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        試件膠合溫度探究其對密度板和刨花板內結合強度測試結果的影響

        發布日期:2022年5月14日       瀏覽:192 次

        摘 要:以熱熔膠為膠黏劑,粘接密度板/刨花板內結合強度測試試件,對比研究粘接金屬卡頭和試件時不同的金屬卡頭溫度(50℃、70℃、90℃、110℃、130℃和150℃)對內結合強度測試結果的影響。研究表明,密度板/刨花板內結合強度測試結果隨著溫度的升高呈現先升后降的趨勢;溫度為50℃時,試件與金屬卡頭粘接不牢,內結合強度測定值偏低;當溫度為70℃和90℃時,內結合強度測定值差異不大,內結合強度測定值處于最高;溫度為110℃、130℃和150℃時,內結合強度測定值出現明顯的下降,且薄板下降趨勢比厚板更明顯。因此,建議測試人造板內結合強度時,粘接金屬卡頭和試件時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/刨花通過施加膠黏劑熱壓而成,纖維、刨花與膠黏劑的結合程度可以通過內結合強度的大小表征,因此內結合強度是衡量密度板/刨花板理化性能的主要指標之一[1]。在實際檢測過程中,內結合強度是密度板/刨花板產品質量檢測中不合格率較高的檢測項目。通過大量實際檢測發現,內結合強度的檢測值與試件制作過程中粘接金屬卡頭和試件時的金屬卡頭溫度(以下簡稱膠合溫度)有著密切的關聯。膠合溫度過高容易破壞密度板/刨花板的內部結構,過低不利于穩定膠合,而GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》中并沒有對這個參數作出具體的規定,所以不同檢測人員或機構對相同的密度板/刨花板產品的內結合強度檢測結果經常出現差異。

        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象,在保持其他條件不變的情況下,通過改變試件制作時的膠合溫度探究其對內結合強度測試結果的影響,旨在確定合適的膠合溫度,為同行檢測和標準制修訂提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1)密度板/刨花板內結合強度測試試件。

        為降低人造板類型和厚度等差異對試驗結果的影響,本次試驗選取了中密度板、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,一共選取了幅面規格均為2 440 mm×1 220 mm,性能相對均勻的人造板8張,置于溫度(20±2)℃、相對濕度(65±5)%的環境中7天。8張人造板試板的厚度、密度和含水率測量值見表1,板內測量值相對偏差均小于5%。

        每張大板裁邊100 mm后,用精密推臺鋸依次制取規格為(50±1)mm×(50±1)mm的內結合強度測試試件36個,單個試件之間距離不小于100 mm。制取過程中,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)℃、相對濕度(65±5)%的恒溫恒濕室中,達到質量恒定(相隔24 h兩次稱量結果之差不超過試件質量的0.1%)。

        2)熱熔膠棒(EVA):熔點100℃,固化時間8~15 s,外購。

        表1 密度板/刨花板試板參數
        編號 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 設備

        微機控制電子萬能拉力試驗機:型號CMT-6503,量程0~5 000 N,深圳市新三思材料檢測有限公司;烘箱:型號DHG-9145A,上海一恒科學儀器有限公司;電子數顯卡尺: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 試驗設計

        根據前期試驗,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試6個試件,取6個試件內結合強度測試值的算術平均值作為該板對應溫度下的測定值。由于檢測過程中膠層溫度很難準確控制,為了最大限度保持溫度恒定,本試驗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到設定的膠合溫度。

        1.4 性能測試

        按GB/T 17657—2013規定的方法,測定內結合強度。當金屬卡頭從設定溫度的干燥箱中取出后立即將試件和卡頭粘結在一起,待一面固化后,另一個面采用同樣的方法進行粘結,然后將膠合組件放置在室溫下自然冷卻1~2 h后進行檢測。根據相關研究結論[3,4],為保證檢測結果的可比性,檢測過程中使用同一個萬向節,以1.5 mm/min的加載速度均勻加載。

