王艷偉， 吳忠其*， 王天成， 姜 俊， 張子谷， 孫龍祥， 徐 立

(1.久盛地板有限公司，浙江 南潯 313009；2.浙江省木業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心南潯檢驗所，浙江 南潯 313009)

熱壓參數(shù)對碳纖維發(fā)熱實木復(fù)合基板膠合性能的影響

王艷偉1， 吳忠其1*， 王天成1， 姜 俊2， 張子谷1， 孫龍祥1， 徐 立1

(1.久盛地板有限公司，浙江 南潯 313009；2.浙江省木業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心南潯檢驗所，浙江 南潯 313009)

以桉木膠合板為基材，紅橡木皮為貼面，中間嵌入碳纖維紙作為發(fā)熱芯層，通過壓貼制備得到碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板。通過單因素實驗分析，著重討論熱壓工藝參數(shù)對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻變化的影響。結(jié)果表明：以膠合性能為參考依據(jù)，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板的適宜熱壓工藝為：熱壓時間6 min、熱壓溫度115 ℃、熱壓壓力1.2 MPa、施膠量170 g/m2。

碳纖維發(fā)熱層；復(fù)合地板；熱壓工藝參數(shù)；膠合性能

我國的采暖主要包括散熱器采暖、地?zé)岬匕遢椛洳膳?、中央空調(diào)采暖、壁掛式燃?xì)獠膳?、熱風(fēng)采暖及電熱膜采暖等幾種方式[1-2]。碳纖維發(fā)熱地板采暖作為一種新興的電熱地板采暖方式逐漸興起，據(jù)輻射供暖供冷委員會不完全統(tǒng)計，2014年我國地采暖行業(yè)總產(chǎn)值近400億元(不含施工設(shè)備與新能源)，總體增長約5%～10%，預(yù)計未來3～5年，城市供熱市場將保持15%以上的增速[3-4]，可見碳纖維發(fā)熱地板市場前景廣闊。碳纖維發(fā)熱實木復(fù)合地板是一種以電為能源、碳纖維紙為發(fā)熱層的采暖地板，具有散熱均勻、清潔舒適、保健理療、節(jié)能環(huán)保、定點制熱、維修簡單等特點[5-6]。但因基板內(nèi)部嵌入了碳纖維紙發(fā)熱層，故地板的膠合性能受到一定影響。本文著重探討熱壓參數(shù)對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻的影響，旨在為碳纖維發(fā)熱實木復(fù)合地板生產(chǎn)企業(yè)工藝的制定及優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

(1)基材：桉木膠合板，規(guī)格930 mm×135 mm×12.9 mm，含水率7%～9%，靜曲強(qiáng)度45 MPa，甲醛釋放量E0級；

(2)面層：紅橡木皮，規(guī)格930 mm×135 mm×2 mm，含水率7%～9%；

(3)碳纖維紙：規(guī)格870 mm×100 mm×0.02 mm，克重54 g/m2，方阻350 Ω/m2，購自北京碧巖特種材料有限公司；

(4)銅片：規(guī)格100 mm×12 mm×0.07 mm，中間圓孔；

(5)銅釘：長10 mm，φ6.75 mm；

(6)膠黏劑：三聚氰胺改性脲醛膠為主劑，加入膠粉(Prefere 4638)、小麥粉、固化劑(甲酸∶水=1∶1)，各成分配比為膠粉∶小麥粉∶脲醛膠∶固化劑=1∶2∶10∶0.02，調(diào)制，pH值6.5，購自太爾化工(上海)有限公司。

1.2 試驗主要設(shè)備

平板硫化機(jī)(XLB-D500Y500)、萬用表(DT9801)、數(shù)顯恒溫水浴鍋、數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、電動攪拌機(jī)、手動涂膠機(jī)等。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗流程

碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板制造試驗流程如圖1所示。

圖1 碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板制造實驗流程

(1)平衡：將桉木膠合板、紅橡木皮放入恒溫恒濕箱(溫度30 ℃，濕度65%)，調(diào)節(jié)其含水率至7%～9%；

(2)打孔：在基材兩端中部距端頭35 mm處分別打直徑為7 mm的圓孔；

(3)施膠：兩次施膠，首先在基材上涂總膠量60%(誤差≤±2%)，安裝銅電極并覆碳纖維紙，然后再涂余下的40%膠，施膠量根據(jù)實驗設(shè)定調(diào)整；

(4)組坯：將紅橡木皮覆在施膠后的桉木膠合板基材上；

(5)靜置：上負(fù)重物，使紅橡木皮緊貼于基材表面，防止膠黏劑因水分流失變干，靜置10 min，使膠黏劑滲透至碳纖維紙內(nèi)部；

(6)冷壓：壓力0.6 MPa，加壓時間8 min；

(7)熱壓：以實際生產(chǎn)熱壓參數(shù)為基礎(chǔ)，并根據(jù)實驗要求進(jìn)行調(diào)整；

(8)養(yǎng)生：將制成的復(fù)合基板放置養(yǎng)生5～6天，以釋放應(yīng)力。

碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

1.3.2 實驗設(shè)計

通過單因素實驗，研究熱壓時間、施膠量、熱壓壓力、熱壓溫度這4個因素對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻變化的影響，每個因素選取6個變化點，見表1。

