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在胶水粘接中影响木材粘接的因素

发表时间:2017/12/9 14:32:58 阅读:1256 次
  

随我国森林资源的日趋匮乏,有效地利用木材及提高木材的利用质量,是当前一个不可忽视的问题。在木制品制造及木质材料应用过程中,木材的粘接是一个重要的加工工序。木材的粘接虽然是一个较简单的操作过程,但不了解影响木材粘接质量的因素,操作者不按正确粘接规程操作,生产出的木制品或木件就会开胶和变形,就会影响木制品的质量和使用效果,从而既浪费了木材,又提高了木制品的制造成本。因此了解和掌握影响木材粘接质量的因素及预防措施,是非常重要的,也是提高木材利用率的一个重要手段。

影响木材粘接的因素有一下几个方面。

(1)木材的相对密度   木材树种和粘接强度的关系大致取决于木的相对密度。如对宽叶树材进行的试验表明,当用脲醛树脂进行粘接的时候,对于性对密度小于0.8的木材,粘接强度随相对密实的增大而升高,但相对密度大于0.8的木材的粘接强度则与相对密度无关。当用间苯二酚甲醛树脂(RF)胶黏剂粘接时,对于所有树种的木材,粘接强度都是虽相对密度的增加而提高。

从粘接的难易和持久性方面考虑,相对密度低,木材胶层的应力集中较小,并且易产生镶嵌作用,因而剥离强度较高。木材的解剖学性质与化学组成也是影响粘接难易的重要因素。一般而言,空隙多且材质不均匀的木材难于形成连续的胶层。性对密度大着的粘接耐久性较相对密度小的木材差。

(2)木材的收缩膨胀率   即使是相对密度相同的木材,其收缩膨胀率也往往有所差异。这使得在粘接大型木材加工品是产生较大的内部应力,降低了粘接强度。

当需要把木材与其他材料粘接时,若材料之间的收缩率差别太大,则可预先采取措施使木材的尺寸变化减小,或采用弹性优良的胶黏剂进行粘接。前者在进行金属-木材粘接时,预先用酚醛树脂对木材进项吃力,固定其尺寸后再进行粘接。

(3)木材含水率及干燥历程    木材的按税率不近对木材的粘接质量有较大的影响,也是影响木材其他加工制造的重要因素。在粘接之前假若没有预先吧水分控制在适当的范围内,则由于木材的膨胀收缩性将会产生内部应力而导致开裂。一般要求木材的最终含水率为8%-15%,集体要求根据当地的平衡水率而定,如果木材的含水率过高或过低,不仅影响胶的粘接强度,而且受当地平衡含水率的影响会失水和吸水。木材失水时干缩,吸水时膨胀,从而在木材内部产生应力,当应力达到一定程度就会使木材粘接处开裂,所以要求木材的含水率与当地的平衡含水率相平衡。并且同一加工过程的所有木块,其含水率也要求尽量一致,其差值不得超过2%,以便减少木材的收缩应力。当木材含水率大约在10%时。使用胶黏剂才可达到理想的黏合效果。

当粘接含水量很高的木材时,所含有的水分会稀释涂布在木材表面的胶黏剂上,从而降低了该部位胶黏剂的黏度而使胶黏剂过多的参透到木材的内部,导致欠胶而使粘接强度下降。此外,黏度的降低还可能会引起胶黏剂流到不必要的部位。还有,含水率高的木材在进行热压粘接时,固化的时间也往往需要延长。

把木材置于比较高的温度下长期进行干燥,木材的表面会发生疏水化额使润湿性及浸透恶化。若在干燥之前,预先喷1%的硼砂或硼酸溶液,就可以防止发生上述现象并且有防虫蛀的效果。木材含水率的范围因所采用的胶黏剂而异。

(4)木材的纤维走向    木材是一种三向(纤维向、切线向、半径向)、三断面(横断面、径切面、炫切面)异向性材料。对于不同的方向,各种纤维物理性质有显著的不同。

在进行木材粘接加工的时候,粘接件的纤维方向是可以互相垂直、互相平行或互相成某种角度。

在用苯酚,间苯酚甲醛树脂进行粘接时,纤维互相垂直者是互相平行者粘接强度的1/4,而且前者发生剥离的百分率也大于后者。一般而言,纤维走向的角度越大,粘接强度越低。

(5)木材的提取成分   作为木材主要成分的纤维素、半纤维素、木质素都含有羟

基等极性基,因此他们有和极性胶黏剂形成化学键合的可能性。但即使都是木材的主成分,以葡萄糖为链节的纤维素与以芳族化和物构成网状结构的木质素和胶黏剂的亲和性、反应性等都呈现一定的差异。

