本發明涉及(ji)木材加工相(xiang)關，尤其是(shi)涉及(ji)一(yi)種用(yong)于提升木材旋轉摩(mo)擦焊接試件性能的組合物及(ji)方法。

背景技術：

1、木材(cai)(cai)作為(wei)一(yi)種古老而(er)又現代(dai)的建筑材(cai)(cai)料(liao)(liao)，具有自重(zhong)輕(qing)、取(qu)材(cai)(cai)方便、抗震性能好等突出優點，并具備對環境友好、可再生和可降解的特性，因(yin)此(ci)，木材(cai)(cai)這(zhe)種天然負碳(tan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)被認為(wei)是(shi)取(qu)代(dai)塑料(liao)(liao)和鋼材(cai)(cai)等高(gao)碳(tan)排放材(cai)(cai)料(liao)(liao)最理想的選擇之一(yi)。

2、在家具制造領域，木(mu)材的連(lian)接技術至關(guan)重(zhong)要。傳統的卯榫(sun)連(lian)接雖歷史悠久，但(dan)加(jia)工過程中木(mu)材損失較大(da)，且加(jia)工精度(du)對結構(gou)力學性(xing)能(neng)有顯著影響；而(er)連(lian)接件(jian)連(lian)接則(ze)可(ke)能(neng)因金屬引入導致(zhi)的銹斑或腐蝕(shi)影響接合強(qiang)度(du)。此外，膠(jiao)黏劑連(lian)接雖常見(jian)，但(dan)固化(hua)時間(jian)長、需要多次處理(li)，不(bu)僅限制了定(ding)制生產的靈活性(xing)和效率，而(er)且膠(jiao)合劑的大(da)量使用還帶來了環(huan)境(jing)污染和健康問(wen)題。

3、為了克服這些挑戰，木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)(rotational?wood?dowel?welding)應(ying)運(yun)而(er)(er)生(sheng)(sheng)(sheng)。木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)是(shi)(shi)指高(gao)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)圓(yuan)榫(sun)(sun)(sun)(棒)在(zai)(zai)外力作用(yong)(yong)下，迅速(su)插入到(dao)兩(liang)塊或多塊預鉆孔的(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)內，當木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)圓(yuan)榫(sun)(sun)(sun)到(dao)達預定深(shen)度后立即(ji)停(ting)(ting)止旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，利(li)用(yong)(yong)摩(mo)擦(ca)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)高(gao)溫和(he)(he)(he)高(gao)壓促(cu)使(shi)(shi)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)中(zhong)的(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)和(he)(he)(he)半纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)等胞間(jian)物(wu)質(zhi)(zhi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)軟(ruan)化(hua)(hua)、熔(rong)融和(he)(he)(he)流動(dong)，并與木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)纖(xian)(xian)維形(xing)成交聯網(wang)絡，當摩(mo)擦(ca)運(yun)動(dong)瞬間(jian)停(ting)(ting)止后，熔(rong)融的(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)層迅速(su)冷(leng)卻(que)固化(hua)(hua)，從(cong)而(er)(er)在(zai)(zai)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)榫(sun)(sun)(sun)與木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)基(ji)材(cai)之(zhi)間(jian)形(xing)成一(yi)層良好的(de)(de)膠(jiao)合(he)界(jie)(jie)面(mian)，即(ji)可實現木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)與木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)快速(su)膠(jiao)合(he)；且在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)，部分脫離(li)的(de)(de)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)細(xi)胞不(bu)再存(cun)在(zai)(zai)于焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)表面(mian)，而(er)(er)是(shi)(shi)作為多余的(de)(de)纖(xian)(xian)維被擠出接(jie)(jie)(jie)頭。這也就揭示了木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)材(cai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)機理是(shi)(shi)高(gao)速(su)摩(mo)擦(ca)運(yun)動(dong)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)熱(re)量引起半纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)熱(re)解(jie)、木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)軟(ruan)化(hua)(hua)、熔(rong)融和(he)(he)(he)流動(dong)，木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)與碳水化(hua)(hua)合(he)物(wu)的(de)(de)衍(yan)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)糠醛(quan)之(zhi)間(jian)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)(hua)學交聯反應(ying)，在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)界(jie)(jie)面(mian)形(xing)成高(gao)密度的(de)(de)黏結(jie)層，此(ci)外，在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)，木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)結(jie)構中(zhong)的(de)(de)游離(li)酚類基(ji)團(tuan)會(hui)明(ming)顯增(zeng)加，而(er)(er)對羥基(ji)苯丙烷單元則(ze)明(ming)顯減少(shao)，使(shi)(shi)得木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)與微纖(xian)(xian)絲之(zhi)間(jian)的(de)(de)氫鍵力增(zeng)強，同時在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)高(gao)溫會(hui)導致半纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)和(he)(he)(he)纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)不(bu)同程(cheng)度的(de)(de)降解(jie)，使(shi)(shi)纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)和(he)(he)(he)半纖(xian)(xian)維素(su)(su)(su)的(de)(de)絕對含(han)量有所降低(di)，而(er)(er)木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)質(zhi)(zhi)素(su)(su)(su)的(de)(de)相(xiang)對含(han)量隨之(zhi)增(zeng)大，這使(shi)(shi)得木(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)(mu)榫(sun)(sun)(sun)與預鉆孔之(zhi)間(jian)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)了較(jiao)強接(jie)(jie)(jie)合(he)力，達到(dao)牢(lao)固焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)目的(de)(de)。

