在与胶接性能相关的木材因子方面，国内外不少学者针对木材纤维方向对胶合强度的影响进行了大量研究：当两被胶接材的纤维方向呈某个角度时，如纤维方向垂直相交时的胶接强度要比平行时小得多，即同一纤维方向胶接的胶合材，其胶合强度最大，此种产品诸如集成材和单板层积材(LVL)等。并且随着纤维方向角度的增加，胶合材的胶合强度逐渐下降，当纤维方向互相垂直胶接时，其胶合强度最低，与纤维方向互相平行时相比，胶合强度仅为其1/4~1/3(郭柏林等，1994)，常用的产品诸如胶合板和三层实木复合地板等。Martin等(1998)也研究木材纤维方向对液体胶粘剂向木材表面渗透的影响，研究表明：在木材端面施加胶粘剂时，胶滴会沿着细胞腔渗入，易使端面缺胶，造成木材胶接强度下降；而Marian等(1958；1962)认为液体胶粘剂在弦切面(木材径向渗透)或径切面(木材弦向渗透)上由于受到细胞壁的阻碍而影响渗透。

在纤维互相平行胶接的条件下，胶接面也有弦径面之分。本文以东北主要树种兴安落叶松(Larix gmelinii)为原料，旨在探索不同剖切方向对胶接性能的影响，为落叶松胶接木材的开发和制造提供理论基础和实际指导。

1 材料与方法 1.1 材料

试验用兴安落叶松采自内蒙古满归林业局天然林，胸径28 cm，采集株数为5株，密度平均为0.631g·cm^-3，年轮宽度平均为2.2 mm。水性高分子异氰酸酯(API)胶粘剂(陈丽娟等，2001)为两液型胶粘剂，由主剂和交联剂构成。交联剂外观为棕色液体，是用隐蔽剂配制成浓度为75%的PAPI溶液，使用时按主剂和交联剂的重量比为100:15的比例混合使用。

1.2 方法 1.2.1 压缩剪切胶合强度试件的制作

经制材、干燥、纵锯、平刨、横截锯后，参照水性高分子异氰酸酯(API)胶粘剂标准JIS K 6806制作落叶松的径切板和弦切板的压缩剪切胶合强度试件，试件长为300 mm(顺纤维方向)，宽为25 mm，厚度为10 mm。

为使弦径向压缩剪切强度值具有可比性，各组弦径向试件均是从同一块木材上锯制下来的。锯制下来的试件用塑料薄膜包装，共10组，每块木板在锯制出弦径向胶接试件的同时，还要留出一部分锯制木材顺纹抗剪强度试件。所有试件经调质处理，使含水率在10%左右。

制作压缩剪切胶合强度试件时，将配制好的API胶粘剂以140 g·m^-2的施胶量均匀涂施在拟胶接的材面上。胶接面积为25 mm×25 mm，用1.0~1.5 MPa的压力压紧，并在20~ 25℃的条件下静压24 h后卸压，然后在相同的温度下放置72 h后备用。

为了减少试验数据的波动性，在试验中应注意以下几点。

挑选好试件：纤维方向应保证平行于试件的最长边，避免由于木材锯制时产生的斜纹理而造成对落叶松木材弦径向胶合强度差异的影响。一般情况下，在试件端面作一条板厚度中心线，再作年轮的切线，两条直线的夹角大于60°为径切板，小于30°为弦切板(尹富才，1993)。在本试验中，为了使弦径向试件间的差别更加明显，在选择径切板时，认为板厚中心线和年轮切线的夹角在75°以上为径切板，小于15°为弦切板。

为了减少试验过程中的组内偏差平方和，对每一组内的弦径向试件进行称重。对于长×宽×厚为30 mm×25 mm×10 mm试件，重量偏差控制在±0.1 g内为一组。经过这样称重后的试件再组装成对，以保证每一对比组内的弦径向试件密度基本一致，减少由于木材密度的不同而造成对弦径向胶合强度差异的影响。

由于API胶粘剂的适用期短，在夏季，活性期仅为30 min左右，为了避免陈化时间对落叶松木材的弦径向胶合强度造成的影响，试验过程中保证试件在涂胶后10 min内上压。

严格控制涂胶量，对于长×宽×厚为30 mm×25 mm×10 mm试件，按施胶量为140 g·m^-2计算每个胶合强度试件上的胶量应为0.087 5 g，具体操作对应控制在(0.087 5±0.000 2)g内。

1.2.2 常态和反复煮沸压缩剪切胶合强度的测试方法

制作好的试件即可进行常态压缩剪切胶合强度测试。反复煮沸压缩剪切胶合强度试件是在常态压缩剪切胶合试件制好后，先将其在沸水中煮沸4 h，再用(60±3)℃的热空气干燥20 h，然后再放入沸水中煮沸4 h，经过这些处理之后浸入室温水中冷却，在潮湿状态下进行检测。试验在日本岛津AG-10TA万能力学试验机上进行，加载速率为1.00 mm·min^-1。

1.2.3 顺纹抗剪强度的测定方法

影响木材胶接强度结果的因素有很多，诸如，胶粘剂、被胶接材料——木材本身、试片制作及胶接工艺、试验机、试片数和尺寸等。这些因素对胶接强度测定值的影响有的是独立的，有的是相关的。本试验采用的是API胶粘剂，其胶接强度相对很高，那么就很有可能会使落叶松木材胶合试件的强度取决于被胶接木材本身的强度。为探究落叶松木材本身弦径向的剪切强度是否存在差别，参照GB 1937-91检测落叶松木材弦径向顺纹抗剪强度。主要设备有电子天平：感量为0.1 mg；实验室自制的压钳；日本岛津AG-10TA万能力学试验机；河北省黄骅市航天仪器厂生产的DZKW-D水浴锅。

