結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料膠粘劑及其性能評(píng)價(jià)研究.pdf

1、發(fā)展竹質(zhì)人造板是充分利用國(guó)內(nèi)豐富的竹類資源、緩解木材缺口、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效途徑，結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料對(duì)產(chǎn)品的膠合強(qiáng)度要求較高，針對(duì)當(dāng)前竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材普遍存在的膠合質(zhì)量不高、浸漬剝離率高、產(chǎn)品使用周期短的問(wèn)題，本研究結(jié)合竹材的特性，展開(kāi)對(duì)結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料粘合體系及其性能評(píng)價(jià)的研究。
　　研究中以竹篾和竹片為研究對(duì)象，通過(guò)考察竹篾層積材的浸漬剝離率和竹片的剪切強(qiáng)度來(lái)研究竹材的膠合強(qiáng)度性能。利用接觸角自動(dòng)測(cè)試儀，考察了竹篾和竹片用四種

2、偶聯(lián)劑處理前后其表面自由能的變化情況，考察并分析了偶聯(lián)劑 CA5的濃度、熱壓時(shí)間和熱壓溫度這三個(gè)變量因子對(duì)竹篾層積材的物理力學(xué)性能，尤其是膠合強(qiáng)度的影響；測(cè)試了用不同濃度的四種偶聯(lián)劑分別處理竹片表面后，酚醛樹(shù)脂膠合竹片的剪切強(qiáng)度值。利用傅立葉紅外光譜對(duì)三種硅烷偶聯(lián)劑對(duì)提高竹材膠合強(qiáng)度的作用機(jī)理做了初步研究。
　　利用間苯二酚對(duì)酚醛樹(shù)脂進(jìn)行改性，旨在提高熱固性苯酚－間苯二酚－甲醛（PRF）樹(shù)脂對(duì)竹材的膠合性能，考察了熱固性PRF膠粘

3、劑合成條件改變對(duì)樹(shù)脂性能及竹篾層積材板材性能影響，以及不同的PRF樹(shù)脂對(duì)膠合竹片剪切強(qiáng)度的影響，對(duì)竹篾厚度及竹簾方向?qū)χ耋鷮臃e材的物理力學(xué)性能的影響也作了研究；為研制出低成本的冷固型苯酚－間苯二酚－甲醛樹(shù)脂膠粘劑，考察了各因子對(duì)樹(shù)脂性能的影響，最終優(yōu)化出性能優(yōu)良、成本較低的冷固型PRF樹(shù)脂。
　　通過(guò)研究得到了以下結(jié)論：竹篾與竹片表面經(jīng)偶聯(lián)劑CA5、KH560和KH602處理后，表面自由能有較大增加，表面潤(rùn)濕性改善，經(jīng)偶聯(lián)劑 KH

4、550處理后表面自由能則明顯下降，表面潤(rùn)濕性變差，但是處理竹片后膠合試件的剪切強(qiáng)度均提高，其中 KH550在濃度為0.5％時(shí)即具有明顯的效果，其濃度繼續(xù)增加出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象。KH560和KH602處理竹片表面后，剪切強(qiáng)度均是隨著偶聯(lián)劑濃度的增加而增加，尤其是KH560在濃度為2%時(shí)，剪切強(qiáng)度增加率高達(dá)400%。
　　對(duì)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)竹材膠合性能影響機(jī)理的初步研究表明：試驗(yàn)中所用三種硅烷偶聯(lián)劑不僅能與酚醛樹(shù)脂中的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

5、，也能與竹粉中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素大分子中的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
　　偶聯(lián)劑 CA5處理竹篾壓制竹篾層積材所得最佳物理力學(xué)性能的工藝條件為：板材密度0.8g/cm3,偶聯(lián)劑CA5含量為2%，熱壓溫度160℃，熱壓時(shí)間14min。這一工藝條件下竹篾層積材的性能指標(biāo)分別為：靜曲強(qiáng)度181.2MPa，彈性模量11000.41 MPa，浸漬剝離率0.66%，24h吸水厚度膨脹率4.36%，優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
　　間苯二酚含量對(duì)于

6、熱固型改性酚醛樹(shù)脂提高其膠合竹材的強(qiáng)度具有顯著的影響，隨著樹(shù)脂中間苯二酚含量的增大，竹篾層積材的浸漬剝離率和24h吸水厚度膨脹率先是顯著減小，然后略有增加；竹片剪切強(qiáng)度值比不改性酚醛樹(shù)脂強(qiáng)度增加50%以上，但是間苯二酚含量在1%到3%范圍內(nèi)的變化對(duì)樹(shù)脂膠合竹片剪切強(qiáng)度影響不明顯。優(yōu)化的熱固性PRF變量因子分別為：間苯二酚含量為1.5%，醛酚摩爾比為2.0，竹篾浸膠時(shí)膠粘劑濃度為30%。所得竹篾層積材的各項(xiàng)物理力學(xué)性能分別為：靜曲強(qiáng)度18

7、5.2MPa，彈性模量10800.35 MPa，浸漬剝離率0.58%，24h吸水厚度膨脹率4.20%，優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
　　合成冷固型間苯二酚改性酚醛樹(shù)脂時(shí)，間苯二酚含量所占比例越高則測(cè)試常態(tài)強(qiáng)度時(shí)的木破率越高，也即膠粘劑的強(qiáng)度越好，但是對(duì)28小時(shí)循環(huán)煮沸試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著；間苯二酚含量為9%是控制PRF樹(shù)脂質(zhì)量的一個(gè)臨界含量，此時(shí)料比的變化對(duì)樹(shù)脂的強(qiáng)度性能和凝樹(shù)脂時(shí)間影響較大；苯酚、甲醛摩爾比對(duì)樹(shù)脂貯存穩(wěn)定性有顯著的影響，苯

8、酚、甲醛摩爾比為1.5：1時(shí)，樹(shù)脂的穩(wěn)定性最好；隨著調(diào)膠時(shí)固化劑多聚甲醛含量的增加，PRF樹(shù)脂膠合試件的剪切強(qiáng)度值和木破率迅速下降，樹(shù)脂的凝膠時(shí)間縮短，多聚甲醛加入的百分比為6%時(shí)，樹(shù)脂的強(qiáng)度性能最好；
　　優(yōu)化的兩種冷固型PRF樹(shù)脂其間苯二酚含量分別為10.5%和9%，其剪切強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到JAS SE-9標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
　　竹篾厚度對(duì)竹篾層積材的物理力學(xué)性能有較大的影響。隨著竹篾厚度的減小，竹篾層積材的24小時(shí)吸水厚度膨脹率明