板木復(fù)合衣柜門板結(jié)構(gòu)的施膠性能研究

孫勝玉，萬 輝

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000）

衣柜木質(zhì)門板傳統(tǒng)做法通常為攢框制作。傳統(tǒng)攢框的制作工藝復(fù)雜，用材主要為實木，并且隨著各類名貴木材的急劇減少,而人類對木材的需求量卻不斷增多,要求的品質(zhì)也不斷提高[1]?，F(xiàn)今家具市場板式家具以其造型的多樣性，價格可接受程度和可靠的質(zhì)量深受消費者喜愛[2,3]。家具行業(yè)的發(fā)展也進(jìn)入了新常態(tài)，行業(yè)需要在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加工制造，創(chuàng)新服務(wù)等方面不斷提升，以適應(yīng)新的發(fā)展階段[3-5]。因此對人造板的應(yīng)用與研究也順應(yīng)了市場資源的要求，基于實木框架結(jié)構(gòu)的問題，設(shè)計出一系列外觀造型仿實木框架結(jié)構(gòu)的板木復(fù)合型衣柜門板。因此對人造板的應(yīng)用與研究也順應(yīng)了市場資源的要求，環(huán)氧樹脂膠（雙組分）、F-03型無水膠（聚氨酯系列膠黏劑）、玻璃膠、定位膠以及3種聚醋酸乙烯酯乳液——乳白膠、壓門膠、拼板膠（雙組分），分組膠合復(fù)合門板，分別測試各類膠黏劑的性能。每款門板做三個試件，對門板根據(jù)系列編號分組，觀察膠合后的門板變形量。環(huán)氧樹脂膠、定位膠以及玻璃膠只作為嘗試性測試不作為主要測試對象。選擇F-03型無水膠、壓門膠、乳白膠和拼板膠做拉力試驗，測試其膠合強(qiáng)度。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測試選擇相應(yīng)的膠黏劑。

1 實驗材料和設(shè)備儀器

1.1 實驗材料

1.1.1 板材

基層板采用臨沂福貓板材廠生產(chǎn)的膠合板。

附加線條采用東南亞橡膠木指接板。

測試膠合強(qiáng)度的拉力測試用180×40×8mm的小木方。

實驗所需板材尺寸規(guī)格（表1）所示。

1.1.2 膠黏劑

實驗所需膠黏劑種類及相關(guān)參數(shù)（表2）所示。

1.2 實驗設(shè)備

該實驗所需主要儀器設(shè)備（表3）所示。

2 試驗過程與方法

2.1 板材的制備

板材的制備在實驗室車間完成，其主要制作流程如下：板材的選擇—裁切—拋光—銑槽—涂膠—覆蓋線條—氣釘槍定位（基層板無定位槽的）—冷壓—封邊。

木材特性、膠黏劑、膠合工藝是影響膠合性能的主要因素[6]。在板材的選擇時要選用相對平整的素板進(jìn)行試驗，以免影響實驗結(jié)果。確有彎曲的選擇彎曲變形小的素板，在凹面進(jìn)行涂膠，并且做好實驗記錄和標(biāo)記。

表2 膠黏劑相關(guān)參數(shù)

2.2 強(qiáng)度拉力測試

選擇180×40×8mm的木方涂膠，進(jìn)行膠強(qiáng)度的拉力測試，黏合面積為2000m2,選取壓門膠、乳白膠、拼板膠及無水膠進(jìn)行測試。測試主要目的是測試F-03的主要性能、強(qiáng)度，壓門膠、乳白膠和拼板膠作為現(xiàn)在工廠常用膠在測試中作為對照參數(shù)。因此選取壓門膠、乳白膠和拼板膠各3組，無水膠10組。進(jìn)行拉力測試。

2.3 工藝參數(shù)的確定

根據(jù)膠黏劑生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品使用說明和幾種門板款式的結(jié)構(gòu)特性制作（表4）所示的工藝參數(shù)。施壓方式為冷壓強(qiáng)度為4.2MP，重力15T。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 拉力測試數(shù)據(jù)分析

采用壓門膠、乳白膠、拼板膠、F-03無水膠4種膠黏劑在溫度為26.6°C。濕度60%的室內(nèi)環(huán)境下對測試木條進(jìn)行膠合，施壓3.0MP加壓24小時。使用拉力測試儀測得各組數(shù)據(jù)（表5）所示。

