【摘要】：木材膠接主要是木材與膠粘劑表界麵之間發生的物理化學變化，表明在木材和膠粘劑的表界麵上存在某種基本能量，決定膠接現象的本質。木材及膠粘劑本身的表界麵特性對木材的物理化學性能有很大影響，因此，研究木材和膠粘劑的表界麵特性對於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麵的相對平衡接觸角，計算了表麵自由能，分析了四種計算方程在木質材料表麵自由能計算上產生的差異；研究了不同加工工藝對木材表麵自由能及PF樹脂在木材表麵的潤濕性的影響；利用接觸角測量儀、X射線光電子能譜(XPS)、傅裏葉紅外光譜(FTIR)、核磁共振(13CCP/MAS NMR)等測試方法研究了PF樹脂在液體、固體狀態下的各項表麵物理化學性質及結構；探討了表麵自由能、潤濕性和膠合強度之間的關係，研究了不同熱壓溫度條件下，PF樹脂在木材中的固化性能。

得出主要結論如下：

(1)采用4種不同的方法測定並獲得相對平衡接觸角，計算出6種不同木質材料的表麵自由能。結果表明，速生楊滲透性最好，木材的表麵自由能大於木質複合材料(纖維板和木塑複合材料)；木材表麵自由能的非極性分量大於極性分量，堿性分量大於酸性分量。

(2)4種不同方程計算得到的木塑複合材料表麵自由能存在較大差異。木塑複合材料表麵自由能不僅依賴於材料本身的化學組成、物理結構等，還受到不同計算方法和接觸角測量過程中使用液體的種類和數量的影響。

(3)不同加工工藝木材表麵的潤濕性不同。旋切木材試樣的接觸角大於刨切和鋸切試樣，旋切木材的表麵自由能小於刨切和鋸切表麵自由能；與表麵結構形態相比，木材表麵粗糙度對潤濕的影響不明顯，旋切鬆麵的潤濕性要好於緊麵。

(4)新加工木材與陳放木材表麵潤濕性不同。水在新加工木材接觸角隨砂光目數的增加而減小，新加工木材表麵比陳放木材表麵更易被水潤濕。陳放木材接觸角隨表麵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的增大而增加，陳放木材表麵自由能隨砂光目數的增大而降低，但非極性分量卻增加。選用的四種潤濕模型可用來準確描述膠粘劑的潤濕過程，相關係數的R2值均高於0.90，其中M-D模型為0.99。單板鬆緊麵表麵的潤濕性和滲透性隨溫度的升高變化差異不大，可以在生產中忽略。在20℃時，芯材表麵潤濕性和滲透性要好於單板鬆緊麵，但是隨著溫度的增加，差異減小。

(5)摩爾比對PF樹脂的表麵特性影響較大。摩爾比為1.75以上時，PF樹脂液體表麵張力變化很小，非極性分量占主導地位，當摩爾比為2.5時，表麵張力和非極性分量最大，而極性分量最小，PF樹脂表麵張力越小，潤濕性越好。PF樹脂表麵總表麵自由能和極性分量隨著摩爾比的降低，呈現先增大後減小的趨勢，與樹脂表麵的-OH關係密切。不同摩爾比固化後，峰值差距不大，隻有苯環骨架-CH振動吸收峰，隨著摩爾比的降低，峰值強度逐漸增加，這主要是苯酚含量逐漸增加的原因。

(6)表麵粗糙度對新加工木材和陳放木材的膠合強度影響不同。木材的膠合強度隨著由Zisman方程計算得出的表麵自由能與膠合強度之間的增加而不斷降低。對於新加工木材，膠合強度隨著表麵自由能增大而減小，當極性分量增加時膠合強度也降低，這種規律非線性相關。陳放木材的膠合強度隨著表麵能增加而降低。對於S-D方程，新加工木材隨著滲透性的增加，膠合強度增加，但對於陳放木材而言，相關性不明顯，利用M-D模型得到的關係和S-D方程基本一致，利用Santoni模型計算出的滲透速率(K值)和膠合強度之間的關係也不明顯。

(7)熱壓過程中，芯層溫度隨著時間的增加而不斷增加，在熱壓溫度(上下壓板的溫度)增加時，膠合板芯層的升溫速率逐漸增加，平均膠合強度隨著時間的增加而不斷增加，最終到達一個相對平衡值。FTIR說明樹脂結構中羥甲基發生了聚合反應，相對數量減少。13CCP/MAS NMR分析表明亞甲基橋鍵碳原子與未反應的羥甲基碳原子的比值隨著加熱固化時間的增長而增加，說明固化程度的增加，膠合強度也增加。