4、該技術(shu)在(zai)家(jia)具(ju)行業上具(ju)有(you)較好的(de)(de)應(ying)用潛力，以期應(ying)對城市中(zhong)不同(tong)空間環境的(de)(de)家(jia)具(ju)接(jie)合(he)問(wen)題(ti)；相(xiang)較于榫(sun)接(jie)和(he)金屬(shu)連(lian)(lian)接(jie)件這(zhe)兩類傳統(tong)連(lian)(lian)接(jie)方(fang)式主要(yao)依靠過盈產生機械力或膠(jiao)產生的(de)(de)膠(jiao)接(jie)力；木(mu)材旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)摩擦(ca)焊(han)(han)接(jie)技術(shu)具(ju)有(you)明(ming)顯的(de)(de)優勢，主要(yao)包(bao)括(kuo)：加工(gong)方(fang)便，工(gong)藝(yi)簡單(dan)(dan)，耗時(shi)短(3-5s左右)，有(you)專(zhuan)門的(de)(de)設備(bei)，經過培訓很容(rong)易上手，同(tong)批(pi)次加工(gong)的(de)(de)誤(wu)差小，不使用膠(jiao)黏劑，利(li)用高速摩擦(ca)運動(dong)產生的(de)(de)熱量(liang)形成(cheng)具(ju)有(you)膠(jiao)粘性能的(de)(de)熔融(rong)層，能夠維持木(mu)料原來的(de)(de)全部特點(dian)，由于榫(sun)與基材孔為(wei)過盈配合(he)進行旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)焊(han)(han)接(jie)，形成(cheng)的(de)(de)熔融(rong)層還(huan)具(ju)備(bei)一(yi)定機械力，因此，該焊(han)(han)接(jie)節(jie)點(dian)具(ju)有(you)較高的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)強度，避免木(mu)材旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)摩擦(ca)焊(han)(han)接(jie)界(jie)面被(bei)水分侵(qin)蝕導致(zhi)失效的(de)(de)問(wen)題(ti)，減少了甲醛排放，操作簡單(dan)(dan)且成(cheng)本低，該技術(shu)表(biao)現出的(de)(de)良好的(de)(de)應(ying)用性在(zai)家(jia)具(ju)行業中(zhong)具(ju)有(you)良好的(de)(de)推廣價值，尤其(qi)在(zai)于家(jia)具(ju)部件的(de)(de)連(lian)(lian)接(jie)上，木(mu)材選擇摩擦(ca)焊(han)(han)接(jie)中(zhong)工(gong)藝(yi)參數已經明(ming)晰(xi)，可(ke)以作為(wei)家(jia)居(ju)智能制造(zao)中(zhong)的(de)(de)重要(yao)步驟(zou)。

