膠合板及其物理力學(xué)性能.ppt

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第一章 膠合板及其物理力學(xué)性能,天然木材的特點(diǎn) 木材具有強(qiáng)重比大、易于加工、紋理美觀、有一定彈性和韌性、隔音隔熱性能較好 各向異性、輻面小、吸濕性、節(jié)子等缺陷， 為此，人們開發(fā)出了包括膠合板在內(nèi)的多種人造板，來(lái)彌補(bǔ)天然木材的不足。,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 膠合板及其分類 第二節(jié) 膠合板的構(gòu)成原則 第三節(jié) 膠合板的物理力學(xué)性能 第四節(jié) 膠合板的生產(chǎn)過(guò)程,第一節(jié) 膠合板及其分類,1、概念 膠合板是由不同紋理方向排列的三層或多層單板（一般為奇數(shù)層）單板通過(guò)膠粘劑膠合而成的層積材料。通常相鄰層纖維方向相互垂直,2、膠合板的需求量,1981年膠合板的需求量為60萬(wàn)M3 1991年膠合板的需求量為249.4萬(wàn)M3 1994年膠合板的需求量為449.5萬(wàn)M3 1995年膠合板的需求量超過(guò)900萬(wàn)M3。 自1992年國(guó)家每年進(jìn)口膠合板量超過(guò)200萬(wàn)M 3，印度尼西亞、馬來(lái)西亞、韓國(guó)、新加坡、美國(guó)、 柬埔寨等,3、膠合板的生產(chǎn)量,1977年膠合板的生產(chǎn)量為20萬(wàn)M3 1987年膠合板的生產(chǎn)量為77.6.萬(wàn)M3 1997年膠合板的生產(chǎn)量為758.45萬(wàn)M3 ,僅次于美國(guó)、印尼，成為世界上第三大膠合板生產(chǎn)國(guó)。 1998年膠合板的生產(chǎn)量為446.52萬(wàn)M3 1999年膠合板的生產(chǎn)量為727.64萬(wàn)M3 膠合板產(chǎn)量交破1000萬(wàn)m3，達(dá)1135萬(wàn)M3,4、膠合板的應(yīng)用,建筑裝修，約占總量的50%以上。 家具制造，約占總量的40%以上，且成下降趨勢(shì)。工業(yè)生產(chǎn)中使用，如包裝、車船制造、家電制造和生產(chǎn)維修等。,相關(guān)概念及分類,1．結(jié)構(gòu)： 最外層的單板稱為表板 表板應(yīng)緊面朝外 正面的又稱為面板 反面的稱為背板。 內(nèi)部的單板稱為芯板或中板。,,表層outer ply指膠合板的表層單板。 面板face膠合板外觀質(zhì)量較好的那個(gè)表板。 背面back相對(duì)于面板的另一側(cè)表板。 中心層central ply膠合板的中心層，其它各層對(duì)稱配置在它的兩側(cè)。,,芯板cross band，lateral ply 紋理方向與表板紋理垂直的內(nèi)層單位。 長(zhǎng)中板centres，longitudinal ply 紋理方向與表板紋理平行的內(nèi)層單板。 板芯core 夾芯膠板或復(fù)合膠合板的中心層。通常其厚度大于其它各層。,2．分類 Plywood-Classification,按用途分； a.普通膠合板plywood for general use b.特種膠合板special plywood 按板的結(jié)構(gòu)分: a.膠合板; b.夾心膠合板; c.復(fù)合膠合板。,Plywood-Classification,等級(jí)：一般通過(guò)目測(cè)膠合板上的允許缺陷來(lái)判定其等級(jí)。等級(jí)取決于允許的材質(zhì)缺陷、加工缺陷，以及對(duì)拼接的要求等。 