實木拼接地板基材側拼條膠接工藝研究

章勝男， 楊志明， 蔡國雄， 涂登云*， 劉平凡， 帥佩金， 吳 銘

(1.華南農(nóng)業(yè)大學材料與能源學院，廣東 廣州 510642；2.賀州市林業(yè)局，廣西 賀州 542899)

研究與設計

實木拼接地板基材側拼條膠接工藝研究

章勝男1， 楊志明1， 蔡國雄2， 涂登云1*， 劉平凡1， 帥佩金1， 吳 銘1

(1.華南農(nóng)業(yè)大學材料與能源學院，廣東 廣州 510642；2.賀州市林業(yè)局，廣西 賀州 542899)

通過正交試驗法，以剪切強度、木破率和浸漬剝離率為測試指標，采用雙組份異氰酸酯膠黏劑進行了重復膠接實驗，并對比分析涂膠量、單位壓力及拼板方式對實木拼接地板基材側拼條膠接工藝的影響。結果表明：涂膠量對剪切強度和木破率有顯著影響，單位壓力對木破率有顯著影響，側拼方式對剪切強度、木破率、浸漬剝離率均無顯著影響。采用雙組份異氰酸酯膠黏劑進行實木拼接地板基材膠合時，較優(yōu)膠合工藝為：單位壓力0.7 MPa、涂膠量250 g/m2、側拼方式為“縱-縱”。

實木拼接地板；地板基材；側拼條；膠接工藝

實木拼接地板是以優(yōu)質闊葉材為面板，將單板-芯板-單板按縱橫交錯的鋪裝方式鋪裝而成的三層層積材拼接長度方向的實木條為基材加工制成的地板，厚度通常為10～45 mm[1]。地板塊的一端設置有二道(或以上)榫和槽，另一端則設置有可與上述榫槽相配合的槽和榫，各地板塊通過端部的榫槽相互嵌接并用膠黏劑粘接為一體構成木地板。

實木拼接地板屬于地板行業(yè)的新型產(chǎn)品，其基材結合了幾種板材的優(yōu)良特性，但由于榫槽對加工精度的要求很高，因此如果有受潮變形或者錯位，都會導致接口不吻合；同時，由于單板、芯板之間在材種、含水率、密度、硬度及膠合面等方面存在較大差異，容易導致實木拼接地板基材出現(xiàn)膠層開裂、指榫脫落等問題[2-6]。而使用平接膠結方式不僅可以有效的避免這些問題，還能夠簡化工藝流程，減少木材用量，降低原材料成本。

筆者以分布范圍廣、產(chǎn)量高、適應性強、生長周期短的桉木和楊木制成的單板和芯板做基材[7]，將實木拼接地板側拼條與基材通過槽與榫結合的膠拼方式改為平接膠結的方式來制備實木拼接地板。采用正交的剪切試驗和浸漬剝離試驗對實木拼接地板基材的膠合性能進行測試，并用電子顯微鏡(SEM)對實木拼接地板基材側拼結構的幾種異面膠合界面的均勻性、膠層厚度以及基材兩邊的滲透深度進行觀測，并據(jù)此對剪切強度及破壞形式進行分析。旨在提高實木拼接地板基材的膠合性能，為改善膠合缺陷和提高原材料利用率提供理論指導和技術支持。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

