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將木材與木材或其他材料的表面膠接成為一體的技術。它是木製品部件榫接和釘接方法的發展。

1 木材膠合 -木材膠合

 

2 木材膠合 -正文

  將木材與木材或其他材料的表面膠接成為一體的技術。它是木製品部件榫接和釘接方法的發展。人造板的誕生,就是以膠合技術為基礎。膠合,還可使短材接長,薄材增厚,窄材加寬,劣材變優,提高木材的利用效果和利用水平,因而在木材加工中有重要作用。
  按膠合製品的用途和選用膠粘劑的性能,分結構性膠合和非結構性膠合兩類。為使膠合製品用作建築結構材料而用膠合強度高、耐老化性能好的膠合劑進行的木材膠合,稱結構膠合,此外是非結構膠合。
  概況  中國古代典籍中關於木材膠合技藝及膠合製品的記載,首見於《周禮·考工記·弓人》:「六材既聚,巧者和之……膠也者,以為和也。」此處所述六材之一的膠,是動物角膠或皮膠。「以為和也」即用以膠合之意。晉人皇甫謐所著《帝王世紀》中詳述了周昭王時代膠船的情況。均說明膠合工藝應用之早。西方國家在1世紀時曾用蛋白質和石灰做木材膠粘劑。1814年,美國有了制骨膠的專利。1872年,A.von拜耳發現苯酚與甲醛能生成樹脂。1896年,C.戈德施密特研究了尿素與甲醛的反應。1909年,L.H.巴克蘭的熱壓工藝專利推動了膠合工藝的發展。到20世紀,膠合板、纖維板和刨花板相繼製造成功。
  膠合機理  木材之間的膠合主要是特性膠合(又稱比膠合)和機械膠合。此外也存在化學膠合,但其作用影響較小,在考慮膠合強度時常被略去。木材和膠粘劑都是高分子化合物,高分子之間存在著物理吸引力,即范德華力和氫鍵力。雖然這些力的單位值小,但分子量大,其總和很可觀,由它們形成對膠合強度影響大的特性膠合。又木材是一種多孔物質材料,內有不少液體通道,其體積占木材總體積的25~85%。液體膠粘劑由於毛細管張力的作用而進入通道后,可隨著膠粘劑的固化而形成「膠釘」,將木材接合,稱為機械膠合。這時如不克服「膠釘」的阻力,就不能使木材與膠粘劑分開。
  膠合工藝  木材膠合主要經歷被膠木材的準備、塗(施)膠、組胚、晾置、閉合、加熱和后處理等工序。任何木材表面放大看都是不平的。為了獲得理想的膠合強度,須使膠粘劑成為液體,完全濕潤木材表面;同時,液體狀態的膠粘劑所具有的流動性,能使膠粘劑與粗糙不平的木材表面充分接觸而形成完整、連續的膠層。膠粘劑濕潤木材表面的程度與木材的表面狀況、膠粘劑的性質和膠合工藝有關。其中的濕潤速度主要取決於膠液的粘度以及膠液與木材表面之間的接觸角。因此根據產品要求正確選用膠粘劑和相應的工藝十分重要。見表列出幾種常用木材膠粘劑的主要性能和膠合工藝的部分參數。

  膠合質量  影響膠合質量的因素很多。膠粘劑方面有樹脂的性能和含量、對木材的濕潤性、膠液的pH和粘度,固化條件和適用期(又稱生活率),以及膠層的狀態和膠厚度等。木材方面有木材的pH、緩衝能力、密度和所含提取物的性質,含水率及水分在木材中的分佈,心材、邊材和早、晚材的多少,紋理以及表面狀況如光潔度等。膠合操作方面有塗膠量、陳化時間、閉合速度以及加壓的溫度、壓力和時間等。固化后的膠層中有內應力,是影響木材膠合強度和木材膠合耐久性的一個不利因素。如現在大量使用的氨基樹脂和酚醛樹脂,在其固化過程中通過縮聚反應進行交聯的同時放出小分子化合物,使體積有較大的收縮,因而產生收縮應力。木材在纖維飽和點(含水率25~30%)以下時吸水或失水都會引起較大的膨脹或收縮;木材的多種細胞之間以及細胞膜與細胞質之間收縮-膨脹率的差異,也會在膠層產生應力。此外,木材與膠粘劑的熱膨脹係數不同,還會在膠層產生熱應力等。為了降低體積的收縮率,通常採用的方法有降低膠粘劑體系的活性官能團濃度,即盡量提高樹脂的分子量,以封閉其活性官能團;加入高分子聚合物增韌劑;以及加入填料等。
  膠合質量常用力學方法測定膠層破壞強度來判斷,板、方材膠合質量用壓縮剪切法測定;片材(單板)膠合質量用拉伸剪切法測定;碎料(刨花、鋸末)膠合質量用垂直膠壓平面拉伸法測定。膠合板的膠合質量,還可用刀撬法評定,即在膠層中插入小刀撬開膠合的單板,然後目測木材破壞面積占撬開面積的百分率。無損檢測技術是利用膠合件承受外力后產生的引力波進行測定的新技術,在70年代末已進入工業應用階段。
  膠合耐久性的理想測定方法應在長期使用的條件下進行。但實際上只能利用人工加速老化的方法進行模擬。用天然老化試驗法,即把試件完全曝露於大氣之中,任其日晒、風吹、雨淋、冰凍,再定期檢測,所得的數據可作為基準,用以衡量各種人工加速老化試驗法的優劣。
  展望  木材膠合的發展基礎是膠粘劑的開發、新工藝的發明、新設備的製造和木材科學的發展。很多學者正在研究改進的膠粘劑有木素膠、單寧膠、異氰酸酯膠等;糖類非甲醛系膠粘劑遲早也將被應用於工業生產。新工藝的創造主要表現在無膠膠合技術的發展。這些都將使未來的木材膠合技術提到一個新的水平。
  參考書目
 A. Pizzi, Wood adhesives chemistry and technology, Marcel Dekker Inc., New York and Basel,1983.
 半井勇三著,《木材の接著と接著劑》,森北出版株式會社,增補改訂版第一刷,東京,1977。

 

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