（木材科学与技术专业论文）家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究.pdf

家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 摘要 通常，人造板用于家具制造需经过表面加工。常用的表面加工方式有表面涂饰、 贴面等，在此过程中有许多化学和物理过程发生在其表面上。因此，其表面质量的 好坏将直接影响到表面加工的外观质量。人造板又是一种多孔性结构板材，存在微 小的孔隙，它作为不同材料连接的“纽带”对板材的物理、化学、力学、功能等特 性起着至关重要的作用，只有在了解其表面性能的前提下才能更好的利用或是针对 性的改善之后使之应用于实际生产中。 本文以纤维板为主要研究对象，试验材料选用两个公司生产的纤维板作为对 比，以消除偶然因素的影响，分别对两组试件进行不同砂磨程度的砂磨处理后，进 行表面租糙度、表面润湿性和表面吸收性的测定，而后对试件进行涂饰，进而对其 进行漆膜附着力的测定；分析表面粗糙度、表面润湿性、表面吸收性和漆膜附着力 之间的关系。 试验发现：表面粗糙度对表面润湿性、表面吸收性和漆膜附着力都有一定的 影响。未经砂磨处理的试件表面自由能小，表面吸收值小，漆膜附着力低，这是因 为试件表面预固化层、氧化层的存在；随着表面粗糙度增大，表面润湿性越好，但 是表面吸收性和漆膜附着力却呈降低趋势；8 0 0 # 砂纸处理试件的漆膜附着力最好， 漆膜附着力为0 级，也就是说，表面粗糙度越大，并不一定有利于表面涂饰，即机 械联合理论对漆膜附着力影响不大；提高表面自由能，就能提高湿润效率，涂料、 油漆在其表面的扩散性就越好，增加对试件表面的漆膜附着力，有利于涂饰；提 高表面吸收性，降低涂层的厚度，缩小内聚力，能提高漆膜试件的粘附强度，以提 高漆膜的附着力；密度和含水率对表面粗糙度、表面润湿性、表面吸收性和漆膜 附着力也都有一定的影响。相同处理条件下，高密度纤维板的表面粗糙度表面润湿 性、表面吸收性和漆膜附着力都优于中密度纤维板，但在纤维板的生产中，由于成 本和家具产品的重量问题，不能单单为了改善板面表面粗糙度而一味提高密度，密 度控制在0 7 2 o 7 8 9 c m 2 范围内时，不但能满足其它理化性能指标的要求，而且 各性能也得到很大改善；试件含水率过高时，涂料得不到充分的流展，不仅达不到 应有的附着力，还容易在试件表面产生鼓泡等缺陷；含水率低，砂磨中也易使扳面 2 0 0 6 届r 科硕七学位论文 起毛，从而降低了板面的表面质量，并且试件对涂料过多的吸收，造成涂料对试件 的附着力降低；当含水率为1 0 5 1 2 时，有利于改善板面各表面性能；在此试验 中因两组试件的含水率相差不大，所以影响不明显。 关键词：纤维板；表面粗糙度；表面湿润性；表面吸收性；漆膜附着力 l l 家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 a b s t r a c t u s u a l l y , t h ew o o d b a s e dp a n e lu s e si nt h ef u r n i t u r em a n u f a c t u r eh a v i n gt op a s s t h r o u g ht h ef a c i n g t h ec o m m o n l yu s e df a c i n gw a yh a st h es u r f a c et os p r e a dt h e d e c o r a t i o n ，t h ec o v e ra n ds oo n ，h a s m a n yc h e m i s t r i e sa n dt h ep h y s i c a lr e a c t i o ni nt h i s p r o c e s so c c u r so ni t ss u r f a c e t h e r e f o r e ，i t ss u r f a c eq u a l i t yd i r e c t l yw i l la f f e c tt h ef a c e w o r ko u t w a r da p p e a r a n c eq u a l i t y t h ew o o d - b a s e dp a n e la l s oi so n ek i n do fp o r o u s s t m c t u r ep l a t e ，h a st h es m a l lh o l e ，i tt o o kt h ed i f f e r e n tm a t e r i a lc o n n e c t i o n ”t h el i n k t o c h a r a c t e r i s t i ca n ds oo np l a t ep h y s i c s ，c h e m i s t r y , m e c h a n i c s ，f u n c t i o ni sp l a y i n gt h ev e r y i m p o r t a n tr o l e ，o n l yt h e