(1)楊木旋切單板：產(chǎn)自山東臨沂，規(guī)格為500 mm×100 mm×2 mm，含水率約為10%～12%；

(2)桉木旋切單板：產(chǎn)自廣西賀州，規(guī)格為500 mm×100 mm×2 mm，含水率約為10%～12%；

(3)桉木芯板：產(chǎn)自廣西賀州，規(guī)格為500 mm×100 mm×12 mm，含水率約為10%～12%；

(4)桉木側拼條：產(chǎn)自廣西賀州，規(guī)格為500 mm×12.5 mm×16 mm，含水率約為10%～12%；

(5)膠黏劑：PG1268水性高分子乳液膠黏劑，黏度11 000 cps，固含量50%，pH值為7；

(6)C15異氰酸酯固化劑：黏度200 cps，固含量97%；

(7)藥劑：PG1268(主劑)：C15(固化劑)=100∶15(重量比)，購買于永特耐公司。

1.2 試驗儀器

MH324X50T型冷壓機，青島國森機械有限公司生產(chǎn)；UTM5504型萬能力學試驗機，深圳三思縱橫科技有限公司生產(chǎn)；HWS-28型水浴鍋，上海予華儀器設備有限公司生產(chǎn)；101-2型電熱鼓風干燥箱，廣州康恒有限公司生產(chǎn)；S-4088型掃描電子顯微鏡，日本日立公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 基材制作

(1)組坯方式：實木拼接地板基材保持總厚度16 mm不變，具體組坯方式見表1。

(2)制作工藝：實木拼接地板基材的制作是以對稱性、奇數(shù)層、縱橫交錯為原則，采用框架式結構組坯，采用冷壓膠合工藝制作而成。

側拼條：用于層積材的封邊處理，其為與基材厚度一致的實木指接長條；

表1 實木拼接地板基材的組坯方式

組合方式圖示尺寸規(guī)格桉木單板-桉木芯-楊木單板-側拼條500mm×125mm×16mm；單板厚度比為h1∶H∶h2為1∶6∶1；寬度比為l1∶L∶l2為1∶12∶1(h1=h2=2mm，l1=l2=125mm)

表中1為桉木單板；2為楊木單板；3為桉木芯板；4為側拼條。

框架式封邊：采用一定厚度的側拼條進行寬度方向封邊，且左右對稱；

冷壓工藝：采用雙組份的水性高分子異氰酸酯膠黏劑對復合材料進行膠合，單位壓力1.0 MPa，冷壓時間50 min，涂膠量250 g/m2；

具體工藝流程為：鋸制單板與側拼條→滾筒涂膠→組坯→陳放→預壓→冷壓→陳放→性能測試[8]。

1.3.2 試驗方法設計

試驗選取單位壓力、涂膠量、膠合面紋理組合為變量因子，每個因子取三個水平試驗。根據(jù)速生材材質特性，采用預實驗以及膠黏劑企業(yè)推薦的工藝參數(shù)確定壓力范圍，正交試驗因子及水平見表2，每組實驗重復18次，其中6次用于剪切強度，6次用于木破率，6次用于浸漬剝離試驗。對試驗結果進行方差分析，并采用F顯著性檢驗法對各工藝因子水平間的試驗結果進行對比分析，以選出較優(yōu)工藝。

表2 正交試驗因子及水平

變量因子水平123紋理組合橫-縱縱-縱橫-橫單位壓力/MPa050709涂膠量/g·m-2220250280

注：“橫”表示橫截面，“縱”表示縱截面

1.3.3 檢測方法

(1)性能檢測方法：根據(jù)日本JAS SE-8《非結構用集成材》標準，檢測水性高分子異氰酸酯膠黏劑干狀膠合剪切強度和木破率。根據(jù)《實木集成地板林業(yè)行業(yè)標準》(LY/T 1614-2011)檢測浸漬剝離強度。

(2)膠合界面微觀性能檢測：通過掃描電鏡(SEM)觀察側拼條與三層層積材膠合界面的微觀表面形態(tài)，探究膠黏劑在側拼條以及層積材間的滲透深度，試驗中交接處切面規(guī)格為：長×寬×厚=5 mm×5 mm×3 mm。

