全 文 ：林业工程学报，2016，1(1) :21 － 24
Journal of Forestry Engineering
Doi:10． 13360 / j． issn． 2096 － 1359． 2016． 01． 004
收稿日期:2015 － 10 － 08 修回日期:2015 － 11 － 13
基金项目:国家林业公益性行业科研重大专项项目(201304504)。
作者简介:谢力生，男，教授，主要研究方向为木质结构材料。E-mail:xlisheng@ 126． com
节子对落叶松胶合木胶合性能的影响
谢力生，刘佳权，乔鹭婷
(中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410004)
摘 要:采用水性高分子 －异氰酸酯(API)胶黏剂对含有木节的兴安落叶松(Larix gmelinii)层板按照工程胶合
木的胶合工艺进行常温加压胶合，探讨木节及其大小对兴安落叶松工程胶合木胶合性能的影响。通过对试件进
行胶缝剪切强度试验和浸渍剥离与煮沸剥离试验，发现节子对胶缝常态剪切强度、木破率、浸渍剥离率和煮沸剥
离率均有显著的影响，随着木节直径的增大其胶缝剪切强度和木破率可下降 40%和 67%以上，浸渍二次总剥离
率和煮沸二次总剥离率可增大至 16%和 37%以上。研究表明:两胶合面中仅一面有小木节(占板宽 1 /7 ～ 1 /6) ，
只能用于室内结构用集成材，不能用于室外结构用集成材;只有尺寸小于木板宽度 1 /10 的木节与无节面胶合才
能满足室外用工程胶合木的要求。
关键词:兴安落叶松;木节;胶合木;浸渍剥离;煮沸剥离;胶合性能
中图分类号:TU531. 2;TS653. 3 文献标志码:A 文章编号:2096 － 1359(2016)01 － 0021 － 04
Influence of knot on the agglutination properties of Chinese larch glulam
XIE Lisheng，LIU Jiaquan，QIAO Luting
(College of Material Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China)
Abstract:The effects of knot and its size on the agglutination properties of Chinese larch engineering wood were explored
by applying aqueous polymer-isocyanate (API)adhesive in the bonding process of Chinese larch (Larix gmelinii)glu-
lam with knots at normal temperature． The results of glue line shear strength test，immersion delamination and boiling
delamination test showed that the knots had significant influences on the normal shear strength of glue line，failure per-
centage of wood，immersion delamination percentage and boiling delamination ratio． With the increasing of knot’s
diameter，the shear strength of glue line and wood failure percentage decreased more than 40% and 67%，respectively，
the total re-immersion delamination percentage and re-boiling delamination ratio could be increased more than 16% and
37%，respectively． The research results indicated that:those bonding surfaces composed by knot free panel and another
with small knot accounted for the 1 /7 to 1 /6 of board’s width could only be used indoor due to the incompetence of total
re-boiling stripping rate of glue-line． At the request of the glue-line total re-boiling stripping rate less than 5%，only
