（木材科学与技术专业论文）速生桉木单板层积材制造工艺研究.pdf

l l i i l l l lii l li l l l l l l l l l1 1 | y 17 3 7 6 5 0 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 黼：梧i d 弋 切妒年占月日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： d 即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作：轧n 1 新躲 拜6 月以日 速生桉木单板层积材制造工艺研究 摘要 单板层积材( l a m i n a t e dv e n e e rl u m b e r ，简称l 、，l ) 作为一种新型的结 构材料，保留了木材理想的天然特性，具有良好的力学性能和尺寸稳定性， 是提高速生人工林木材利用价值的有效途径。为此，本文以速生桉木单板 为原料，三聚氰胺改性脲醛树脂和酚醛树脂为胶粘剂，利用响应面法 ( r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ，简称r s m ) 、中心组合旋转设计( c e n t r a l c o m p o s i t er o t a t a b l ed e s i g n ，简称c c r d ) 和正交试验法( o r t h o g o n a ld e s i g n m e t h o d ，简称o d m ) ，在热压压力为1 0m p a 的条件下，对桉木单板层积 材的制造工艺进行了研究。论文的主要研究结论如下： ( 1 ) 单板厚度和涂胶量对桉木单板层积材的静曲强度和弹性模量有显 著的影响。随着单板厚度的增大，产品的静曲强度和弹性模量下降，而随 着涂胶量的增多，产品的静曲强度和弹性模量呈增大趋势。本研究所获回 归方程的预测值与实验值拟合良好，单板层积材的静曲强度和弹性模量( 垂 直加载) 的决定系数r 2 分别为0 7 2 、o 5 9 ，静曲强度和弹性模量( 平行加 载) 分别为o 7 6 、o 7 9 。回归方程具有良好的预测性。最佳的工艺参数为： 单板厚度为2 2m m ，涂胶量为2 4 0g m 。 ( 2 ) 对于三聚氰胺改性脲醛树脂胶桉木单板层积材，面粉添加量对静 曲强度和弹性模量均有显著的影响，热压温度的影响次之，热压时间则无 显著影响。所获回归方程的预测值与实验值拟合良好，产品的静曲强度和 弹性模量( 垂直加载) 的决定系数r 2 分别为o 7 7 、o 8 l ，静曲强度和弹性 模量( 平行加载) 分别为o 7 1 、o 7 3 。回归方程具有良好的预测性。最佳的 工艺参数为：热压温度为1 2 0 ，热压时间为1 6r a i n m m ，面粉添加量为 o 。 ( 3 ) 对于酚醛树脂胶桉树单板层积材，面粉添加量对静曲强度和弹性 模量均有显著影响，热压温度和热压时间的影响均不显著。就产品性能而 言，最优工艺参数是：热压温度为1 3 5 ，热压时间为1 2m i n m m 一，面粉 添加量为o 。为减少酚醛树脂的耗用量，降低生产成本，在保证板材强度 的基础上，可以添加1 5 左右的面粉。 ( 4 ) 响应面法( r s m ) 和中心组合旋转设计( c c r d ) 适合用于桉木 单板层积制造工艺参数的建模与优化，能用较少的实验次数，在短时间内 得到较优的结果。 关键词：速生桉木单板层积材响应面法 中心组合旋转设计工艺优 化 s t u d yo nt h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yo f l a m i n a t e dv e n e e rl u m b e ro ff a s t g r o w i n g e u c a i j p t u s a b s t r a c t l a m i n a t e v e n e e rl u m b e r ( e v e ) i sah i 曲- p e r f o r m a n c ew o o dp r o d u c t m a n u f a c t u r e df r o mv e n e e r st h a ta r er o t a r yp e e l e d ，d r i e da n dl a m i n a t e dt o g e t h e r w i t hp a r a l l e lo r i e n t e dg r a i n su n d e rh e a ta n dp r e s s u r ew i t ha na d h e s i v e a san e w t y p ee n g i n e e r i n gm a t e r i a l ，l v lh a sr e t a i n e dw o o dn a t u r a lp r o p e r t i e s ，a n di t s