2 試驗結果與分析

實木拼接地板基材的膠合性能試驗結果見表3。

表3 實木拼接地板基材的膠合性能試驗結果

試驗號紋理組合單位壓力/MPa涂膠量/(g·m-2)剪切強度平均值/MPa標準偏差變異系數(shù)/%木破率平均值/%標準偏差變異系數(shù)/%浸漬剝離(以膠線長度為準)1橫-縱05220549011122489241735621/42橫-縱07250573015864972107516703橫-縱09280566018133396372627141/64縱-縱052806980191477974714525305縱-縱0722073401276810003513806縱-縱09250712029370932530753307橫-橫05250582017219586350945551/68橫-橫07280554015157394260733971/129橫-橫09220541021268685351，357241/3

2.1 工藝參數(shù)對浸漬剝離率的影響

由表3可知，所有試樣在試驗條件下的浸漬剝離率均小于(或等于)1/3，滿足《實木集成地板林業(yè)行業(yè)標準》(LY/T 1614-2011)要求，這是因為雙組份水性異氰酸酯膠黏劑性能優(yōu)良，耐水性能良好，適用于實木拼接地板的生產(chǎn)。

當側拼方式為橫-橫、壓力為0.9 MPa、涂膠量為220 g/m2時，浸漬剝離率為1/3左右，接近標準值，而在其余試驗條件下的浸漬剝離率均在1/3以下。此條件下的木破率為最低的85.35 %，剪切強度也為最低值5.41 MPa，且其變異系數(shù)較其余試驗條件的大得多，分別為26.86 %、7.24%，造成這種現(xiàn)象的原因一方面是由于桉木端面存在很多活節(jié)和死節(jié)，容易引起試樣剝離，另一方面是由于楊木單板呈堿性，側拼膠合時滲透量不足[9]。

2.2 工藝參數(shù)對剪切強度和木破率的影響

2.2.1 冷壓工藝參數(shù)對剪切強度和木破率影響的方差分析

冷壓工藝參數(shù)對剪切強度和木破率影響的方差分析見表4。

表4 剪切強度和木破率的方差分析結果

方差來源剪切強度Ⅲ型平方和自由度均方和F值Sig校正模型7517a61251590442側拼方式04520220280781涂膠量12912214611850035單位壓力41622082640283誤差1582總計322039

a.R2=0.827(調整R2=0.307)

方差來源木破率Ⅲ型平方和自由度均方和F值Sig校正模型21510a63585890011側拼方式053202706580603涂膠量237621188294920033單位壓力19081295402368430004誤差0812總計78522609

a.R2=0.996(調整R2=-0.985)

由表4方差分析的Ⅲ型平方和可知，在水平因素變化時，涂膠量對剪切強度的影響最大，影響因素的主次順序為涂膠量>單位壓力>側拼方式，且涂膠量概率值Sig<0.05，所以涂膠量對剪切強度有顯著影響，但側拼方式和壓力對剪切強度的影響并不顯著；同時，在水平因素變化時，對木破率影響因素的主次順序為單位壓力>涂膠量>側拼方式，因為單位壓力、涂膠量的概率值Sig均小于0.05，所以單位壓力、涂膠量對木破率影響顯著，但側拼方式對木破率的影響不顯著。

2.2.2 冷壓工藝參數(shù)對剪切強度和木破率影響的水平分析

冷壓工藝參數(shù)對剪切強度和木破率影響的水平分析見表5。

表5 工藝因子水平值

因子與水平剪切強度/MPa木破率/%056109102單位壓力/MPa0762097160960691662206089153涂膠量/g·m-225062292272806069603橫-縱5639427側拼方式縱-縱7159691橫-橫5688865

(1)單位壓力：由表5可知，剪切強度值在壓力變化范圍內先上升后下降，且單位壓力為0.9 MPa時的剪切強度小于單位壓力為0.5 MPa時的剪切強度；木破率在壓力變化范圍內也是先上升后下降。這是因為在一定范圍內，單位壓力大，膠液的流展性高，膠合面積增加，從而使膠合強度提高，但壓力過大膠黏劑將過量滲入到木材組織中去，容易使膠合面缺膠，從而導致膠合性能下降[10]。