5、盡管木材旋轉摩擦焊接技(ji)術(shu)已表現出顯著優勢，但(dan)為(wei)了進一步提升(sheng)其在家(jia)具(ju)行業的(de)(de)(de)應用價(jia)值，仍需(xu)不斷(duan)研究和提升(sheng)該技(ji)術(shu)處理后的(de)(de)(de)焊接節點(dian)的(de)(de)(de)機械強(qiang)度和穩定性。因為(wei)更(geng)高的(de)(de)(de)機械強(qiang)度和穩定性方可更(geng)好地(di)確保(bao)家(jia)具(ju)的(de)(de)(de)持久(jiu)耐用，從而更(geng)好地(di)拓寬木材摩擦焊接技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)應用范圍，滿足更(geng)多復雜和高端(duan)家(jia)具(ju)的(de)(de)(de)制造(zao)要求(qiu)。

技術實現思路

1、本發明旨在至少解決現(xian)有技術中(zhong)存在的(de)技術問(wen)題之一(yi)。為(wei)此，本發明提(ti)(ti)出一(yi)種(zhong)用于提(ti)(ti)升木(mu)材旋(xuan)轉摩(mo)擦(ca)焊接試件性能的(de)組合(he)物(wu)，該組合(he)物(wu)能夠有效提(ti)(ti)高木(mu)材旋(xuan)轉摩(mo)擦(ca)焊接試件的(de)力學強度和穩定性。

2、本發明(ming)還提(ti)(ti)出一種(zhong)用于提(ti)(ti)升(sheng)木材旋轉(zhuan)摩擦焊(han)接試(shi)件性能(neng)(neng)的方(fang)法，該(gai)方(fang)法能(neng)(neng)夠有效(xiao)提(ti)(ti)高木材旋轉(zhuan)摩擦焊(han)接試(shi)件的力學強度和穩定性。

3、根據本發明的一個(ge)方面(mian)，提出了(le)一種用于提升木(mu)材旋轉摩擦(ca)焊接試件性能的組合物，包括(kuo)木(mu)榫表(biao)面(mian)改(gai)性劑和預鉆孔(kong)表(biao)面(mian)改(gai)性劑，所(suo)述木(mu)榫表(biao)面(mian)改(gai)性劑包括(kuo)含葡萄糖和果糖的混合溶(rong)(rong)液，所(suo)述預鉆孔(kong)表(biao)面(mian)改(gai)性劑包括(kuo)含檸檬酸的乙(yi)醇溶(rong)(rong)液。

4、根據(ju)本發明的(de)(de)一種(zhong)優選的(de)(de)實施方(fang)式，至少具有(you)以下有(you)益(yi)效果：本發明方(fang)案(an)組合物(wu)通(tong)過分離式膠(jiao)發黏的(de)(de)方(fang)法(fa)，在待焊接(jie)木材接(jie)觸面上采用本發明方(fang)案(an)特定的(de)(de)改性劑可(ke)以有(you)效改善木材旋轉摩(mo)擦后(hou)產生的(de)(de)焊接(jie)界面的(de)(de)性能，進而提高(gao)木材旋轉摩(mo)擦焊接(jie)試件的(de)(de)力(li)學(xue)強度和(he)穩定性。

5、在本發明(ming)的一些實施方(fang)式(shi)中(zhong)，所述含葡萄糖和果糖的混合溶液中(zhong)葡萄糖和果糖的總質量百分濃(nong)度為(wei)40～60％。

6、在本(ben)發明的一些實施方式中，所述含葡萄糖(tang)和果(guo)糖(tang)的混合溶液中葡萄糖(tang)和果(guo)糖(tang)的總質量百分濃度(du)為50％。

7、在(zai)本發(fa)明的一(yi)些實(shi)施方式中，所述含葡萄糖和果糖的混合溶液中葡萄糖和果糖的質(zhi)量百分濃度(du)之比為1:1。

8、在本發(fa)明的(de)一些(xie)實施方式中(zhong)(zhong)，所述檸檬(meng)酸的(de)乙醇溶液(ye)中(zhong)(zhong)檸檬(meng)酸的(de)質量百分濃度為15～25％。