ni nu n d e r s t o o di t ss u p e r f i c i a lp e r f o r m a n c e u n d e rt h ep r e m i s ec a n ab e t t e ru s ep e r h a p st h ep o i n t e di m p r o v e m e n tc a u s e si tt oa p p l ya f t e r w a r d si nt h ea c t u a l p r o d u c t i o n t h i sa r t i c l et a k et h ef i b r e b o a r da st h em a i nr e s e a r c ho b j e c t , t h ee x p e r i m e n t a l m a t e r i a ls e l e c t st h ef i b r e b o a r dw h i c ht w oc o m p a n i e sp r o d u c e st ot a k et h ec o n t r a s t , b y ， e l i m i n a t e st h ea c c i d e n t a lf a c t o rt h ei n f l u e n c e ，c a f f i e so nt h ed i f f e r e n ts a n db l a s td e g r e e s e p a r a t e l ya f t e rt w og r o u p so ft e s ts a m p l e ss a n db l a s tp r o c e s s i n g , c a r r i e so nt h es u r f a c e r o u g h n e s s , t h es u p e r f i c i a lw e t t a b i l i t ya n dt h es u p e r f i c i a la b s o r p t i v ed e t e r m i n a t i o n ，a f t e r b u tc a r r i e so nt ot h et e s ts a m p l es p r e a d st h ed e c o r a t i o n , a n dt h e nc a r r i e so nt h ev a r n i s h f i l ma d h e s i o nt h ed e t e r m i n a t i o n ；a n a l y s i ss u r f a c er o u g h n e s s ，s u p e r f i c i a lw e t t a b i l i t y , s u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t ya n db e t w e e nv a r n i s hf i l ma d h e s i o nr e l a t i o n s t h ee x p e r i m e n td i s c o v e r e dt h a t ，( 1 ) t h es u r f a c er o u g h n e s st ot h es u p e r f i c i a l w e t t a b i l i t y , t h es u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t ya n dt h ev a r n i s hf i l ma d h e s i o na l lh a st h e c e r t a i ni n f l u e n c e t h et e s ts a m p l es u r f a c ew h i c hp r o c e s s e sa f t e rt h es a n db l a s tf l e eh a s n o tb e e na b l et ob es m a l l ，a d s o r p t i o nv a l u es m a l l ，t h ev a r n i s hf i l ma d h e s i o ni sl o w , t h i si s b e c a u s eo ft h et e s ts a m p l es u r f a c ep r e - s o l i d i f i c a t i o nl e v e l ，t h eo x i d el a y e re x i s t e n c e ； i n c r e a s e sa l o n gw i t ht h es u r f a c er o u g h n e s s ，t h es u p e r f i c i a lw e t t a b i l i t yi sb e t t e r , b u tt h e s u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t