在本試驗條件下，由于單位壓力對木破率有顯著影響，且單位壓力為0.7 MPa時的剪切強度和木破率均為最大，故以0.7 MPa為較優(yōu)單位壓力。

(2)涂膠量：由表5可知，剪切強度值在涂膠量變化范圍內先增加后減小，涂布量為220 g/m2和280 g/m2時試樣剪切強度值相差不大；木破率在涂膠量變化范圍內隨涂膠量的增加一直增大。這是因為膠粘黏劑滲透到木材表層細胞中形成膠釘，適當增大涂膠量在一定程度上增加了膠黏劑向木材表面滲透的量，從而有利于膠合強度的提高[11]。而當膠層連續(xù)分布而不發(fā)生缺膠時，隨著膠層厚度的增加，膠層內部容易殘留氣泡，內應力增大，反而會影響試件的膠合強度[12-13]，且涂膠量對剪切強度和木破率均有顯著影響，因此，在本試驗范圍內，以250 g/m2為較優(yōu)涂膠量。

(3)側拼方式：由表5可知，側拼方式對剪切強度影響的順序為縱-縱>橫-橫>橫-縱，對木破率影響的順序為縱-縱>橫-縱>橫-橫。其原因可通過掃描電子顯微鏡(SEM)對實木拼接地板基材的異面膠合界面微觀形態(tài)進行觀測分析得出。實木拼接地板基材膠合界面微觀分析如圖1所示。

圖1 實木拼接地板基材膠合界面微觀分析

從橫-縱膠合界面可以看出，膠黏劑在橫-縱膠合界面上基本不存在膠接裂縫，膠黏劑主要通過桉木軸向導管中的紋孔和木射線進行滲透，膠黏劑在膠合界面分布較均勻，滲透深度較深；從橫-橫膠合界面可以看出，實木拼接地板基材橫-橫膠合界面的膠層厚度較薄，多處出現(xiàn)了漏膠產(chǎn)生的裂縫，周圍有少量膠黏劑進入導管腔中；從縱-縱膠合界面中可以看出，其膠結面表面空隙相對較少，在周圍管胞中可以清楚地看到膠黏劑的分布規(guī)則且均勻，滲透深度比橫-縱膠合界面要深，在稍遠處管胞中觀測到有膠黏劑。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于速生桉木質地較硬，密度大，滲透性差，管孔大多有內含物，而且由于自身生長特性決定其存在較多節(jié)子，導致膠黏劑在橫-橫膠合界面形成的膠層較薄；而在縱-縱膠合界面中主要通過導管和木射線進行滲透，膠黏劑滲透阻力較小，滲透性良好；橫-縱界面則介于二者之間。故以“縱-縱”界面結合為較優(yōu)的側拼方式。

3 結論與討論

(1)從實木拼接地板基材異面膠合微觀形態(tài)可以看出，橫-縱膠合界面膠層分布均勻，滲透程度較深；橫-橫膠合界面膠層厚度較??；縱-縱膠合界面的膠黏劑滲透深度較橫-縱膠合界面深，膠合性能最佳。

(2)本試驗條件下的實木拼接地板基材的剪切強度和木破率均滿足日本JAS SE-8《非結構用集成材》標準要求，浸漬剝離率滿足《實木集成地板林業(yè)行業(yè)標準》(LY/T1614-2011)標準要求。

(3)涂布量對剪切強度和木破率有顯著影響，單位壓力對木破率有顯著影響，側拼方式對剪切強度、木破率、浸漬剝離率均無顯著影響。采用雙組份異氰酸酯膠黏劑進行實木拼接地板基材膠合時，較優(yōu)膠合工藝為：單位壓力0.7 MPa、涂膠量250 g/m2、側拼方式為“縱-縱”。

(4)以此工藝生產(chǎn)的實木拼接地板基材，其膠合強度遠遠超過日本JAS SE-8《非結構用集成材》、《實木集成地板林業(yè)行業(yè)標準》(LY/T 1614-2011)中的要求，并且具有良好的耐水性，省去了加工榫槽工序，節(jié)省了木材原材料的使用，具有更強的可操作性，可廣泛用于各類實木拼接地板基材的生產(chǎn)中。

[1] 袁納新，孫平，區(qū)偉鈿，等.實木拼接板膠合性能及其破壞形式[J].木材工業(yè)，2012(4)：35-38.

