（木材科学与技术专业论文）杨木胶合板的铝合金贴面工艺研究.pdf

摘要 本文研究杨木胶合板的铝合金贴面，详细分析了贴面用胶粘剂的筛选过程结果如下： 氟丁一酚醛胶粘荆能够很好的满足i 类浸渍剥离的要求，是一种理想的铝舍金贴面胶接材 料另外高性能 b 胶满足类漫渍剥离要求 通过f t i r 分析氟丁一酚醛胶粘剂与杨木单板及铝合金的反应机理结果表明： 杨木与氟丁酚醛胶粘剂之间是通过物理结合实现胶接的 氯丁酚醛胶粘荆和铝合金没有新的基团产生，即发生化学反应由此我们推断氯丁酚 醛胶粘剂和铝合金之间是物理粘结作用而产生的胶合力。 本文对满足i 类浸渍剥离试验要求的铝合金贴面板的冷压工艺进行了探讨，结果表 明： 冷压工艺对铝合金贴面板的i 类浸渍剥离率、表面胶合强度、浸渍试验后的表面胶合 强度都有影响，依次是：涂胶量、冷压压力，冷压时间综合考虑以上三个指标，在贴面 板满足i 类浸渍剥离试验的前提下应尽量提高表面胶合强度，并考虑提高生产率，最终选 定的冷压工艺为：冷压压力1 船a ，冷压时间l h ，涂胶量2 0 0 9 d 本文对满足类浸渍剥离试验要求的铝合金贴面板的冷压工艺进行了探讨，结果表 明： 冷压工艺对铝合金贴面扳的类浸渍剥离率和表面胶合强度都有影响，依次是：冷压 压力，涂胶量，冷压时问综合考虑浸渍剥离串和表面胶合强度，在满足类浸渍剥离试 验要求的前提下应尽量提高表面胶合强度，并考虑提高生产率，所以最终选定的冷压工艺 为：冷压压力1 衙a ，冷压时阀0 5 h ，涂胶量2 0 0 9 m 1 关键词：杨木胶合板；铝舍金：贴面；氯丁一酚醛胶 s t u d yo nt h et e d m i q u e so f a l u m i n u m - a l l o y i n gd e e o r a t e dp 驷o o d t h i sp a p e rw a sf o c u s e d0 1 1t h ea l u m i n u mp a n e i c a p ) d e c o r m e dp l y w c m ：x i a 矗盱c a r e f u l s t u d y i n gw e f o u n dt w of e a s i b l ea d h e s i v e s ，o n ei sp o l y c h l o r o p r e n e p h e n o l i c ( p p ) a d h e s i v e ，t h e o t h e ri sp o l y m c t h a n e a c r y l i c ( p a ) a d h e s i v e t h ef i r s t 啪a c h i e v et h eig l u e - - b o n ds 味n g t h t h es e c o n dc a na c h i e v et h ei ig k m - - b o n d 鼬r a 喀i l i t h er e a c t i o np l x ) t s $ b c t w np pa n dp o p l a rv o n e f f f w 淞& m o n s u m e di nt h ef t i r a n a l y z i n gc h a _ r l t h e y 、) l c o m b i n e dt h r o u g hp h y s i c a ls t r e n g t h ，s ot h es t r e n 9 1 hb 酏w e e np pa n da l u m i n u m p a n e l t h i sp a p e rt e l l si 娼t h em c h n i q u e sf o r 血cia pd e c o r a t e dp l y w o o d t h ed e t a i l sa r e f o l l o w i n g ：c o l dp r e y i n g 咖g t h1 m p a , t i m el h o u r , p pc o a t i n gq u a l i 锣2 0 0g m 2 t h ep p 地gq u a l i t yc o l dp r e s s i n g 蛐阍唱ma n dt i m ea 豫t h et h r e em m nr e a s o n sf o rt h et h r e ei n & x e s ： g l u e - - b o n ds u c n g t hp a n e lb o n ds 仃e n g t ha n da f t e rb o i l i n gg l u e - b o n d 曲期l g t kb u tt i z yh a v e d i f f e r e n ti n f l u e n c e0 1 1t h et h r e ei n d e x e s t h ed i f f e r e n c e sa t ew e a k e n i n ga sf o l l o w i n g ：p pc o a t i n g 删i 锣c o l dv 