g o o dp h y s i c a lp r o p e r t i e s ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，a n dd i m e n s i o ns t a b i l i t y a r e m u c hb e t t e rt h a nn a t u r a lw o o d s oi tg e t sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o na n da f f e c t i o n l v li sa ne f f e c t i v ew a yf o re n h a n c ef a s t - g r o w i n gp l a n t a t i o nw o o du t i l i z a t i o n v a l u e s i nt h i ss t u d y , w i t ht h ea v a i l a b l ep r o g r e s sa n da d v a n c e dm e t h o d si nt h i s f i e l da sr e f e r e n c e s ，u s i n gf a s t - g r o w i n ge u c a l y p t u sw o o dv e n e e ra st h er a w m a t e r i a l ，m e l a m i n eu r e af o r m a l d e h y d er e s i n ( m u f ) a n dp h e n o lf o r m a l d e h y d e r e s i n ( p f ) a sa d h e s i v e ，t h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n dp r o p e r t i e so fl v l w e r er e s e a r c h e d i no r d e rt op r o v i d ean e ww a yo fe f f i c i e n tu t i l i z a t i o no f e u c a l y p t u sv e n e e ra n di m p r o v ee u c a l y p t u sw o o de c o n o m i cb e n e f i t t h er e s u l t s o ft h i ss t u d yw i l lb eo fi m p o r t a n ts c i e n t i f i cs i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u e i nt h i s p a p e r , t h er e s p o n s es u r f a c em e t h o d ( r s m ) ，c e n t r a lc o m p o s i t e r o t a t a b l ed e s i g n ( c c r d ) a n do r t h o g o n a ld e s i g nm e t h o d ( o d m ) w e r eu s e di n f i n d i n gt h eo p t i m u mt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sf o re u c a l y p t u sl v lm a n u f a c t u r i n g t h em a i nr e s u l t so ft h i ss t u d yw e r ea sf o l l o w s ( 1 ) v e n e e rt h i c k n e s sa n dg l u es p r e a dh a das i g n i f i c a n te f f e c to nt h em o r a n dm o eo fl v lw h e nt h ep r e s s u r ew a sc o n t r o l l e du n d e r1 0m p a w i t ht h e i n c r e a s i n go fv e n e e rt h i c k n e s s ，t h em o ra n dm o ed e c r e a s e s ，w h i l ew i t ht h e i n c r e a s i n go fg l u es p r e a d ，t h em o r a n dm o es h o w e dat e n d e n c yo fi n c r e a s i n g p r e d i c t e dv a l u e sf r o mt h em o d e le