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单板层积材

作者:汇感农业百科  阅读:次  类别:森林工业卷

    由旋切厚单板顺纹层积胶合而制成的一种结构材料。简称LVL。

    简史 单板层积材的研究开始于1944年,勒克斯福德(R.F.Luxford)指出西加云杉单板层积产品具有与实木材料相同的性能。其产品用作航空部件及家具框架。但作为新型结构材料的研究开始于60年代。科克(P.Koch)研究出用南方松旋切单板层积胶合来制造高强度的梁。70年代初单板层积材才进入大规模工业化生产。当时北美对木材需要量迅速增长,优质木材价格大幅度上升,而石油化工技术的发展使合成树脂价格不断下降,这就为利用小径原木制造单板层积材提供了有利条件。1972年鲍伦(J.C.Bohlen)论述了两种连续制造该材料的生产工艺的可行性,指出生产效率的提高抵消LVL消耗胶料多于胶合木所增加的生产成本。1973年美国、加拿大已有两个工厂用中径级针叶树材,制造大型结构件,年产量为7万立方米。到1987年已发展到4个公司,年产量达37万立方米左右。日本在第二次世界大战后,营造了大量的人工速生丰产林,到70年代后陆续进入间伐利用阶段,开始对小径原木生产单板层积材进行研究。1981年小仓高规系统地论述了高频介质加热胶合法,使小径原木LVL的制造与性能研究进入一个新的阶段,此时日本已有14个工厂生产单板层积材,其中JAS标准认可的生产厂家有4个,年产量5万立方米。现在单板层积材的工业化生产已遍布世界各地。

    中国从1985年开始对单板层积材进行研究。中国林业科学研究院木材工业研究所在研究小径落叶松、马尾松原木高频胶合制造LVL的基础上,1987年在江西乐安胶合板厂用50~100厘米长的单板压制2米长的LVL,获得了良好的试验结果。同年又对速生杨木LVL进行了研究。南京林业大学等林业院校也对LVL的热压工艺作了研究。这就为LVL在中国的工业化生产打下了良好的基础。

    种类 按用途可分为结构用和非结构用两种单板层积材。结构用单板层积材通常使用酚醛树脂或间苯二酚—苯酚—甲醛等一类胶粘剂;非结构用单板层积材使用脲醛树脂等二类胶粘剂。按承载方向又可分为平行层积型和垂直层积型。前者受力方向与层积方向平行,后者受力方向与层积方向垂直。

    生产工艺 其工艺流程与胶合板生产类似(见图)。先将直径16~24厘米的小径原木根据其弯曲度和尖削度截成60~100厘米长的木段。高谷典良指出,落叶松小径原木经过60℃、24小时的软化处理和旋切机刀门的水平距离为单板厚度的90%时,旋出的厚单板质量最好。野崎兼司推荐热板、辊筒干燥联合使用,既能缩短干燥时间,又能保证单板干燥质量,单板从辊筒干燥机移到热板干燥机时含水率为30%。

    

LVL生产工艺流程图

    目前应用的胶合工艺有冷压法和热压法。其中热压法又分为外部加热(蒸汽加热)和内部加热(高频加热)两种。冷压法用单板高温干燥的余热来加速胶粘剂的固化,该法设备投资省,但成本较高。蒸汽加热法生产厚LVL,热压周期长,生产效率低。美国采用分步热压法,用多台单层辊筒热压机串联起来连续胶压长大板方材。但这种工艺比较繁琐,单板层数仍然受到限制。高频介质加热法具有选择加热的特点,在板坯内部形成内高外低的温度梯度,加热时间短,压制LVL层数不受限制。因此,高频加热胶合LVL在世界上得到广泛重视。

    优点和用途 单板层积材由于用旋切厚单板制成,木材损失小,利用率高;可以很好地利用弯曲度大的原木,实现劣材优用、小材大用;单板的背面裂隙有助于浸渍防腐剂等进行化学处理,以提高其耐久性;产品尺寸稳定性好,物理、化学性能均匀,力学强度变异小,设计时不需采用过高的安全系数;单板层积材垂直于层积方向(即平行于胶层方向)的抗弯强度高,使用中应使受力方向与层积方向垂直。中国东北落叶松、南方马尾松和速生杨木LVL的强度性能如下表所示。

    单板层积材具有广阔的应用领域。可代替优质材用作模板梁、托梁、柱材和横担木等,也可作为家具材、门窗材及楼梯用材。在运输系统,可用单板层积材制作集装箱底板、车箱底板和壁板等。单板层积材的纵向纹理还具有天然的装饰效果。

    中国木材资源甚少,优质大径级原木日减,但间伐材、速生材将相继增加,如能利用这些原料发展单板层积材的生产,将会有效地缓解优质木材供应不足的情况。

单板层积材的强度性能

    

    括号内为变异系数。

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