凇s i n gs 仃e n g t hc o l dp r e s s i n gt h n e i ti sa l s ot e l l st l st h et e c h n i q u e sf o rt h e a p d e c o r a t e d # y w o o d s i n c ef o rt h eb e t t e r q u a l i t y , w ec h o s et h ef o l l o w i n gt e c h n i q u c s ：c o l dp r e s s i n gs h 蛐1 m p a , n m eo 5 h o u r , p a c 0 鲥n gq u a l i t y2 0 0g m 2 t h ep ac o a 血gq u a l i t yc o l di n c s s i n g 蜘g l ha n dt i m ea 坤t h et h r e e m a i n 聆a s o 璐f o rt h et h r e ei n d e x e s ：g l u e - - b o n ds 仃e - n g t hp a n e lb o n ds 扛e 咀g i ha n da f t e rb o i l m g g l u e - b o n ds u e n g t kb u tt h e yh a v ed i f f e r e n ti n f l u e n c e so nt h et h r e ei n d e x e s t h ed i f f e r e n c e sa r c w e 盈k e m ga sf o l l o w i n g ：p ac o a t i n gq l l a l i t yc o l dp r e s s i n gs t 瑚g t hc o l dp r e s s i n gt i m e k e y w o r d s ：p o p l a rp l y w o o d ； p a n e ld e c o r a t i o n ； a l u m i n u m a l l o y i n g ； p o l y c h l o r o p r e n e - p h e n o l i c ( p p ) a d h e s i v e 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。文中所 引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的人士在致谢中 均已说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林业大学。 对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名： 导师签名 日期1 致谢 本课题是在张晓冬副教授的悉心指导下完成的学习期间，导师从严治学的工作作 风孜孜不倦的敬业精神，富于创新的科学理念和朴实谦逊的人格修养使我受益匪浅值 此论文完成之际，谨向导师表示深深的敬意扣真诚的感谢! 感谢竹材工程研究中心张齐生院士，朱一辛、关明杰蒋身学，孙丰文，许斌，秦 柃老师在我论文试验期间及论文撰写期间给予无私的支持，指导争帮助感谢研究生院的 领导和老师给予的关心和帮助 感谢我的同门张毕蒙同学在论文试验过程中给予的帮助。 感谢董诗文和挚友顾东兰在生活和学习上的关心和帮助。 研究生期间，宿舍良好的生活习惯和学习氛围使我的研究生生活充实而快乐室友 在生活上给予了莫大的帮助在此特向她们表示最真诚的感谢! 感谢我的家人疆明友给予无微不至的关怀和支持 最后，谨以此论文献给给予我关心帮助和支持的所有老师同学家人和朋友们， 感谢他们对成长的关心帮助支持和鼓励 吕林卉 二oo - e 年四月二e l 1 前言 1 1 课题研究的背景 1 1 1 世界人造板工业的发展 2 0 世纪初胶合板工业逐步形成。目前胶合扳有三大主产区域：北美以针叶材生产厚 单板压制结构用厚胶合扳；北欧以小径木生产接长单板压制结构用横纹胶合板；东南亚以 大径木热带雨林阔叶材主要生产三层胶合板。刨花板生产上，德国首先于1 9 4 1 年开始建 厂生产刨花板，1 9 4 8 年发明了连续式挤压机，5 0 年代开始生产单层压机，并在英国i h r t e v 连续加压压机的基础上发明了近代结构简单、技术先的连续热压机，广泛用于刨花板和干 法中密度纤维板生产线。纤维板制造脱胎子造纸工业中的纸板生产技术。开始生产的软质 纤维板，2 0 世纪初在美国等国成为一种工业。1 9 5 2 年美国开始生产干法硬质纤维板；1 9 6 5 年开始正式建厂生产中密度纤维板( 如f ) i t 。 自2 0 世纪7 0 年代起，世界人造板消费量以年均3 迅速递增，1 9 9 7 年达到1 5 3 1 0 留。 其中各种人造板之间的发展比例也发生了变化：胶合板消费量在人造板的比重已由7 0 年 代的4 8 下降到9 0 年代的4 0 9 5 。刨花板经过几十年的发展，已成为人造板中最主要的品种 之一，1 9 9 7 年全球刨花板的产量达到7 1 9 2 x1 0 t | 。