指接材、集成材生产工艺技术及设备（1）

摘要　本文对指接材、集成材的生产工艺、技术及设备等作了详尽地介绍和深入探讨后指出:生产工艺不复杂,设备投资少,销路好。发展指接材、集成材可增加木材产量,缓和木材供需矛盾,有利于林区经济发展,即有经济效益又有社会效益。

关健词　指接材　集成材　生产工艺　技术及设备

1 指接材生产工艺和设备

在木材加工和木制品制造过程中,为了要得到一定宽度或厚度的板方材可以将两块或两块以上的木材用各种胶粘剂在木材的宽度或厚度方向拼接胶合,一但木料短了,可在木材长度方向(端向)接长但要求接头处具有接近原有木材的强度。人们发明了斜接的办法使木材接长,但斜接浪费木材,加工制造困难,生产率低。如果将很长的斜面折成相同形状的折面就形成了指接。指接是目前世界上常用的也是经济有效的木材接长方法之一。我国50年代末,60年初也采用了指接技术,如用于锚杆生产和门窗生产中。近年来由于原木材质的下降,而木材需求量的增加,以及一些大型构件的制作,指接技术也逐步受到人们的重视和采用。指接木的优点如下:1.变短材为长材、弯材为直材。小径木、短材经锯截、刨削、指接胶合等加工成建筑用材、家具、汽车用材等。

2.增加木材产量,缓和木材供需矛盾。

3.指接木加工厂易上马。

4.有利于林区经济发展。发展间伐材指接木生产,不但可以增加收益,而且可以提供就业机会。5.指接木与人造板配套使用能更好地发挥综合利用的效果。

1.1 指接设计

有关指榫几何形状对拉伸强度的影响的综合研究,主要结论如下:1.一般来说指接的拉伸强度随着指榫斜率的减少而增加,但是增长的比例随着斜率的减小而减小。当斜率从1∶12减小到1∶16时,拉伸强度的增长是非常小的。

2.当斜率和指顶宽保持一定时,胶合强度随着指距的增大而增大,但是增长的比例是下降的。

3.胶合强度与有效的胶合面积之间有很好的相关性。这表明,为了得到高强度,指榫必须有足够的长度以及斜率足够小,以便提供一个足够大的有效的胶接面积。

4.假如前三个条件满足的话,指顶宽成为胶合强度的决定因素,指顶宽较小则强度较高。

5.产生的指接的净断面(总断面减去指顶宽的面积)内的应力,在斜率1∶10至1∶16范围内,在很大程度上不取决于指榫的斜率,而取决于斜接面积或者指长对指距(1/t)之比,达到大的1/t范围约大于4。这种大应力在云杉中大约比清材的强度低17%(也许是由指顶的应力集中造成的)。因此,指接的强度取决于净断面的面积和净断面中的斜接的强度。

6.研究数据表明,指顶宽更小的指接可获得更明显的高强度,便如需要大强度,如在拉伸或变曲,应该尽可能用实际中能获得的薄指顶宽。国家标准GB11954-89《指接材》中对指榫尺寸系列作了规定。其中“指榫类别”中 类用于结构用指接材, 类用于非结构用指接材。

1.2 指接的加工制造

1.2.1 木材的选择和要求　

1. 树种所有针叶树木材及气干密度小于0.75g/cm3的阔叶树木材均可用于指接木生产。同一块(根)指接木原则上应使用同一树种木材指接。

2. 材质用于指接生产的木材应有一定的材质要求,如对节子和对其他材质缺陷的要求。3.含水率指接木所用的锯材毛料应窑干,含水率上限为15%,下限为8%。为保证质量两块指接在一起的木材的含水率要尽可能接近,它们的含水率差值不得超过5%。

1.2.2 开指榫　在木块的两端开出符合要求的指榫,有三种方法:切削法、压模法和切削与压模联合法。

1.2.3 施胶　为了使对接的指榫牢固地结合在一起传递应力必须将适量的胶粘剂均匀地施加于指榫的表面。适宜的涂胶量是保证指接强度的因素之一,涂胶量过多,不但浪费胶液,增加了产品成本,而且被挤出的胶液污染指接木表面加速刨削刀刃变钝,还会使拼接机上积存胶粘剂使其运转受损。涂胶量不足,使指榫表面不能形成一层均匀的一定厚度的胶层,以致胶接强度下降。因此根据研究与生产实践证明,涂胶量350g/m2左右较适宜,适宜的涂胶量要根据胶种、粘度、树种不同经试验测度胶合强度后制定出。

