摘 要:以熱熔膠為膠黏劑,粘接密度板/刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試試件,對(duì)比研究粘接金屬卡頭和試件時(shí)不同的金屬卡頭溫度(50℃、70℃、90℃、110℃、130℃和150℃)對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響。研究表明,密度板/刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì);溫度為50℃時(shí),試件與金屬卡頭粘接不牢,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值偏低;當(dāng)溫度為70℃和90℃時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值差異不大,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值處于較高;溫度為110℃、130℃和150℃時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值出現(xiàn)明顯的下降,且薄板下降趨勢(shì)比厚板更明顯。因此,建議測(cè)試人造板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度時(shí),粘接金屬卡頭和試件時(shí)的金屬卡頭溫度宜控制在70~90℃。
密度板/刨花板是將木材纖維/刨花通過(guò)施加膠黏劑熱壓而成,纖維、刨花與膠黏劑的結(jié)合程度可以通過(guò)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的大小表征,因此內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度是衡量密度板/刨花板理化性能的主要指標(biāo)之一[1]。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度是密度板/刨花板產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中不合格率較高的檢測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)大量實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)值與試件制作過(guò)程中粘接金屬卡頭和試件時(shí)的金屬卡頭溫度(以下簡(jiǎn)稱膠合溫度)有著密切的關(guān)聯(lián)。膠合溫度過(guò)高容易破壞密度板/刨花板的內(nèi)部結(jié)構(gòu),過(guò)低不利于穩(wěn)定膠合,而GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中并沒(méi)有對(duì)這個(gè)參數(shù)作出具體的規(guī)定,所以不同檢測(cè)人員或機(jī)構(gòu)對(duì)相同的密度板/刨花板產(chǎn)品的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)差異。
為此,筆者以中密度板、刨花板、飾面密度板和飾面刨花板為研究對(duì)象,在保持其他條件不變的情況下,通過(guò)改變?cè)嚰谱鲿r(shí)的膠合溫度探究其對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響,旨在確定合適的膠合溫度,為同行檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)制修訂提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
1)密度板/刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試試件。
為降低人造板類型和厚度等差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,本次試驗(yàn)選取了中密度板、刨花板、飾面密度板和飾面刨花板共4種人造板,每種板材又分別選取了厚、薄2種,一共選取了幅面規(guī)格均為2 440 mm×1 220 mm,性能相對(duì)均勻的人造板8張,置于溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的環(huán)境中7天。8張人造板試板的厚度、密度和含水率測(cè)量值見(jiàn)表1,板內(nèi)測(cè)量值相對(duì)偏差均小于5%。
每張大板裁邊100 mm后,用精密推臺(tái)鋸依次制取規(guī)格為(50±1)mm×(50±1)mm的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試試件36個(gè),單個(gè)試件之間距離不小于100 mm。制取過(guò)程中,剔除有外觀缺陷的試件,重新制取。試件制取后,置于溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的恒溫恒濕室中,達(dá)到質(zhì)量恒定(相隔24 h兩次稱量結(jié)果之差不很過(guò)試件質(zhì)量的0.1%)。
2)熱熔膠棒(EVA):熔點(diǎn)100℃,固化時(shí)間8~15 s,外購(gòu)。
編號(hào) | 類型 | 厚度/ mm | 密度/ (g/cm3 ) | 含水率/% |
MDF1 | 中密度纖維板薄板 | 5.8 | 0.71 | 6.6 |
MDF2 | 中密度纖維板厚板 | 18.0 | 0.71 | 6.7 |
PB1 | 刨花板薄板 | 6.0 | 0.68 | 7.0 |
PB2 | 刨花板厚板 | 18.0 | 0.68 | 7.0 |
SMDF1 | 飾面纖維板薄板 | 5.8 | 0.72 | 6.8 |
SMDF2 | 飾面纖維板厚板 | 18.0 | 0.72 | 6.8 |
SPB1 | 飾面刨花板薄板 | 6.0 | 0.67 | 7.0 |
SPB2 | 飾面刨花板厚板 | 18.0 | 0.67 | 7.0 |
1.2 設(shè)備
微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī):型號(hào)CMT-6503,量程0~5 000 N,深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司;烘箱:型號(hào)DHG-9145A,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;電子數(shù)顯卡尺:量程0~200 mm,成都成量工具有限公司;金屬卡頭:定做,粘合面積50 mm×50 mm。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
根據(jù)前期試驗(yàn),選擇50℃、70℃、90℃、110℃、130℃和150℃共6種膠合溫度,每種溫度每種板材測(cè)試6個(gè)試件,取6個(gè)試件內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值的算術(shù)平均值作為該板對(duì)應(yīng)溫度下的測(cè)定值。由于檢測(cè)過(guò)程中膠層溫度很難準(zhǔn)確控制,為了較大限度保持溫度恒定,本試驗(yàn)將金屬卡頭放置在恒溫干燥箱中保持1 h以上,涂膠后保持5 min,盡可能使膠層溫度達(dá)到設(shè)定的膠合溫度。
1.4 性能測(cè)試
按GB/T 17657—2013規(guī)定的方法,測(cè)定內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)金屬卡頭從設(shè)定溫度的干燥箱中取出后立即將試件和卡頭粘結(jié)在一起,待一面固化后,另一個(gè)面采用同樣的方法進(jìn)行粘結(jié),然后將膠合組件放置在室溫下自然冷卻1~2 h后進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論[3,4],為保證檢測(cè)結(jié)果的可比性,檢測(cè)過(guò)程中使用同一個(gè)萬(wàn)向節(jié),以1.5 mm/min的加載速度均勻加載。
2 結(jié)果與分析