中密度纤维板是人造板中发展最迅速 的板种，在过去1 5 年其消费量每年以1 3 的速度递增，1 9 9 7 年全球产量达到1 0 8 5 x 1 0 w ， 1 9 9 9 年世界m d f 总生产能力达到2 4 4 9 xl o m | 。定向刨花板发展迅速，到2 0 0 1 年底世界 总生产能力达到2 4 4 3 1 0 7 m 3 1 9 9 8 年全球人造板总量为1 5 1 0 w ，其中刨花板、胶合 板、纤维板和单板所占比例分别为4 8 3 、3 0 9 9 i 、1 6 5 和4 3 。胶合板市场份额继续下 滑，刨花板和纤维板市场份额持续增加。1 9 9 8 年北美洲、欧洲和亚洲占据了全球人造板 产量的主要份额，产量依次是3 4 8 、3 3 2 6 和2 5 1 。 统计显示；1 9 9 9 年欧洲和北美洲胶合板增长缓慢，分别比1 9 9 8 年增长2 3 和0 2 。 这主要是胶合板工业所需的大径级木材供应量减少，价格上涨，影响胶合板工业的发展。 但近年来，通过对速生材如杨树的材性和加工性能的深入研究，以及先进旋切设备和新工 艺的出现。胶合板产量正逐渐回升。胶合板市场从1 9 9 8 年的下半年开始从谷底平稳回升， 2 0 0 1 年国际市场对胶合板需求进一步增大。北美洲的针叶材胶合板主要用于建筑，阔叶 材胶合板主要用于装饰墙板及家具；欧洲胶合板主要用于家具1 2 】。 北欧国家，针叶材树种资源丰富，主要生产家具和特殊用胶合板。芬兰位于欧洲 北部，自然资源比较贫乏，唯一丰富的自然资源就是森林。其国土面积为3 4 x 1 0 7 h 一， 全国森林面积为2 。5 x 1 0 7 h 以森# 覆盖率达7 7 。2 森转总蓄积量为l7 x l o m ，平均 每公顷蓄积量为6 4 岔，森林主要是天然林，占森林总面积的8 5 ，森林树种组成简单， 主要是欧洲赤松( 4 5 ) 、云杉( 3 6 ) 、桦木( 1 2 ) ，林龄在4 0 4 8 0 年生的森林占总蓄积 量的6 5 。目前芬兰胶合板年生产能力可达9 0 万m 3 唧。 1 1 2 我国木材工业的发展 我国是一个少林国家，森林覆盖率约为1 4 ，人均森林面积为0 1 1h a ，与欧洲的 0 2 4 h a 和北美的0 9 0 h a 相差甚远。目前，每年只能提供1 5 亿m 3 的木材，如果严格 按照国家限额计划采伐，国内木材市场供应缺口达1 5 亿m 3 。按历年森林消耗数据显 示，国内目前最大可能提供木材为2 。3 亿矗( 在森林超采1 2 亿m 3 的情况下) ，因此木 材供应缺口至少也为0 7 1 亿d 【4 】 同时，我国的农村城市化进程加快、住房需求上升，建筑业、房地产业的起步都刺 激了建筑和家庭装修材料的发展同嘲人们日益增长的木材需求与日益增大的木材缺1 ：3 之间形成了一对鲜明的矛盾。像过去一样依靠天然林来满足家具制造业、建筑业、交 通运输、包装材料以及民用器件的需求成为一种奢侈。改革开放以来随着我国国民经 济持续、高速、稳定的发展，我国的人造板工业得到了快速发展，人造板产量跃居世 界第二，仅次于美卧7 】嘲。 我国胶合板生产约有7 0 年历史，9 0 年代得到迅速发展嗍胶合板产量从1 9 5 3 年 的3 5 万m 3 ，发展到2 0 0 3 年的2 1 0 2 3 5 万m 3 ，共用了5 0 年的时间1 0 1 近年我国胶合 板产量不断增长，已占人造板总产量的4 0 左右【l i 】。当今世界，各类胶合板已愈来愈 广泛地应用到建筑、装饰、家具制造、交通工具、包装等诸多领域。它是具有十分重 要地位的人造板板种【1 2 】【1 3 】 目前我国在胶合板产品的市场预测、新产品研制与开发方面与发达国家相比还有 很大差距加上我国森林资源质量不断下降，用材林每公顷平均蓄积量为7 9 4 m ，且 中、小径材的比重越来越大，为了充分合理地利用好森林资源，达到有限资源优化配 置，国家提出科研所、院校和工厂等单位应积极配合，以应用研究为主，紧密与生产 相结合，多开发适销对路效益好的产品充分利用中、小径材生产优质、高附加值的 产品，使我国的中、小径材生产胶合板工业快速健康地发展杨木是一种速生材种， 是目前胶合板生产的主要原料。目前，世界范围内对杨木的研究很多【1 4 】 1 y l 1 6 j 主要表 现在杨木的微观特征【1 7 】【1 。1 【1 9 1 ，物理力学性能口0 】【2 ”及产品的发展前景嘲几个方面。 1 2 人造板表面装饰概况 人造板表面装饰，就是通过加工技术或高科技手段，对人造板进行改造和深加工，将 天然美观的木质装饰材料和模拟花纹图案真实性强的装饰材料胶贴在人造板表面，制造出 表面美观、大方、图案新颖、色调和谐的装饰板，使其表面具有耐热、耐水、耐磨等特性， 既起到了装饰覆盖保护层的作用。又提高了人造板的物理力学性能，提高了人造板的使用 价值，为家具制造、室内装饰及车船内部装修等，提供了多品种、多功能的装饰材料鲫。 从现有产品看，无论何种人造板，其性能都不尽如意，表面质量尤其如此。如胶合板 有节疤、变色、虫眼、毛刺、沟痕等缺陷纤维板、中密度纤维板和刨花板等板种，则应 本身由不密实的纤维或碎料压制而成，致使表面粗糙、色质差，既不美观，也不耐磨，又 易吸湿，使用范围有限。