2 结果与分析 2.1 落叶松木材API胶粘剂弦径面的胶接强度

落叶松木材API胶粘剂弦径面常态压缩剪切强度和反复煮沸压缩剪切强度见表 1。可以看到：落叶松径切板的常态压缩剪切强度平均为6.73 MPa，弦切板为4.77 MPa，这个差值可能是由试验误差引起的，还可能是落叶松木材弦径向常态压缩剪切胶合强度确实存在差异。因此为了检验落叶松胶合试件弦径向常态压缩剪切胶合强度的差异在统计上是否可认为显著，采用t检验来证明(程瑞香等，2001)。

经检验，当显著性水平α=0.05时，落叶松胶合强度试件的弦径向常态压缩剪切强度有显著性差异，径切板大约是弦切板的1.41倍。

从木破率情况来看，径切板胶合强度试件的木破率很低，而弦切板的木破率相对很高，基本上是木材破坏，且弦切板试件大部分在落叶松早晚材急变的交界处或轮界处破坏(图 1)。

同样，经t检验(α=0.05)证明落叶松弦径向胶合强度试件的反复煮沸压缩剪切强度有显著性差异，径切板是弦切板的0.29倍。

从木破率方面来看，径切板的反复煮沸压缩剪切强度试件的木破率基本为零，而弦切板的不全为零，比径切板的木破率高。

2.2 落叶松木材弦径面顺纹抗剪强度

落叶松木材弦径面顺纹抗剪强度见表 2。可以看出：落叶松木材径向的顺纹抗剪强度为14. 24 MPa，弦向为11.07 MPa。经t检验证明：两组的平均值之间存在显著性差异(α=0.05)，即落叶松木材径向的顺纹抗剪强度是弦向的1.29倍。

为了估计落叶松木材的弦径向顺纹抗剪强度值在落叶松木材的压缩剪切强度胶合试件中起多大作用，可采用剪切强度率来评价，根据木材的剪切强度率来判断木材的胶合强度试件发展木材本身强度的程度(Freeman，1959)。用落叶松胶合强度试件的常态压缩剪切强度除以顺纹抗剪强度计算出剪切强度率，即

(1)

剪切强度率P越大，说明落叶松胶合强度试件发展木材本身强度的程度越高，剪切强度率越小，说明胶合强度试件发展木材本身强度的程度越低。落叶松木材的剪切强度率见表 3。

尽管落叶松木材本身的弦径向顺纹抗剪强度存在差异，但从表 3计算得到的剪切强度率(径向为47.26%，弦向为43.08%)可以看出，弦径向胶合强度试件发展落叶松木材本身弦径向顺纹抗剪强度的差异不大，说明造成这种差异主要是由于落叶松木材本身的弦径向的差异引起的。

造成落叶松木材本身弦径向差异的根本原因在于其木材的结构。从宏观上看，落叶松生长轮分界明显，早晚材间过渡为急变。早材与晚材密度和解剖特征相差悬殊，尽管早材带通常占年轮宽度的一半以上，但晚材绝干密度为早材的2.2倍。早材和晚材管胞构造差异很大，早材管胞往往是相对大的、薄壁的细胞，而晚材是狭一些的、厚壁细胞。从横截面上看，早材管胞的横截面积约为晚材管胞的3倍，表面孔隙度也为晚材管胞的3倍，而胞壁厚度为晚材的1/2倍(陆文达，1993；濮安彬等，1995)。从超微结构上看，落叶松早晚材管胞壁次生壁S₂层的纤丝斜度不一样，早材的纤丝角为30°，晚材的为19°(周崟等，1994)。而又由于弦切面的常态压缩剪切强度试件大部分在早晚材急变的交界处或轮界处破坏，从而导致弦切面的常态压缩剪切强度比径切面的小。一般地讲，生长轮越宽，晚材率越小，这可能是导致生长轮越宽，弦径向的常态压缩剪切强度差异越小的主要原因。

由于早晚材解剖特征上的巨大差异，导致落叶松的弦径向干缩比值较大，弦向的干缩系数为0.398，径向的为0.169。在湿热的作用下，弦向的干缩可能有所下降(陆文达，1993；濮安彬等，1995)，这可能是造成落叶松弦径向反复煮沸压缩剪切强度差异的原因之一。同时落叶松径面的纹孔(图 2)比弦面(图 3)的多，由于纹孔可以成为水分的通道，使水分进入到胶层，使胶层受到破坏。再者，由于落叶松的早晚材的湿胀率不一样，早材的湿胀率大，晚材的小，由此产生的湿胀力作用于胶层，使胶层产生错动，同时也使得煮沸过的落叶松材面不平，水分就会沿着低凹的晚材带进入胶层，使得径切面的反复煮沸压缩剪切强度比弦切面的低。由于弦径面实际胶接的面积不同造成弦径面上API胶粘剂与之形成的化学键的数量不同，这也可能是造成落叶松弦径切板的反复煮沸压缩剪切强度不同的原因之一。关于落叶松弦径面反复煮沸压缩剪切强度差异原因的推论还有待于今后的工作进一步证明。

3 结论

落叶松木材的剖切方向对胶接性能有影响。落叶松径切板胶合强度试件的常态压缩剪切强度大约是弦切板的1.41倍，而径切板的反复煮沸压缩剪切强度只是其弦切板的0.29倍。

通过比较落叶松弦径向的剪切强度率可知，弦径面的常态压缩剪切强度存在差别的主要原因是由于落叶松木材本身弦径向强度间的差异造成的。