利用傅里叶变换红外光谱分析高温对木材-胶粘剂界面性能的影响

摘要：

胶合木层板间界面起传递应力的作用,是构件承载的重要参数,其高温胶合性能决定了构件的抗火性能.以兴安落叶松结构材,以及结构用间苯二酚-酚醛树脂胶粘剂(PRF )和三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂(M U F)为研究对象,研究了20～280 ℃中木材含水率、密度、顺纹弦向抗剪强度和木材-胶粘剂界面胶合性能等216个试件在高温中的物理力学性能变化规律,通过傅里叶变换红外光谱分析高温中胶粘剂官能团变化,揭示了高温对木材-胶粘剂界面性能的劣化机理.结果表明,20～150 ℃时,兴安落叶松主要发生由水分释放导致的木材密度降低等物理反应,木材颜色未发生明显变化;150～200 ℃时,木材热降解开始,密度下降速度变缓,木材颜色逐渐加深;温度继续升高时,木材热降解加剧,颜色急剧加深,木材密度损失快速增加;当温度升至280 ℃时,木材发生炭化、完全转化为黑色,密度降至常温的72.49%.高温对兴安落叶松顺纹弦向抗剪强度有明显的劣化作用;20 ℃时木材抗剪强度为9.654 M Pa ,20～110 ℃时木材抗剪强度下降较快,150 ℃时降至常温的60. 68%;150～280 ℃时,木材顺纹抗剪强度急剧下降,280 ℃时降至1. 054 M Pa .木材-胶粘剂界面的高温性能与胶粘剂的耐热性能密切相关;常温时,兴安落叶松与PRF和M U F均有较好的胶合性能,其界面抗剪强度分别为9.071和9.619 M Pa ,木破率均在80% 以上;随着温度的升高,两种胶粘剂的界面抗剪强度均明显降低,木材-PRF界面较木材-M U F具有更好的耐高温性能. 20～150 ℃时,两种胶粘剂界面抗剪强度劣化规律与木材抗剪强度相似,150 ℃时木材-PRF和木材-M U F的界面抗剪强度分别为常温的60.61% 和60. 92%,木破率均高于70%. 150～280 ℃时,木材-PRF界面抗剪强度劣化规律仍与木材顺纹抗剪强度相似,280 ℃时降至0.774 M Pa ;木材-M U F界面胶合性能受温度影响更大,220℃时其木破率为10%,280 ℃时界面抗剪强度降至0 M Pa .傅里叶变换红外光谱图中,20～150 ℃时PRF化学结构无明显变化;温度高于150 ℃时主要发生胶粘剂的进一步交联,以及醚键和亚甲基桥的断裂,PRF开始热解,但化学结构仍较完整;20～150 ℃时M U F的化学结构无明显变化,温度高于200 ℃时,羟甲基特征峰减弱、异氰酸酯基团产生,热降解剧烈,PRF较M U F具有更高的耐热性能.研究结果将为木结构工程合理选择原材料提供数据支撑,并为完善木结构抗火设计理论和方法提供依据.

关键词：木材-胶粘剂界面、抗剪强度、高温、傅里叶红外光谱

所属期刊栏目：39

分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：国家重点研发计划项目2017YFC0703501-04 ,江苏省建筑产业现代化专项引导资金科技支撑项目苏财建[2016]226号-12

在线出版日期：2019-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3179-3183