ya n dt h ev a r n i s hf i l ma d h e s i o na s s u m e sa c t u a l l yr e d u c e st h e t e n d e n c y ；t h e8 0 0 # s a n d p a p e rp r o c e s s i n gt e s ts a m p l ev a r n i s hf i l ma d h e s i o ni sb e s t ，t h e 1 1 1 2 0 0 6 瞒i = 科硕士学位论文 v a r n i s hf i l ma d h e s i o ni s0l e v e l s ，i no t h e rw o r d s ，s u r f a c er o u g h h e s sg o e sp a s ti nab i g w a y , n o tn e c e s s a r i l yi sa d v a n t a g e o u si nt h es u r f a c es p r e a d st h ed e c o r a t i o n ，n a m e l yt h e m a c h i n e r yu n i o nt h e o r yi sn o tb i gt ot h ev a r n i s hf i l ma d h e s i o ni n f l u e n c e ；( 2 ) e n h a n c e s t h es u r f a c ef r e e l ye n e r g y , c a ne n h a n c et h em o i s te f f i c i e n c y , t h ec o a t i n g , t h ep a i n ti sb e t t e r i ni t ss u p e r f i c i a ld i f f u s i b i l i t y , i n c r e a s e st ot h et e s ts a m p l es u r f a c ev a r n i s hf i l ma d h e s i o n i sa d v a n t a g e o u si ns p r e a d st h ed e c o r a t i o n ；( 3 ) e n h a n c e st h es u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t y , r e d u c e st h ec o a t i n gt h i c k n e s s ，r e d u c e st h ec o h e s i v ef b 砖c ，c a ne n h a n c et h ev a r n i s hf i l m t e s ts a m p l et h ea d h e s i o ns t r e n g t h , b ye n h a n c e st h ev a r n i s hf i l mt h ea d h e s i o n ；( 4 ) t h e d e n s i t ya n dt h em o i s t u r ec o n t e n tt ot h es u r f a c er o u g h b e s s ，t h es u p e r f i c i a lw e t t a b i l i t y , t h e s u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t ya n dt h ev a r n i s hf i l ma d h e s i o na l s oa l lh a v et h ec e r t a i n i n f l u e n c e u n d e rt h es a m ep r o c e s sc o n d i t i o n ，t h eh j 。g h d e n s i t yf i b e r b o a r ds u r f a c e r o u g i l n e s ss u r f a c ew e t t a b i l i t y , t h es u p e r f i c i a la b s o r p t i v eq u a l i t ya n dt h ev a r n i s hf i l m a d h e s i o na l ls u r p a s s e st h ed e n s i t yf i b e r b o a r d b u ti nt h ef i b e r b o a r dp r o d u c t i o n , a sar e s u l t o ft h ec o s ta n dt h ef u r n i t u r ep r o d u c tw e i g h tq u e s t i o n , c a n n o ts o l e l yf o ri m p r o v et h ep a n s u r f