9、在本發明的一些實施(shi)方式中，所述檸檬酸(suan)的乙醇溶液(ye)中檸檬酸(suan)的質量百分(fen)濃度為(wei)20％。

10、根據本發明的另一個方面，提出(chu)了(le)一種用于(yu)提升木(mu)材旋轉摩(mo)擦焊接(jie)試件性能的方法，包括如下步驟：

11、s1、將木榫表面(mian)改性(xing)劑涂覆(fu)在待焊接(jie)木榫木材表面(mian)，將預鉆(zhan)孔表面(mian)改性(xing)劑涂覆(fu)在待焊接(jie)預鉆(zhan)孔木材表面(mian)；

12、s2、將經步(bu)驟s1處理后的待焊(han)接(jie)木(mu)榫木(mu)材(cai)及待焊(han)接(jie)預(yu)鉆(zhan)孔木(mu)材(cai)置(zhi)于(yu)25℃，65％相對濕(shi)度下干燥20min。

13、根據本發明(ming)的一種優選的實施方(fang)式的方(fang)法，至少(shao)具有以(yi)下有益(yi)效果：通過(guo)本發明(ming)方(fang)法可以(yi)顯著提(ti)升焊(han)接(jie)試件的性能。

14、在本發明的一些(xie)實施(shi)方式(shi)中(zhong)，所述(shu)涂(tu)覆以噴涂(tu)的形式(shi)涂(tu)覆，噴涂(tu)量(liang)為90-120g/m2。

15、根據(ju)本發明的(de)再一個方面，提(ti)出了上述組合物或上述方法(fa)在(zai)木材焊接中的(de)應用。

16、根(gen)據本(ben)發明的又一個方(fang)面，提出了一種木材(cai)焊(han)(han)(han)接(jie)方(fang)法，包括(kuo)如下(xia)步驟：通過上(shang)述方(fang)法處理后的待焊(han)(han)(han)接(jie)木榫木材(cai)及(ji)待焊(han)(han)(han)接(jie)預鉆孔木材(cai)，以(yi)1660-1760rpm的轉(zhuan)速(su)進(jin)行(xing)木材(cai)旋轉(zhuan)焊(han)(han)(han)接(jie)，下(xia)行(xing)速(su)度為10mm/s，3s內將待焊(han)(han)(han)接(jie)木榫木材(cai)安裝到待焊(han)(han)(han)接(jie)預鉆孔木材(cai)中(zhong)。

17、在本發(fa)明的一(yi)些實施方式(shi)中，所述(shu)木材焊(han)(han)接(jie)(jie)方法，還包括(kuo)將經(jing)過處理后的的待(dai)焊(han)(han)接(jie)(jie)木榫木材及(ji)待(dai)焊(han)(han)接(jie)(jie)預鉆孔木材靜置(zhi)兩天后，再(zai)進(jin)行旋轉焊(han)(han)接(jie)(jie)。可進(jin)一(yi)步靜置(zhi)后，更好地平衡含(han)水率，也(ye)可直接(jie)(jie)用于旋轉焊(han)(han)接(jie)(jie)。

18、本(ben)發明(ming)的其它特征和優(you)點將在隨后(hou)的說(shuo)明(ming)書中闡(chan)述，并且，部分地(di)從說(shuo)明(ming)書中變得顯而易見(jian)，或(huo)者通過實(shi)施(shi)本(ben)發明(ming)而了(le)解。

技術特征：

1.一(yi)種用(yong)于提(ti)升木(mu)材旋(xuan)轉摩擦焊接(jie)試件性(xing)能的組合(he)物，其特(te)征在(zai)于：包括木(mu)榫表(biao)面(mian)改(gai)(gai)性(xing)劑(ji)和預鉆(zhan)孔表(biao)面(mian)改(gai)(gai)性(xing)劑(ji)，所述木(mu)榫表(biao)面(mian)改(gai)(gai)性(xing)劑(ji)包括含葡萄糖(tang)和果(guo)糖(tang)的混合(he)溶液，所述預鉆(zhan)孔表(biao)面(mian)改(gai)(gai)性(xing)劑(ji)包括含檸檬酸的乙醇溶液。

