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單板層積材

作者:匯感農業百科  閱讀:次  類別:森林工業卷

    由旋切厚單板順紋層積膠合而制成的一種結構材料。簡稱LVL。

    簡史 單板層積材的研究開始于1944年,勒克斯福德(R.F.Luxford)指出西加云杉單板層積產品具有與實木材料相同的性能。其產品用作航空部件及家具框架。但作為新型結構材料的研究開始于60年代。科克(P.Koch)研究出用南方松旋切單板層積膠合來制造高強度的梁。70年代初單板層積材才進入大規模工業化生產。當時北美對木材需要量迅速增長,優質木材價格大幅度上升,而石油化工技術的發展使合成樹脂價格不斷下降,這就為利用小徑原木制造單板層積材提供了有利條件。1972年鮑倫(J.C.Bohlen)論述了兩種連續制造該材料的生產工藝的可行性,指出生產效率的提高抵消LVL消耗膠料多于膠合木所增加的生產成本。1973年美國、加拿大已有兩個工廠用中徑級針葉樹材,制造大型結構件,年產量為7萬立方米。到1987年已發展到4個公司,年產量達37萬立方米左右。日本在第二次世界大戰后,營造了大量的人工速生豐產林,到70年代后陸續進入間伐利用階段,開始對小徑原木生產單板層積材進行研究。1981年小倉高規系統地論述了高頻介質加熱膠合法,使小徑原木LVL的制造與性能研究進入一個新的階段,此時日本已有14個工廠生產單板層積材,其中JAS標準認可的生產廠家有4個,年產量5萬立方米。現在單板層積材的工業化生產已遍布世界各地。

    中國從1985年開始對單板層積材進行研究。中國林業科學研究院木材工業研究所在研究小徑落葉松、馬尾松原木高頻膠合制造LVL的基礎上,1987年在江西樂安膠合板廠用50~100厘米長的單板壓制2米長的LVL,獲得了良好的試驗結果。同年又對速生楊木LVL進行了研究。南京林業大學等林業院校也對LVL的熱壓工藝作了研究。這就為LVL在中國的工業化生產打下了良好的基礎。

    種類 按用途可分為結構用和非結構用兩種單板層積材。結構用單板層積材通常使用酚醛樹脂或間苯二酚—苯酚—甲醛等一類膠粘劑;非結構用單板層積材使用脲醛樹脂等二類膠粘劑。按承載方向又可分為平行層積型和垂直層積型。前者受力方向與層積方向平行,后者受力方向與層積方向垂直。

    生產工藝 其工藝流程與膠合板生產類似(見圖)。先將直徑16~24厘米的小徑原木根據其彎曲度和尖削度截成60~100厘米長的木段。高谷典良指出,落葉松小徑原木經過60℃、24小時的軟化處理和旋切機刀門的水平距離為單板厚度的90%時,旋出的厚單板質量最好。野崎兼司推薦熱板、輥筒干燥聯合使用,既能縮短干燥時間,又能保證單板干燥質量,單板從輥筒干燥機移到熱板干燥機時含水率為30%。

    

LVL生產工藝流程圖

    目前應用的膠合工藝有冷壓法和熱壓法。其中熱壓法又分為外部加熱(蒸汽加熱)和內部加熱(高頻加熱)兩種。冷壓法用單板高溫干燥的余熱來加速膠粘劑的固化,該法設備投資省,但成本較高。蒸汽加熱法生產厚LVL,熱壓周期長,生產效率低。美國采用分步熱壓法,用多臺單層輥筒熱壓機串聯起來連續膠壓長大板方材。但這種工藝比較繁瑣,單板層數仍然受到限制。高頻介質加熱法具有選擇加熱的特點,在板坯內部形成內高外低的溫度梯度,加熱時間短,壓制LVL層數不受限制。因此,高頻加熱膠合LVL在世界上得到廣泛重視。

    優點和用途 單板層積材由于用旋切厚單板制成,木材損失小,利用率高;可以很好地利用彎曲度大的原木,實現劣材優用、小材大用;單板的背面裂隙有助于浸漬防腐劑等進行化學處理,以提高其耐久性;產品尺寸穩定性好,物理、化學性能均勻,力學強度變異小,設計時不需采用過高的安全系數;單板層積材垂直于層積方向(即平行于膠層方向)的抗彎強度高,使用中應使受力方向與層積方向垂直。中國東北落葉松、南方馬尾松和速生楊木LVL的強度性能如下表所示。

    單板層積材具有廣闊的應用領域。可代替優質材用作模板梁、托梁、柱材和橫擔木等,也可作為家具材、門窗材及樓梯用材。在運輸系統,可用單板層積材制作集裝箱底板、車箱底板和壁板等。單板層積材的縱向紋理還具有天然的裝飾效果。

    中國木材資源甚少,優質大徑級原木日減,但間伐材、速生材將相繼增加,如能利用這些原料發展單板層積材的生產,將會有效地緩解優質木材供應不足的情況。

單板層積材的強度性能

    

    括號內為變異系數。

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