普通分成四個(gè)等級(jí)：特等、一等、二等、三等 一、二、三等為普通膠合板主要等級(jí) 特等 適用于作高級(jí)建筑裝飾、高級(jí)家具及其它特殊需要的制品,,一等 適用于作較高級(jí)建筑裝飾、高中級(jí)家具、各種電器外殼等制品； 二等 適用于作家具，普通建筑、車輛、船舶等裝修 三等 適用于低級(jí)建筑裝修及包裝材料等。 以上四個(gè)等級(jí)的面板應(yīng)砂(刮)光，特殊需要者可不砂(刮)光或兩面砂(刮)光,Plywood-Classification,按膠粘性能分； a.室外用膠合板； b.室內(nèi)用膠合板。 按表面加工分； a.砂光膠合板；b.刮光膠合板；c .貼面膠合板；d.預(yù)飾面膠合板,Plywood-Classification,按處理情況分 a.未處理過(guò)的膠合板； b.處理過(guò)的膠合板(如浸漬防腐劑)。 按形狀分 a.平面膠合板； b.成型膠合板。,一．普通膠合板,1.按樹種分 闊葉材膠合板與針葉材膠合板 2.按耐水性分： Ⅰ類膠合板NQF→耐氣候、耐沸水膠合板 具有耐久、機(jī)時(shí)煮沸或蒸汽處理和抗菌等性能。主要用于室外 由PF樹脂或其它性能相當(dāng)?shù)哪z粘劑膠合而成。,Ⅱ類膠合板NS→耐水膠合板,能在冷水中浸漬，能經(jīng)受短時(shí)間熱水浸漬，并具有抗菌性能，但不耐煮沸。由UF樹脂或其它性能相當(dāng)?shù)哪z粘劑膠合而成。 Ⅲ類膠合板BC→耐潮膠合板 適于室內(nèi)常態(tài)使用，由低樹脂含量的UF樹脂、血膠或其它性能相當(dāng)?shù)哪z粘劑膠合而成,,Ⅳ類膠合板BNC→不耐潮膠合板 以豆膠作為膠粘劑適于室內(nèi)常態(tài)使用。目前主要應(yīng)用的是Ⅰ類、Ⅱ類膠合板。,二．特種膠合板,1．細(xì)木工板 blockboard 結(jié)構(gòu)：由窄木條作為芯板，上下各組合兩張紋理相互垂直的單板膠合而成。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度較高等 應(yīng)用：建筑、室內(nèi)裝飾、家具制造等,2．空芯板,結(jié)構(gòu)：實(shí)木條作為框架，中間以蜂窩狀cellular board 、方格狀等形狀的芯層材料，最后上下各組合兩張紋理相互垂直的單板膠合而成。,3．裝飾膠合板 decorative plywood,在普通膠合板表面用刨制薄木、三聚氫胺裝飾板及金屬板、各種裝飾紙等進(jìn)行覆面裝飾，或者在普通膠合板表面印刷各種天然紋理來(lái)進(jìn)行裝飾。 此外，還可以在表面鉆孔、開槽、壓花等處理，以增加立體裝飾的效果。,4．塑化膠合板,將每一層單板都涂上PF樹脂，在較高的壓力下，熱壓而成的一種膠合板。因其表面有固化的樹脂層，可以防止水分滲透，且強(qiáng)度較高，可以在高濕的環(huán)境中使用。,5．木材層積塑料,由浸過(guò)PF樹脂膠的單板，在高溫高壓下制成。具有較高的強(qiáng)度、電氣絕緣性能、耐水性。又稱層壓板。,6．異形膠合板,根據(jù)制品的要求，在模具內(nèi)直接將板坯膠合壓制成曲面形狀的膠合板,7．防火、防水、防蟲膠合板,在制品中加入 防火劑(硫酸銨等)flame-retardant p1ywood 防腐劑（五氯苯酚等）preservative treated plywood 防蟲劑（硼酸、硼砂）等 從而使制品具有特定的性能。,第二節(jié) 膠合板的構(gòu)成原則,一．對(duì)稱原則 對(duì)稱中心兩側(cè)的單板，在樹種、厚度、層數(shù)、制造方法、含水率等方面均相互對(duì)稱。 σ=E.ε σ-應(yīng)力(Pa) E-彈性模量(Pa,與單板的樹種、含水率有關(guān)) ε-應(yīng)變，（與單板的樹種、纖維方向有關(guān)）,二．奇數(shù)層原則,膠合板結(jié)構(gòu)是相鄰層纖維方向相互垂直，而且又要符合對(duì)稱原則，因此它的層數(shù)基本上都是奇數(shù)層。 剪應(yīng)力最大值在對(duì)稱中心平面上,,在實(shí)際生產(chǎn)中也存在偶數(shù)層的膠合板，其實(shí)可以看作是一張厚芯板的三層膠合板。