those bonding surfaces composed by knot free panel and another with knot’s dimensions less than 1 /10 of board’s width
could be used for manufacturing the outdoor engineering glulam．
Key words:Larix gmelinii;knot;glulam;immersion delamination;boiling delamination;agglutination property
近年来工程胶合木在我国房屋、桥梁方面的应
用越来越多，我国在工程胶合木方面的研究也取得
了不少的成果［1 － 2］。美国、加拿大等国主要以花旗
松和南方松(包括长叶松、短叶松、湿地松和火炬
松)木材为原料，采用间苯二酚树脂胶黏剂制造工
程胶合木，国内不少厂家也大量进口花旗松或南方
松木材生产胶合木。我国东北地区和相邻的俄罗
斯远东地区都种植有大量的兴安落叶松(Larix
gmelinii) ，因此研究开发兴安落叶松木材制造工程
胶合木具有重要意义。兴安落叶松木材略重、硬度
中等、纹理通直、结构细密、强度高、天然耐腐蚀性
好，是我国最好的结构用材之一，但节疤多、有树
脂［3 － 4］。我国一些学者对落叶松胶合木做过一些研
究［5 － 7］，认为采用间苯二酚树脂胶黏剂、水性高分
子 －异氰酸脂胶黏剂和聚氨酯胶黏剂都可以制造
出合格的落叶松胶合木，但节疤对落叶松胶合木胶
合性能的影响还未有报道。为此，笔者就木节对以
水性高分子 －异氰酸脂(API)为胶黏剂的兴安落叶
松胶合木的胶合性能的影响进行了研究，希望其研
究能为兴安落叶松胶合木层板的选材提供参考。
林 业 工 程 学 报 第 1 卷
1 材料与方法
1. 1 试验材料
兴安落叶松板材:窑干锯材，两面刨光，含水率
16%，密度约 0. 55 g /cm3，宽 ×厚 ×长 = 150 mm ×
30 mm × 4 020 mm，年轮宽度 0. 5 ～ 2 mm，没有经
过专门的脱脂处理。
水性高分子 －异氰酸酯胶黏剂:由东莞康菲化
工有限公司生产，工程胶合木用室温固化型，型号
为 CF-2311，主剂为乳白色黏稠液体，固体含量为
45%，黏度为 2 × 104 ～ 3 × 104 mPa·s(25 ℃) ;固化
剂为浅棕色液体;配胶时主剂与固化剂的质量比为
100∶(10 ～ 14)。
1. 2 仪器设备
试验压机:上海人造板机器厂生产，型号为
QD，单层，幅面尺寸为 50 cm ×50 cm。
万能电子力学试验机:济南试金集团有限公司
制造，型号为 MWD －50。电热恒温干燥箱:湖北黄
石医疗机械厂制造，型号为 SKFG － 01。数显恒温
六孔水浴锅:上海互佳仪器有限公司制造，型号为
HH －6。木工圆锯机、木工平刨床、木工单面压刨
床和电子天平等。
1. 3 试验方法
选择落叶松锯材无节和有节(活节)部分，按
照节子尽量居中的原则，用圆锯机和木工刨床将其
加工成长 ×宽 ×厚 = 450 × 150 × 30(mm)的木板。
将落叶松木材的木节按直径大小分成大、中、
小 3 个等级，大木节直径在 40 mm 以上，中木节直
径在 25 ～ 40 mm之间，小木节直径 20 ～ 25 mm，在
有节面的背面标示出节子的位置和大小。
根据无节、有节及木节的大小，分别将两块木
板的胶合面组成无节 －无节、无节 －小节、无节 －
中节、无节 －大节、小节 －小节、小节 －中节、小节
－大节、中节 －中节、中节 －大节和大节 －大节 10
种形式，各种形式的试件各 9 个，共 90 个，每个形
式试验重复 3 次。
分别将各种形式的两块木板的胶合面手工涂
胶，两面的总施胶量为 250 g /m2，涂胶后让胶合面
开口陈化 5 ～ 10 min，然后组坯(对于“有节 － 有
节”的情形，按节子相互对中的原则) ，放入试验压
机中在室温下加压胶合，压力为 1. 0 MPa，加压时
间为 3 h，卸压后静置 48 h以上。
根据国家标准 GB /T 26899—2011《结构用集
成材》［8］中 5. 1. 1“剥离试验”和 5. 1. 2“剪切强度
试验”分别制作标准测试试件(试件大小分别为 75
mm ×150 mm ×60 mm和 50 mm ×50 mm ×60 mm，
注意保留节子并居中，用于剥离试验的试件各 6 个
共 60 个，用于剪切强度试验的试件各 3 个共 30
个) ，然后对试件进行剪切强度检测(同时记录木
破率)和浸渍剥离与煮沸剥离试验(浸渍剥离与煮
沸剥离试件各 30 个)。试验结果取其平均值。
对于浸渍剥离和煮沸剥离试验，分别将各试件
再重复试验过程一次，以计算出相应的二次总剥离
率和单一胶层的二次最大剥离率。
2 结果与分析
2. 1 木节对胶缝剪切强度的影响