a c er o u g h h e s sb u tt oe n h a n c et h ed e n s i t yc o n s t a n t l y , t h ed e n s i t yc o n t r o li no 7 2 0 7 8 9 i nw h e nc m 2s c o p e ，n o to n l yc a ns a t i s f yo t h e rp h y s i c sa n dc h e m i s t r yp e r f o r m a n c e i n d i c e st h er e q u e s t ，m o r e o v e rv a r i o u sp e r f o r m a n c ea l s oh a v et h ev e r yb i gi m p r o v e m e n t ； w h e nt h et e s ts a m p l em o i s t u r ec o n t e n te x c e s s i v e l yi sh i g h ，t h ec o a t i n gc a n n o to b t a i nt h e f u l lc l a s st ou n f o l d ，n o to n l yc o u l dn o ta c h i e v es h o u l dh a v ea d h e s i o n , b u ta l s oe a s i l y p r o d u c e si nt h et e s ts a m p l es u r f a c eb u b b l e sa n d s oo nt h ef l a w ；m o i s t u r ec o n t e n tl o w , i n t h es a n db l a s ti sa l s oe a s yt oc a u s e p a nb r i s t l i n g , t h u sr e d u c e d t h ep a ns u r f a c eq u a l i t y , a n d t h et e s ts a m p l et oc o a t i n ge x c e s s i v e l ym a n y a b s o r p t i o n s ，c r e a t e st h ec o a t i n gt or e d u c et o t h et e s ts a m p l ea d h e s i o n ；w h e nt h em o i s t u r ec o n t e n ti s1 0 5 1 2 ，i sa d v a n t a g e o u si n i m p r o v e st h ep a nv a r i o u ss u r f a c e sp e r f o r m a n c e ；b e c a u s et w og r o u p so ft e s ts a m p l e s m o i s t u r ec o n t e n td i f f e r e n c e sa r en o tb i gi nt h i se x p e r i m e n t ，t h e r e f o r et h ei n f l u e n c ei sn o t o b v i o u s k e yw o r d s ：f i b r e b o a r d ；s u r f a c es m o o t h n e s s ；s u r f a c em o i s t ；s u r f a c ea b s o r p t i o n ；f i l m a d h e s i o n i v 中南林业科技大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为获得中 南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人 完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名； 百绰 抄6 年月哆日 中南林业科技夫学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权中南林业科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请您在以上相应方框打“”) 。 作者签名：4 5 咩 。 导师签名( 乞孓呵；乙 h 年月，乡日砂侧年k 冉日 家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 1 绪论 1 1 本研究的目的与意义 自家具产生之初，木材就以其易于加工，强重比高，良好的热绝缘和电绝缘性， 弹性、塑性好，具有天然美丽的花纹、色泽和颜色，能起到特殊的装饰作用等优良 性质而成为家具材料的首选。然而，随着世界范围内天然林资源的逐渐减少及禁伐， 人们自我环保意识的加强和科学的发展，就出现了人造板这一替代木材的工业产 品。