q u a t i o n sw e r ef o u n dt ob ei ng o o da g r e e m e n t w i t ho b s e r v e dv a l u e s ( r 2v a l u eo fo 7 2f o rm o ra n d0 5 9f o rm o e ( v e r t i c a l 1 1 1 l o a d i n g ) ，a n drv a l u eo fo 7 6f o rm o ra n do 6 9f o rm o e ( p a r a l l e ll o a d i n g ) r e s p e c t i v e l y ) 1 1 1 eo p t i m u mt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sf o rl v lo fe u c a l y p t u sw i t h 砌w e r e v e n e e rt h i c k n e s s2 2m m ，g l u es p r e a d2 4 0g m ( 2 ) f o rl v lo fe u c a l y p t u sw i t hm u ft h ea m o u n to ff l o u ra d d i t i o nh a da s i g n i f i c a n te f f e c to nt h em o ra n dm o e ，a n dh o tp r e s s i n gt e m p e r a t u r ea n d p r e s s i n gt i m eh a dn os i g n i f i c a n te f f e c tw h e nt h ep r e s s u r ew a sc o n t r o l l e du n d e r 1 om p a p r e d i c t e dv a l u e sf r o mt h em o d e le q u a t i o n sw e r ei ng o o da g r e e m e n t w i t ho b s e r v e dv a l u e s ( rv a l u eo f0 7 7f o rm o r a n d0 81f o rm o e ( v e r t i c a l l o a d i n g ) ，a n drv a l u eo f0 71f o rm o ra n do 7 3f o rm o e ( p a r a l l e ll o a d i n g ) r e s p e c t i v e l y ) 1 1 1 eo p t i m u mt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sf i o rl v lo fe u c a l y p t u sw i t h m u fw e r e 12 0 cf o rh o tp r e s s i n gt e m p e r a t u r e ，1 6m i n m m 1f o rh o t p r e s s i n g t i m e ，a n d0 f o rf l o u ra d d i t i o na m o u n t ( 3 ) f o rl v lo fe u c a l y p t u sw i t hp f , t h ea m o u n to ff l o u ra d d i t i o ns h o w e d s i g n i f i c a n te f f e c to nm o r a n dm o e ，a n dh o tp r e s s i n gt e m p e r a t u r ea n dp r e s s i n g t i m es h o w e dn os i g n i f i c a n te f f e c to nt h e mw h e nt h ep r e s s u r ew a sc o n t r o l l e d u n d e r1 0 a t op r o d u c t p r o p e r t i e s ，t h eo p t i m u mt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sw e r e ： h o tp r e s s i n gt e m p e r a t u r e135 ，h o tp r e s s i n gt i m e1 2m i n m m da n df l o u r a d d i t i o na m o u n to i no r d e rt or e d u c et h ec o n s u m p t i o no fa d h e s i v ea n d p r o d u c t i o nc o s t ，f l o u