根據(jù)國標(biāo)GB/T6329-1996《膠黏劑對接接頭拉伸強(qiáng)度的測定》的規(guī)定測試膠合強(qiáng)度需要5組以上的數(shù)據(jù)[7]，但作為參照組的壓門膠、乳白膠和拼板膠只做3組實驗進(jìn)行比較，F(xiàn)-03無水膠進(jìn)行了10組測試，但第10組因木材在指接位置斷裂，而測試膠層位置沒有被破壞，因此這組實驗數(shù)據(jù)無效，有效數(shù)據(jù)為9組。按照國標(biāo)要求對每種膠的各組數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行對比分析，平均值對比（圖1）所示。

根據(jù)圖中數(shù)據(jù)顯示4種膠黏劑的膠合質(zhì)量相似，最大破壞載荷都達(dá)到6KN，膠合強(qiáng)度也都在3MP以上，其中雙組分的拼板膠的膠合質(zhì)量最好，最大破壞載荷在10KN以上，膠合強(qiáng)度也超過4MP。作為主要測試對象的F-03無水膠其性能與乳白膠相近，符合實驗強(qiáng)度要求。

3.2 膠黏劑性能分析

在實際選擇膠黏劑中，不僅需要分析膠黏劑的強(qiáng)度，還要考慮環(huán)保性能以及膠合材料的硬度、目的和材料種類等因素[8]。本研究選用的所有膠黏劑均屬于環(huán)保材料，符合國家有關(guān)規(guī)定。在膠的使用過程中，氣溫、濕度的變化都會對膠黏劑的膠合性能產(chǎn)生影響。所以，在膠的選擇中需要根據(jù)季節(jié)的不同而進(jìn)行適時變化，同時也需要進(jìn)行生產(chǎn)工藝的調(diào)整。比如：在冬季選擇膠黏劑是要選擇固化速度較快的，而夏季則使用活性較好的膠黏劑。這樣才能保證膠黏劑使用的效果，保證其操作性[9]。本研究在7月份完成樣板的制作并安裝觀察，觀察時長為160天，在實驗過程中室溫在17°C~27°C之間，濕度變化量較大。具體溫濕度變化（圖2）所示。溫濕度的變化對膠黏劑的質(zhì)量和木材翹曲變形的影響因子較高。該室內(nèi)的溫濕度變化取值符合日常生活室內(nèi)環(huán)境的溫濕度變化規(guī)律，因此其數(shù)據(jù)結(jié)果具有很強(qiáng)的可靠性。

3.2.1 嘗試性測試組分析

①定位膠、玻璃膠性能分析：定位膠和玻璃膠兩種膠都屬于硅酮膠，主要用于木線背面啞口處、潔具、坐便器、衛(wèi)生間里的化妝鏡、洗手池與墻面的縫隙處等。施膠方式都是用膠槍擠壓施膠，膠層為透明膠狀體。根據(jù)門板變形量的數(shù)據(jù)顯示，這兩種膠在裝配完成上墻前的變形量較小僅為0.67mm和0.53mm，性能較優(yōu)，但這兩膠的價格相對較高，且施膠方式為膠槍擠壓，不適合工廠的批量化生產(chǎn)模式。

②環(huán)氧樹脂膠：環(huán)氧樹脂膠是一種雙組分膠黏劑，具有良好的耐水性和耐高溫的性能，膠合強(qiáng)度牢固，通過觀察其變形量為0.53mm，變形程度小。但是其活性期較短，需在配膠完成30分鐘內(nèi)使用完畢，且價格較高，成本高。

表3 主要儀器設(shè)備

表4 各款式門板施膠類別及工藝參數(shù)

注：最大相對變化量為5次測試結(jié)果的最大翹曲度與最小翹曲度的差。最大變形量為掛墻前翹曲度與掛墻后最大翹曲度差值。

為參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3659～1999對試件短邊長度在400～500mm之間的翹曲度公差的規(guī)定制作[10]。

