２５％氨水，最小的為２５％乙二胺。說明楊木單板經軟化處理后質量有所損失，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％。原因可能是木材經過化學藥劑處理后，部分纖維素、半纖維素水解，部分木素降解，吸水性增加。

４）尺寸穩定性未處理單板和軟化單板的尺寸穩定性測定結果如表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，相應的各方向的變化率為負值。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，與半纖維素反應明顯，而乙酸為弱酸，對木質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不一致。總體上軟化后的單板抗脹縮能力明顯增強，尺寸穩定性顯著提高。

３.微觀構造對比

選取了軟化效果最佳的單板進行顯微切片，觀察軟化處理對組織構造的影響。由圖３可以看出，軟化處理后楊木組織中薄壁細胞的細胞壁變得膨潤，邊界不清，細胞形狀扭曲；導管產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構變得更松軟，軟化處理明顯減弱了細胞壁的骨架作用。

三、結論

（１）試驗確定了楊木單板的最佳軟化工藝參數為：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，材質下降，尺寸穩定性均好于未處理單板，達到了預期軟化的目的。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象。（３）微觀構造觀察表明，軟化處理后楊木的細胞壁膨潤，細胞形狀模糊，管孔變形和破損，材質變軟，使木材更易卷削。因此，采用化學藥物對鉛筆板進行改性處理效果明顯，具有較好的發展前景。（本文圖、表略）

本文作者：肖飛 饒文彬 魏娟 關明杰 單位：南京林業大學材料科學與工程學院 江蘇蘇美達國際技術貿易有限公司