ru pt oa b o u tl5 c o u l db ea d d e di na d h e s i v e ( 4 ) t h es t u d yd e m o n s t r a t e dt h a tt h er s ma n dc c i c o u l de 历c i e n t l yb e a p p l i e df o rt h em o d e l i n ga n do p t i m i z i n go f m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yo f l v lo f e u c a l y p t u s i nt h i sw a y , a m o u n t o fi n f o r m a t i o nc o u l db eo b t a i n e dw i t hl e s st i m e a n df e w e rt e s t s k e yw o r d s ：f a s t g r o w i n ge u c a l y p t u gl a m i n a t ev e n e e rl u m b e r ( l v l ) ； r e s p o n s e s u r f a c e d e s i g n ( r s m ) ；c e n t r a lc o m p o s i t e r o t a t a b l e d e s i g n ( c c r d ) ；m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y o p t i m i z a t i o n 摘要 ! 目录 a 】b s i r a ：t i i i 符号说明。i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 我国森林资源概述1 1 1 2 我国桉树资源现状l 1 1 3 单板层积材3 1 2 国内外单板层积材的研究进展3 1 2 1 国外单板层积材研究概述3 1 2 2 国内单板层积材研究进展4 1 2 3 桉树单板层积材的研究现状7 1 3 课题来源、研究目的与意义。7 1 3 1 课题来源7 1 3 2 研究目的与意义7 1 4 研究内容7 第二章单板厚度优选。9 2 1 弓i 言9 2 2 材料与方法9 2 2 1 实验材料9 2 2 2 主要实验仪器与设备1 0 2 2 3 实验方法10 2 2 3 1 工艺流程l o 2 2 3 2 热压工艺l o 2 2 3 3 试验设计1 l 2 2 3 4 板材理化性能试验。1 2 2 3 试验结果与分析1 4 2 3 1 板材性能测试结果。1 4 2 3 2 密度1 5 2 3 3 含水率l5 2 3 4 静曲强度和弹性模量( 垂直加载) 。1 6 2 3 5 静曲强度和弹性模量( 平行加载) 2 1 2 4 验证试验2 5 2 5 小结2 5 第三章三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂桉木单板层积材工艺研究2 7 3 1 引言2 7 3 2 材料与方法2 7 3 2 1 实验材料2 7 3 2 2 主要实验仪器与设备2 7 3 2 3 实验方法2 7 3 2 3 1 工艺流程2 7 3 2 3 2 热压工艺2 7 3 2 3 3 试验设计2 8 3 2 3 4 板材理化性能试验2 8 3 3 试验结果与分析2 8 3 3 1 板材性能测试结果2 8 3 3 2 密度。2 9 3 3 3 含水率3 0 3 3 4 静曲强度和弹性模量( 垂直加载) 3 1 3 3 5 静曲强度和弹性模量( 平行加载) 3 8 3 4 验证试验4 5 3 5 小结4 5 第四章酚醛树脂胶粘剂桉木单板层积材工艺研究4 7 4 1 引言4 7 4 2 材料与方法4 7 4 2 1 实验材料4 7 4 2 2 主要实验仪器与设备4 7 4 2 3 实验方法4 7 4 2 3 1 工艺流程4 7 4 2 3 2 热压工艺。4 7 4 2 3 3 试验设计4 7 4 2 3 4 板材理化性能试验4 8 4 3 试验结果及分析4 9 4 3 1 板材性能测试结果4 9 4 3 2 密度5 0 4 3 3 含水率5 0 4 3 4 静曲强度和弹性模量( 垂直加载) 5 0 4 3 5 静曲强度和弹性模量( 平行加载) 5 3 4 3 6 浸渍剥离试验5 5 4 4 验证试验5 5 4 5 小结5 7 第五章结论与讨论5 9 5 1 主要结论5 9 5 1 1 单板厚度优选5 9 5 1 2 三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂桉木单板层积材工艺研究5 9 5 1 3 酚醛树脂胶粘剂桉木单板层积材工艺研究6 0 5 1 4 桉木单板层积材制造工艺评价。