2.根據(ju)權利要求1所(suo)述的用于(yu)提升木材旋(xuan)轉摩(mo)擦焊接試件性能的組合(he)物，其特征在于(yu)：所(suo)述含葡萄糖和果糖的混(hun)合(he)溶液中(zhong)葡萄糖和果糖的總質(zhi)量百分濃度為(wei)40～60％。

3.根(gen)據權利(li)要求1所(suo)述的(de)(de)用于(yu)提升木(mu)材旋轉摩(mo)擦(ca)焊接試件性能的(de)(de)組(zu)合(he)物，其特征在于(yu)：所(suo)述含葡(pu)萄(tao)糖和(he)果(guo)糖的(de)(de)混合(he)溶液中葡(pu)萄(tao)糖和(he)果(guo)糖的(de)(de)總(zong)質量(liang)百分濃度為50％。

4.根據權利要求1所(suo)述的(de)用于提升(sheng)木材旋轉(zhuan)摩擦(ca)焊接(jie)試(shi)件性(xing)能的(de)組(zu)合物，其(qi)特征在于：所(suo)述含葡(pu)(pu)萄糖和(he)果糖的(de)混合溶液中(zhong)葡(pu)(pu)萄糖和(he)果糖的(de)質量(liang)百分(fen)濃度之比為1:1。

5.根據權利(li)要求1所(suo)述的(de)(de)用于提升木材旋轉摩擦焊接試件性能的(de)(de)組合(he)物，其(qi)特征(zheng)在于：所(suo)述檸檬(meng)酸的(de)(de)乙(yi)醇溶液(ye)中檸檬(meng)酸的(de)(de)質(zhi)量(liang)百分濃度(du)為(wei)15～25％。

6.根(gen)據權利要求1所述的用于提升木(mu)材旋(xuan)轉摩擦焊(han)接試(shi)件性能(neng)的組(zu)合(he)物，其特征在于：所述檸檬酸的乙醇溶(rong)液(ye)中(zhong)檸檬酸的質量百分濃度(du)為20％。

7.一種(zhong)用于(yu)提升木(mu)材(cai)旋轉摩擦(ca)焊接試件(jian)性能(neng)的(de)方法(fa)，其特(te)征在(zai)于(yu)：利用如權利要求1至6任一項所(suo)述的(de)組合物(wu)提升木(mu)材(cai)旋轉摩擦(ca)焊接性能(neng)，包括如下(xia)步驟(zou)：

8.根據權利要求7所述的(de)用(yong)于提升木材(cai)旋轉摩擦焊接試件性能的(de)方(fang)法(fa)，其特征在于：所述涂(tu)(tu)覆以噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)的(de)形式涂(tu)(tu)覆，噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)量為90-120g/m2。

9.如權利(li)要求1至6任一項所(suo)述(shu)的(de)組(zu)合物或如權利(li)要求7或8所(suo)述(shu)的(de)方法(fa)在木材焊接中的(de)應用。

10.一種木(mu)材(cai)焊接方(fang)法(fa)，其特征在于：包括如(ru)下步(bu)驟：通過如(ru)權(quan)利(li)要(yao)求(qiu)7或8所(suo)述的方(fang)法(fa)處理后的待焊接木(mu)榫木(mu)材(cai)及待焊接預(yu)鉆孔木(mu)材(cai)，以1660-1760rpm進行木(mu)材(cai)旋轉焊接，下行速度為10mm/s，3s內將待焊接木(mu)榫木(mu)材(cai)安裝到待焊接預(yu)鉆孔木(mu)材(cai)中(zhong)。

技術總結
本發明公開了一種用于提升木材旋轉摩擦焊接試件性能的組合物及方法，所述組合物包括木榫表面改性劑和預鉆孔表面改性劑，所述木榫表面改性劑包括含葡萄糖和果糖的混合溶液，所述預鉆孔表面改性劑包括含檸檬酸的乙醇溶液。本發明方案組合物通過分離式膠發黏的方法，在待焊接木材接觸面上采用本發明方案特定的改性劑可以有效改善木材旋轉摩擦后產生的焊接界面的性能，進而提高木材旋轉摩擦焊接試件的力學強度和穩定性。

技術研發人員：吳嘉偉,張仲鳳,張繼娟,何佳容,楊洋,霍鴻飛
受保護的技術使用者：中南林業科技大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/23