胶合板物理力学性能physico-mechanicalproperties of plywood

胶合板具有的密度、质量和受水、热、声、电作用时所显示的反应能力，以及它在外力作用下所显现的抵抗能力。普通胶合板在使用时有重要影响的物理力学性能为含水率和胶合强度，其中胶合强度既可检验胶合板的胶合质量，又可衡量胶合板的耐久性。对于特种胶合板，物理性能除含水率外还有密度、导热性、吸音性、尺寸稳定性等；力学性能还包括静曲极限强度和静曲弹性模量，以及抗拉、抗压、抗剪、抗冲击韧性等各种极限强度。
物理性能 ❶含水率：胶合板与普通实体木材一样，无论对气态或液态的水都有很强的亲合力。因而显示出吸湿性。当两者的树种相同时，它们的纤维饱和点也相同（见木材水分）。当胶合板的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率的变化产生干缩或湿胀，使胶合板翘曲变形。只有当胶合板的含水率与周围大气的相对湿度平衡时才无此现象。胶合板的含水率不但影响木材纤维强度，而且还影响胶合板的胶合强度。通常，胶合板的胶合强度随含水率的增加而降低。而下降的程度取决于所用胶粘剂的耐水性能。为尽量减少胶合板含水率变化所产生的影响，在产品标准中规定了胶合板出厂时的含水率指标值。国际标准化组织(ISO)制定的国际标准要求胶合板出厂时的含水率应在6～14%之间。影响胶合板含水率的因素有涂胶量、板坯陈放时间和热压工艺等。通过调整和控制上述各种工艺参数，可将胶合板的含水率稳定在产品标准规定的范围内。胶合板的含水率通常用绝对含水率表示。国际标准规定用称量法测定胶合板的含水率，即测定试件在取样时的质量和在103±2℃温度下干燥到恒定质量后的质量差，然后计算失去的质量对干燥后质量的百分比，就是胶合板的含水率。
❷密度：胶合板单位体积内所含的质量。国际标准规定测定胶合板密度时，先要将试件在相对湿度为65±5%、温度为20±2℃的大气中平衡到恒定质量。影响胶合板密度的因素主要有树种、胶种、胶合工艺、胶合板的厚度和层数等。由于胶合板在胶合时需施加压力而使木材致密，因此胶合板的密度要比相同树种木材的密度稍大些。
❸导热性：木材顺纹方向的导热系数约为横纹方向的2倍。胶合板是由一定纹理方向纵横排列的单板组合而成，导热系数小于普通木材，其值取决于顺纹单板与横纹单板厚度之比。针叶树材胶合板横纹导热系数平均为0.1千卡/米·时·℃，阔叶树材胶合板相应为0.145千卡/米·时·℃。
❹吸音性：胶合板具有较大的吸音能力。在512赫兹的频率下，3毫米厚胶合板的最大吸音系数为26%；如在1000赫兹以上时，吸音系数几乎为一恒值即10%。胶合板的吸音性能随木材树种的不同而异。
❺尺寸稳定性：单板经涂胶陈放，部分胶粘剂会渗入单板中，使胶合板的吸湿性和吸水性都低于木材，润胀和干缩值也减少。胶合板各层单板纹理排列方向的不同和胶层的作用，也可起到制约胶合板各向的润胀和干缩值。所以胶合板的尺寸稳定性要优于木材。通常用线膨胀率来表示胶合板的尺寸稳定性，计算公式如下：

