高含水率木材用胶粘剂与胶接技术的研究

摘要

该论文对用湿固化异氰酸酯胶粘剂的合成工艺、湿固化异氰酸酯胶粘剂与高含水率木材的胶接工艺以及高含水率木材的胶接机理进行了研究.所研制的湿固化异氰酸酯胶粘剂应用于木材加工工业,不仅实现了高含水率木质材料的胶接,有效地提高了木材含水率适用范围(20﹪~150﹪),还彻底解决了现有脲醛树脂和酚醛树脂的游离甲醛和游离酚污染环境问题,同时在利用优质珍贵间伐小径材制造优质集成薄木和利用速生低质木材制造人造薄木等方面都具有极其重要的现实意义和实用价值.在对胶粘剂配方设计,原料选择、制备工艺和工艺控制等方面进行深入系统研究的基础上,确定了用于高含水率木材胶接的湿固化异氰酸酯胶粘剂的最佳配方和合成工艺.此外,针对湿固化异氰酸酯胶粘剂的溶剂问题,探索了无溶剂型常温湿固化异氰酸酯胶粘剂的制备工艺.以高含水率木质材料作为原料,研究了用湿固化异氰酸酯胶粘剂生产人工薄木的工艺问题,确定了最佳胶合工艺.针对实践中发现的湿固化异氰酸酯胶粘剂胶层较脆以及成本较高的问题,对其进行了改性处理.在探讨高含水率木材胶接机理方面:借助接触角和光学显微镜(结合胶层切片)研究了湿固化异氰酸酯胶粘剂在不同含水率木材表面上的润湿和渗透情况;进行了用不同胶粘剂胶接同一含水率木材的对比试验;利用FTIR了确定湿固化异氰酸酯胶粘剂与高含水率木材胶接固化后反应物的结构;利用DSC确定了水在湿固化异氰酸酯胶粘剂与高含水率木材胶接固化反应中作用;分别从机械结合理论、吸附理论和化学键理论等不同角度对高含水率木材胶接机理进行了分析与解释.

目录

文摘

英文文摘

1文献综述

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外对高含水率木质材料用胶粘剂的研究现状

1.3单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂

1.3.1国内外单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂研究现状

1.3.2单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂的结构和性能

1.3.3单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂的制备

1.3.4单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂与木质材料的胶接原理

1.3.5单组分湿固化异氰酸酯胶粘剂的特点及其在木材工业上的应用

1.4胶接理论综述

1.5本论文研究的意义及研究内容

2试验用设备与研究方法

2.1试验用设备

2.2试验中所采用的主要分析手段

2.2.1傅立叶变换红外光谱(FTIR)

2.2.2差式扫描量热法分析(DSC)

3胶接高含水率木材用胶粘剂的合成

3.1试验所用的化学试剂及仪器装备

3.1.1实验所用原料及化学试剂

3.1.2实验仪器与设备

3.2胶粘剂性能测试方法

3.3试验方案设计

3.3.1原料的选择

3.3.2合成方法与反应条件的选择及注意事项

3.4实验结果与讨论

3.4.1醇种类对合成胶粘剂性能的影响

3.4.2醇分子量对合成胶粘剂性能的影响

3.4.3异氰酸酯指数的确定

3.4.4溶剂的选择

3.4.5最终配方的红外谱图

3.4.6最佳配方的验证

3.5无溶剂型湿固化异氰酸酯树脂胶粘剂的合成工艺

3.5.1试验原料

3.5.2试验结果与讨论

3.6小结

4高含水率木材人工薄木胶接工艺的研究

4.1材料与实验方法

4.1.1试验材料

4.1.2试验方法

4.1.3检测方法

4.2主要工艺参数对高含水率木材用胶粘剂性能的影响

4.2.1单板的含水率对胶接性能的影响

4.2.2涂胶量对胶接性能的影响

4.2.3加压时间对胶接性能的影响

4.2.4养生时间对胶接强度的影响

4.2.5加压压力对胶接性能的影响

4.3最佳工艺参数的确定

4.3.1试验方案的确定

4.3.2 L9(34)正交试验结果与数据处理

4.3.3最佳工艺的验证

4.4集成木方组坯方案及胶接试验

4.4.1用水曲柳生产集成薄木时的集成木方组坯方案设计

4.4.2研究木方各种切面拼接对胶接强度的影响

4.5填料的使用

4.5.1填料的作用

4.5.2试验设计

4.6湿固化异氰酸酯胶粘剂的改性

4.6.1试验设计

4.6.2结果与讨论

4.7薄木和胶合木方的质量评定

4.7.1试验设计

4.7.2测试项目与方法

4.7.3结果与讨论

4.8小结

5高含水率木材胶接机理的研究

5.1表面、界面的作用

5.1.1木材表面特征

5.1.2木材中水分存在的状态

5.1.3湿固化胶粘剂对不同含水率木材的润湿性

5.1.4湿固化胶粘剂对不同含水率木材的渗透影响

5.2不同胶粘剂种类的对比试验

5.2.1试验

5.2.2结论与分析

5.3高含水率木材的胶接机理

5.3.1湿固化异氰酸酯胶粘剂的固化与胶接机理

5.3.2用FT-IR研究高含水率木材和胶粘剂的界面化学反应产物

5.3.3 DSC法研究木材和湿固化异氰酸酯胶粘剂间的反应

5.4高含水率木材胶接机理分析

5.5小结

6结论

参考文献

致谢