木材粘接技術在木材工業(yè)中起著重要的作用，木材粘接制品粘接性能的好壞，在很大程度上受木材自身性能的影響。木材方面影響其粘接性能的因素，既有木材固有的，也有木材在加工過程中所產(chǎn)生的。前者包括木材的密度、樹種、抽提物、pH等，后者包括木材的含水率、表面粗糙度等。

    1 木材密度
     
    木材的強度通常與其密度成正比，因為單位體積內(nèi)所含的木材細胞壁物質的數(shù)量是決定木材強度的物質基礎，木材的強度隨著木材密度的增大而增大。理想的粘接系統(tǒng)，粘接破壞應該發(fā)生在木質部。

     許多闊葉材的粘接試驗證明，當用脲醛樹脂膠粘劑粘接木材時，在木材密度小于0.8 g／cm3的情況下，由于脲醛樹脂膠粘劑自身的內(nèi)聚強度以及脲醛樹脂膠粘劑和木材的界面強度大于木材自身強度，粘接破壞往往發(fā)生在粘接系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)一木材，因此，膠合強度與木材的強度密切相關，一般地講，膠合強度隨木材密度的增加而提高。在木材密度大于0．8 g／cm3的情況下，由于脲醛樹脂膠粘劑自身的內(nèi)聚強度以及脲醛樹脂膠粘劑和木材的界面強度小于木材自身強度，粘接破壞不是發(fā)生在木材部分，而是發(fā)生在膠層或界面，因此，這種情況下，膠合強度與木材密度幾乎無關。當用間苯二酚甲醛樹脂膠粘劑粘接所有針、闊葉材時，由于間苯二酚甲醛樹脂膠粘劑自身內(nèi)聚力很大，因此用間苯二酚甲醛樹脂膠粘劑粘接的木材膠合制品的膠合強度隨著被粘接木材密度的增加而提高。

    雖然密度大的木材膠合制品的膠合強度高，但是由于其含水率變化而產(chǎn)生的應力也大。在膠粘劑確定的情況下，密度高的木材的粘接耐久性往往反而比密度低的木材的粘接耐久性差。例如，用水性高分子異氰酸酯膠粘劑制造的柞木集成材，雖然其壓縮剪切強度比較大，但是當使用環(huán)境的濕度變化較大時，更容易出現(xiàn)膠層開裂。

    另外，密度大的木材粘接時，要想達到理想的粘接效果，要求所用膠粘劑的自身內(nèi)聚力也應該很高，這樣才能充分發(fā)揮木材自身的強度。對于密度特別大的木材，如烏木、鐵木豆等，膠粘劑不易被吸收，以至于膠粘劑干燥速度很慢，粘接強度較低。因此，對于密度特別大的木材，為了使膠粘劑滲透進細胞，要求對其進行雙面砂光、雙面涂膠，并且在施加壓力前要等待足夠時間以便膠粘劑滲透。有的時候，需要使用聚氨酯膠粘劑，因為這類膠粘劑的粘接不取決于其滲透，主要為化學粘合。

    2.木材纖維方向和剖切面方向

     木材是各向異性的材料，在粘接系統(tǒng)內(nèi)的木材纖維方向可以互相垂直、互相平行或者互相成某種角度。

    當兩塊木材為同一纖維方向粘接時，其膠合強度**，此種產(chǎn)品如集成材和單板層積材(LVL)等；纖維方向互相垂直粘接的常用木材產(chǎn)品，有膠合板、三層實木復合地板等。隨著兩塊被粘接的木材間纖維角度的增加，粘接材的膠合強度逐漸降低。當纖維方向互相垂直粘接時，其膠合強度**，與木材纖維互相平行粘接時相比，其膠合強度僅為纖維互相平行時的1／4～1／3。粘接面的剖切方向對膠合強度也有影響。

    Martin等研究木材纖維方向對液體膠粘劑向木材表面滲透的影響表明：在木材端面施加膠粘劑時，由于端切面上木材導管、管胞都是敞開的，膠粘劑會向這些細胞的胞腔中大量滲入，易使端面缺膠，造成木材膠合強度下降。因此，在同樣粘接條件下，端面和端面粘接的膠合強度，要比徑面和徑面、弦面和弦面粘接的膠合強度低。

    在實際工作中，如果必須采用端切面粘接，為防止其缺膠，必須提高膠粘劑黏度和固含量；采用涂兩次膠，或在基材兩面涂膠，或增加膠層厚度；使用適度壓力并防止膠水擠出。例如采用對接方式使木材縱向接長時，可采用以上措施避免其端部缺膠。