然而经表面装饰后的人造板，物理力学性能得到显著的提高，因 2 而可以成倍地提高人造板地使用寿命口1 人造板表面装饰的方法很多，可总结为三大类：涂饰、表面机械加工和贴面装饰。 1 ) 人造板表面机械加工： 在饰面装饰或涂饰的基础上再进行压纹、压花( 模压浮雕) 、开沟槽或打孔等方法， 以增加板面立体感、特殊性能及美化制品。 2 ) 饰面装饰： 在各种人造板基材表面上贴上各种装饰材料。如表面贴上珍贵树种刨切成薄木片的薄 木饰面装饰，或是印刷装饰纸饰面合成树脂浸渍纸饰面装饰，此类树脂以三聚氰胺树腊 为代表，它以浸渍纸的形式覆在人造板表面，经热压，使浸渍纸与基材人造板胶合的同时 在人造板表面形成坚硬的树脂膜，固化后的膜一般具有良好的耐热、耐磨、耐化学药物污 染等性能。除此以外还有聚氯乙烯薄膜或聚乙烯薄膜饰面装饰，也有的在基材贴纸以后， 在表面涂上不饱和聚酯树脂。还可以在人造板基材上胶贴纺织品、金属薄板、纤维饰面等， 以适应各种特殊要求的用途。 3 ) 涂饰装饰： 在人造板基材上进行涂饰装饰，包括在基材表面进行直接印刷，其中以刨花板、中密 度纤维板更为常用，或是对基材表面进行透明或不透明涂饰的装饰 2 5 1 1 2 1 国外人造板饰面发展 人造板的表面处理不仅提高产品的装饰性，而且提高人造板的附加值。因此，各国均 采用各种方式对人造板进行表面处理人造板表面处理以北美的产量大，亚太地区发展迅 速有资料表明，2 0 0 1 年全世界人造板表面装饰材料的生产量已超过1 1 0 亿m 2 ，欧洲表 面装饰材料生产消耗量居全球之首，近5 0 亿m 2 ，亚洲表面材料产销量仅次于欧洲，达到 3 3m 2 ，北美的产量为2 0 亿m 2 脚l 。在欧洲，市场上经表面处理的人造板已占产量8 0 ， 产值也达8 0 ，总量达3 5 亿m 2 1 2 7 】。 品种方面，欧洲传统的单板贴面为主，近几年都有衰退单张纸贴面量在增加，原因 是该类产品生产周期短，产值与利润高，投资低此外，连续加压设备在欧洲大力推广 高压纸张层积o i p l 0 ，市场相对稳定。热塑性薄膜贴面量在减少，仅占表面处理产量5 而用装饰材料与中密度纤维板直接模压的工艺在上升。用途方面，1 9 9 0 年起欧洲建筑工 业不景气，贴面人造板常以门、地板，及建筑构件为主。故生产者都转向以家具市场为对 象其中出口家具更为热门且竞争相当剧烈。 瑞典森林资源丰富，木制品工业较发达。但树种中以针叶材为多因此人造板表面装 饰是解决优化表面问题。瑞典有多家生产人造板经表面处理企业，而其中以p e r s t o r p a b l t d 最大，生产高压三聚氰胺装饰板最早。在瑞典，p e r s t o r p 公司产量占全国总产量9 0 。也 是欧洲主要生产三聚氰胺板的厂家，故有代表性，其产量7 0 年代中期己达1 2 0 0 万m 2 a ， 占当时世界产量2 9 ，以后每年以1 5 速率递增。到9 0 年代中期，速度开始减慢 芬兰和瑞典国情大致相同人造板表面处理，基材常为针叶树胶合板为主。其次为碎 料板及纤维板。据国内统计以胶合板为基材占8 0 ，其余2 0 为纤维板与碎料板，各占 5 0 。芬兰表面处理人造板不以装饰性为主，而以功能性为主。较多的是树脂浸渍纸贴面， 要求耐磨性、耐潮性、耐候性、防滑性、阻燃性及力学性能好表面色泽是采用素色，无 花纹。也可用底色纸如棕色、浅黄、墨绿色等色彩。其色彩的另一作用，是为了区别不同 性能板材。品种不同，用途也不同因此，工艺方面采用低压短周期压制为多数。因其成 本低，对市场有竞争力此外，为降低成本，浸渍树脂直接采用酚醛树脂为多数，用三聚 氰胺树脂较少芬兰人造板表面处理后，在建筑中用于内装修、车辆、包装及农用建材( 如 猪棚，牛舍) 等。过去用于家具少，近年来有增加。芬兰人造板表面处理除了合成树脂浸渍 纸贴面外，还有塑料薄膜贴面，油漆淋涂或组合薄木贴面。此外，有织物复面，玻纤复面， 但其量不多。 1 2 2 国内人造板饰面发展 我国人造板表面装饰工业起步于五十年代末，至今有四十多年的发展历史。五十年代 末首先开展了高压三聚氰胺纸质装饰板的研制开发工作，六十年代初，分别在北京和上海 建成装饰板生产车间。七十年代中期以来，我国先后引进了木纹直接印刷、薄木贴面设备 及工艺技术。到七十年代后期，全国已有百万平方米以上的工厂( 车间) 3 0 多家，总设 备能力已达5 0 0 0 万平方米以上，产品也由单一的有光装饰板发展到柔光、滞燃、浮雕、 金属箔贴面、高耐磨、抗静电等多种产品。同一时间，国内还研究开发了热上热下浸渍纸 贴面刨花板生产技术，并在国内得到一定程度的推广应用。八十年代初，我国广东省首先 引进了8 条薄页纸贴面装饰板生产线，北京、上海等地也先后引进了薄页纸贴面热压设备 及生产技术。用于生产多种装饰板产品，如华丽板、保丽板、预油漆纸贴面，p v c 薄膜 贴面。与茈同时，上海、长沙、冶尔滨等地先后引进了低压短局期浸溃纸贴面生产技术【2 l j 。 我国对人造薄木的研制始于8 0 年代初，起步相对较晚，并且制造技术的发展也较慢。