木材板式表面粗糙度與潤濕性的相關性研究

1木材的表面粗糙度木材表面粗糙度是指木材表面經(jīng)過加工或壓力加工后形成的微觀幾何形狀特征，具有較小的距離距離和峰值。這是由加工方法和木材材料和紋理方向決定的。表面粗糙度是評定木材制品表面質(zhì)量的重要指標,它直接影響木制品的粘接質(zhì)量、裝飾質(zhì)量以及膠料與涂料的消耗量,而且對木制件表面粗糙度的要求如何,也關系到加工工藝的安排和加工余量的確定。測量和評定木材的表面粗糙度最常見的有比較法、針描法、光切法、光干涉法等。2滯后性接觸角在理想表面上,接觸角是不變的,也稱為平衡接觸角。而實際狀態(tài)下,接觸角是在相對穩(wěn)定的兩個角度之間變化,這種現(xiàn)象被稱為接觸角滯后現(xiàn)象,上限為前進接觸角θA,下限為后退接觸角θR,二者差∪θ=θA-θR定義為接觸角滯后性(KwokDY,NeumannAW,1999)。差值表示滯后的程度,接觸角的滯后現(xiàn)象隨著表面粗糙度和不均勻度的增加而增加。大量研究將滯后現(xiàn)象歸因為表面粗糙性(BartellFE,ShepardJW,1953)、化學多相性(JohnsonREJr,1964)和亞穩(wěn)的表面能量態(tài)(也稱熱力學滯后性)(DeckerEL,1997)。3材料、機器和方法3.1光學、粗糙度和接觸角測試紅桉木(Eucalyptusminiata,學名朱藥桉)單板,規(guī)格260×245×1.6mm,烘干至含水率為6%~7%。酚醛樹脂膠粘劑,外觀為紅棕色透明粘液,固體含量為50%,粘度為120~150mPa·s;pH值為8.5~9.5,貯存期為60~90d。JB-4C精密粗糙度儀;OCA20型光學接觸角測定儀;電腦控制單層熱壓機,最大壓力可達40MPa,熱壓板幅面尺寸為400×400mm。3.2粗糙度值ra選取27塊紅桉木單板,控制厚度偏差在±0.02mm內(nèi),單板背面裂隙度要盡量小。用JB-4C精密粗糙度儀測定表面粗糙度,按GB/T12472-2003《產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法木制件表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》標準規(guī)定測量,評定參數(shù)為Ra。每塊單板按垂直紋理方向測量,正、背面各重復測量約4次,取平均值作為單板粗糙度值。由于27塊單板粗糙度值肯定滿足正態(tài)分布,故按粗糙度值從小到大的原則順序排列單板,并壓制3層膠合板,按照國標GB/T9846.3-2004中I類膠合板要求測試其膠合強度。OCA20型光學接觸角測定儀測定27塊單板的前進角,后退角,測試液體為蒸餾水。方法為在每塊板正反面不同位置各測量2次,共4個值,計算出算術平均值,然后分析單板表面粗糙度、膠合強度和前進角,后退角的內(nèi)在關系。4結(jié)果與分析測量27塊紅桉木單板的粗糙度值,然后按照由小到大的順序?qū)χ匦屡判?并測量其前進角,后退角的值,結(jié)果如表1所示。4.1表面粗糙度sende對潤滑用潤滑的影響由圖1、圖2及表1可以看出,隨著單板粗糙度的增大,前進角先減小后增大,后退角先增大后減小。導致這一現(xiàn)象的原因是在單板低含水率狀況下,單板表面的粗糙度增加使得界面微小空隙增加,增大了膠粘劑的潤濕推動力和鋪展系數(shù),但過于粗糙的表面使單板表面質(zhì)量下降,同時不利于膠粘劑的均勻鋪展,另外同一樹種本身化學組分差異,也可能是導致表面極性差異的原因之一。由Wenzel理論可以知道:表面粗糙度增加對于接觸角θ<90°的液體會變的更易于潤濕,θ>90°的液體變得更難于潤濕(顧繼友,2003)。前進角越大,說明表面自由能越低。木材屬于低能表面材料。液體對于低能表面的潤濕規(guī)律是:只有表面張力等于或小于固體的γc值(臨界表面張力)的液體才可能在該固體表面鋪展?jié)櫇瘛?.2滯后性的測定由圖3及表1可以看出,隨著單板粗糙度的增大,滯后性先減小后增大,滯后性越大,說明單板表面變的越來越粗糙。隨著單板表面粗糙度的增加,前進角先減小后增大,而后退角先增大后減小,滯后性先減小后增大。4.3熱壓工藝曲線紅桉木單板采用如下熱壓工藝:三層膠合板,熱壓速率1.4min/mm,壓力1.8MPa,熱壓時間為420s,保壓時間為180s,施膠量為350g/m2,陳放時間為30min,熱壓工藝曲線見圖4。4.3.1粗糙度對紅桉木板膠合強度的影響將相鄰3塊單板的平均粗糙度值作為相對應壓制的膠合板的粗糙度值,分析結(jié)果如下。⑴直觀分析:由表2、表3及圖5可以看出,隨著粗糙度的增加,膠合板的膠合強度值先增加后減小,紅桉木單板的粗糙度Ra值在6.870μm時膠合性能最好,達到1.86MPa。⑵方差分析:粗糙度不同紅桉木單板壓制的三層膠合板方差分析如表4所示。從表4可以看出顯著性值0.00<0.05,故在相同的制造工藝條件下由于單板粗糙度不同,導致膠合性能有顯著的差異。4.3.2壓的平均前進角將相鄰3塊單板的平均前進角值作為相對應的壓制的膠合板的平均前進角,表5算出了紅桉木膠合板的平均前進角值和膠合性能關系。用雙縱坐標法將表5成趨勢圖,如圖6示。由表5、圖6以看出,隨著每塊膠合板的平均前進角先減小后增大,相對應的膠合強度先增大后減小。紅桉木膠合板的平均前進角值和膠合性能的關系圖用具體數(shù)據(jù)證實了上述粗糙度和前進角的關系:既單板表面粗糙度與單板的潤濕性有一定的相關性,隨著單板表面粗糙度的增加,前進角先減小后增大,單板表面自由能先增大后減小,導致單板潤濕性先增大后減小,使單板的膠合強度先增大后減小。4.3.3紅桉木回顧率的平均滯后性將相鄰3塊單板的平均滯后性值作為相對應壓制的膠合板的平均滯后性值,表6計算出了紅桉木膠合板的平均滯后性值和膠合性能關系。由表6和圖7可以看出:隨著單板表面粗糙度增加,滯后性值先減小后增大,導致膠合板膠合強度先增大后減小故滯后性和紅桉木膠合板膠合性能呈負相關性。5變動溫度對板片潤濕性的影響⑴單板表面粗糙度與單板的潤濕