    在纖維互相平行粘接的條件下，粘接面還有徑切面和弦切面之分。在某些情況下，徑切面和弦切面粘接制品的膠合強度也存在著差異。當膠粘劑的內(nèi)聚力以及膠粘劑與木材的界面強度大于木材自身強度時，易發(fā)生木材破壞。如果木材自身弦切面和徑切面的強度存在差異，則弦切面和弦切面粘接制品與徑切面和徑切面粘接制品的膠合強度也存在差異。

    例如，落葉松木材的徑向順紋抗剪強度大于其弦向的順紋抗剪強度。用水性高分子異氰酸膠粘劑粘接落葉松板材時，落葉松徑切板的常態(tài)壓縮剪切強度高于其弦切板。而落葉松弦切板和弦切板膠合的制品的木破率相對較高，基本上是木材破壞，且木材破壞大多數(shù)發(fā)生在其早晚材急變的交界處或輪界處(因此，在用API膠粘劑生產(chǎn)落葉松集成材時，應盡可能采用徑切板粘接。

 
    3 木材含水率

    木材含水率對粘接性能的影響很大。當木材含水率高時，涂布在粘接面上的膠粘劑被稀釋，其黏度下降，過度向木材組織中浸透，引起缺膠，導致膠合強度降低。木材在高溫下長時間干燥，其含水率過低，也會使膠粘劑的潤濕作用減弱，降低膠合強度。通常木材含水率為5％ ～16％ 時的粘接強度較高。

     另外，木材具有干縮和濕漲的性質，如果木材含水率過低，其制品會受潮而膨脹；含水率過高，又會解吸干縮。一般來說，膠粘劑自身不能抵抗木材膨脹和干燥產(chǎn)生的非常高的應力，這是木制品產(chǎn)生裂縫和變形的一個主要原因。這種情況在家具生產(chǎn)和使用中時有發(fā)生。家具的生產(chǎn)地與其使用地的木材平衡含水率常常不一致，這就要求生產(chǎn)家具用木材的含水率盡可能接近使用環(huán)境的濕度。例如在廣州采購的家具，運到新疆使用易發(fā)生干裂，這就要求家具制造商使用的木材含水率應接近購買家具的顧客所在地的木材平衡含水率?？紤]到木材干燥吸濕滯后，一般來說木材干燥終含水率和使用地區(qū)的木材平衡含水率相差2％左右。

    4 木材的收縮膨脹率

    由于膠粘劑固化時的自然收縮和膠粘劑與木材性質上的差異，致使粘接接頭存在內(nèi)應力，內(nèi)應力集中將降低膠合強度。為了減少因熱交替變換或高溫固化冷卻后產(chǎn)生的應力，應盡可能使膠粘劑與木材的熱膨脹系數(shù)相接近。

    降低內(nèi)應力的辦法主要有兩種：一是添加填料，二是選用彈性良好的膠粘劑。

    當木材與其他材料粘接時，若材料之間的收縮率差別太大，則應當事先采取措施使木材的尺寸變化減少，或采用彈性優(yōu)良的膠粘劑進行粘接。如金屬—木材粘接時，木材中的羥基組分通過吸濕或解吸引起木材干縮濕脹，是木材尺寸穩(wěn)定性差的主要原因。

    通過封閉木材羥基以至羥基間形成化學交聯(lián)，可改善木材的尺寸穩(wěn)定性，并能提高改性木材的強度。所以預先用酚醛樹脂對木材進行處理，固定其尺寸之后再與金屬進行粘接，可減少因二者收縮率的差別造成的應力。又如，利用
單板或膠合板與泡沫板復合制成隔墻板時，先將單板或膠合板固定尺寸，然后再與泡沫板復合效果會好一些。

    5.表面加工方法

    木材的粘接平面必須光滑平直，如果不平(彎曲或翹角)則兩平面不能緊密接觸，將影響粘接的強度和質量。因此木材在粘接操作之前要進行機械加工，這就可能引起木材細胞的機械損傷，并且損傷的程度隨著機械加工的類型和加工程度的不同而不同。刨削加工時，表面木材組織受破壞較少，木材細胞的內(nèi)腔呈開口狀態(tài)，膠粘劑浸入后易形成有效的膠釘。為減少對木材組織的破壞，刨刀必須保持鋒利，否則，木材組織的破損就會比較嚴重。

      A．P．Singh研究發(fā)現(xiàn)，用鋒利的刨刀刨光的輻射松(P．radiate)木材表面，除了與膠層鄰近的管胞有輕微的破壞外，其軸向管胞、射線都有著正常的外形。木材表面間的膠層薄，且有正常的寬度(見圖3)。相比之下，用較鈍的刨刀刨光的輻射松木材表面，其軸向管胞和射線受到嚴重的破壞。由于刨刀較鈍引起細胞嚴重壓潰，特別是緊挨著膠層的細胞的壓潰很可能使細胞腔閉塞，阻止膠粘劑向細胞中的滲透，導致膠層較厚，并且厚度不均勻。