2.1 中密度板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度
不同膠合溫度時(shí),中密度板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果,如圖1所示。
由圖1可知,中密度板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨著膠合溫度的升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),當(dāng)溫度為70℃時(shí),不管是薄板(MDF1)還是厚板(MDF2)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值均達(dá)到較大值,溫度升高至150℃,薄板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值降低了45%,厚板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值降低了38%。
當(dāng)膠合溫度為50℃時(shí),中密度板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值比較低,因?yàn)樵诖四z合溫度下,熱熔膠還沒(méi)有完全熔融,膠層流動(dòng)性差,試件與金屬卡頭不能很好地粘結(jié)在一起,邊角很容易出現(xiàn)缺膠的現(xiàn)象,檢測(cè)時(shí)試件往往不是從中間拉開(kāi),而是從邊角部分開(kāi)始破壞。
當(dāng)膠合溫度為90℃時(shí),中密度板薄板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度與70℃相比有略微降低,而厚板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值保持不變,說(shuō)明在這兩個(gè)溫度范圍之間,中密度板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果受膠合溫度的影響不大。
當(dāng)膠合溫度從90℃升到130℃時(shí),中密度板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值出現(xiàn)明顯的下降,且薄板的下降幅度大于厚板,說(shuō)明此時(shí)的膠合溫度對(duì)中密度板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果影響較大,對(duì)薄板的影響大于厚板。隨著膠合溫度的升高,中密度板內(nèi)部的水分快速蒸發(fā),應(yīng)力變大,且高溫下試件中的脲醛樹(shù)脂固化變脆,木纖維也有皺縮和炭化的趨勢(shì),從而降低了纖維間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度,使得內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值降低,且試件越薄熱效應(yīng)越大,影響也就越大。
當(dāng)膠合溫度從130℃升到150℃時(shí),中密度板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值下降幅度基本不變,說(shuō)明此時(shí)膠合溫度對(duì)中密度板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響差異不大,可推測(cè)當(dāng)溫度在130℃時(shí),試件內(nèi)部可能已經(jīng)破壞。
2.2 刨花板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度
不同膠合溫度時(shí),刨花板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果,如圖2所示。
由圖2可知,刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果隨膠合溫度升高的變化規(guī)律與中密度板的變化規(guī)律基本一致,整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),溫度升高至150℃時(shí),刨花板薄板(PB1)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值降低了43%,刨花板厚板(PB2)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低了34%。對(duì)比發(fā)現(xiàn),不管是薄板還是厚板,隨著膠合溫度的升高,刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值的降幅都比中密度板降幅低,這是由刨花板疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的,高溫下不容易發(fā)生熱傳導(dǎo),內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞的程度相對(duì)較小。
2.3 飾面板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度
不同膠合溫度時(shí),飾面密度板試樣和飾面刨花板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果,如圖3和圖4所示。
由圖3和圖4可知,飾面密度板與飾面刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果隨膠合溫度升高的變化規(guī)律,與之前討論的中密度板和刨花板試樣的變化規(guī)律一致,隨著膠合溫度的升高,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果均先升高后降低,溫度升高至150℃時(shí),飾面密度板薄板(SMDF1)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值降低了42%,飾面密度板厚板(SMDF2)降低了36%,飾面刨花板薄板(SPB1)降低了40%,飾面刨花板厚板(SPB2)降低了33%。對(duì)比發(fā)現(xiàn),不管是密度板還是刨花板,飾面處理后,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的降幅都比素板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的降幅低,這可能與飾面材料有一定的關(guān)系,飾面材料將基材與熱熔膠進(jìn)行了阻隔,降低了高溫對(duì)基材結(jié)構(gòu)的破壞。
3 結(jié)論與建議
密度板/刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試值,隨著粘接時(shí)金屬卡頭溫度升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),溫度升高至150℃時(shí),薄板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果降低了40%~45%,厚板降低了33%~39%。當(dāng)溫度為50℃時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果普遍比較低,此時(shí)試件與金屬卡頭粘接不牢;當(dāng)溫度為70℃和90℃時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值差異不大,基本處于較高;當(dāng)溫度從90℃到130℃時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值出現(xiàn)明顯的下降,且薄板的下降幅度大于厚板,此時(shí)的溫度對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響較大,且薄板的影響大于厚板;當(dāng)溫度從130℃升到150℃時(shí),溫度對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定值的影響差異不大。綜合考慮,試件與卡頭膠結(jié)時(shí)建議金屬卡頭的溫度控制在70~90℃。