圖2 碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板結(jié)構(gòu)示意圖

表1 實驗參數(shù)變量值設(shè)定

實驗號熱壓時間/min施膠量/g·m-2熱壓壓力/MPa熱壓溫度/℃121100685241300995361501210548170151155101901812561221021135

1.4 性能測試

(1)膠合性能：按GB/T 18103-2013《實木復(fù)合地板》要求進(jìn)行浸漬剝離試驗。每組試驗6點重復(fù)，每個重復(fù)點取4塊試件做浸漬剝離試驗，每組另設(shè)一個普通復(fù)合基板作對照組。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 熱壓時間對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻的影響

熱壓時間對基板膠合性能的影響如圖3所示，對基板電阻的影響如圖4所示。

隨著熱壓時間的增加，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)熱壓時間為6 min時，浸漬剝離合格率達(dá)83.3%以上，基板膠合性能可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)熱壓時間增加至10 min以上，膠合性能仍可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但合格率略有降低。熱壓時間是膠黏劑固化的基礎(chǔ)，因此不宜太短，以保證膠層完全固化，提高膠合質(zhì)量，但時間過長會增加膠合板壓縮率，基板尺寸的穩(wěn)定性差且浪費(fèi)能源，降低生產(chǎn)效率，甚至可能導(dǎo)致膠層固化過度而降低膠合性能[7]。由圖3可知，當(dāng)基板內(nèi)部嵌入了碳纖維紙后膠合性能比對照組有所降低，所以生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制熱壓時間。由圖4可知，熱壓時間變化對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板電阻的影響規(guī)律不明顯，在本研究條件下熱壓時間建議選為6 min。

圖3 熱壓時間對基板膠合性能的影響

圖4 熱壓時間對基板電阻的影響

2.2 施膠量對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻的影響

施膠量對基板膠合性能的影響如圖5所示，對基板電阻的影響如圖6所示。

圖5 施膠量對基板膠合性能的影響

圖6 施膠量對基板電阻的影響

施膠量對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能影響較大，施膠量不足會出現(xiàn)面層脫膠，尤其是基板內(nèi)嵌入了碳纖維紙后現(xiàn)象更為明顯[8]。由圖5可知，隨著施膠量的增加，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)施膠量為170 g/m2時，浸漬剝離合格率達(dá)91.7%以上，基板膠合性能均遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)施膠量繼續(xù)增加，基板膠合質(zhì)量不再提高。實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)施膠量為180 g/m2以上時反而會出現(xiàn)漏膠現(xiàn)象(膠黏劑從板側(cè)滲出)。本研究因基板內(nèi)部嵌入了碳纖維紙，其膠合強(qiáng)度與普通復(fù)合基板相比偏低，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)控制施膠量，既要保證基板膠合性能達(dá)到要求，又要節(jié)省成本，降低甲醛釋放量，同時還要考慮碳纖維紙對膠黏劑的吸收等因素，綜合考慮施膠量。由圖6可知，在其他因素均相同的條件下，隨著施膠量的增加，基板電阻呈略下降的趨勢，可能是由于碳纖維紙對膠黏劑的吸收產(chǎn)生了溶脹作用，使碳纖維間搭接點增多，導(dǎo)電截面增大，因而電阻呈現(xiàn)出略下降的趨勢[9]。在本研究條件下，施膠量建議選為170 g/m2。

2.3 熱壓壓力對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻的影響

熱壓壓力對基板膠合性能的影響如圖7所示，對基板電阻的影響如圖8所示，與電阻下降率的關(guān)系見表2。

圖7 熱壓壓力對基板膠合性能的影響

圖8 熱壓壓力對基板電阻的影響

表2 熱壓壓力與電阻下降率關(guān)系表

壓力/MPa電阻下降率/%標(biāo)準(zhǔn)差063783205093653161123622128153605173183548130213548154

