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

1、發(fā)展竹質(zhì)人造板是充分利用國內(nèi)豐富的竹類資源、緩解木材缺口、促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的有效途徑，結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料對產(chǎn)品的膠合強度要求較高，針對當(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)品使用周期短的問題，本研究結(jié)合竹材的特性，展開對結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料粘合體系及其性能評價的研究。
　　研究中以竹篾和竹片為研究對象，通過考察竹篾層積材的浸漬剝離率和竹片的剪切強度來研究竹材的膠合強度性能。利用接觸角自動測試儀，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、熱壓時間和熱壓溫度這三個變量因子對竹篾層積材的物理力學(xué)性能，尤其是膠合強度的影響；測試了用不同濃度的四種偶聯(lián)劑分別處理竹片表面后，酚醛樹脂膠合竹片的剪切強度值。利用傅立葉紅外光譜對三種硅烷偶聯(lián)劑對提高竹材膠合強度的作用機理做了初步研究。
　　利用間苯二酚對酚醛樹脂進行改性，旨在提高熱固性苯酚－間苯二酚－甲醛（PRF）樹脂對竹材的膠合性能，考察了熱固性PRF膠粘

3、劑合成條件改變對樹脂性能及竹篾層積材板材性能影響，以及不同的PRF樹脂對膠合竹片剪切強度的影響，對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－甲醛樹脂膠粘劑，考察了各因子對樹脂性能的影響，最終優(yōu)化出性能優(yōu)良、成本較低的冷固型PRF樹脂。
　　通過研究得到了以下結(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，表面潤濕性變差，但是處理竹片后膠合試件的剪切強度均提高，其中 KH550在濃度為0.5％時即具有明顯的效果，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，剪切強度增加率高達400%。
　　對硅烷偶聯(lián)劑對竹材膠合性能影響機理的初步研究表明：試驗中所用三種硅烷偶聯(lián)劑不僅能與酚醛樹脂中的羥基發(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。
　　間苯二酚含量對于

6、熱固型改性酚醛樹脂提高其膠合竹材的強度具有顯著的影響，隨著樹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；竹片剪切強度值比不改性酚醛樹脂強度增加50%以上，但是間苯二酚含量在1%到3%范圍內(nèi)的變化對樹脂膠合竹片剪切強度影響不明顯。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，竹篾浸膠時膠粘劑濃度為30%。所得竹篾層積材的各項物理力學(xué)性能分別為：靜曲強度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脂時，間苯二酚含量所占比例越高則測試常態(tài)強度時的木破率越高，也即膠粘劑的強度越好，但是對28小時循環(huán)煮沸試驗結(jié)果影響不顯著；間苯二酚含量為9%是控制PRF樹脂質(zhì)量的一個臨界含量，此時料比的變化對樹脂的強度性能和凝樹脂時間影響較大；苯酚、甲醛摩爾比對樹脂貯存穩(wěn)定性有顯著的影響，苯

8、酚、甲醛摩爾比為1.5：1時，樹脂的穩(wěn)定性最好；隨著調(diào)膠時固化劑多聚甲醛含量的增加，PRF樹脂膠合試件的剪切強度值和木破率迅速下降，樹脂的凝膠時間縮短，多聚甲醛加入的百分比為6%時，樹脂的強度性能最好；
　　優(yōu)化的兩種冷固型PRF樹脂其間苯二酚含量分別為10.5%和9%，其剪切強度指標(biāo)達到JAS SE-9標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
　　竹篾厚度對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小時吸水厚度膨脹率明