木材焊接技术_无胶胶合_的研究进展

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1、2014年6月第23卷第6期Vol.23No.6，Jun.2014中国胶粘剂CHINAADHESIVES（347）-47-专题与综述木材焊接技术（无胶胶合）的研究进展周晓剑1，AntonioPizzi2，杜官本1（1.西南林业大学云南省木材胶粘剂及胶合制品重点实验室，云南昆明650224；2.洛林大学，法国88051）摘要：介绍了木材焊接技术的原理、优点，着重综述了木材焊接（线性摩擦焊接、旋转摩擦焊接）的影响参数、焊接过程因素（如温度、化学反应和挥发物等）的影响、耐水性改进及其应用开发。最后

2、就木材焊接技术所存在的问题对未来相关产品的性能、尺寸、种类及适用领域提出设想。关键词：木材焊接；无胶胶合；线性摩擦焊接；旋转摩擦焊接；影响参数中图分类号：TG498.2文献标志码：A文章编号：1004-2849（2014）06-0047-07DOI:10.13416/j.ca.2014.06.0120前言焊接技术在热塑性材料（以金属和塑料为主）领域中已取得很大发展。这些材料经焊接后，可有效改善产品尺寸、形状和性能，解决某些特定的技术难题，在汽车工业领域的应用尤为突出。木材也是一种高分子材料，主要

3、由纤维素、半纤维素和木质素等组成。木材焊接技术是指木基材料在一定外力作用和无胶粘剂的前提下，木质素和半纤维素等聚合物熔融打结后形成稳定的缠结网络，冷却后实现木材焊接的一项技术。在石化产品日益枯竭和价格不断攀升的今天，提出木制品“绿色”加工理念是极其必要的。木制品“绿色”加工过程除使用天然胶粘剂对木基原料进行粘接外，木材焊接以其加工速率快、机械强度高等优势也逐步成为人们关注的焦点。从目前已有的文献来看，国内尚未开展木材焊接方面的研究，故本课题组对木材焊接的研究进展进行综述，以期为后续研究提供相应的

4、参考依据。1木材焊接的优点1.1保留木材原有的美观性木材的天然色泽给人以舒适、自然和返璞归真的感觉，在木制品制备过程中保留木材的天然纹理和表面性能，能极大提高商品的价值。木材焊接技术并没有利用外部辅助连接件来重组木材，也无某收稿日期：2013-12-05；修回日期：2014-06-15。基金项目：“十二五”支撑计划项目研究任务（2011-4-20）。些胶接制品易出现的胶线、胶斑等现象，完全是纯天然的木材色泽。1.2提高木制品的力学性能在合理焊接工艺的指导下，通过专用设备对木材进行焊接，可使木材

5、焊接产品的力学强度高于木材自身强度，并且木破率超过95%。1.3提高生产效率在木制品生产过程中，若使用聚醋酸乙烯酯（PVAc）胶粘剂和木榫进行胶接时，需24h左右才能使胶粘剂完全固化，而木材焊接技术仅需几秒钟就可完成固化。1.4焊接后的木制品易回收无论是线性摩擦焊接还是旋转摩擦焊接，焊接产品都只是木材与木材之间的接合，并无胶粘剂和金属连接件的加入，故木材焊接产品回收容易、方法简单、成本较低且重复利用率较高。1.5有效保护环境木材焊接使用的原料是木材自身，既不会出现金属螺钉连接因生锈而腐蚀木材现象

6、，也不会出现胶粘剂黏合的复合板材给环境带来的任何危害，整个焊接过程属于“绿色”加工。作者简介：周晓剑（1982—），云南保山人，博士，研究方向为木材胶粘剂和木质复合材料等。E-mail：xiaojianzhou@hotmail.com通讯作者：杜官本。E-mail：gongben9@hotmail.com-48-（348）中国胶粘剂第23卷第6期2木材焊接研究压力圆棒榫预钻孔木质基材木质基材性线摩擦焊接旋转摩擦焊接在Suthoff等[1]利用摩擦技术粘接木材（木材焊接领域的第一项专利技术）之

7、后，木材焊接技术得到空前发展。迄今为止，木材焊接技术可分为线性摩擦焊接和旋转摩擦焊接[2]两大类（两者的大致工艺过程如图1所示）；此外，超声波木材焊接[3]和激光木材焊接[4]也可应用于此领域，但两者因成本较高、加工尺寸受限等因素而未能得到较好发展。图1两种不同的木材焊接工艺Fig.1Twokindsofdifferentwoodweldingtechnologies2.1木材焊接原理2.1.1线性摩擦焊接线性摩擦焊接技术是指两块或多块木材在一定的压力、振幅和频率等作用下实现的高速摩擦运动，摩擦

8、产生的热量熔融了木材内部的部分聚合物（主要以木质素和半纤维素为主）；当摩擦运动停止后，熔融的聚合物冷却形成缠结网络，从而实现了木材焊接[5]。2.1.2旋转摩擦焊接旋转摩擦焊接技术是指高速旋转的圆棒榫在外力作用下，快速插入到两块或多块已经预钻孔的木材内；当达到预定深度时，旋转的圆棒榫瞬间停止运动并将木材连接在一起，从而实现焊接的一项技术[6]。与线性摩擦焊接原理一样，旋转摩擦焊接也是由于摩擦生热，在圆棒榫和孔的表面形成一层熔融的界面层；当焊接停止后，熔融的界面层开始冷却，从而实现了焊接。2.2影