在 进口产品大量涌入，市场需求日益增加的状况下，国内一些合资企业和私营企业也仿造了 一些同类产品，所使用的木材大多为榉木或进口树种，而采用国内常用树种制造的人造 薄木产品极少u ，j 2 l 世纪国内建筑将进一步发展。居民住宅、办公楼馆、会议厅堂、高层建筑等在各 大城市均要大量兴建，装潢板材的需要量也越来越大。但国内原木缺少，不可能全部用实 木作为材料。为此必须大量采用各类人造板来代替木材如：木质人造板( 胶合板、刨花 板、湿法硬质纤维板、中密度纤维板、细木工板等) ；非木质人造板( 棉杆板、麻屑板、 稻草板、稻壳板、蔗渣板、玉米杆板、麦秸板等) ；无机人造板( 粉煤灰板、石膏板、矿 渣板、水泥刨花板、红泥板等) 。目前在大力发展利用农村剩余物为原料来制造人造板， 出现许多新板种，但是无论何类人造板，在应用时，表面一定要进行修饰处理，否则不能 满足人们的需要。因此各种各样的不同花色、图案的人造板表面处理大受青睐 1 3 本课题的提出 随着我国人造板工业的迅速发展，刨花板、中密度板等主要板种产量大幅度增长，人 4 们对人造板的性能和质量也提出了新的要求。人造板表面装饰技术作为提高人造板应用范 围的手段愈来愈来受到人们的普遍重视。人造板表面装饰的目的在于改善人造板的外观质 量、理化性能，使其达到与天然木材相近甚至超过天然木材的使用效果。对人造板进行表 面装饰后，不仅可以增加人造板的装饰性、美观性，板面装饰性保护覆盖层还能保护基材 不受周围环境因素的影响，抑制了吸湿、吸水，提高板材的尺寸稳定性，且限制了游离甲 醛等有害气体的释放，并使之具有耐热、耐烫、耐腐等良好性能，提高了板材的抗弯强度、 刚度等机械强度，以适应各种使用要求【3 0 】。 铝及铝合金具有质量轻、耐腐蚀、等优点，已被广泛应用于各行业中。尤其是轿车、 电子装备、航天器的轻量化的迫切需要更促进了铝合金的大量应用。随着胶合技术的不断 发展，已能通过粘接方法获得承受较大静、动载荷的铝及铝合金与金属或塑料等材料的粘 接界面例 1 3 2 ，这进一步扩大了铝及铝合金的应用范围。 1 4 课题研究的创新点 铝合金贴面胶合板是一种新型装饰材料，可以用于室内和室外装修。铝合金是非极性 材料，杨木是极性材料，论文分析了这两种异性材料的胶合，并选择了一种合适的铝合金 贴面胶粘剂，扩大胶合板和铝合金的应用范围，同时也为制定铝合金贴面人造板的相关标 准提供依据。 2 铝合金贴面板用胶粘剂的选择 2 1 目的 分析基材和铝合金的表面特性，选择合适的贴面用胶粘剂，并通过傅立叶变换红 外吸收光谱分析基材、贴面材料分别与胶粘剂的反应机理。 2 2 胶接基础 2 2 1 胶接理论 胶接过程是一个复杂的物理、化学过程。粘接力的产生不仅取决于胶粘剂和被粘 物表面的结构与状态，而且和粘接过程中的工艺条件密切相关。粘接力的来源也是多 方面的主要来源于化学键力、分子力和机械作用力【3 3 】，在铝合金饰面工艺中，解释 这些胶合的相关理论主要有吸附理论和化学键理论 吸附理论，是以表面吸附且极性相异、聚合物分子运动及分子间的作用力为理论 基础的，认为胶接作用是胶粘剂分子与被胶接物分子在界面层相互吸附产生的胶接 过程分为两个阶段，第一阶段胶粘剂分子通过布朗运动，向被胶接物体表面移动扩散， 使两者极性基团相互靠近，第二阶段为吸附引力的产生，当胶粘剂和被胶接物的分子 间距离达到1 0 a 以下时，便产生分子间引力，即范德华力。 化学键理论，认为胶接作用主要是化学键力作用的结果，胶粘剂与被粘物分子间 产生化学反应而获得高强度的主价键结合，化学键在胶接体系中起作用的主要是离子 键和共价键，且化学键力比分子间力大的多。但是它无法解释大多数不发生化学反应 的胶接现象。 当杨木胶合板表面进行铝合金贴面时为了使被粘物( 杨木胶合板和铝合金薄板) 与 胶粘剂形成良好的粘接接头，必须研究胶粘剂与被粘物之间发生的物理和化学变化【3 4 1 ， 从理论上进行解释，以指导胶合实践。 为了使杨木胶合板和铝合金薄板能够牢固地粘接在一起，必须在粘接过程中使胶 粘剂星液态，并且完全浸润两者的表面。完全浸润是获得高强度胶接接头的必要条件。 如果浸润不完全，就会有许多气泡出现在界面中，在应力的作用下，气泡周围就会产 生应力集中现象，使粘接强度下降据研究，当液体的表面张力与固体的表面张力相 同时，浸润情况最好。胶粘剂与被粘物表面张力相等且极性相同时，界面张力最小， 粘接强度最大其中，界面张力是指二相界面有一种使界面缩小的力阱j 。 2 2 2 固体表面润湿的基本理论 将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，则将形成一平衡液滴，其形状由 固液气三相交界处任意两相间之夹角所决定，通常规定在三相交界处自固液界面经液滴内 部至气液界面之夹角为平衡接触角，通常用( e ) 来表达如图2 - 1 所示，设og 。、ogl 及 o i 分别代表气一固，气一液及液一固相界面间的界面张力，0 。、0g l 及0 1 。同时作用 6 于0 点，若要使得0 点保持平衡，必须使界面作用的力相互抵消，即： o g l - o is + og i c o s0 图2 1 接触角示意图 此式称为y o u n g 方程。可以看出，0 与各界面张力的相对大小有关，当og p o l 。