防腐胶合木层间界面粘结性能评价研究

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采用经防腐剂处理的规格材生产胶合木,是提高胶合木构件耐久性的有效技术措施。规格材经防腐剂处理后,其表面的粘结质量是防腐胶合木生产的技术关键。本课题以SPF防腐胶合木及欧洲赤松防腐胶合木层间界面作为研究对象,对防腐胶合木层板表面的润湿性、可粘结性、表面特征,防腐胶合木层间界面粘结强度、断裂韧性及耐久性等进行了系统研究,主要研究成果如下:1)防腐胶合木材面基本性能为评价防腐胶合木层板表面的润湿性、可粘结性和形貌特征,运用表面小液滴接触角试验法及局部表面粘结拉拔试验法对不同树种、不同刨切程度的防腐胶合木层板表面进行了润湿性及可粘结性研究,并运用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,缩写AFM)对防腐胶合木层板表面结构进行了表征。结果表明:铜唑(CA)防腐剂因部分组分如二价铜、丙环唑等附着在木材纤维并占据木材的部分空隙,对防腐胶合木层板表面的润湿性和可粘结性影响显著;防腐处理对赤松及SPF层板表面润湿性产生的不利影响较为明显,赤松防腐木层板更为显著;刨切可以有效提高层板表面的润湿性及可粘结性;随着刨切次数的增加,层板表面润湿性能提高幅度逐渐减少;SPF层板表面的可粘结性略优于赤松;空气中AFM成像结果能够清晰地揭示防腐胶合木层板表面刨切前后纳米结构,刨切后表面聚集的防腐剂纳米颗粒在木材表面分布相对均匀,占比相对较少。2)防腐胶合木层间界面剪切性能为评价防腐胶合木层间界面剪切性能,运用块体剪切试验方法分别对不同树种、胶黏剂类型、刨切程度、湿热环境及自然老化处理的防腐胶合木层间界面进行了剪切性能研究。结果表明:层板表面聚集的防腐剂对防腐胶合木的胶合性能影响较大,SPF及赤松防腐胶合木的层间界面剪切强度明显低于防腐处理前;对防腐胶合木层板表面进行刨切,可有效改善防腐胶合木的层间界面剪切性能;防腐胶合木中,间苯二酚胶黏剂粘结性能明显优于单组份聚氨酯胶黏剂,表明间苯二酚胶黏剂更适合应用于防腐胶合木的工艺复合;未经防腐处理的胶合木中,两种类型胶黏剂的粘结性能差别不大;随着环境湿度的提高,防腐胶合木的层间界面剪切强度有所降低;在高湿环境下,防腐胶合木层间界面剪切强度略高于未经防腐处理的胶合木;单组份聚氨酯胶和间苯二酚胶在高湿环境下对层间界面剪切强度的影响差别较小;相同条件下,SPF防腐胶合木的层间界面剪切性能略高于赤松防腐胶合木;随着自然老化周期的增加,SPF防腐胶合木层间界面剪切强度呈多项式函数下降趋势。3)防腐胶合木层间界面断裂韧性为评价防腐胶合木层间界面断裂韧性,运用双悬臂梁试验法及端部切口三点弯曲试验法对不同树种、胶种、刨切程度的防腐胶合木进行了I型断裂韧性和II型断裂韧性研究,并运用高速非接触式光学三维变形测量方法对防腐胶合木层间界面断裂过程进行了分析。结果表明:层板表面聚集的防腐剂,影响防腐胶合木层间界面的胶合性能。SPF防腐胶合木及赤松防腐胶合木I型、II型断裂韧性明显比未经防腐的胶合木低;层板表面刨切处理可明显提高SPF防腐胶合木的层间界面I型断裂韧性,对赤松防腐胶合木的层间界面I型断裂韧性影响则不明显。层板表面刨切处理可提高SPF及赤松防腐胶合木的层间界面II型断裂韧性;胶黏剂类型对防腐胶合木层间界面断裂韧性影响较大,间苯二酚胶黏剂I型、II型断裂韧性均优于单组份聚氨酯胶黏剂;防腐胶合木层板刨切后复合,胶黏剂类型对界面断裂韧性影响较小,间苯二酚胶黏剂的I型、II型断裂韧性略优于单组份聚氨酯胶黏剂;图像应变测试方法可直观的分析防腐胶合木层间界面I型及II型断裂破坏过程中各阶段的应力应变分布变化情况,两种断裂类型均表现出同样规律,预制裂纹达起裂荷载后,裂纹迅速扩展,裂纹尖端应力奇点沿着层间薄界面层近平面扩展,裂纹尖端应力由强到弱。
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