     木材表面精細的刨削加工，有助于確保粘接材表面膠層的均一性。

      材表面的刨光可以暴露出具有很強極性的細胞壁S2 層，對粘接非常有利。而砂光加工雖然會使木材表面很光滑，但是木材組織的內(nèi)腔損傷多，同時有些胞 大面很光滑，腔還容易被砂光粉堵塞， 因此，其膠合強度較刨光加工時要低。

     6術材表面特性

     由于木材是多孔性材料， 當兩塊木材表面粘接時，實際只有表觀面積的一小部分接觸，并且這個面積隨著木材結構、表面粗糙度和所施加壓力等因素的不同而不同。也就是說，粘接時即使施加的壓力不是很大，在某一小部分相接觸的面積上，粘接材也可能承受相當高的壓力，甚至被壓潰。

     一般來講，一定粗糙度的表面，其凹凸、細孔和溝槽有利于膠粘劑的滲入，可產(chǎn)生機械結合的作用。但是粗糙度過大，表面的凹孔、溝槽過深時，由于殘留的空氣或吸附的水分會阻礙膠粘劑滲透而不利于粘接。
7木材的表面鈍化

    保持木材表面清潔、防止污染是其良好粘接的基本條件。木材表面除了受到空氣污染(如空氣中的灰塵粒子污染)外，隨著時間的延長，還容易經(jīng)歷一種“自污染”，使木材表面性能發(fā)生變化，進而影響木材的粘接性能。

   木材在切削加工后的幾小時內(nèi)，親油的、低分子量物質便移至其表面形成低表面能的“弱界面層”木材表面經(jīng)歷的這種變化常被稱作“表面鈍化”，鈍化的速率和程度依木材樹種和貯存溫度不同而異。

   木材中的親油物質主要由樹脂、脂肪酸及其酯類、石蠟以及萜烯化合物等組成。酸性和中性膠粘劑不能很容易地透過這層親油層，但是堿性膠粘劑在某種程度上可皂化脂肪酸，使親油層消失，從而使膠粘劑很好地滲透到木材中去。R．M．Russbaum發(fā)現(xiàn)，歐洲云杉（Picea abies)木材在切削加工3天后，其表面潤濕性明顯下降。因此他指出，用于涂飾和粘接的歐洲云杉木材避免表面鈍化的最長貯存時間為3天，應該在其加工后的2～3天內(nèi)使用，以免表面自然鈍化，影響其膠合強度。

    在木材膠合制品的生產(chǎn)中，應該強調木材要在刨光或砂光后的24h內(nèi)完成粘接操作。例如，在集成材生產(chǎn)中，木材刨光或銑削指榫后應盡快粘接加壓，從刨光或銑削指榫到粘接加壓不得超過24h。

    為消除木材表面的“自污染” 和周圍環(huán)境污染對木材表面潤濕的影響，在粘接前要對木材表面進行有效預處理。木材表面處理可采用機械和化學方法：用溶劑清洗，清潔木材的粘接表面，使粘接表面盡可能增大；用機械方法(刨光或砂光)除去表面污染物，同時改善表面粗糙度以增加粘接的表面面積。

     8 木材的抽提物

    木材的抽提物對膠粘劑的濕潤、滲透和固化過程等有一定影響。一般來說，抽提成分多的木材，難以充分被膠粘劑所濕潤，并且膠合強度差。

    把難膠合的木材，如龍腦香科木材，在100℃的熱水中煮沸24h，就會提出占木材重量5％～8％的水溶性樹膠成分；而對膠合性能良好的柳安等木材，在相同條件下煮沸，抽提成分只占0．1％一0．2％。也可以在熱水或堿水里加入表面活性劑進行蒸煮但這需要很多費用，因此在實際應用中存在一定難度。

    對于落葉松、馬尾松等含樹脂類的木材，首先要在高溫下干燥，以使樹脂從木材滲出，接著用溶劑清洗表面，除去樹脂，然后再對其表面進行刨光。木材表面處理完成后立即粘接，防止樹脂再溢出。粘接時推薦使用酚類膠粘劑。

9 木材的pH值

      木材的pH值影響膠粘劑的固化時間。例如楊木，特別是大青楊pH值呈堿性，能延長脲醛樹脂膠粘劑的固化時間。因為脲醛樹脂是在酸性條件下固化的，而楊木呈堿性會降低膠粘劑的酸性。在調膠時多加些固化劑，把pH值調至4．0~ 5．0，是解決楊木堿性影響脲醛樹脂固化時間的最簡單的辦法。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)實際情況采用NH4C1或混合固化劑，如在銨鹽中加人某種酸。

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