【摘要】：木材膠接主要是木材與膠粘劑表界面之間發(fā)生的物理化學(xué)變化，表明在木材和膠粘劑的表界面上存在某種基本能量，決定膠接現(xiàn)象的本質(zhì)。木材及膠粘劑本身的表界面特性對木材的物理化學(xué)性能有很大影響，因此，研究木材和膠粘劑的表界面特性對于探索木材膠接理論具有十分重要的意義。本文以常用速生楊木和酚醛樹脂(PF樹脂)為主要原材料，以接觸角測量儀為主要儀器，采用座滴法測定了液體在木材表面的相對平衡接觸角，計(jì)算了表面自由能，分析了四種計(jì)算方程在木質(zhì)材料表面自由能計(jì)算上產(chǎn)生的差異；研究了不同加工工藝對木材表面自由能及PF樹脂在木材表面的潤濕性的影響；利用接觸角測量儀、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、核磁共振(13CCP/MAS NMR)等測試方法研究了PF樹脂在液體、固體狀態(tài)下的各項(xiàng)表面物理化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)；探討了表面自由能、潤濕性和膠合強(qiáng)度之間的關(guān)系，研究了不同熱壓溫度條件下，PF樹脂在木材中的固化性能。

得出主要結(jié)論如下：

(1)采用4種不同的方法測定并獲得相對平衡接觸角，計(jì)算出6種不同木質(zhì)材料的表面自由能。結(jié)果表明，速生楊滲透性最好，木材的表面自由能大于木質(zhì)復(fù)合材料(纖維板和木塑復(fù)合材料)；木材表面自由能的非極性分量大于極性分量，堿性分量大于酸性分量。

(2)4種不同方程計(jì)算得到的木塑復(fù)合材料表面自由能存在較大差異。木塑復(fù)合材料表面自由能不僅依賴于材料本身的化學(xué)組成、物理結(jié)構(gòu)等，還受到不同計(jì)算方法和接觸角測量過程中使用液體的種類和數(shù)量的影響。

(3)不同加工工藝木材表面的潤濕性不同。旋切木材試樣的接觸角大于刨切和鋸切試樣，旋切木材的表面自由能小于刨切和鋸切表面自由能；與表面結(jié)構(gòu)形態(tài)相比，木材表面粗糙度對潤濕的影響不明顯，旋切松面的潤濕性要好于緊面。

(4)新加工木材與陳放木材表面潤濕性不同。水在新加工木材接觸角隨砂光目數(shù)的增加而減小，新加工木材表面比陳放木材表面更易被水潤濕。陳放木材接觸角隨表面粗糙度的降低而增大。新加工木材非極性分量和極性分量隨砂光目數(shù)的增大而增加，陳放木材表面自由能隨砂光目數(shù)的增大而降低，但非極性分量卻增加。選用的四種潤濕模型可用來準(zhǔn)確描述膠粘劑的潤濕過程，相關(guān)系數(shù)的R2值均高于0.90，其中M-D模型為0.99。單板松緊面表面的潤濕性和滲透性隨溫度的升高變化差異不大，可以在生產(chǎn)中忽略。在20℃時(shí)，芯材表面潤濕性和滲透性要好于單板松緊面，但是隨著溫度的增加，差異減小。

(5)摩爾比對PF樹脂的表面特性影響較大。摩爾比為1.75以上時(shí)，PF樹脂液體表面張力變化很小，非極性分量占主導(dǎo)地位，當(dāng)摩爾比為2.5時(shí)，表面張力和非極性分量最大，而極性分量最小，PF樹脂表面張力越小，潤濕性越好。PF樹脂表面總表面自由能和極性分量隨著摩爾比的降低，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，與樹脂表面的-OH關(guān)系密切。不同摩爾比固化后，峰值差距不大，只有苯環(huán)骨架-CH振動吸收峰，隨著摩爾比的降低，峰值強(qiáng)度逐漸增加，這主要是苯酚含量逐漸增加的原因。

(6)表面粗糙度對新加工木材和陳放木材的膠合強(qiáng)度影響不同。木材的膠合強(qiáng)度隨著由Zisman方程計(jì)算得出的表面自由能與膠合強(qiáng)度之間的增加而不斷降低。對于新加工木材，膠合強(qiáng)度隨著表面自由能增大而減小，當(dāng)極性分量增加時(shí)膠合強(qiáng)度也降低，這種規(guī)律非線性相關(guān)。陳放木材的膠合強(qiáng)度隨著表面能增加而降低。對于S-D方程，新加工木材隨著滲透性的增加，膠合強(qiáng)度增加，但對于陳放木材而言，相關(guān)性不明顯，利用M-D模型得到的關(guān)系和S-D方程基本一致，利用Santoni模型計(jì)算出的滲透速率(K值)和膠合強(qiáng)度之間的關(guān)系也不明顯。

(7)熱壓過程中，芯層溫度隨著時(shí)間的增加而不斷增加，在熱壓溫度(上下壓板的溫度)增加時(shí)，膠合板芯層的升溫速率逐漸增加，平均膠合強(qiáng)度隨著時(shí)間的增加而不斷增加，最終到達(dá)一個相對平衡值。FTIR說明樹脂結(jié)構(gòu)中羥甲基發(fā)生了聚合反應(yīng)，相對數(shù)量減少。13CCP/MAS NMR分析表明亞甲基橋鍵碳原子與未反應(yīng)的羥甲基碳原子的比值隨著加熱固化時(shí)間的增長而增加，說明固化程度的增加，膠合強(qiáng)度也增加。