机械胶合是由于胶液渗入木材表面敞开的管孔中形成的，胶液渗透的程度与胶合强度有关(科尔曼，1984)。胶合时，胶液应能浸润木材细胞的孔壁并排除微孔内的空气，胶粘剂渗入木材细胞中的孔隙，固化后形成“镶嵌”、“啮合”，才可获得较高的胶合强度，胶液能够渗入木材细胞的孔隙内是机械胶合的关键之一(陈根座，1994)。锯、刨、砂等机械加工影响木材表面形态，不同树种的木材结构对表面形态也有重要的影响。

国外学者把木材胶合时胶合强度的形成过程分为5个步骤：流动、传递、渗透、润湿和固化。流动是指液体胶粘剂在基材外部表面的铺展，传递是指木材组件涂装时导致的液体胶粘剂对相邻木材表面的转移，渗透指的是在压力的作用下，胶粘剂依靠毛细管作用渗入细胞腔中的现象，润湿不仅仅发生在木材外部表面，它同时对液体胶粘剂沿细胞壁的运动也有帮助，最后发生的过程即为固化。“渗透”经常被定义为从界面到胶合基材之间的空间距离，也有人将“渗透”看作是液体运动的过程。机械胶合理论、化学键胶合理论等一直被认为是重要的胶合理论，但无论是上面哪一种情况，胶粘剂对多孔木材的渗透在胶合过程中都扮演着重要角色，一直被认为对胶合强度的高低有重要的影响(Brady et al., 1988；Collett，1972；Sernek et al., 1999)；但由于木材表面的不规则性使得胶粘剂在木材每一表面上的渗透都不一样，这就使得测量渗透很困难。

1 材料与方法 1.1 材料

试材兴安落叶松(Larix gmelinii)和白桦(Betula platyphylla)采自内蒙古满归林业局，柞木(Quercus mongolica)采自黑龙江省东方红林业局。落叶松、白桦和柞木3种树种的密度分别0.631、0.542、0.693 g·cm^-3，年轮宽度分别为2.2、1.9、2.3 mm。3种木材经制材、干燥后，分别加工成长为30 mm(顺纤维方向)、宽为25 mm、厚为10 mm的径弦切面试件。为了使API胶粘剂在每种树种径弦面胶合试件上的渗透具有可比性，每种树种径弦面试件均是从同一株木材上同一部位锯取的。锯制好的试件用塑料薄膜包装，在室温下贮存平衡水分，以消除由于含水率的差异对API胶粘剂在木材弦径面渗透的影响，木材含水率平均为11%。

水性高分子异氰酸酯胶粘剂(陈丽娟等，2001)，主剂包括：聚乙酸乙烯酯乳液(PVAC)：85，丁苯胶乳(SBR)：15，超细碳酸钙(CaCO₃)：20，YLZ-1：1(质量比)；交联剂为自配的PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)溶液。主剂和交联剂使用时按质量比为100:15的比例使用。主剂外观为乳白色粘稠液，无粗颗粒和异物；pH值为6.8；蒸发剩余物为49.7%；粘度(30 ℃)为420 mP·s。

1.2 方法和设备 1.2.1 3种木材木材表面的形态

用单面刀片切取经压刨加工的落叶松、白桦和柞木木材样品3 mm×5 mm(长×宽)，厚度在1 mm左右，取样后再粘样。具体方法是：将切取的试样用双面胶带粘到扫描电镜样品台上，用Eiko公司生产的IB-5型离子溅射镀膜仪(ion coater)在样品表面喷镀厚度约为15 nm的金属铂，以便形成一个导电的表面，然后把喷镀好铂的样品放入扫描电镜中观察。

1.2.2 胶合试件的准备

从锯制好的试件中挑选试件，纤维方向平行于试件最长边，试件表面应无锯痕，胶合面为刨光材面。制作胶合试件时，首先将API胶粘剂的主剂与交联剂按质量比为100:15的比例混合均匀，将混合均匀的API胶粘剂以140 g·m^-2的施胶量均匀涂施在拟胶合的材面上。用单位压力为1.2 MPa的压力压紧，在20~25 ℃的下冷压24 h后卸压，然后在相同的温度下放置72 h。

1.2.3 显微切片的制作

把放置72 h后的胶合试件放在热水瓶中用沸水浸泡7 d，保证每天要换一次沸水。用沸水浸泡的目的主要是软化木材，浸泡到用刀易切状。7 d后，把试件放入酒精和甘油的混合液(质量比为1:1)中浸泡2周，进一步对木材进行软化。然后采用德国产的Leiz 1400型滑走式木材切片机进行切片，切片的厚度为15 μm左右。切好的切片用蕃红染色24 h，用酒精溶液梯度脱水(酒精溶液的质量分数分别为30%、50%、80%、95%、100%)，再用二甲苯固定颜色(透明处理)，最后把切片用切片胶封片。