式中 Le为线性膨胀率(%); Lw为试件经湿状处理后的尺寸（毫米）;Ld为含水率符合测试要求的试件干状尺寸（毫米）。
影响力学性能的因子 主要有树种、密度、含水率、单板质量、合板结构、胶合工艺、胶种和胶粘剂质量等。❶树种：不同树种的自身强度影响胶合板的强度。一般说阔叶树材胶合板的力学强度比针叶树材胶合板为高。
❷密度：胶合板在生产过程中因单板受压使木材致密，故其强度性能要好于原来的木材。
❸含水率：它不仅影响木材纤维的强度，而且还影响胶合强度。通常胶合强度随含水率的增加而下降。
❹单板质量：单板表面粗糙及厚度误差大，会造成涂胶不均匀和胶合时压缩率不一致，使胶合强度在板内分布不均。单板旋切裂隙对单板横纹抗拉强度的影响可涉及胶合强度。
❺合板结构：胶合板的层数、单板厚度及各层单板的排列方向是决定胶合板强度性能的重要因素。胶合板相邻层单板纤维方向的交错排列缩小了胶合板的纵横向强度差别。当胶合板厚度相同时，层数越多，胶合板的强度越高，纵横向强度也越均匀。
❻胶合工艺：要保证胶粘剂与单板能充分接触并使胶层有良好的固化条件。胶合工艺的合适与否将直接影响胶合板的强度。
❼胶种及胶的质量；对胶合板强度性能的影响主要是胶的耐水性及耐久性。耐水性好的胶种在胶合板吸湿或吸水时，胶合强度降低不大；胶的耐久性差，则胶层易老化，从而使胶合强度迅速下降，缩短了胶合板的使用期限。
力学性能测试要求 测试胶合板各种力学性能时，都要对试件施加外力使试件变形直至破坏。试件的加荷速度和应变速度对测试结果有显著影响，因此要求加载时必须保持恒速。胶合板的缺陷，如节子、裂缝、分层等对强度性能有显著影响，要求在制作试件时应避开影响测试准确性的缺陷部位。试件形状不规则的部位、试件与试验机夹紧装置的接触面，以及胶合板材料的非均质性（如早晚材）均易产生应力集中，从而影响测试结果。一般说，随着试件尺寸减少，材料的非均质性对力学性能测试的影响就增加。为了消除含水率对测试胶合板力学性能的影响，往往在进行干状强度测试前，试件需要在相对湿度为65±5%、温度为20±2℃的空气中进行调湿处理。
胶合强度测定 胶合强度是普通胶合板最重要的力学性能，是判别胶合质量的依据。中国测定普通胶合板胶合强度的试件形状及尺寸（见图），表板厚度自1毫米以下用B型试件。锯制试件时，试件的长度方向应与表板纹理方向一致。槽口深度应锯过芯板厚度到胶层上，槽口的配置要确保试件受载时，一半试件芯板的旋切裂隙受拉伸，而另一半试件芯板的旋切裂隙受压缩。为了检定胶层的耐水性，试件在测试前需经一定的湿状条件处理，根据耐水性的要求，规定了不同的处理方法。测试时，试件两端夹紧于试机的一对活动夹具中，以等速对试件施加拉伸载荷，试件破坏时的载荷除以两槽口之间的剪断面积即为该试件的胶合强度(B型试件还要乘以系数0.9)。对于厚芯结构的胶合板，在计算胶合强度时，还要乘以不同厚度比的胶合强度系数值。除用试件的胶合强度来评定胶合板的胶合质量外，还可用估测试件剪断面的木材破坏率作为评定胶合质量依据。

胶合强度试件形状和尺寸图

特种胶合板力学性能 对不同的特种胶合板，依其结构和使用要求，规定相应的力学性能要求： 航空胶合板的力学性能要求有胶合强度、抗拉强度(顺纹、横纹、45°方向)、对角线剪切强度；船舶胶合板要求有顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、静曲强度、冲击韧度、抗剪强度(45°方向)；纺织用层压板要求有抗冲击韧度、抗剪强度；混凝土模板胶合板要求有胶合强度、静曲强度和静曲弹性模量。
中国普通胶合板、航空用桦木胶合板以及木质层积塑料的力学性能指标值分别列于表1、表2及表3。有关各种特种胶合板力学性能的测试方法及指标值可从其有关产品标准中查阅。

表1 普通胶合板胶合强度指标值

类 别 胶合 板树种	单个试件的胶合强度(MPa)
	Ⅰ、Ⅱ类	Ⅲ、Ⅳ类
椴木、杨木、拟赤杨	≥0.70
水曲柳、荷木、枫香、槭木、柞木 桦木 马尾松、云南松、落叶松、云杉	≥0.80 ≥1.00 ≥0.80	≥0.70

表2 航空用桦木胶合板力学性能指标值

合板厚度	顺纹抗拉强度(MPa)		胶层剪切强度(MPa)
	一 级	二 级	干 状	湿 状
1.0				≥2.0
1.5～4.0	≥78.4	≥66.2	≥2.2	≥1.8
5.0 6.0 8.0～12.0	≥73.5 ≥68.6	≥63.7 ≥58.8	≥2.5	≥1.6
	≥63.7	≥49.0	≥2.7

表3 木质层积塑料力学性能指标值

指标名 称	单 位	指 标 值
		MCS-2	MCS-2-1
冲击韧性 顺纹胶层剪切强度 静曲强度 顺纹抗拉强度 顺纹抗压强度	kJ/m2 MPa MPa MPa MPa	≥78.0 ≥15.0 ≥274.0 ≥255.0 ≥157.0	≥59.0 ≥12.0 ≥216.0 ≥196.0 ≥127.0