這種膠合板雖然為偶數(shù)層，但仍符合對(duì)稱原則。 不足之處是最大剪應(yīng)力分布在膠層上，要求膠粘劑的質(zhì)量較好。一般最好不用在彎曲變形較大，受應(yīng)力較大的場(chǎng)合。,第三節(jié) 膠合板的物理力學(xué)性能,一．物理性能 1．密度 比所構(gòu)成的單板的平均密度大，因?yàn)閱伟宓氖┠z及熱壓體積減小。 實(shí)際密度＝單板的平均密度＋膠合板密度的增加值,,單板的平均密度－單板層數(shù)－膠合板的總厚度－求出密度的增加量。 一般單板越薄、層數(shù)越多的膠合板，其密度的增加值就越大，從而使膠合板的密度越大。,2．吸濕性與吸水性,1）平衡含水率 將木質(zhì)材料長(zhǎng)期放置在大氣中，達(dá)到與所處環(huán)境溫濕度相適應(yīng)的穩(wěn)定水率，即為當(dāng)?shù)氐钠胶夂省?當(dāng)膠合板的含水率比所處環(huán)境的平衡含水率偏低時(shí)，即會(huì)吸收空氣中的水分，即吸濕。,2）影響吸濕速度的因素,外界的溫濕度、膠合板的厚度、膠粘劑的種類等。 吸水性和吸濕性一樣，具有同樣的規(guī)律和傾向。,3．干縮和濕脹,木材在纖維飽和點(diǎn)以下發(fā)生干燥或吸濕的時(shí)候，隨著含水率的變化，膠合板會(huì)發(fā)生相應(yīng)的干縮和濕脹。 變形量存在各向異性，即軸向＞徑向＞弦向。 因膠合板相鄰層的單板纖維方向相互垂直，其發(fā)生干縮和濕脹時(shí)，相鄰層會(huì)相互抑制，從而使其變形量得到有效的,二．熱學(xué)性能,1．比熱 木材的比熱大于金屬，平均值為0.327。膠合板雖然應(yīng)考慮膠層和熱壓而密實(shí)的影響，但一般仍采用同樣的數(shù)值。 熱膨脹主要是由于水分的吸收與散失而引起的。對(duì)方材而言纖維方向與纖維垂直方向的膨脹系數(shù)是不同的。一般為10:1，對(duì)膠合板而言，由于其配坯的影響，實(shí)際上可近似認(rèn)為是纖維方向的數(shù)值。,2．導(dǎo)熱性,木材是一種多孔性材料，是一種良好的保溫材料。一般來(lái)講，密度越大，內(nèi)部的孔隙就越少，導(dǎo)熱系數(shù)就越大。 木材纖維方向的導(dǎo)熱系數(shù)是纖維垂直方向的2倍。 導(dǎo)熱系數(shù)隨著絕對(duì)溫度的增加而增加。 導(dǎo)熱系數(shù)隨著含水率的增加而增加。參考公式1－8,三．力學(xué)性能,一般性知識(shí)： 針葉材的膠合板的力學(xué)性能一般比闊葉材的膠合板的力學(xué)性能要差一些。 多層薄板膠合的效果比少層厚板的膠合效果好 優(yōu)質(zhì)、防水性好的膠粘劑膠合的膠合板力學(xué)性能要好一些。PF＞UF＞豆膠等。,膠合板的力學(xué)性能指標(biāo),1、量具和儀器 游標(biāo)卡尺，分度的讀數(shù)精度為0.01g。 恒溫水浴鍋，30～100℃。 拉力試驗(yàn)機(jī)，載荷讀數(shù)精度為5N 空氣對(duì)流干燥箱，箱內(nèi)各點(diǎn)溫度能保持633℃,2．膠合強(qiáng)度,膠合強(qiáng)度（膠層抗剪強(qiáng)度）是膠合質(zhì)量的重要標(biāo)志。所有膠合產(chǎn)品都要測(cè)定其膠合強(qiáng)度，MPa，根據(jù)膠合板的類型不同，國(guó)標(biāo)中有相應(yīng)的規(guī)定。 1）Ⅰ類膠合板：在沸水中煮4h，然后在633度的烘箱中干燥20h，再在沸水中煮4h，取出在室溫下冷卻10min,,注：工廠生產(chǎn)中允許采用3h煮沸的快速檢驗(yàn)方法，測(cè)得的結(jié)果乘以系數(shù)0.9作為產(chǎn)品檢驗(yàn)的膠合強(qiáng)度值 但遇有供求雙方爭(zhēng)議需求對(duì)Ⅰ類膠合板進(jìn)行復(fù)驗(yàn)時(shí)，仍以28h煮烘循環(huán)法作為促裁方法。