3.2.2 實驗組數(shù)據(jù)分析

①乳白膠：乳白膠屬于聚醋酸乙烯酯乳液，是一種水溶性膠粘劑，是由醋酸乙烯單體在引發(fā)劑作用下經(jīng)聚合反應(yīng)而制得的一種熱塑性黏合劑。該膠在木材工業(yè)中使用比較多，一般會在人造板上面粘貼薄木中使用，白乳膠也可以在集成材料、地板的安裝上使用。該膠具有很好的環(huán)保性，而且使用比較方便，無臭五毒，具有很好的耐水性、耐熱性。本次實驗乳白膠共進(jìn)行兩組的測試。根據(jù)（圖3）顯示的結(jié)果來看，乳白膠粘合的兩組板件的最大變形量最小，達(dá)到了國標(biāo)規(guī)定的膠合板變形的1級公差等級。但是其相對變形量較大，說明其在變形的過程中形狀的回彈變形嚴(yán)重，這一方面有膠黏劑的影響因素，但最主要的因素還是跟結(jié)構(gòu)有關(guān)。木材變形與膠黏劑關(guān)系最大的是掛墻前的變形，聚醋酸乙烯酯類膠黏劑就是通過水分的揮發(fā)進(jìn)行固化膠和，而揮發(fā)的水分引起木材含水率的變化，進(jìn)而使木材產(chǎn)生變形，然后隨著時間木材再與空氣中的含水率不斷平衡引起后續(xù)的木材變形，因此掛墻前的變形量與膠黏劑的選擇關(guān)系緊密。對比其他膠黏劑的數(shù)據(jù)乳白膠的掛墻前變形量相對較小，說明其對板材的變形影響小。

②壓門膠：壓門膠同屬于聚醋酸乙烯酯乳液，相對于乳白膠粘稠度較高。壓門膠進(jìn)行了5組實驗，結(jié)果顯示壓門膠在掛墻前的變形量最大，但是B1組實驗板材在涂膠前就存在較大的變形（實驗過程記錄），但通過對其他兩組使用壓門膠的樣板實驗結(jié)果看，壓門膠的變形情況相對于和它同種結(jié)構(gòu)的其他膠類變形度最小，如此來看壓門膠的性能較優(yōu)越[11]。

③拼板膠：拼板膠也屬于聚醋酸乙烯酯乳液，屬于雙組分膠,根據(jù)拉力測試其膠合強(qiáng)度要比乳白膠和壓門膠的強(qiáng)度高。而且通過（圖3）可以看出拼板膠的各項指標(biāo)都是4種黏粘劑中最好的。這就充分說明了其性能的優(yōu)越。

④F-03無水膠：F-03屬于PU系列膠黏劑，剪切剝離強(qiáng)度大，韌性、耐水性、耐濕熱老化性能優(yōu)異，固化時間一般為室溫60分鐘，F(xiàn)-03無水膠共進(jìn)行了3組實驗，在3組實驗中F-03無水膠的各項指標(biāo)都是相對較差的，掛墻前的變形平均值更是達(dá)到0.93mm，低于國標(biāo)膠合板翹曲度等級的3級標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 各膠種性能測試平均值

圖2 室內(nèi)溫濕度變化圖

圖3 各膠種變形度對比圖

4 結(jié)語

①嘗試性測試組

選擇的玻璃膠、定位膠、環(huán)氧樹脂膠作為嘗試性測試，通過實驗數(shù)據(jù)和工藝操作方面分析考慮，這3種膠黏劑施工工藝不快捷，不適合工廠使用，價格成本高，因此這3種膠粘均不適合作為新型板木復(fù)合的膠黏劑。

②實驗組

選擇的4種膠黏劑各有優(yōu)點和不足，乳白膠和壓門膠的性能接近，價格也類似，也是市場中比較常見的膠黏劑。拼板膠的性能是最優(yōu)越的，不管是膠合后的變形情況還是膠合強(qiáng)度都是最好的，但是這種雙組分的膠黏劑的使用一方面要進(jìn)行膠黏劑的配置，這就多出一道工序，對生產(chǎn)效率有一定影響，另一方面雙組分的膠黏劑活性期短，因此可能會造成一定的浪費。F-03無水膠最為新的嘗試性膠黏劑，其結(jié)果顯示性能并不是特別的理想，但它的膠黏劑形態(tài)使得其涂膠方式比較便利和快捷，生產(chǎn)的效率比較高，而且它形成的膠層便于邊部處理。因此綜合考慮，在溫度高的季節(jié)，使用活性期長，性能較優(yōu)的乳白膠或壓門膠，在溫度低時，膠黏劑的活性期可相對延長，可使用性能最優(yōu)質(zhì)的拼板膠。