由圖7可知，隨著熱壓壓力的增加，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合強(qiáng)度明顯提高，當(dāng)熱壓壓力為1.2 MPa時復(fù)合基板浸漬剝離合格率達(dá)91.7%以上。熱壓壓力繼續(xù)增大，基板膠合性能變化不明顯。由表2可知，熱壓壓力對基板電阻的影響較為明顯，隨著熱壓壓力的增大，基板電阻下降，可能是由于碳纖維紙具有壓阻特性，在壓力作用下碳纖維之間搭接點增多，導(dǎo)致基板電阻不斷下降，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到1.2 MPa后，電阻幾乎不因壓力的變化而變化(見圖8)，說明碳纖維紙電阻在0.9～1.2 MPa范圍內(nèi)存在一個“閾值”，當(dāng)壓力達(dá)到該值后，電阻不會再隨壓力增加而改變[10]。熱壓壓力對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻都會產(chǎn)生影響，熱壓壓力過小膠合性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，壓力過大又會增加基板壓縮率，影響尺寸穩(wěn)定性，甚至可能破壞基板內(nèi)部的細(xì)胞形態(tài)。在本研究條件下，熱壓壓力建議選為1.2 MPa。

2.4 熱壓溫度對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能及電阻的影響

熱壓溫度對基板膠合性能的影響如圖9所示，對基板電阻的影響如圖10所示。

圖9 熱壓溫度對基板膠合性能的影響

圖10 熱壓溫度對基板電阻的影響

熱壓溫度是膠黏劑固化的重要因素，不同種類的膠黏劑固化溫度不同，熱壓溫度對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能影響比較明顯。由圖9可知，隨著熱壓溫度的增加，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)熱壓溫度為115 ℃時基板浸漬剝離合格率達(dá)95.8%以上，但熱壓溫度繼續(xù)升高，基板膠合質(zhì)量并未繼續(xù)提高，甚至反而降低。說明與熱壓時間類似，熱壓溫度也不宜過高，否則易導(dǎo)致膠層固化過度[11]。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)控制好熱壓溫度，在保證膠黏劑充分固化、膠合性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，選擇較為適宜的熱壓溫度，這樣可節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本。由圖10可知，在其他因素相同的條件下，基板電阻隨熱壓溫度的升高逐漸降低并趨于穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)115 ℃時電阻基本穩(wěn)定。在本研究條件下，熱壓溫度建議選為115 ℃。

3 試驗驗證

按上述試驗結(jié)論，設(shè)定碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板熱壓工藝參數(shù)為：熱壓時間6 min、施膠量170 g/m2、熱壓壓力1.2 MPa、熱壓溫度115 ℃，在此條件下做8塊復(fù)合基板，每塊基板上取4個試件，然后按照GB/T 18103-2013《實木復(fù)合地板》要求做浸漬剝離試驗。驗證結(jié)果表明，浸漬剝離合格率達(dá)93.8%，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4 結(jié)論

(1)熱壓時間、施膠量、熱壓壓力、熱壓溫度對碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合性能均會產(chǎn)生一定的影響，其中施膠量、熱壓壓力、熱壓溫度對基板電阻影響略明顯，熱壓時間對基板電阻幾乎無影響，此外，各參數(shù)之間還可能會產(chǎn)生一定的交互作用。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)綜合考慮各方面因素，以尋求更為適宜的熱壓工藝。

(2)在本試驗條件下，碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板的適宜熱壓工藝參數(shù)為：熱壓時間6 min、施膠量170 g/m2、熱壓壓力1.2 MPa、熱壓溫度115 ℃。通過試驗驗證，在該工藝條件下碳纖維發(fā)熱復(fù)合基板膠合質(zhì)量遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

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(責(zé)任編輯 張雅芳)

Effect of Hot-pressing Parameters on the Adhesive Performanceof Carbon Fiber Heating Parquet Substrates

WANG Yan-wei1， WU Zhong-qi1*， WANG Tian-cheng1， JIANG Jun2，ZHANG Zi-gu1， SUN Long-xiang1， XU Li1

(1.Jiusheng Flooring Co.，Ltd.，Nanxun Zhejiang 313009，China；2.Nanxun Inspection Institute of Zhejiang Wood Product Quality Inspection Center，Nanxun Zhejiang 313009，China)

In this paper，with eucalyptus plywood as carbon fiber heating parquet substrates，red oak as the veneer，carbon fiber paper embedded in the middle as the heating materials，carbon fiber heating parquet substrates are obtained by hot pressing.Through single-factor experiment analysis，the effect of hot-pressing parameters on carbon fiber heating parquet substrate adhesive performance and resistance variation is emphatically discussed.The results show that with adhesive strength as reference basis，the hot-pressing technology suitable for carbon fiber heating parquet substrates is：hot-pressing time：6 min，temperature：115 ℃，pressure：1.2 MPa，amount of adhesive coating：170 g/m2.

carbon fiber heating layer；parquet；hot-pressing parameters；adhesive performance

2016-09-20

浙江省科技計劃項目“碳纖維發(fā)熱木竹功能復(fù)合材料研制與示范”(2014NM009)

王艷偉(1984-)，男，工程師，碩士，研究方向為木材科學(xué)與技術(shù)。

*通訊作者：吳忠其(1980-)，男，高級工程師，本科，研究方向為木材科學(xué)與工程。

TS612

A

2095-2953(2017)01-0018-05