o 9 0 。时，这时候液体可以润湿固体，称为可润湿；0 越小，润湿性能越好，0 = o 时，称 之为完全润湿：当og 。 9 0 。，称为部分润湿；当0 = 1 8 0 。，称为完全不润湿，如 图2 2 所示阐。 9 。，严7 7 1 7 7 产7 9 = 0 0 e 9 0 0 图2 - 2 接触角与润湿的关系 2 2 3 表面润湿与粘接之间的关系 0 = 1 8 0 0 接触角是体现润湿性能好坏的依据，对胶粘剂来说，可以用粘附功来体现胶粘剂 和被粘接物体的粘接性能，通常认为粘附功越大，所获得的粘接性能越好，液体一固 体体系的粘附功可以用公式w 鼍l + c o so ) yl v 表示，0 为液体在固体表面的接触角， 由公式可见，在完全不润湿的情况下，c o so = 一l ，粘附功为零，在完全润湿的情况下， 粘附功等于液体表面张力的2 倍，即等于液体的内聚功。但是粘附功并不等于湿润力， 完全润湿的情况并不等于粘附功最大。 7 目前已经存在的粘附功与液体的表面张力以及固体的表面自由能之间的关系式 为： w i = yl v ( 2 + b y c ) y “b y l v 2 式中，b 为经验常数，在低表面自由能的情况下约等于0 0 2 6 。 从式中，可以看出，在设计粘接体系时，应当着重于用各种方法( 如表面处理) 来提高被粘物的表面自由能y c ，并选用适当的表面张力的胶粘剂，这样才能达到最大的 粘附功，提高粘接性能【3 3 】 2 2 4 胶接与基材( 杨木胶合板) 相关的因素 2 2 4 1 基材湿润、湿润性 为形成良好的胶接，首先要求胶粘剂分子和被胶接材分子充分接触。为此，一般要 将被胶接体表面的空气、或者水蒸气等气体排除，使胶粘剂液体和木材接触。即将气 一固界面转换成液一固界面，这种现象叫做湿润，其湿润能力叫做湿润性。 在固体表面上滴下胶粘剂等液滴时，由于液体与固体所具有的亲和力不同，液体在 固体表面上扩展的程度也不同。亲和力越大湿润越好。液滴的切线和固体表面所构成 的夹角即接触角，它是判断湿润好坏的指标3 4 1 。 实验时采用j c 2 0 0 0 接触角测量仪，接触角取水滴落在待测物表面5 秒时的接触角， 采用量角法计算。杨木单板表面的接触角为8 9 5 。 2 2 4 2 基材含水率 胶接木质材料耐，含水率是一个重要的参数。胶接木材时其含水率应保证在适当的 范围内。若被胶接材的含水率过高，涂布后的胶粘剂被稀释，粘度下降，向木材内部 过度浸透产生缺胶，导致胶粘剂固化迟缓。 胶接木材时的适宜含水率因胶粘剂的种类、性状、胶接条件等的不同p 4 j 2 2 4 3 基材表面粗糙度与加工精度 被胶接材表面的粗糙度与胶接性能的关系受被胶接材的种类、胶粘剂的韧性、施 胶量、粘度、加压压力、热压温度以及胶粘剂的种类等影响。实际上若是净光刨刨过 的表面、或是适当砂光过的表面是能够获得良好的胶接效果的。 被胶接表面越平滑施胶量越少，即使在较低的压力作用下也容易得到良好的胶接， 通常刨切加工就足够了材面若粗糙，必须增大施胶量、提高加压压力、还要使用适 当的填充剂才能获得满意的胶接效果。对于刨切表面，因为木材组织没有过分损坏， 导管或管胞等的内腔呈开口状态，胶粘剂浸透后容易形成有效的胶钉，如若忽略组织 上的凸凹则近似于平面，因此能形成均一的胶层。砂光表面其组织的内腔损伤多，当 加压压力低时，难于形成有效的胶钉，胶接强度低；当提高加压压力时，会促进胶粘 8 剂的浸透，胶接强度提高【3 4 1 2 2 4 4 基材表面的污染 基材表面的污染对胶接性能影响很大材面受污染首先妨碍胶粘剂的湿润，致使 胶接不能顺利进行。 胶合板与素材或者其他材料胶接，即异种材料胶接，采用砂光等处理是有效的。 它和金属表面的胶接前处理不同，不是为了赋予其极性，而是为了将木材表面的污染 物除去。特别是胶合板，应注意其因热压表面受脱模剂等的污染，所以在表面装饰、 贴面等二次加工时，尤其应予以注意洲。 2 2 5 胶接与铝合金薄板相关的因素 2 2 5 1 铝合金薄板表面化学特性 研究表明，氧化物表面的化学组成是影响粘接强度的另一重要因素。它对粘接界 面上分子间物理作用和化学作用尤其是粘接强度的耐久性有重要影响灿材表面的高 c 百分比将导致粘接界面过早失效；m g 和c u 的存在对粘接强度的耐久性有不利影响 3 7 1 对含m g 和a i 合金，经过热处理后会在其面生成m g o 薄膜，表面氧化物中m g a 1 比值越高，粘接强度越低i ”l 。 2 2 5 2 铝合金薄板表面处理方法 表面处理的作用是要除去防碍胶接的自然氧化膜及其表面污染物，并形成新的适 合胶接的氧化膜。耐久的胶接要求氧化膜能与胶粘剂或底胶形成牢固化学键或机械锁 固，又对环境稳定，不与吸附水发生水合作用1 3 9 1 表面处理是一个转化过程，它将a 1 材表面未知的和可能不希望有的物质转化为已 知的且具有希望特性的物质。因此，根据粘接原理，对灿材进行表面处理的耳的与要 求是【伽： ( 1 ) 去除表面力学性能差、与基体结合强度低且在空气等环境中不稳定的物质。 ( 2 ) 改变表面形貌，以增大表面积、增强粘接界面上的机械啮合作用 ( 3 ) 形成新的表面物质它必须与基体结合优良，本身的内聚强度优良，且是环境稳定 的 ( 4 ) 提高胶粘剂与表面物质之间的亲和性，确保界面粘接力的作用 ( 5 ) 保护已处理过的表面，避免或减少存放过程中的表面吸附、溶解和化学反应及因此 造成的对表面不利的影响。避免形成新的弱边界层 对舢材表面可采用机械方法和化学方法进行处理。这些处理方法主要有：( 1 ) 用溶 剂对铝材表面的清洗与脱脂3 刀1 4 1 】；( 2 ) 砂纸、砂布打磨和喷砂等机械方法；( 3 ) 铬硫酸浸 蚀法，即f p l 或c s a 法【3 7 】【4 1 】；( 4 ) n a o h 溶液浸蚀【3 7 1 ；( 5 ) 阳极氧化处理，包括c a a ， p a a l 3 7 1 。究竟采用什么方法则需根据铝材特点及粘接性能要求等进行确定。一般，对 铝材的表面处理包括以下过程明： 9 ( 1 ) 去除氧化物表面的无机、有机污染物： ( 2 ) 去除表面的自然氧化物； ( 3 ) 形成新的氧化物层； ( 4 ) 某些情况下需对新表面涂覆处理。 通过表面处理，舢材表面被粗糙化，粘接界面上分子间物理作用和化学作用的实 际表面积增大。另外，由于表面凹凸不平胶粘剂与表面间将形成机械啮合作用。这些 为获得高粘接强度提供了有利条件。 2 2 6 胶接与胶粘剂相关的因素 2 2 6 1 分子量及其分布 聚合物的分子量大小及其分布对胶接性能有较大的影响。分子量较小时，具有较低 的熔点，较小的粘度，胶接性能良好，但内聚能较低，获得的胶接内聚强度不高；聚 合物分子较大时，难于溶解，熔点高，粘度较大，胶接性能较差。不过内聚强度较大， 可能获得较高的胶接内聚强度。一般胶粘剂所用聚合物应具有相应的分子量大小或聚 合度范围，胶粘剂才能有良好的胶接性能和较高的胶接内聚强度。在进行胶粘剂基料 选用和分子结构设计时，应当控制聚合物的分子量。一般在适宜的分子量范围内，分 子量偏低时，胶接强度较高。 聚合物分子量( 聚合度) 对内聚力的影响，可用下式表示： o = o 。一k 式 盯聚合度为只时，聚合物的抗张强度； 口l 聚合度为无限大时的抗张强度； 五与聚合物特性有关的常数； 只数均聚合度。 另一方面，聚合物的平均分子量相同而分子量分布不同时，其胶接强度也不同。 低聚物含量较高时，接头破坏呈内聚破坏；高聚物含量高时，接头破坏呈界面破坏 2 2 6 2 粘度 一般热固性树脂胶粘剂的粘度与树脂的固体含量以及树脂的缩合度成比例关系，在 这种意义上讲粘度与胶接性能是相关的，但是无直接关系。只是粘度过低时，加压的 时候胶粘剂容易从胶接层渗出，向被胶接物中过度渗透，造成胶接不良( 缺胶) 。 受粘度影响最大的是胶粘剂的涂饰性能。涂饰方式不同时，粘度的适宜范围是不同 的。喷胶、淋胶等粘度要低，辊涂时粘度应尽可能的高为好不过粘度过高将造成涂 饰困难，施胶量难于控制，导致施胶量大。并且粘度高时流动性恶化，不能形成均匀 的胶接层 1 0 2 2 6 3 极性 被胶接体的极性与湿润性关系极大。含有极性分子水、乙醇、酯等的胶粘剂能很 好地湿润木材与纤维素等极性物质，利于胶接。另外，聚苯乙烯于聚乙烯等无极性的 物质使用无极性的胶粘剂容易胶接，一般极性物质之间可以形成牢固的胶接。代表性 的极性物质如表1 一l 所示。 襄1 1 被胶接体的极性 极性物质非极性物质 纤维素，木材、酚醛树脂、脲醛树脂、甘油，橡胶，聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、石蜡、 水、玻璃、金属氧化物金属、醚、苯 当被胶接体是非极性物质时，未赋予其极性，采用对表面进行氧化处理或者采用 使其形成胶接媒介的底涂方法是有效的【”l 。 2 2 7 选胶原则 不存在一种对所有材料或在所有条件下都能满足各项要求的“万能胶”，因此，应 根据胶接特性、使用要求和生产要求，按照扬长避短、量材选用的原则来选择胶粘剂。 2 2 7 1 胶粘荆与被粘物及其表面的相容性 被粘物的物理化学性质直接影响胶接接头的性能，大多数胶粘剂组分对被粘物的组 成和表面状态是有选择性的，因此，选择的胶粘剂与被粘物的表面必须相容粘附基 本上是一种在表面间发生的物理、化学作用，被粘物的组成和表面特性直接影响胶粘 剂的初始湿润和随后的粘附，影响与表面相邻的胶粘剂的物理化学性质，从而影响胶 接接头的力学性能和耐应力环境性能。采用任何一种胶粘剂胶接不同表面的胶接强度 和耐久性是不同的 2 2 7 2 使用环境 对应于环境条件，胶接性能应长期得以保持。使用环境是决定胶接失效速度的重要 因素。胶接件除受应力外，还受温度、湿度，盐雾、油脂、燃料、酸、碱、霉菌、阳 光、辐射、真空等环境因素的影响，这些因素的作用可以是单独的或综合的、连续的 或是间断的。在确定胶粘剂的性能指标时必须考虑其经环境介质作用后的性能。 使用寿命是选胶的重要因素，胶接件可能是用于暂时性固定的，可拆卸连接或是永 久性连接，应根据不同的使用寿命要求选择胶粘剂【3 9 1 2 3 满足i 类浸渍剥离试验要求的胶粘剂的选择 2 3 1 试验材料与方法 2 3 1 1 材料 杨木胶合板：实验室制板，规格：3 5 0 r a m 3 5 0 r a m 3 5 m ，密度：0 3 8 0 4 9 阶m 3 ，含水率：9 1 0 ，杨木单板由连云港东森科技发展有限公司提供 铝合金薄板：厚度1 1 m ，市场购买。