1.2.4 拼接(指接)

1. 拼接方法拼接(指接)有两种方法,一种干法指接,另一种是湿法指接。所谓干法指接即接材在指接前已经过窑干,含水率在8～15%范围内,涂胶后即可进行指接。干法指接实践中应用广,目前世界各国普遍采用这种方法。湿法指接是指坯料在指接前的含水率大大高于上述范围,甚至高于纤维饱和点,开指榫后经过特殊加热处理再涂胶,使湿材也能指接。

2.指接的主要参数(端压)端压是指沿指接件的长度方向在指接件的端部施加的压力。适宜的端压大小是保证指接质量的一个重要因素。端压不足,造成指榫不能完全压密,留有较大的指顶隙,使指接木强度大大下降;端压太大,造成指顶过度地压入指谷,使指劈裂,也会使指接木强度大大下降。适宜的端压大小要根据指榫的几何形状、木材的软硬、木材的抗劈裂性质而定。端压时间:即达到加压限值后的保压时间,GB11954-89中没有限值,建议可于10～30秒范围内选定。根据试验和生产实践表明,端压时间2～3秒即可满足要求。

2. 拼接设备 根据拼接设备工作形式可以分为间歇式拼接机和连续式拼接机两大类。间歇式拼接机其拼接过程是间歇式的,即拼接一对或一组指榫后端压缸要停顿一会儿,此时进料,进料完毕后再进行第二次拼接。连续式拼接机是工件在拼接过程中是连续不断的移动。其优点是指接木的长度不受限制。

1.2.5 胶粘剂的固化

1. 常温固化 通常指接用的大部分胶粘剂在室温下(21℃和以上)固化。因此指接后的指接木只需放置在上述温度的室内养护一段时间胶粘剂则固化,可以对其进行进一步锯刨等机械加工。养护时间的长短由室内温度、胶粘剂的种类与性能、指接木规格大小而定,一般从8～48小时范围内。

2.加热固化 用加热方法可以大大地缩短胶粘剂的固经时间。用高频加热是加速胶粘剂固化快的一种方法。使用的频率范围为1～27MHz。高频加热固化时木材含水率是一个重要因子． 如果控制得合理,高频胶合的质量与其它方法一样好。冬季指接木生产中胶粘剂固化问题是个头疼的事,为了加速固化可以在拼接车间内搭一间装有足够蒸汽加热管的养护室,或者专门另辟一间养护室,使棚(室)内温度高于25℃。这样不用消耗太多的热能解决冬季生产胶粘剂固化问题。采用什么方法去加速胶粘剂固化,如前所述要因地制宜,根据各厂的具体条件加以选择。

1.3 指接效率和强度

1.3.1　指接效率　将无木材缺陷的不指接的木材强度作为100%,而相同材料的指接材的强度与前者相比,得到的百分率作为指接效率。指接效率会随着对种、木材质量、胶粘剂种类、指榫的几何形状、指接类型等因子变化而变化。许多研究表明,指榫的排列方向与静曲应力的方向影响指接的效率。水平指接(侧厚见指,A型)的静曲强度比垂直指接(宽面见指,B型)的静曲强度低5%左右。我国标准GB11954-89《指接材》附录F、G、H、I分别列出了不同指长、木材气干密度、胶种下指接材抗弯强度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度和冲击韧性的系数表(即指接效率)。我国学者采用有限元法确定指形梯形缺口间应力不均分布系数和指接的传力效率,所求得的数据与试验结果甚为相近。他们推导出指接传力效率的计算公式,从而能根据要求设计出所需传力效率的指形接头。

1.3.2 强度　我国标准GB11954-89《指接材》中对指接材(没有分结构用和非结构用)强度要求规定其抗变强度σb和顺纹抗压强度σc应不低于附录B限值。在附录B中考虑了木材的气干密度、胶种、指长、指榫在指接材中的排列方向等因素对指接效率的影响,分别列出了相应的抗变强度和顺纹抗压强度的限值。国家标准规定,对于正常使用条件下的指接材其顺纹抗拉强度及冲击韧性一般无要求;如有特殊需要,它们的顺纹抗拉强度及冲击韧性应不低于附录C限值。