在粘接时实际发生较明显干扰、妨碍作用的是副成分即抽提成分,他们对胶黏剂的润湿、浸透、固化等粘接的各个过程都会产生复杂的影响。一般而言,抽提成分多的木材,难于充分润湿,粘接效果差。若对其表面预先施以物理(喷砂)或化学处理,除去抽提成分,则润湿状况得到改善,粘接强度增高。但是借溶剂抽提处理以提高润湿能力的方法并不是对所有树种都有同样的效果。例如,能被乙醇、水等极性溶剂抽提出较多成分的树种,润湿状况较好。反之,能被笨、乙醚等非极性溶剂抽提出较多成分的树种,润湿状况则较差。

酸性的抽提成分使反应体系的pH值发生变化,从而妨碍了间苯二酚型酚醛树脂的固化。脲醛树脂的固化速度也往往受到粘接界面抽提成分的影响。由此可以推论,酸性成分存在于木材的表面是某些木材难于进行粘接的原因之一。

把木材置于高温下长期进行干燥,其可粘接性能随之下降。特别是对于那些抽提成分多的木材,下降的情况更为严重。这可能是抽提成分在加热过程中向木材的表面发生迁移,使表面的抽提成分相对增多的缘故。

(6)木材的pH值   木材的pH值大致是微酸性。一般它并不是影响常用木材可粘接的一个重要因素,而是间接地影响涂布胶黏剂的固化时间。但是木材的相对密度大于0。8时,木材的pH值对粘接强度就有比较大的影响。

对于树龄高的木材,其抽取成分高,pH值低。这将阻碍热压酚醛树脂的固化。若预先以碳酸钠溶液处理,就可以解决这一问题。

(7)木材的表面状态    木材的表面构造级成分分布受加工过程及加工方法的影响,具体情况比较复杂。木材的粘接表面出现焦化现象,可使木材 表面纹孔闭合,影响胶黏剂的渗透,从而导致木材的粘接强度下降。因此加工材料的刀具一定要保持锋利,确保加工木材时不会使其表面出现焦化现象。为了确保胶黏剂能够渗透木材表面,木材在刨平后不要放置太久,否则木材表面失水收缩使纹孔闭合。吸收力强的木材刨平后可以多放几天,但像柚木、花梨木等材质的木材要在加工时涂胶黏合。浸渍过防腐剂的木材要刨平或砂光后不久涂胶黏合。某些木材即使在暗室、密封、温度恒定的优异条件下进行保存,粘接强度也会随贮存时间的延长逐渐降低。这可能是在木材放置过程中,木材的表面状态逐渐发生了变化。例如天然树脂等抽提成分向木材表面迁移、因光老化等而使表面惰化,其总的结果是使木材的润湿性降低,从而降低了木材的粘接强度。

木材表面的粗糙度对粘接的影响还与其他一些因素有关。加压作用对表面粗糙的木材效果较为显著,而对表面比较平滑的木材,即使再低的压力下也能基本上达到加压作用下的粘接效果。其次,对于表面能被胶黏剂充分润湿的木材,粗糙度对粘接强度的影响也比较小。此外,粗糙度的影响还应考虑到木材的密度。对于密度大的木材,表面十分粗糙的粘接效果较差。

(8)粘接操作   在粘接过程中,影响粘接木材效果的因素有涂胶量、堆放干燥程度、加热固化的压力与温度等。

胶黏剂应均匀涂布,涂胶量要视木材表面平滑程度和木材吸收能力而定。大多数情况下,涂胶量在100-200g/m2,如果粘接吸收力强的木材,单面涂胶就可以了。而对于多油脂硬木,就要求双面涂胶。一般的判断方法是在加压时,粘接处有胶点,这就说明较量达到要求。涂胶后要有足够的陈放时间,以便使胶黏剂有时间渗入木材。吸收力较弱的硬木需要长一些的陈放时间,但是陈放时间也不能过长,否则会使胶黏剂提前固化,而影响粘接强度。

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