人工林杉木单板层积材制造工艺的研究（一）

    单板层积材 (L VL)是单板以顺纹方向为主组坯胶合而成的结构材 ,不仅保留了木材的天然特性 ,还具有许多实木锯材所没有的特点 ,在北美及日本已广泛应用于建筑[1 ]。人工林杉木在我国种植面积广泛 ,但因其生长期短 ,木材材性较天然林木材差 ,而至今没有得到合理的应用。利用人工林杉木生产 L VL可为社会提供有较高使用价值的木材制品 ,解决人工林小径级杉木合理高效利用问题 ,具有重要意义。本文探讨人工林杉木 L VL 的性能与工艺因子之间的关系及其制作 LVL 的可行性 ,从而为人工林杉木 LVL的工业化生产提供依据。

1　材料与方法

1 . 1　材料

人工林杉木 (Cunninghamia lanceolata)　采自南京句容下蜀林场 ,其胸径为 1 50～ 2 0 0 mm,气干密度为 0 . 3 3 g/ cm3,树龄 1 1～ 1 3年 ,MOR为 59. 7MPa,MOE为 850 0 MPa。PF树脂　固体含量 52 % ;粘度 2 3 0 s(2 0℃ ,涂-4杯 ) ;p H值 1 1 . 0 ;游离苯酚含量 3 %。

1 . 2　方法

1 . 2 . 1　试验设计与数据处理　选用三因子二次正交旋转组合设计安排试验方案 [2 ]。考察因子的变化空间为 :热压温度 (x1 ) 1 3 0～ 1 70℃ ;热压时间 (x2 ) 0 . 8～1 . 2 min/ mm板厚 ;热压压力 (x3) 0 . 8～ 1 . 8MPa。

根据试验结果解回归方程 ,采用复合型法对简化后的回归方程进行工艺优化 ,得到优的工艺参数。

1 . 2 . 2　工艺流程

(1 )旋切　选取长 1 m、干形较直、外型规整的人工林杉木木段 ,采用 BQ1 40旋切机旋切 ,单板名义厚度分别为 1 . 4、2 . 1和 3 . 0 mm;旋刀研磨角 1 9°;切削后角 40′;压尺压榨率 1 0 % [3]。

(2 )单板质量　测定单板厚度偏差及背面裂隙率。木段旋圆后截取连续单板带 :1 . 4mm厚单板每 6圈取一次 ;2 . 1 mm厚的单板每 4圈取一次 ;3 . 0 mm厚单板每 3圈取一次。每次截取宽 2 0 0 mm、长 1 0 0 0mm的单板 1块。

　　从表 1可知 ,按上述条件旋切单板厚度偏差较小 ,符合生产企业的单板厚度偏差范围 ,但单板背面裂隙较大。且随着旋切单板厚度的增加 ,背面裂隙率明显上升 ,裂隙平均条数减少。综合考虑单板背面裂隙率对 LVL力学性能的影响和 JAS对单板厚度的要求 ,热压试验选用厚度为 2 . 1 mm的单板进行。

(3 )单板干燥　将单板截成 40 0 mm× 40 0 mm,在 (1 0 0± 5)℃的恒温干燥箱中烘干至含水率为 5% ,冷却后装袋密封保存。

(4)涂胶组坯　手工涂胶 ,单面涂胶量为 2 0 0 g/m2。组坯时单板紧边对紧边、松边对松边 ,共 1 4层。组坯时将心边材按类似原木的比例和位置组坯 ,防止翘曲变形和获得较高的强度性能。

(5)预压陈化　预压压力 0 . 8MPa,时间 1 5min;陈化 4h。

(6)热压　热压参数[4]按设定方案进行 ,制品厚度用厚度规控制。热压后板材放置 72 h裁边。

(7)性能测试　考虑到试件幅面较小 ,故结合JAS日本标准和 ASTM美国标准自行设计取样图。

本试验中 ,凡试件尺寸符合 JAS要求的皆以 JAS为准进行测试 ,其余未达到 JAS要求规格的 MOR、MOE试件则参照 ASTM1 991进行。