人造板是以木材或其他非木材植物为原料，经一定机械加工分离成各种单元材 料后，施加或不施加胶粘剂和其他添加剂而成的板材。人造板具有幅面大、板面平 整、无需干燥，适宜于家具( 尤其是板式家具) 机械化、连续化及自动化生产等特 j 性，因此在家具制造中得到广泛的应用，成为木质家具材料用材的主导材料。 通常，人造扳用于家具制造需经过表面加工。常用的表面加工方式有表面涂饰、 贴面等，因此，其表面质量的好坏直接影响到表面加工的外观质量。我国对家具用 人造板，特别是中纤板的表面性能缺乏系统的研究，本课题从研究纤维扳的表面粗 糙度、表面润湿性和表面吸收性出发，探讨它们在家具制造中对涂饰方面的影响， 为家具生产提供理论依据和技术支撑。它们在家具制造中对胶合和贴面方面的影 响，将在进一步的研究中进行。 1 2 我国人造板的生产现状及其在家具中的应用状况 1 2 1 我国人造板的生产现状 我国森林资源蓄积量为9 7 8 9 亿m 3 ，居世界第8 位，但人均森林蓄积量仅为 8 6 m 3 ，而世界人均森林蓄积量达7 1 8 m 3 ，因此，我国属严重缺林国家。据专家预涣8 ， 到2 0 1 0 年我国木材供需将面临6 0 0 0 万m 3 的缺口。随着我国经济的高速发展，大众 对家具的需求亦日益增长。2 0 1 0 年我国家具人均需求量将由目i i 的o 2 7 件提高到 o 9 5 件，全国年需求量为1 3 6 8 亿件。如果按现在的比例，木家具占一半计算，约为 6 8 亿件，需消耗原木3 2 5 3 万m 3 ，使我国的木材供需矛盾更加尖锐”1 。 为了缓解我国在今后相当长的时期内存在的木材供需矛盾突出的问题，大力发 2 0 0 6 届硕士学位论文 展人造板工业是必由之路。人造板是木材工业的主要产品，能在广泛领域顶替实体 木材使用。作为我国的基础产业，人造板工业是高效利用木材或非木材植物纤维原 料和节约木材资源、实现林业可持续发展的重要组成部分。我国人造板工业经过几 十年的发展壮大，至今已能生产包括胶合板、细木工板、纤维板、刨花板及定向刨 花板等在内的各种人造板。1 。人造板产量数量在也不断增加。从国家林业局获悉， 2 0 0 4 年我国人造板产量为5 4 4 6 4 9 万m 3 。其中纤维板1 5 6 0 4 6 万m 3 ( 其中m d f l 4 6 6 4 8 万m 3 ) ，胶合板2 0 9 8 6 2 万m 3 ，刨花板6 4 2 9 2 万m 3 ，其他人造板1 1 4 4 4 9 万m 3 ( 其 中细木工板8 8 0 9 4 万m 3 ) ，另外胶合木4 0 8 l 万m 3 ，木地板1 2 3 0 0 4 7 万m 3 。 1 2 2 我国人造板在家具中的应用状况 随着家具生产先进工艺的引进和设备的革新，我国家具产业的发展突飞猛进。九 五期间，平均每年都以1 0 - 1 2 的速度递增，2 0 0 2 年全国家具业产值达到i 6 5 0 亿元。较 2 0 0 1 年增2 w i 7 8 “1 。现有家具企业5 万多家，从业人员5 0 0 多万。3 。从产品结构上看， 木质家具仍是家具产品的主导品种，其次为金属家具，而竹藤家具和塑料家具只占据 微小的一席之地。在木制家具中，以纤维板和刨花板为基材的板式家具与软体家具平 分秋色，而以实木为基材的古典家具与高档办公家具市场占有份额有限。 对于我国目i i 人造板的应用状况，家具制造业占人造板应用比例的首位，达人 造板总用量的6 3 3 3 ，即家具制造业年耗用人造板约8 6 0 万m 3 “1 。人造板各板种 在家具制造业中的应用状况，具体如表1 。l 所示。 表1 1 人造板在家具制造业中应用状况 t a b 1 1t h ea p p l i c a t i o nc o n d i t i o no f w o o d - b a s e dp a n e li nf u r n i t u r em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y 人造板能在家具制造中得到如此广泛的应用是与人造板具有众多使用优越性 分不开的，如人造板具有幅面大、板面平整、无需干燥，适宜于家具( 尤其是板式 家具) 机械化、连续化及自动化生产等特性，因此受到家具制造业的青睐是必然的。 1 2 3 合理开发利用中密度纤维板 近年来，中密度纤维扳在我国家具工业中得到了广泛的应用，其结构设计、加工 2 家具用纤维扳表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 技术都趋于成熟，为板式家具的发展奠定了基础，而且在表面装饰上也花样翻新。当 前，天然木材虽仍是制造家具的首选材料，但从国际上看，木质家具中，实木家具占 1 0 ，人造板家具占9 0 9 6 “1 ，这也是值得国内借鉴的。实践证明，中密度纤维板不仅适 于制作板式家具，也适合于开发传统高档家具，并可使其具有实木家具的性能与外 观。如用中密度纤维板生产框式镶板门扇零部件，并在其表面覆贴薄木或转印装饰 木纹纸，其装饰效果酷似实木，不仅节约了珍贵木材，而且可让普通人也能享受高档 木材的美丽，因而应用量较大。1 。覆面人造板主要用于制作办公家具和卧室家具。办 公家具简捷，式样规整，用量大，易进行大规模自动化生产，人造板能很好地满足办 公家具生产与应用的要求。