采用室温固化型水性高分子 －异氰酸酯胶黏
剂，按照工程胶合木的胶合工艺，胶合含节子的兴
安落叶松木板，胶层的常态剪切强度和胶缝的浸渍
一次、二次总剥离率及胶层的煮沸一次、二次总剥
离率的试验结果如表 1 所示。
表 1 试验结果
Tab． 1 Experimental result
组坯方式及
节子大小
剪切强度 /
MPa
木破率 /
%
浸渍一次
总剥离率 /%
浸渍二次
总剥离率 /%
煮沸一次
总剥离率 /%
煮沸二次
总剥离率 /%
无节 －无节 9. 9 100. 0 0. 0 0. 0 1. 0 3. 6
无节 －有节
无 －小 8. 9 83. 3 0. 0 0. 0 3. 4 6. 0
无 －中 7. 8 73. 3 0. 0 3. 1 9. 6 16. 5
无 －大 7. 5 70. 0 0. 0 8. 1 15. 5 20. 6
有节 －有节
小 －小 8. 8 80. 0 0. 0 0. 0 6. 7 16. 7
小 －中 7. 9 66. 7 0. 0 4. 7 11. 6 17. 3
小 －大 6. 9 53. 3 0. 0 12. 3 14. 2 25. 4
中 －中 7. 5 56. 7 0. 0 9. 2 11. 8 20. 8
中 －大 6. 3 46. 7 4. 7 13. 8 18. 4 30. 0
大 －大 5. 9 33. 3 10. 0 16. 6 24. 3 37. 7
F 3. 42* 12. 71＊＊ 82. 00＊＊ 24. 35＊＊ 11. 92＊＊ 8. 36＊＊
注:节子均为活节，其大小分别为，小节 20 ～ 25 mm、中节 25 ～ 40 mm、大节 ＞ 40 mm;* 表示方差有显著差异(P 0. 05) ，＊＊表示方差有极显
著差异(P 0. 01)。
22
第 1 期 谢力生，等:节子对落叶松胶合木胶合性能的影响
从表 1 可以看出，节子的有、无及大小对胶缝
的剪切强度和木破率产生十分显著的影响:胶缝
(面积为 50 mm × 50 mm)的常态剪切强度及木破
率在胶合面有节时比无节时小，胶合的两面都有节
时比只有一面有节时小，节子越大其胶缝的剪切强
度值越小。
胶合的两面都无节时，其胶缝在剪切时的木破
率为 100%，说明胶缝没有破坏而是其附近的木材
发生了破坏，胶缝的抗剪强度大于木材的顺纹抗剪
强度，所显示的剪切强度(9. 9 MPa)为木材的顺纹
抗剪强度，胶缝的实际剪切强度应该大于该值。
胶合的两面，当其中一面无节而另一面有节
时，随着节子的直径从小到大(小节直径 20 ～
25 mm，中节直径 25 ～ 40 mm，大节直径 ＞ 40 mm) ，
胶缝的剪切强度与胶合的两面都无节时相比分别
下降了 10. 1%，21. 2%和 24. 2%，胶缝的木破率也
分别下降了 16. 7%，26. 7%和 30. 0%。
当胶合的两面都有节时，按两节子的大小组合
即小节 －小节、小节 －中节、小节 －大节、中节 －中
节、中节 －大节和大节 －大节，其胶缝的剪切强度
与胶合的两面都无节时相比分别下降了 11. 1%，
20. 2%，30. 3%，24. 2%，36. 4%和 40. 4%，胶缝的
木破率也分别下降了 20. 0%，33. 3%，46. 7%，
43. 3%，53. 3%和 66. 7%。
胶合的两面都是大木节时，其胶缝的剪切强度
与无节时相比由 9. 9 MPa下降至 5. 9 MPa，下降了
40. 4%;其木破率也下降至 33. 3%，下降了
66. 7%。总体来看，随着木节直径的增大其胶缝剪
切强度和木破率可分别下降 40%和 67%以上。
由表 1 可以看出，当试件中只有小木节出现
(即胶合的两面为无节 －小节和小节 －小节)时，
胶缝的剪切强度的平均值高于 8. 8 MPa，木破率的
平均值大于 80%。根据 GB /T 26899—2011《结构
用集成材》中剪切强度要求，结构用集成材的胶缝
剪切强度及木破率应符合一定的对应关系，其中:
胶缝平均剪切强度为 8 MPa 时的最小平均木破率
为 70%，胶缝平均剪切强度为 6 MPa 时的最小平
均木破率为 90%。由此可以判定:对于兴安落叶
松，小木节的胶缝剪切强度是合格的。当试件中只
一面出现中等木节(即胶合的两面为无节 －中节)
时，其胶缝的剪切强度的平均值为 7. 8 MPa，其木
破率的平均值为 73. 3%，根据线性插值法计算当
其值大于 72%时即可判为合格，故此种情形下的
胶缝剪切强度也是合格的。而其他情形(无节 －
大节、小节 －中节、中节 －中节、中节 －大节、大节
－大节)下的胶缝剪切强度最大者(小节 －中节)
为 7. 9 MPa，而其剪切木破率最大者(小节 －中节)
仅为 66. 7%(根据插值计算其值应大于 71%时才
可判为合格) ，故这些情形下的胶缝剪切强度是不
合格的。
2. 2 木节对胶缝浸渍剥离和煮沸剥离的影响
节子的有、无及大小对胶缝的浸渍总剥离率和
煮沸总剥离率也产生显著的影响(表 1) :胶缝(单