        2 結果與分析

        2.1 中密度板試樣的內結合強度

        不同膠合溫度時,中密度板試樣的內結合強度測試結果,如圖1所示。

        由圖1可知,中密度板內結合強度隨著膠合溫度的升高呈現先升后降的趨勢,當溫度為70℃時,不管是薄板(MDF1)還是厚板(MDF2)內結合強度測試值均達到最大值,溫度升高至150℃,薄板的內結合強度值降低了45%,厚板的內結合強度值降低了38%。

        當膠合溫度為50℃時,中密度板的內結合強度測試值比較低,因為在此膠合溫度下,熱熔膠還沒有完全熔融,膠層流動性差,試件與金屬卡頭不能很好地粘結在一起,邊角很容易出現缺膠的現象,檢測時試件往往不是從中間拉開,而是從邊角部分開始破壞。

        當膠合溫度為90℃時,中密度板薄板的內結合強度與70℃相比有略微降低,而厚板的內結合強度值保持不變,說明在這兩個溫度范圍之間,中密度板的內結合強度測試結果受膠合溫度的影響不大。

        當膠合溫度從90℃升到130℃時,中密度板的內結合強度值出現明顯的下降,且薄板的下降幅度大于厚板,說明此時的膠合溫度對中密度板內結合強度測試結果影響最大,對薄板的影響大于厚板。隨著膠合溫度的升高,中密度板內部的水分快速蒸發,應力變大,且高溫下試件中的脲醛樹脂固化變脆,木纖維也有皺縮和炭化的趨勢,從而降低了纖維間的聯結強度,使得內結合強度值降低,且試件越薄熱效應越大,影響也就越大。

        當膠合溫度從130℃升到150℃時,中密度板的內結合強度測試值下降幅度基本不變,說明此時膠合溫度對中密度板的內結合強度的影響差異不大,可推測當溫度在130℃時,試件內部可能已經破壞。

        2.2 刨花板試樣的內結合強度

        不同膠合溫度時,刨花板試樣的內結合強度測試結果,如圖2所示。

        由圖2可知,刨花板內結合強度測試結果隨膠合溫度升高的變化規律與中密度板的變化規律基本一致,整體呈現先升后降的趨勢,溫度升高至150℃時,刨花板薄板(PB1)的內結合強度測試值降低了43%,刨花板厚板(PB2)的內結合強度降低了34%。對比發現,不管是薄板還是厚板,隨著膠合溫度的升高,刨花板內結合強度測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部結構決定的,高溫下不容易發生熱傳導,內部結構破壞的程度相對較小。

        2.3 飾面板試樣的內結合強度

        不同膠合溫度時,飾面密度板試樣和飾面刨花板的內結合強度測試結果,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結合強度測試結果隨膠合溫度升高的變化規律,與之前討論的中密度板和刨花板試樣的變化規律一致,隨著膠合溫度的升高,內結合強度測試結果均先升高后降低,溫度升高至150℃時,飾面密度板薄板(SMDF1)的內結合強度測試值降低了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%。對比發現,不管是密度板還是刨花板,飾面處理后,內結合強度的降幅都比素板內結合強度測試結果的降幅低,這可能與飾面材料有一定的關系,飾面材料將基材與熱熔膠進行了阻隔,降低了高溫對基材結構的破壞。

        3 結論與建議

        密度板/刨花板內結合強度測試值,隨著粘接時金屬卡頭溫度升高呈現先升后降的趨勢,溫度升高至150℃時,薄板的內結合強度測試結果降低了40%~45%,厚板降低了33%~39%。當溫度為50℃時,內結合強度測試結果普遍比較低,此時試件與金屬卡頭粘接不牢;當溫度為70℃和90℃時,內結合強度測定值差異不大,基本處于最高;當溫度從90℃到130℃時,內結合強度測定值出現明顯的下降,且薄板的下降幅度大于厚板,此時的溫度對內結合強度的影響最大,且薄板的影響大于厚板;當溫度從130℃升到150℃時,溫度對內結合強度測定值的影響差異不大。綜合考慮,試件與卡頭膠結時建議金屬卡頭的溫度控制在70~90℃。

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