另外，卧室家具也有同样的特点，各种饰面人造板的卧房 家具在市场上同样占了较大的份额嘲。 1 3 家具的表面涂饰与漆膜附着力 新理论、新技术的不断产生和发展、不同学科的相互渗透，是如今科学发展的 一个方向。随着近代科学的发展，先进表面分析技术的完善，使涉及多学科的界面 学科得到了迅猛的发展。家具的表面装饰是家具生产加工利用中的一个重要方面， 对基材具有保护和装饰的双重意义。 人造板家具需要进行表面装饰，其装饰方法大致可分为两大类：贴面装饰和涂 刷装饰。贴面装饰是将薄木、塑料贴面板( 俗称防火板) 、树脂浸渍纸、预油饰纸、 聚氯乙烯薄膜( p v c 膜) 或织物等覆贴在板件表面进行装饰。涂饰是用涂料( 油漆) 涂 敷在家具表面，使它在家具表面上形成具有一定保护和装饰性能的漆膜的装饰方法 1 0 - t 2 a 各类新颖的装饰材料对家具及人造板表面进行装饰后可以达到：美化外观， 掩盖家具表面的缺陷，提高与扩大人造板材在家具生产中的应用；改善与提高家 具的使用性能，如用三聚氰胺塑料贴面板装饰于家具表面，可提高耐磨性，其磨耗 值小于0 0 8 克1 1 0 0 转次；增强耐热性，在1 8 0 下历经2 0 分钟，表面不起泡，不 龟裂，没有明显的退光性；此外还能提高耐水性，耐污染性；提高力学强度，由 于家具表面采用了覆盖物又通过胶秸剂复合在一起，其家具板材的各项物理力学性 t 能( 静曲强度m o r ，弹性模量m o e ，抗拉强度等) 可提高2 - 1 0 倍。因此，家具表面进 行装饰，不仅是增强美的精神享受，而且是提高家具质量，扩大使用范围的有效途 3 2 0 0 6 届硕七学位论文 径1 “。 本试验着重针对纤维板的表面涂饰以及与其表面性能之间的联系进行分析研 究。 1 3 1 家具的表面涂饰 涂饰也称涂装或油漆装饰，是指用涂料( 旧称油漆) 涂饰家具( 或其零部件) 在其 表面形成具有一系列装饰保护性能的漆膜( 或涂膜) 。涂饰质量与装饰效果在很大程度 上决定着家具的外观、制造质量、档次与价值，常常是消费者选购家具的首要考虑因 素。家具表面涂饰质量评估一般分为外观质量与涂膜内在理化性能两个方面。前者多 为眼看手摸明显可见的外观形象，如家具外观色彩、光泽、漆膜状态、孔处理、基材 质感透明度、细部处理等，后者即涂膜的理化性能、多用仪器检测，有关国标中均有 明确量化标淮要求。 ，3 1 1 涂饰的基本工序 。 板式家具以人造板( 其中又以纤维板为主) 为基材，涂饰分两种情况，一是在 板件上直接进行不透明涂饰，二是在人造板板件上贴纸或薄木，封边后进行透明涂 饰。涂饰最终形成的漆膜通常是由底漆、着色剂、面漆等好几层漆膜重叠复合而成， 不同装饰效果的漆膜其漆层结构不同，涂饰工艺过程也不同。家具涂饰工艺过程由 若干个工序组成，繁简差异很大。其过程大体可分表面处理、涂饰、漆膜修整等三 个阶段，每一阶段包括一到数道工序。根据不同的要求有的工序可以多次重复，也 可省略，某些工序顺序先后可以调换。 i 3 1 2 国内外关于表面涂饰的研究 涂料与木质材料之间的界面性质、虽然形成了许多粘附理论，如吸附、扩散及 化学键理论等，但是，由于木质材料和涂料的复合多样性，使其研究具有一定的难 度，特别是从界面科学的角度。在微观尺度上一直缺少较为系统的研究，国内几乎 未见报导，国外关于这方面的研究报告也不多。苏润洲等人对水曲柳的涂饰界面 特性进行了研究，从微观上定量表征了渗透性及界面层的化学结构中基本基团的变 化、初步揭示了木材分子与涂料分子之间的相互作用、特别是聚氨酯漆和硝基漆与 木材的不同作用机理。陆竞云“5 等人应用模糊数学对家具表面漆膜性能进行综合评 价问题。沈德君“”等人通过实验列出木家具表面漆膜在不同条件下的各项理化性能 4 家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 指标，求出了家具表面漆膜厚度的最佳值的范围为0 1 6 8 0 2 9 8 m m 。选择了典型家 具装饰用材水曲柳木材，并分别用具有代表性的硝基漆和聚氨酯漆进行涂饰， 用先进的表面分析技术对涂饰界面进行探测分析。 1 3 2 漆膜附着力 对漆膜的附着力进行研究，旨在揭示其附着力优异的原因所在，从而探索影响 木质材料漆膜附着力的因素。漆膜的附着力( a d h e s i o n ) 是指漆膜与被附着物体表面 之间，通过物理和化学力作用结合在一起的坚牢程度。“7 3 如果从实用角度来说，附 着力当指漆膜从板材上除掉需要的力，这种力才是漆膜与板材相互结合的粘结力。 1 3 2 1 漆膜的附着机理 当两个物面紧密地接触，到达相互作用的有效距离时( 约0 5 r a m ) ，就有化学 的键合反应，或物理化学的范德瓦尔斯力的吸引和氢键的结合。对漆膜的附着而言， 以后者为主，前者仅是个别的。当涂料以液态或熔融态涂布于底材表面时，只要充 分润湿底材，在固化后就可建立良好的附着，因为充分的润湿可使二者进入范德瓦 尔斯力的有效作用距离“”漆膜对底材的附着还有机械的结合力，任何底材，从微 观来看都是租糙的，有孔、缝、隙可供涂料渗入，在涂料固化后可形成机械的锚合。 喷砂和磷化处理的作用之就是提供更大的粗糙度和有效面积。 漆膜的附着机理，大体上可分为机械附着和化学附着两种。