木材-異氰酸酯界面物理作用及機(jī)械互鎖作用.pdf

1、異氰酸酯膠粘劑對木材膠接機(jī)理是近十年多來木材膠粘劑研究的焦點(diǎn)。本文用反相氣相色譜法(Inverse gas chromatography, IGC)、X射線光電子能譜(X-ray photoelectronspectroscopy, XPS)、力學(xué)性能試驗(yàn)等技術(shù)手段詳細(xì)研究了木材及木材組分、一系列不同異氰酸酯含量的膠粘劑的表面酸堿性質(zhì)對木材粘接性能的影響和木材/異氰酸酯膠粘劑的界面物理作用。
　　通過反相氣相色譜法測定了水曲柳、樺

2、木和楊木的表面自由能、表面酸堿性質(zhì)以及一系列不同異氰酸酯含量的膠粘劑的表面酸堿性質(zhì)。得知水曲柳、樺木和楊木的表面色散自由能分別為47.13、36.90和36.20 mJ·m-2(328.15K)，均屬高能表面;表面接受電子能力均大于給電子能力，表現(xiàn)出很強(qiáng)的酸性特性。水曲柳、樺木和楊木的Lewis酸常數(shù)ka分別為0.53、0.29和0.67，Lewis堿常數(shù)kb分別為0.21、0.12和0.24，屬于呈表面酸性的兩性材料。對不同異氰酸酯官

3、能團(tuán)含量(5.3％，7.0％，13.0％，19.6％)的膠粘劑的IGC研究發(fā)現(xiàn)，異氰酸酯膠粘劑的表面色散自由能分別為11.42、43.89、48.23和29.48 mJ·m-2(328.15K)，Lewis酸常數(shù)ka分別為0.29、0.38、0.12和0.18，Lewis堿常數(shù)kb分別為0.34、0.76、0.33和0.65。與木材表面特性相反，膠粘劑的表面均顯示Lewis堿性特性，而且隨著異氰酸根官能團(tuán)含量的增加膠粘劑的表面堿性逐漸增

4、大，從理論上證明了木材與膠粘劑能夠產(chǎn)生表面酸堿作用。
　　在微觀界面分析中， XPS分析研究了膠合板中異氰酸酯膠粘劑在木材中的擴(kuò)散滲透現(xiàn)象，對樺木板材與異氰酸酯膠粘劑在粘接固化過程中不同滲透深度的膠粘劑含量給予了定量計(jì)算。通過掃描電鏡觀察膠合板切片得出的結(jié)果印證了膠粘劑在木材中的滲透現(xiàn)象。
　　采用楊木與實(shí)驗(yàn)室制備的異氰酸酯膠粘劑壓板進(jìn)行力學(xué)性能測試得出:隨著膠粘劑的表面堿性逐漸增大，膠合板剪切強(qiáng)度也增大。
　　基于酸

5、堿作用理論，采用表面酸堿性均為零的聚乙烯(PE)及多孔聚乙烯板材模擬木材與實(shí)驗(yàn)室制備的異氰酸酯膠粘劑壓板進(jìn)行力學(xué)性能測試。測試結(jié)果表明:不同打磨程度的PE與膠粘劑壓板后，剪切強(qiáng)度隨PE板材表面粗糙程度的增大而增加。證明了機(jī)械互鎖作用對膠接強(qiáng)度的影響。計(jì)算出不同粗糙程度下的PE板與膠粘劑表面色散作用的定量值以及完全機(jī)械互鎖作用的強(qiáng)度值。采用多孔聚乙烯板材進(jìn)一步模擬木材多孔及孔連通性和已制備的異氰酸酯膠粘劑壓板進(jìn)行力學(xué)性能測試。通過楊木/異

6、氰酸酯膠粘劑膠接試件、模擬木材(PE)/異氰酸酯膠粘劑膠接試件的力學(xué)性能測試將界面作用和宏觀力學(xué)性能聯(lián)系在一起。在膠接強(qiáng)度的測試過程中得到了真實(shí)木材與異氰酸酯膠粘劑之間的界面膠接強(qiáng)度和膠粘劑的異氰酸根含量及膠粘劑表面酸堿性質(zhì)之間的關(guān)系，膠接強(qiáng)度隨膠粘劑堿性的增強(qiáng)和異氰酸根含量的增大而增加;對于模擬木材結(jié)構(gòu)，剝離出了完全色散力和機(jī)械互鎖作用下的膠接強(qiáng)度的貢獻(xiàn)、模擬了木材內(nèi)部多氣室結(jié)構(gòu)和孔連通結(jié)構(gòu)以及二者疊加對膠接強(qiáng)度的影響，得出了各種因素