6 0 5 2 讨论与建议6 0 参考文献6 1 致谢6 7 攻读学位期间发表论文情况6 8 符号说明 广西大学硕士掌位论文速生桉木单板层积材制造工艺研究 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国森林资源概述 森林资源是地球上最重要的可再生资源之一，是生物多样化的基础，是全球气候变 化最具影响力的陆地生态系统，不仅能为人类生产及生活提供多种宝贵的可再生木材及 其他产品资源，更重要的是具有调节气候、涵养水源、消除噪音、净化空气、保持水土、 防风固沙和改良土壤等多种功能，因此森林资源的可持续发展对人类社会的可持续发展 有着十分重大的意义l l 川。 根据国家林业局2 0 0 9 年第七次全国森林资源清查结果【4 l ，全国森林面积1 9 5 亿h m 2 ， 森林覆盖率2 0 3 6 ，只有全球平均水平的2 3 ，人均森林面积0 1 5h m 2 ，不足世界人均 占有量的1 4 ；森林蓄积1 3 7 2 1 亿m 3 ，人均森林蓄积1 0 1 5m 3 ，只有世界人均占有量的 1 7 ；乔木林每公顷蓄积量8 5 8 8m 3 ，只有世界平均水平的7 8 ，平均胸径仅1 3 3c m ， 人工乔木林每公顷蓄积量仅4 9 0 1m 3 ，龄组结构不尽合理，中幼龄林比例依然较大。全 国乔木林生态功能指数0 5 4 ，生态功能好的仅占1 1 3 l ，生态脆弱的状况没有得到根 本性扭转。调查结果显示，我国森林资源十分匮乏，仍然是一个少林的国家，森林生态 系统的整体功能还相当脆弱，生态问题依旧是制约我国可持续发展战略最突出的问题之 一。森林可采伐资源少，木材供需矛盾日益加剧，森林资源的增长远远不能满足社会、 经济发展对木材需求的增长。森林资源的质量和数量有待进一步提高，保护和发展森林 资源任重而道远。随着经济、社会的发展，人们对木材的需求量也越来越大。随着“天 然林保护工程”的实施，我国的木材供需矛盾日益尖锐。为缓解和克服我国木材供需矛 盾不断加剧的局面，保护天然林、发展并合理高效利用人工林资源已成为当前我国林业 战线的一项重要战略任务【5 】。 1 1 2 我国桉树资源现状 根据国家林业局2 0 0 9 年第七次全国森林资源清查结果显示【4 】，我国人工林保存面积 0 6 2 亿h m 2 ，蓄积1 9 6 1 亿m 3 ，人工林面积继续高居世界首位。与一次清查结果相比， 人工林资源增长快速，人工林净增面积8 4 3 1 1 万h m 2 ，人工林蓄积净增4 4 7 亿m 3 。未 成林造林地面积1 0 4 6 1 8 万h m 2 ，后备森林资源呈增加趋势。森林采伐逐步向人工林转 移，天然林的采伐量下降，人工林的采伐量上升，人工林的采伐量占全国森林采伐量的 3 9 4 4 ，上升1 2 2 7 个百分点，以采伐天然林为主向以采伐人工林为主的战略转移稳步 推进。 桉树( e u c a l y p t u ss p p ) ，桃金娘科( m y r t a c e a e ) ，桉y 禹( e u c a l y p t u s ) 1 9 l ，是我国主要的人 工林速生树种之一。据统计，我国桉树种植面积居巴西之后排在第二位，人工林面积已 达1 7 0 力h m 2 ，且呈每年上升趋势，每年大约以2 0 万h m 2 的速度递增【6 7 】。估计在2 0 1 0 广西大掌硕士掌位论文 速生桉木单板层积材制造工艺研究 年，我国桉树人工林面积可达2 5 0 万1 1 l i l 2 ，年平均产量可达2 0 m 3 h m 2 以上，年生产木材 3 0 0 0 万m 3 以上。广西是我国桉树的主要栽培区，近一二十年来桉树的发展十分迅速， 现在广西全区的桉树人工林面积已达5 3 万h m 2 ( 2 0 0 5 ) t 引。 2 0 0 0 年以来，广西桉树速丰林基地建设发展势头迅猛，每年以10 0 多万亩的速度发 展，已经成为我国最主要的桉树丰产林基地。根据广西2 0 1 0 年林业发展规划，至2 0 1 0 年，桉树人工林面积将发展到1 6 0 0 万亩，到2 0 1 5 年，将发展到2 0 0 0 万亩。 桉树品种多、生长快、耐旱、轮伐期短、耐贫瘠、适应性广、再生能力强、抗逆性 强、用途范围广、经济效益高【l 叫2 1 。桉树木材中纤维含量很高，目前在木片和纸浆用木 材方面已经得到了很好的发展【1 3 1 。桉树木材呈红色或深粉红色，纹理交错，结构致密， 干缩湿胀变形性等小，质硬耐久，具有美丽的外观特性和良好的机械加工性能，可广泛 应用于地板、室内装饰装修、家具制造、体育器械、车船厢板、单板、人造板( 胶合板、 刨花板、细木工板及单板层积材) 、包装材料、矿井支柱架、建筑工字梁、桁架等建筑 用材 9 , 1 3 , 1 4 l 。 我国桉树人工林发展迅速，但桉树人工林木材的合理利用却是一个长期未能很好解 决的问题。长期以来，桉树木材主要是用于木片和纸浆生产，也用于人造板生产、实木 利用及林化产品等方面【l ”。随着我国木材资源结构性的变化，逐步从利用天然林为主向 利用人工林为主过渡。桉树作为人工速生林树种之一，正在获得前所未有的发展。如何 合理高效利用丰富的桉树资源是人工林木材加工利用的重要课题1 1 4 , 1 5 j 。