1.2.4 主要试验设备

德国产的Leiz 1400型滑走式木材切片机；OLYMPUS型研究显微镜；感量为0.1 mg的电子天平；实验室自制的压钳；日本岛津AG-10TA万能力学试验机；中国科学院仪器厂生产的KYKY1000B型扫描电镜。

2 结果与分析 2.1 3种木材经刨削加工后木材表面的形态

落叶松、白桦和柞木经刨削加工后木材表面的形态分别见图版Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4。可以看出：经刨削加工的木材表面有些细胞被破坏，且部分细胞腔中有木粉存在。

2.2 API胶粘剂对落叶松、白桦和柞木木材弦径面渗透性的研究

API胶粘剂在落叶松径弦面胶合试件的渗透情况见图版Ⅰ-5、Ⅰ-6。可以看出，无论是径切面还是弦切面，落叶松的木射线组织中看不到有API胶粘剂的渗入，况且由于落叶松木材木射线不发达，因此对于落叶松来讲，几乎可以忽略由木射线形成的胶钉作用。胶粘剂主要渗入落叶松早晚材的管胞，由于落叶松早材管胞腔比晚材管胞腔大，所以落叶松早材中API胶粘剂渗入的深度比晚材深。但是，由于落叶松早材的强度比较低，所以早材形成深层胶钉也未必能提高胶合试件早材部分的胶合强度。

API胶粘剂在白桦径弦面胶合试件的渗透情况见图版Ⅰ-7、Ⅰ-8。尽管白桦木材的木射线比较发达，但无论是径切面还是弦切面，木射线中几乎没有看到API胶粘剂的渗入。比较径弦面可以看到，由于白桦具有短径列复管孔(2~4)，API胶粘剂在弦切面渗入的深度比径切面的要深。

API胶粘剂在柞木径弦面胶合时的渗透情况见图版Ⅰ-9、Ⅰ-10。尽管柞木的木射线很发达，但在柞木弦切面上看不出有木射线组织引导API胶粘剂渗入到木材中的迹象，弦径面渗透未看到有什么差别。

White等(1977)在研究间苯二酚胶对南方松(Southern Pine)的渗透时指出，在木材弦切面上可以看到某些射线细胞中有间苯二酚胶的渗入，而径切面却未看到，说明弦切面上的木射线起到了引导胶粘剂渗入木材的作用；但本研究发现，在落叶松、白桦和柞木的弦切面上却未看到射线细胞中有API胶粘剂的渗入。其原因可能一是由于API胶粘剂的分子结构与间苯二酚胶粘剂的不同，即API胶粘剂中醋酸乙烯酯乳液和聚乙烯醇等物质的相对分子质量都比较大，影响胶粘剂在木材中的渗透；二是由于API胶粘剂中添加填料(CaCO₃)，填料有阻止胶液过度渗透的作用；三是由于渗透的速率与固化温度、固化压力等因素有关，而API胶粘剂的活性非常强，装配时间要求很短，这就使得API胶粘剂还未来得及渗入到木射线组织中就失去流动性，甚至还没来得及加压就失去流动性，使得弦面上的木射线没有起到引导API胶粘剂渗入木材内部的作用。尽管没有把胶粘剂往木材深层引导，但由于木射线在弦面上是横断的，木射线横断后留下的孔隙多少还能起到胶钉的作用。

不同直径的导管、管胞在木材表面形成沟槽的大小不同，亦即不同树种的木材结构对表面形态也有很重要的影响，对渗透性影响很大。在被检测的范围内，选取5个最大的API胶粘剂渗透深度的平均值作为衡量API胶粘剂对木材的最大渗透深度，即

(1)

式中：MP为最大渗透深度，mm；y_i为5个代表最大渗透当中的每个渗透深度值，mm。

落叶松、白桦和柞木的最大渗透深度见表 1。液体胶粘剂向开口的孔隙中浸透的深度可用式(2)表示(郑瑞琪等，1993)：

(2)

式中: h为胶粘剂渗入微孔的深度；R为毛细管的半径；γ为液体的表面张力，J·m^-2；ρ为液体的密度；θ为接触角；g为重力加速度。

胶接时，由于毛细管张力的作用，有助于液态胶粘剂进入木材管孔。但是，由于API胶粘剂的活性期特别短，所以在使用API胶粘剂时，应特别注意涂装时间(从涂胶到涂胶组坯加压的这一段时间)，保证胶粘剂在固化前渗入导管和木材的其它细胞腔中，形成“胶钉”，以提高胶合强度。胶接操作时，应根据胶粘剂的特性，粘度、固化时间、固化温度等因素，创造条件使胶粘剂渗入木材中的深度尽可能大些，以获得较高的胶合强度。但是，要注意防止胶粘剂的过分渗透，以免造成胶接接头缺胶，影响胶合强度。

3 结论

通过API胶粘剂对3种木材渗透性的研究可以看出：对于3种木材，其弦径面上API胶粘剂的渗透差别不大，即使木射线发达的柞木，其木射线中也几乎看不到有API胶粘剂的渗入，说明3种木材弦切面上的木射线没有起到引导API胶粘剂渗入木材内部的作用。