胶接木材1概要.doc

第一篇 粘接基础 粘接基础 随着世界木材资源的日益匮乏，合理有效地利用木材和竹材资源显得越来越重要，粘接木材和竹材是增加其使用范围提高其价值的重要方法。为此研究木材和竹材的粘接性能和粘接技术，对于开发木质和竹质粘接材料具有重要的理论价值和现实意义。 两种相同或不同的材料A、B用介于两者之间的第三种材料C来结合成一体的现象和操作称为粘接。材料A、B称为被粘接材，材料C就称为胶黏剂。 1.1 胶合强度的产生 国内外学者把木材粘接时胶合强度的形成过程分为以下5个步骤：流动、传递、渗透、润湿和固化。 （1）流动 流动指的是液体胶黏剂在基材外部表面的铺展，胶黏剂只有流动才能填满被粘接面的空隙，胶黏剂的流动性与涂胶时间、操作温度、胶黏剂的组分以及树脂分子量等因素有关。 （2）传递 传递是指木材组件涂胶装配时导致的液体胶黏剂向相邻层木材表面的转移。 （3）渗透 渗透指的是由于在压力的作用下，胶黏剂依靠毛细管作用而渗入木材细胞腔中的现象。木材属于多孔性材料，增加胶层和被粘接材间的接触面积有助于提高胶合强度，而增加粘接面积可由提高胶黏剂的渗透程度来完成。胶黏剂固化过程中施加的压力有利于胶黏剂对木材充分浸润，特别是对粘度较大的胶黏剂，固化过程中应该施加较大的压力，这样有利于胶黏剂分子对木材的渗透和浸润。 当胶黏剂渗入木材表面的凹陷处时，会象钉或锚那样产生投锚效果（投锚力），形成“机械的粘接”。水性高分子异氰酸酯胶黏剂（API）粘接白桦弦切面和柞木弦切面时形成的“胶钉”情况分别见图1-1和1-2。 机械粘接是由于胶液渗入木材表面敞开的管孔中形成的，胶液渗透到木材中的程度与胶合强度有关。粘接时，胶液应能浸润木材细胞的孔壁并排除微孔内的空气。胶黏剂渗入木材细胞中的孔隙，固化后形成“镶嵌”、“啮合”，才可获得较高的胶合强度，胶液能够渗入木材细胞的孔隙内是木材机械粘接的关键之一。锯、刨、砂等机械加工影响木材表面形态。Liptakova E在研究砂磨对木材表面化学组分变化和表面自由能变化的影响时发现，砂磨处理后的木材表面木材纤维与组织被撕裂，木材表面受到机械损伤，砂磨的粉末易堵塞木材中的孔隙，影响木材机械的粘接。 Chung-Yun Hse认为粘接前对木材表面进行刨光加工比砂光加工对粘接强度的提高甚至更有效。对木材表面轻微的刨光不但可移走表面污染物，同时也可以暴露出具有很强极性的细胞壁次生壁S2层，这对粘接是非常有利的。 （4）润湿 润湿可以使胶黏剂与被粘面充分接触，这样才能产生更大的粘接作用力。润湿不仅仅发生在木材外部表面，它同时对液体胶黏剂沿细胞壁的运动也有帮助。胶黏剂在固化过程中施加的压力有利于胶黏剂对被粘物的充分浸润，特别对粘度较大的胶黏剂固化过程中应该施加较大的压力，有利于胶黏剂分子与被粘物表面紧密接触。 胶黏剂在流动浸润的同时，产生“扩散”和“吸附”作用。 （5）固化 最后发生的过程即为固化。在固化过程中形成各种吸附作用，以此产生最主要的粘接作用。在固化过程中的最大问题是易产生内应力。胶黏剂在溶剂蒸发、聚合、缩合等过程中，体积收缩产生收缩应力，同时胶层与被粘物二者之间因膨胀系数不同，受热或冷却会产生热应力。体系中的内应力可随着胶黏剂分子的蠕动而减小。在胶层分子蠕动不足的情况下，体系内始终存在内应力。由于内应力的存在容易引起粘接面剥离，并使胶合强度显著降低。为使这种残留应力趋于缓和，可采取在胶黏剂中适当加入增塑剂和填料等方法。 总之，胶合强度的形成是一个复杂的过程，简单地说，胶合强度的形成主要是由胶黏剂在被粘材料表面上的浸润和粘附而连接起来的。所谓粘附是由胶黏剂和被粘材料在界面上的机械嵌接力，分子之间的作用力和个别化学键力所形成的。因此，如果从分子的角度来考虑木材粘接时胶合强度的形成过程，一般可简单地分为以下两个阶段： 第一阶段： 液态胶黏剂分子借助布朗运动向木材表面扩散并逐渐靠近木材表面，对木材表面浸润。 压力作用或胶黏剂本身由于加热使粘度降低都有利于胶黏剂分子及其链节与木材表面的接触。尤其在木材粘接制品的热压过程中由于热压压力和热压温度的同时作用使这种效果更加明显。 第二阶段： 当胶黏剂分子非常接近木材细胞分子时产生吸附作用。 当胶黏剂分子与木材表面的分子间的距离接近至1 nm左右时，由分子间作用力引起二次结合便开始起作用，并随着胶黏剂分子与被粘物表面分子间距离的进一步减小而增至最大，当木材和胶黏剂间存在化学结合（一次结合）时又产生所谓的“比粘接”。 ① 范德华力Van der Waals bonds 提供键能2～42 kJ/mol, 与真正化学反应能相比很低，但对于获得好的粘合已经足够。 木材是一个极性表面，所以应该使用极性胶黏剂与其粘接，如使用脲醛树脂胶黏剂，异氰酸酯胶黏剂，环氧树脂类胶黏剂，乙烯类胶黏剂等。 氢键力Hydrogen