試件膠合溫度探究其對(duì)密度板和刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響

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)。

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℃。