表面碱洗，贴面前砂光处理。 胶粘剂：s r 一1 0 0 木材胶粘剂、高性能a b 胶、氯丁一酚醛胶、环氧树脂胶粘剂 s r 1 0 0 木材胶粘剂：此胶为新型水基聚氨酯木材胶粘剂，是以水基聚合物为主剂， 以改性多异氰酸酯为交粘剂组成的双组分胶粘剂【4 2 】 s r - 1 0 0 木材胶粘剂的物化性质如表2 2 所示。 表2 - 2 $ r - 10 0 木材胶牯剂理化性质【4 2 】 高性能a b 胶：w d - 1 0 0 1 型，上海康达化工生产，市场购买。特性：可粘接铁、 钢、铝、钛、不锈钢、碳纤维增强材料、铁氧体、陶瓷、水泥、电木、木材等同种或 异种材料具有室温快速固化、油污表面可粘接、粘接强度高、使用方便、贮存稳定 等特点【4 3 1 。 氯丁一酚醛胶：“铁锚牌”8 0 1 强力胶，市场购买，技术指标如表2 3 所示 表2 - 3 “铁锚牌”8 0 1 强力胶技术指标州】 指标名称指标 外观 不挥发物含量 粘度p a s 剥离强度n 2 5 c m * 土黄色粘稠液 2 6 3 0 1 5 5 8 0 环氧树脂胶粘剂：主剂w s r 6 1 0 1 型，固化剂6 5 0 型。蓝星化工新材料股份有限公司 无锡树脂厂生产，市场购买w s r 6 1 0 1 环氧树脂技术指标如表2 - - 4 所示 表2 4w s r 6 10 1 环氧料脂胶粘剂技术指标【i 习 2 3 1 2 仪器设备 压机：平板硫化机，型号q l b d 4 0 0 x 4 0 0 2 ，总压力0 5 m n ，熟压板尺寸：5 0 0 r a m 5 0 0m m ，上海第一橡胶机械厂生产； s a n s 微机控制电子万能试验机：型号c m t g l 0 4 ，精度等级一级，最大负荷i o k n ；深 圳市新三思材料检测有限公司生产； 1 0 l l 型干燥箱：工作尺寸3 5 4 5 4 5 c m ，加热功率：3 k w ，上海实验仪器总厂生 产； 恒温水浴锅：i 埘- w 6 0 0 数显三用恒温水箱。 游标卡尺：精度o 0 2 m m ，量程o - - 2 0 0 m m ，上海恒胜工具有限公司生产。 2 3 2 试验方案 试验采用冷压工艺，用上述四种胶粘剂分别进行铝合金贴面，根据胶粘剂的种类不 同，选定试验参数如表2 5 所示。 袭2 5 试验参数设定 2 3 3 工艺流程 2 3 4 试件取样及性能测试 试验板参照标准锯制试件并测试( 试验尺寸见表2 6 ) 褒2 6 性能测试试件 2 3 4 1i 类浸渍剥离试验方法 i 类浸渍剥离试验方法：将试件放在沸水中煮4 k 取出后置于( 6 3 _ - 3 ) 的干燥 箱中干燥2 0 h ，然后将试件放置在沸水中煮4 h ，取出后再置于( 6 3 3 ) 的干燥箱中 干燥3 h ，煮试件时应将其全部浸没再沸水之中嗍 计量方法：剥离总长度= 胶接面四个边边部胶层剥离的长度相妇。 剥离率= 剥离总长度贴面胶接面四面总长度1 0 0 j 2 3 4 2 表面胶合强度测试方法 试件在( 2 0 2 ) 、相对湿度( 6 5 5 ) 条件下至恒重。用细砂纸打磨试件表面， 用热熔胶将金属专用卡头底面粘合在试件的中央，沿卡头四周切断装饰层，切割深至 基材表面。将粘合了的卡头装入试机专用卡具，然后把卡具连同试件固定在万能力学 试验机上，在与胶合表面垂直的方向上均匀加载，从加荷开始在( 6 0 3 0 ) s 内使试件 破坏，记下试件胶层剥离或破坏时的最大载荷，精确至i o n 。若测试时在卡头和试件之 间的胶层破坏，则应在原试样上另取试件重测。 试件表面胶合强度计算公式如下，精确至0 0 l i p a 。 = 等 式中：c r 6 试件的静曲强度，m p a p 一试件破坏时最大载荷，n ； a - - - 试件与卡头胶合面积，4 0 0 咖= 。 一张板的表面胶台强度是同一张板内所有试件表面胶合强度的算术平均值，精确至 0 0 1 l p a 4 7 。 2 3 5 结果与分析 2 。3 5 1 试验结果 结果如表2 - - 7 所示： 表2 7 试验结果 2 3 5 2 结果分析 i 类浸渍剥离试验可以得出以下结论：氯丁一酚醛胶贴面板的剥离率满足标准要 求。其它三种胶贴面后贴面板的剥离率普遍很大，不满足标准要求。其中环氧树脂胶 贴面板的试件在第一次用沸水煮时就已经开胶( 胶层剥离) 。 从表面胶合强度测试结果可以得出以下结论：氯丁一酚醛胶贴面后贴面板的表面胶 合强度为1 2 5 m p a ，聚氮酯胶和高性能a b 胶贴面后贴面板的表面胶合强度较低。 2 4 满足类浸渍剥离试验要求胶粘剂的选择 2 屯1 试验材料与方法 2 4 1 1 材科 杨木胶合板：实验室制板，规格：3 5 0 x 3 5 0 3 5 m m ，密度：0 3 8 0 4 9 c m ， 含水率：9 1 0 ，杨木单板由连云港东森科技发展有限公司提供。 铝合金薄板：厚度1 i m m ，市场购买。 胶粘剂：高性能a b 胶，s r 一1 0 0 木材胶粘剂、环氧树脂胶粘剂 2 4 1 2 仪器设备 同2 3 1 2 2 4 2 试验方案 选用上述三种胶粘剂，其它同2