,2）Ⅱ類膠合板,在633度的溫水中浸泡3h，取出在室溫下冷卻10min。 工廠生產(chǎn)中允許采用633℃、浸漬1h的快速檢驗(yàn)方法，測(cè)得的結(jié)果乘以系數(shù)0.82作為產(chǎn)品檢驗(yàn)的膠合強(qiáng)度值 遇有供需雙方爭(zhēng)議需對(duì)Ⅱ類膠合板進(jìn)行復(fù)驗(yàn)時(shí)，仍以3h熱水浸漬法作為仲裁方法,3）Ⅲ類膠合板,在303度的溫水中浸泡2h，然后在63＋－3度的烘箱中干燥1h，取出在室溫下冷卻10min。,,4）Ⅳ類膠合板：含水率符合要求的試件在常態(tài)下測(cè)定其膠合強(qiáng)度 注：試件含水率應(yīng)控制在8%～12% 膠合強(qiáng)度的計(jì)算公式：S＝P/(AB) S---試件的膠合強(qiáng)度（MPa） P---試件的破壞載荷（N） A---試件斷面的實(shí)際寬度（mm） B---試件斷面的實(shí)際長(zhǎng)度（mm）,3、計(jì)算的系數(shù),確定厚芯單板結(jié)構(gòu)的膠合強(qiáng)度換算系數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)單板的名義厚度 不同厚度比的膠合強(qiáng)度數(shù)值 芯板和表板的厚度之比系數(shù) 1.50～不足2.00 2.00～不足2.50 2.50以上 1.2 1.4 1.6,4、膠合強(qiáng)度指標(biāo)值,膠合板樹種 類別 膠合強(qiáng)度 1、2類 3、4類 椴木,楊木,擬赤楊 ≥0.70 ≥0.70 水曲柳,荷木,楓香,械木,榆木,柞木 ≥0.80 樺 木 ≥1.00 馬尾松、云南松、落葉松、云杉 ≥0.80,5．膠合板的強(qiáng)重比,即強(qiáng)度與密度之比。對(duì)于建筑構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件等來(lái)說(shuō)，是一個(gè)重要的指標(biāo)。 膠合板也具有一定的各向異性，不同于金屬。其強(qiáng)重比等于順紋的拉伸（或壓縮）強(qiáng)度加上橫紋的拉伸（或壓縮）強(qiáng)度再與其密度之比。,,K＝(σ∥+σ⊥)/γ 式中： K---強(qiáng)重比 γ---密度 σ∥---順紋的拉伸（或壓縮）強(qiáng)度 σ⊥---橫紋的拉伸（或壓縮）強(qiáng)度,第四節(jié) 膠合板的生產(chǎn)過(guò)程,一．膠合板的生產(chǎn)方法 主要有濕熱法、干冷法、干熱法。 干與濕指的是單板是干燥后的單板，還是濕單板；冷與熱指的是冷壓還是熱壓。,1.濕熱法：,旋制單板不經(jīng)干燥，直接涂膠熱壓。主要用血膠。這種單板含水率高，內(nèi)應(yīng)力大，易翹曲，由于膠種的變化，現(xiàn)在很少采用。,2.干冷法：,單板干燥后涂膠，冷壓，過(guò)去豆膠常用此法，較適合小型工廠，不過(guò)目前已較少采用。,3.干熱法：,單板干燥后涂膠，熱壓，幾乎所有的膠粘劑都可彩此法。目前基本上都是采用這種方法。,二．膠合板制造的主要工序,生產(chǎn)過(guò)程可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)膭h減。 原木劃線及橫鋸→熱處理→剝皮→定中心及旋切→碎單板挑選及剪裁→濕單板剪裁→單板干燥→干單板剪裁及分選→干單板修補(bǔ)加工→,,單板涂膠→涂膠單板干燥→配坯→預(yù)壓→加壓膠合→膠合板冷卻→膠合板干燥→裁邊→膠合板表面加工→分等和修理→膠合板包裝 信陽(yáng)木工機(jī)械資料,本章小結(jié),第一節(jié) 膠合板及其分類 第二節(jié) 膠合板的構(gòu)成原則 第三節(jié) 膠合板的物理力學(xué)性能 第四節(jié) 膠合板的生產(chǎn)過(guò)程,T1-3,,T1-4,5,6,,T1-7,,