条长 150 mm)的浸渍总剥离率和煮沸总剥离率在
有节时比无节时大，且两面都有节时比只有一面有
节时大，节子越大其值越大。
胶合的两面都无节时，其胶缝的浸渍二次总剥
离率为 0，胶缝的煮沸二次总剥离率为 3. 6%。这
说明兴安落叶松木材采用室温固化型水性高分子
－异氰酸酯胶黏剂进行无节胶合具有优异的耐水
性能和良好的耐气候性能。
胶合的两面，当一面无节而另一面有节时，随
着节子从小到大，胶缝的浸渍二次总剥离率和煮沸
二次总剥离率分别从 0 增大到 8. 1%和从 6. 0%增
大到 20. 6%;当胶合的两面都有节，相互胶合的节
子尺寸为小 －小、小 －中、小 －大、中 －中、中 －大
和大 －大时，其胶缝的浸渍二次总剥离率和煮沸二
次总剥离率分别从 0 增大到 16. 6%和从 16. 7%增
大到 37. 7%。
结构用集成材标准规定:试件两端面的总剥离
率在 5%以下，对于使用环境 3(即室外用材)条件
下的结构用集成材需要进行两次浸渍剥离试验和
两次煮沸剥离试验，而对于使用环境 1 和 2(即室
内用材)条件下的结构用集成材只需进行一次浸
渍剥离试验和一次煮沸剥离试验。由表 1 可知:本
试验只有(无节 －小节)时的煮沸一次总剥离率小
于 5%(为 3. 4%) ，所有有节胶合的试件其煮沸二
次总剥离率均大于 5%(最小为 6. 0%)。因此可
判定:仅两胶合面的一面有小木节时的浸渍一次总
剥离率满足室内结构用集成材的要求;试验范围
内，胶合面只要有木节，胶缝的煮沸二次总剥离率
都达不到要求，即都不能用于室外结构用集成材。
由表 1 还可知:无节 －无节和无节 －小节时的
胶缝煮沸二次总剥离率分别为 3. 6%和 6. 0%。根
据线性插值法推算，直径小于 15 mm 的木节与无
节面胶合时应能满足煮沸二次总剥离率小于 5%
的要求。为此，我们进行了验证试验:以木节直径
10 ～ 15 mm 的木板与无节板胶合(试验方法和条
件同前，试件 3 个) ，然后进行胶缝煮沸剥离试验，
测得的胶缝煮沸一次剥离率和煮沸二次剥离率的
32
林 业 工 程 学 报 第 1 卷
平均值分别为 2. 3%和 4. 9%。证明直径 10 ～ 15
mm的木节与无节面胶合满足煮沸二次总剥离率
小于 5%的要求，即可用于室外结构用集成材。本
研究所用木板的宽度为 150 mm，直径 15 mm 的木
节占其宽度的 1 /10。因此，尺寸小于木板宽度 1 /
10 的木节与无节面胶合可用于室外结构用集
成材。
木节之所以对兴安落叶松的胶合性能产生显
著的影响，与木节本身及其周边的组织构造、表面
加工状况和树脂含量等因素有关。图 1 为兴安落
叶松木板上出现的木节及其周边加工状况的照片，
左边为直径小于 1 cm 的小圆节，右边为直径大于
1 cm的椭圆节。
图 1 兴安落叶松木节及周边加工状况照片
Fig． 1 The images of the Larix gmelinii knot and the
surrounding surface maching status
如图 1 所示，木节的纤维方向与无节部位木材
的纤维方向不同，木节多以端向或近端向呈现在板
材表面，并多有开裂发生，且木节的密度和硬度要
比无节部位的木材大;同时木节周边的纤维方向也
发生了改变，用平刨和压刨进行刨削加工时极易产
生凹痕等缺陷。在胶合加压时，由于节子部分基本
上为顺纹加压，而无节部分为横纹加压，节子将承
受更大的压力，致使节子部位的胶黏剂被过多地挤
出而出现缺胶现象，从而影响其胶合性能;节子周
边则由于压力减小且存在凹痕等缺陷，致使胶合压
力不足，从而也影响其胶合性能。另外，由于节子
的纤维方向及密度等都与无节部位的木材不同，当
胶合后进行剥离试验(特别是煮沸二次剥离试验)
时，在温度和湿度大范围循环变化的条件下，节子
部位与无节部位所产生的应力都很大但方向却不
相同，从而致使胶合面更易出现剪切滑移，破坏胶
层而剥离。
3 结 论
1)节子对兴安落叶松木材胶合的胶缝剪切强
度、木破率、浸渍剥离率和煮沸剥离率均有显著的影
响，随着木节直径的增大其胶缝剪切强度和木破率
可下降 40%和 67%以上，胶缝浸渍二次总剥离率和
煮沸二次总剥离率可增大至 16%和 37%以上。
2)两胶合面中仅一面有小木节(直径 20 ～
25 mm，占板宽的 1 /7 ～ 1 /6)时，胶缝的剪切强度满
足要求，且胶缝煮沸一次总剥离率也满足要求，但
胶缝煮沸二次总剥离率达不到要求，故只能用于室
内结构用集成材，不能用于室外结构用集成材。
3)尺寸小于木板宽度 1 /10 的木节与无节面胶
合能满足胶缝煮沸二次总剥离率小于 5%的要求，
即可用于室外结构用集成材。
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(责任编辑 葛华忠 梁辉)
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