作为速生人工林 木材，桉树木材的生长应力大，又多以幼龄材为主，径级小，采伐锯解时很容易造成心 材开裂和端裂，制材、机械加工困难，胶合和涂饰性能差。基本密度较大，木材结构含 附物纹孔较多，致使木材渗透性差，干燥变形大，皱缩严重，干燥周期长。有些桉树在 使用过程中随环境气候变化尺寸稳定性差【l 弘。6 】。桉树的这些缺陷限制了它的应用范围， 特别是作为实木用材存在诸多困难。 目前，大多数桉树人工林木材采用短轮伐期经营的方式，旋切成小幅面单板，生产 价值相对较低的胶合板。总体上看来，目前中国对桉树人工林木材的利用程度、技术水 平和规模都相对较低【1 4 】。但桉树作为一种重要的速生人工林木材资源，具有大规模生产 高附加值木质复合材料的潜力，近十几年来已经引起研究者对其价值的重新评估【l 引。桉 树的生长应力产生于年轮之间，环形剥离能使生产应力对木材的影响程度降低到最小， 因此旋切是较好的方式。芬兰r a u t e 公司经过研究与试验，证明桉树是非常适合于胶合 板和单板层积材生产的。山东省苍山凯林木业有限公司工厂进行了l l 层( 约2 5 毫米) 桉树单板层积材制造及其力学试验，证明桉树制造单板层积材是完全可行的。桉树单板 层积材的发展不仅是对现在针叶材单板层积材的一个有力补充，而且凭借其优良的强度 性能，将会在建筑等行业上得到更多的利用i l 。桉树单板层积材拥有良好的发展潜力与 基础，潜在的用途广泛，并具有很好的经济效益、生态效益及社会效益，是我国桉树人 工林的发展方向之一，其必将具有美好的发展前景i l 引。因此，开发合理高效的加工技术， 提高我国桉树人工林木材的利用水平，不仅有利于我国森林资源的合理高效利用，而且 2 广西大掌硕士掌位论文速生桉木单板层积材制造工艺研究 可促进我国木材加工工业的持续发展1 5 j ， 1 1 3 单板层积材 自从我国实施“天然林保护工程 以来，全国各地相继封山育林，东北、内蒙古等 主要林区也大幅度降低了天然林的采伐量，木材供需矛盾则日益突出。针对这种情况， 木材工业则应着眼于利用人工速生材及小径木材生产大规格结构用成材，使原本材质低 劣的原料通过加工成为优质人造板材，缓解因木材短缺带来的矛盾，而单板层积材就是 一种可以用小径级木材制成的强度高、性能稳定的优质板材【j 8 】。 单板层积材( l a m i n a t e dv e n e e rl u m b e r ，简称l v l ) ，是以小径材和低质材原木为 主要原料，旋切成2r a i n 以上厚度的单板，经多层顺纹( 也可以加入横纹单板) 拼接胶 压而成的高性能、高附加值产品【1 8 1 9 】。 l v l 是提高速生人工林木材利用价值的有效途径【2 。单板层积材产品是经过多道生 产工序加工而成的木质板材，其不但消除了木材自身的一些缺陷，而且还呈现出特有的 优点【2 2 讲l ：保留了木材理想的天然特性，产品力学性能高，尺寸稳定性好；木材利用率 高，可利用速生材、小径材、弯曲木及短小材为原料；几乎不受木材缺陷的影响，出材 率高。 单板层积材的上述这些优点使其自面世以来得到了迅速发展，l v l 在各行业得到了 广泛的应用。根据承重与否单板层积材可分为非结构用和结构用l v l 。非结构用l v l 主要用于家具制造和室内装修装饰，如制作门框、木制品、室内隔板、分室墙等，适用 于室内干燥环境；结构用l v l 主要用于制作长期或瞬间承受载荷的结构性部件，如大 跨度的建筑梁或柱、木结构房屋、桥梁、车船等的承载结构部件，具有较好的结构稳定 性、耐久性1 2 0 1 。目前，单板层积材在日本、欧美等发达国家已经发展成熟，l v l4 0 6 0 用于木结构房屋等建筑行业，而中国目前还处于发展阶段( i9 】。l v l 的生产工艺与胶 合板极为相似，经涂胶、组坯、热压胶合成【2 2 娜】。国内已对杨木、杉木、松木等进行了 单板层积材的试验，但对桉树单板层积材的系统研究未见报道。广西是我国桉树发展最 快的地区，系统研究桉树制造单板层积材制造技术是非常必要的。 1 2 国内外单板层积材的研究进展 1 2 1 国外单板层积材研究概述 l v l 的研究始于2 0 世纪4 0 年代。早在1 9 4 4 年l u x f o r d 就指出单板层积材具有与 实体木材相近的力学强度性能【2 9 】。1 9 6 5 年同本就开始批量生产用于家具制造、门窗框 料和运动器材l v l 系列产品【3 0 l 。1 9 6 7 年，k o c h 用南方松的旋切单板制造出了高强度的 胶合层积梁，并由此开始了l v l 作为新型结构材料的开发研列2 9 1 。7 0 年代初，l v l 在 芬兰率先进入工业化生产，随后在美国、加拿大得到迅速发展。当时北美木材需求量迅 速增大，优质木材价格猛涨，合成树脂的价格不断下跌，促进了利用小径级木材的l v l 的研究开发1 3 。加拿大和美国研究机构几乎同时开发了单板层积材的制造技术。1 9 7 2 年，美国开发了结构用l v l 的连续生产线1 3 2 】；1 9 7 5 年美国开始用2 4m m 厚的北美黄 广西大掌硕士掌位论文 杉单板生产单板层积材。