机械附着力取决于 被涂板材的性质及所形成的漆膜机械强度；化学附着力指漆膜和板材之间的分界面 漆膜分子和板材分子的相互吸引力，取决于漆膜和板材之间的物理化学性质。人们 在解释漆膜附着机理时，一般认为化学附着的说法比较切合实际。在化学附着的内 聚力之中，包括静电的力，范德华吸引力、氢键的力和化学亲合力。这些力决定了 涂料对被涂物体表面的附着性。一般认为，漆膜的附着性取决于成膜物质中聚合物 的极性基团，如一o h 、- c o o h 与被涂物表面的极性基之间的相互结合。凡是减少这种 极性结合的各种因素均将导致漆膜附着力的降低。如被涂物表面有污染、有水分； 涂膜本身有较大的收缩应力；聚合物在固化过程中相互交联而消耗了极性基的数量 等。 一般认为，漆膜的附着性取决于成膜物质中，聚合物( 或分子量更低的预聚物) 的极性基因，如一o h ，或者一c o o h 与被涂物表面的极性基之间的相互结合，为了使这种 5 2 0 0 6 届硕士学位论文 极性基相互结合得好，就必须要求聚合物分子具有一定的流动性，让聚合物分子更好 地湿润被涂物表面，使聚合物的极性基接近于被涂表面的极性基，当两者分子之间的 距离变得非常小时( 达到l a 以内) ，极性基之间由于范德华力或氢键的作用产生附着平 衡。 因此，在研究漆膜的附着力时，确定漆膜从板材上撕掉的类型是十分重要的，大 致可分为三种类型。粘型的类型：漆膜完全从表面脱落；内聚类型：漆膜裂开或 起层，附着力大于内聚力；混合类型：漆膜从表面上部分地脱落，即漆膜本身部分 地裂开，附着力接近内聚力。 1 3 2 2 国内外关于漆膜的附着力的研究 漆膜的附着力是考核漆膜性能的重要指标之一，附着力的好与坏关系到整个配套 涂层的质量。漆膜只有很好地附着在被涂物件上，才能发挥其应有的保护和装饰作用， 才能达到应用涂料的目的；否则即使涂层具有很好的保护性和装饰性，但由于附着不 好而造成大片脱落，也是没有实际意义的。现行大多数产品标准中对漆膜附着力都有 要求，因此漆膜附着力测定方法的研究工作一直受到人们的普遍重视”。李雨红噙1 等人采用多种现代分析手段，从微观角度和分子水平，对聚氨酯漆膜的附着力进行研 究，发现聚氨酯漆膜的附着力优异的原因所在，从而探索影响木质材料漆膜附着力的 因素。王平“”等从理论上介绍了漆膜附着力的检测方法及其影响因素，以及测定漆膜 附着力对考核漆膜性能优劣的重要性。 1 3 2 3 漆膜附着力的测定 按国标规定采用割痕法( 也称交叉切割测定法) 测定嘲。一般在漆膜干透的样板上 用锐利刀片在漆膜表面切割出两组互成直角的格状割痕，每组割痕都是包括l l 条长为 3 5 r a m ，间距为2 z m 的平行割痕，切口应穿透到基材表面。将氧化锌橡皮膏用手指按压 钻贴在割痕试验区域，沿对角线方向猛揭一次，用4 倍放大镜仔细检查漆膜损伤脱落 情况并分级，一般分五级，例如l 级为割痕光滑，无漆膜剥落；4 级为5 0 以下的割痕 成碎片剥落等口3 1 。 1 3 2 4 影响漆膜附着力因素 影响附着力主要有以下几个因素： ( 1 ) 漆膜与被涂表面的极性适应性 6 家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 从分子结构，分子的极性及分子相互作用的力等观点的研究，得知漆膜的附着力 产生于涂料中聚合物的分子极性基定向与被涂表面极性分子的极性基之间的相互吸 引力。只有两者之间极性基相适应。才会得到附着力好的漆膜。否则的话，极性好的 涂料，涂在非极性的板材上，或者非极性涂料涂在极性的板材上，都不会得到附着力 良好的漆膜。 ( 2 ) 表面张力与润湿现象对涂层附着力的影响 漆膜的附着力产生于涂料与被涂板材表面极性基的相互吸引力。而这种极性基的 相互吸引力取决于涂料对被涂金属表面的湿润能力。这种涂料对被涂板材表面的湿润 能力又取决于表面张力。因此。降低表面张力，才能提高湿润效率，增加漆膜对板材 表面的附着力。 ( 3 ) 漆膜的附着力与内聚力的相互关系 同类物质分子之问的内聚所引起的力，称为内聚力，涂层内聚力越大，附着力越 差。反之，附着力越好。因此，可以采取降低内聚力来达到提高附着力的目的。 “) 热膨胀系数对漆膜附着力的影响 一切材料受温度变化的影响，它们积极的收缩和膨胀也都不一样( 因膨胀系数不 同) ，所以当涂料被涂于物体表面时，受热胀冷缩的影响，使涂料与被涂表面之间的 粘结点遭到不同程度的破坏。因此，涂料的热膨胀系数越小，涂膜的附着力越好。 1 4 人造板表面性能的研究 任何材料都有与外界接触的表面或与其他材料结合的界面，材料的界面的结构 和力学性能直接影响材料的整体性能。人造板是由不同树种、不同材性、不同组分 的材料胶合而成的材料，具有鲜明的生物学特征，其表面与其内部本体，无论在结 构上还是在化学组成上都有明显的差别，这是因为人造板内部原子受到周围原子的 相互作用是相同的，而处在人造板表面的原子所受到的力场却是不平衡的，由此产 生了表面能。对于有不同组分构成的人造板，组分与组分之间可形成界面，某一组 分也可铑富集在人造板的表界面上。即使是单组分的人造板，由于内部存在的缺陷， 也可能在内部产生界面。人造板的表界面对人造板整体性能具有决定性的影响，人 造板的变形、老化，劣化、破坏、印刷、涂膜、胶合、复合等，无不与人造板的表 界面密切有关。