[2] 王震明.非對稱結構木質地板穩(wěn)定性研究[D].臨安：浙江林學院，2009：37-50.

[3] 梅長彤，周曉燕，周定國.板坯結構及單板處理對多層楊木復合地板變形的影響[J].木材加工機械，2009(4)：4-6+13.

[4] 朱宏鋒.三層膠合實木地板彎曲變形成因及其預防辦法[J].林產(chǎn)工業(yè)，1998(5)：30-32.

[5] 王俊，陳慶慶，李金玉，等.面板及地板結構對實木復合地板翹曲與開裂的影響[J].林業(yè)科技開發(fā)，2015(4)：82-86.

[6] 李軍偉.三層實木復合地板彎曲變形原因及控制措施[J].林業(yè)機械與木工設備，2015(1)：40-42.

[7] 龍海蓉.桉木實木復合地板的研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2013：11-13.

[8] 趙祜.實木復合地板面層裂紋產(chǎn)生原因及工藝改進研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2007.

[9] 李文定，張洋，阮重堅，等.楊木單板的壓縮與樹脂浸漬處理對膠合板性能的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2010(6)：10-13.

[10] 彭立民，王金林.集成材膠合工藝的研究[J].木材工業(yè)，2004(3)：29-31.

[11] 孫健，傅峰.人工林杉木膠合工藝優(yōu)化研究[J].木材加工機械，2011(3)：28-31+41.

[12] 秦理哲，林蘭英，傅峰，等.柳杉實木膠合工藝及性能研究[J].木材工業(yè)，2014(6)：5-8.

[13] 趙龍龍，黃東升，王驍睿，等.秸稈輕質隔墻復合條板工程應用的試驗研究[J].森林工程，2016，32(5)：97-100+110.

(責任編輯 張雅芳)

Study on Side Strip Bonding Technology for BaseMaterial of the Solid Splice Flooring

ZHANG Sheng-nan1， YANG Zhi-ming1， CAI Guo-xiong2， TU Deng-yun1*，LIU Ping-fan1， SHUAI Pei-jin1， WU Ming1

(1.College of Materials and Energy，South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642，China；2.Hezhou Forestry Bureau，Hezhou Guangxi 542899，China)

With an orthogonal test method adopted，shear strength，wood breaking rate and impregnation stripping rate used as testing indexes，double-component isocyanate adhesive is used to repeat bonding experiments，and comparative analysis of the effect of glue application amount，unit pressure and spicing method on the side strip bonding process of base material of the solid splice flooring is made，with the result showing that the applied amount has a significant effect on the shear strength and wood breaking rate，the unit pressure has a significant effect on the wood breaking rate，and the side-bonding way has no significant effect on the shear strength，wood breaking rate and impregnation stripping rate.When two-component isocyanate adhesive is used to glue the base material of solid splice flooring，the optimum bonding process is：the unit pressure 0.7 MPa，the glue amount 250 g/m2，and the side-bonding method is “l(fā)ongitudinal-longitudinal”.

solid splice flooring；floor base material；side strip；bonding technology

2017-04-25

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目“年產(chǎn)5 000 m3家具用桉木指接板技術開發(fā)與應用”(桂科轉15247001-22)。

章勝男(1995-)，女，華南農(nóng)業(yè)大學材料與能源學院本科生，E-mail：2297739976@qq.com。

*通訊作者：涂登云(1976-)，男，華南農(nóng)業(yè)大學材料與能源學院副教授，博士，主要從事材料科學的研究，E-mail：125680153@qq.com。

TS612

A

2095-2953(2017)09-0039-05