因此，研究人造板的表界面现象具有重要的意义1 。 7 2 0 0 6 届硕士学位论文 通常，人造板用于家具制造需经过表面加工。常用的表面加工方式有表面涂饰、 贴面等，因此，其表面质量的好坏直接影响到表面加工的外观质量嘶3 。我国对家具 用人造板，特别是纤维板的表面性能缺乏系统的研究，因此，其表面粗糙度、表面 润湿性和表面吸收性是一个重要的基础研究方向。 1 4 1 表面粗糙度 表面粗糙度是指表面经切削加工或压力加工后形成的具有较小间距和峰谷所 组成的微观几何形状特征。木质材料表面粗糙度直接影响木质产品的表面涂饰质 量、胶合质量，涂料、胶料的消耗，以及加工余量的确定等汹。因此，木质材料表面 粗糙度是评定木质材料表面加工质量的重要指标，也是木材加工行业的基础课题之 一o 1 4 1 1 国内外关于表面粗糙度的研究 有关“如何测量和评定木材表面粗糙度”的研究，可以追溯到2 0 世纪3 0 年代 删。美国首先研制出能记录表面轮廓的轮廓仪，可用于测定加工件的表面粗糙度， 但是没有区分木材和其它材料表面粗糙度的测量及评定。随着机械化、自动化大规 模生产模式的发展，世界各国对木质产品的表面加工质量，尤其是表面租糙度给予 了越来越多的重视。到2 0 世纪7 0 年代，逐渐开始了对木材表面粗糙度的专门研 究许多国家都相应制定了检测标准和检测仪器。原苏联1 9 5 3 年就制定有r o c t 7 0 1 6 木材表面粗糙参数与评定，并于1 9 6 8 、1 9 7 5 、1 9 8 2 年三次更新标准。在 测量方法方面也制定有r0 c t1 5 6 1 2 - - 7 8 木材与木制品表面粗糙度的评定方法， 该标准中使用百分表和啪g 一3 型气动式测量仪进行测量，但测量精度不高。日本从 事计量仪器的小坂研究所为测量木质材料表面粗糙度研制了触针式测量仪器。“。加 拿大的b o n a ct 提出了一种测量三维粗糙度体积的气动方法，建立了一个标准模型， 但这种方法只能进行相对测量。瑞士的b i r s i ta 、印度的s h u k l ak s 也对触针 法进行了研究嘲。前捷克的p a u l i n y o v ae 删和o r e c ht 与波兰的d r o u c tt 利用激光与光学的方法研究了木质材料表面粗糙度测试技术。1 9 8 8 年塞尔维亚的 j a i cm 发表了木材表面粗糙度测量方法和工具方面的论文，论述了木材产品表面租 糙度的测量方法，即接触式和非接触式两种，非接触式的木材产品表面粗糙度测量 方法，是用l j u l j k a 表面裉糙度测量设备和英国r a n kt a y l o rh o b s o n 公司的 8 家具用纤维板表面性能及其对漆膜附着力影响的研究 t a l y s u r f - 6 测量系统等。同年，波兰的k r u s s t a n i s t a w 撰文介绍了几种用于提高 木材不平度测量范围的表面仪。1 9 8 5 年日本学者增田捻发表了木材表面加工状态与 木材光泽感之间关系的研究报告，而且日本在8 0 年代已经有了商品化的非金属制 品表面粗糙度测定仪。德国学者也在这方面进行了研究，h e i s e lu 在1 9 9 1 年提出 了采用激光测量系统检测木材加工表面的不平度，l u n d b e r g 于1 9 9 5 年提出非接触 法测量表面粗糙度。美国在a n s i a s t mi ) 1 6 6 6 - - 7 6 木材和木质材料生产机床试验 方法中规定了以木质材料表面粗糙度作为评定机床质量的一种方法。p e t e r sc 等人研究了目测、光学、触针三种测试方法。美国专利u s 4 3 1 3 7 2 提供了一种机械 式测量装置。随着计算机技术的普及与发展，美国已开始利用计算机视觉测量木质 材料表面粗糙度。f a u s tt 首次提出了以一准直光源对一个3 0 0 m x 3 0 0 n 硼的单板 试样进行照射，利用c c d 摄像机将图象数字化并送入计算机中，二值化处理后以他 提出的一种理论和算法进行计算，得到了令人比较满意的结果1 。 8 0 年代开始，我国也对此开始了研究，测量方法方面南京林业大学的刘忠传、 吴涤荣啪作过光切法，上海家具研究所朱青海作过机械一电子式测量方法的研究。 赵学增4 叫等人利用触针式轮廓法比较全面、系统地研究了本质材料表面粗糙度测 量理论和技术，并通过对木质材料表面粗糙度光学傅立叶测量方法，研究了木质表 面的统计模型和一维高斯型木质材料表面光学傅立叶变换谱强度分布的模型，并得 到了计算木质材料表面粗糙度均方根误差和自相关函数的数学公式。哈尔滨科技大 学的陈捷m 1 等人，研究利用比较样块的方法进行木质材料表面粗糙度的评定，并于 1 9 9 6 年出版了我国这个领域第一本学术著作木制件表面粗糙度。张牧利用分 形几何的基本原理对高密度纤维板表面的粗糙度进行了研究。宋志磊“5 1 等人结合中 密度纤维板的生产实际，分析了影响其表面粗糙度的因素。江泽慧”3 等采用探针法 测定竹材在不同加工条件下的表面粗糙度。李瑞芬“”等使用双管显微镜测量木材单 板表面粗糙度，并认为其与触针式木材表面粗糙度测量仪有可比性。 1 4 1 2 测量表面租糙度方法 目前世界上普遍采用的木质材料表面粗糙度测量的是触针式轮廓法，具有灵敏 度高，能给出被测轮廓曲