1 9 7 6 年芬兰r a u t e 公司和f i n f o r e s t 公司合作开发并建成了世界 上第一条在胶合板生产线基础上改造成的单板层积材生产线p 引。2 0 世纪8 0 年代，法国 成功地研究了小径级木材恒定半径循环刨切工艺并开始生产单板层积材。日本小径木 l v l 起步虽晚，但发展相当迅速。1 9 7 8 年，日本颁布了非结构用l v l 农林标准( j a s ) p ， 以保证生产厂家向市场提供合格的l v l 产品。1 9 8 8 年，日本又进一步制订了结构用l v l 的j a s 标准，对产品外观及物理力学性能做了相关规定。另外，h s a s a k i 曾指出单板层 积材的另一大应用是生产圆筒形l v l t 3 4 】。1 9 9 3 年，日本学者佐木光等人率先开发研制 了圆筒形单板层积材【3 5 1 。圆筒l v l 是一种新型的木质工程材料，强度高、工程性能均 匀，有利于小材大用、劣材优用、使木材得到有效利用。近年来，l v l 生产工艺日臻成 熟，产品力学性能稳定，在北美、欧洲等地已是一种广泛使用的建筑材料，并同时拥有 相应的设计规范和施工要求p 6 j 。 目前美国的t r u s j i o s t 公司是世界上最大的单板层积材生产厂家，而芬兰的r a u t e 公 司是单板层积材生产设备的重要生产供应商【3 3 1 。日本目前拥有4 条l v l 全套生产线， 由于神户大地震后大力推行木结构建筑，现已成为全球第二大建筑用l v l 生产国，仅 次于美国。据d i e f f e n b a c h e r 报道，由该公司和c o r v a l l i st o o lc o ( c t c ) l f i - - j 世界各地提供 生产设备的5 个l v l 工厂，正在进行生产运转1 3 。 目前，国外对单板层积材进行了各方面的研究，主要集中在单板层积材的力学性能 和制造工艺方面。 b s k a m a l a 和s r s h u k l a ( 1 9 9 9 ) 研究发现橡胶木l v l 的性能与橡胶木和柚木实 木相当，或优于橡胶木和柚木实木，可以用来制造门窗框架、地板、车辆船舶等【3 8 j 9 1 。 i a y d i n 比较了山毛榉和桉树单板层积材的力学性能，结果发现树种对单板层积材的力 学性能有着显著的影响，胶粘剂种类的不同也会引起单板层积材强度的不同【4 们。m f o n s e l i u s ( 1 9 9 7 ) 研究了单板层积材尺寸大小对其静曲强度的影响，研究发现宽度对静曲 强度没有影响，长度方向比厚度方向影响大，而尺寸大小对弹性模量没有影响【4 。c p i r v u ( 2 0 0 0 ) 研究了使用合金胶接的框架结构l v l 的胶合质量和使用环氧树脂胶胶接接 口胶接性能及在横向载荷下的强度性能和破坏方式1 4 z 4 引。ge t r o u g h t o n 和c l u m ( 2 0 0 1 ) 则发现和传统热压相比，喷蒸热压能显著减少l v l 热压时间，且制得的l v l 表现出了 优良的胶合性能【4 4 1 。s r s h u k l a ( 2 0 0 8 ) 研究了热压时间对低密度木材单板层积材性能 的影响 4 5 1 。m c h a p l a i n 等研究了l v l 梁的滞后破坏的断裂力学模型【删。s u b y a k t o 等( 2 0 0 4 ) 研究了使用碳酚球覆面的单板层积材胶接点的防火性能1 4 。p n z o l o u ( 2 0 0 5 ) 研究了耐 腐和不耐腐木材生产的单板层积材的天然耐久性1 4 8 j ，而t h a y a s h i 等( 2 0 0 2 ，2 0 0 5 ) 则研究 了工程l v l 的耐久性能1 4 9 , 5 0 1 。 1 2 2 国内单板层积材研究进展 我国从1 9 8 5 年开始对单板层积材进行研列2 9 圳l 。中国林科院木材工业研究所研究 了南方马尾松、东北兴安落叶松1 2 9 l 和速生杨木的高频热压胶合生产l v l 的制造技术。 结果发现杨木l v l 的高频胶合特性要好于落叶松和马尾松口，产品的物理力学性能均 4 广西大掌硕士掌位论文逮生桉木单板层积材制造工艺研究 高于相应的木材1 2 9 1 ，按j a s 标准检测，板材性能均超过日本同类产品的水平。采用高频 介质加热法，可生产不同厚度的板材，厚度可达2 0 4 0 0m i l l ，能满足多用途的需要1 2 9 1 。 1 9 8 8 年1 1 月，此项l v l 生产技术通过国家有关部门技术鉴定，认为该产品为国内首创， 生产实践证明，l v l 技术成熟，生产可行，拓宽了杨木、松木等速生人工林木材的应用 领域【5 1 1 ，能获得良好的社会及经济效益。1 9 8 7 年，南京林业大学对杨木l v l 的热压工 艺进行了研究，研究指出采用一次加热法和分步加热法，在压制6 层l v l 时后者具有 明显的优越性【3 1 , 5 1 】，但缺点是难以压制厚板材。2 0 世纪9 0 年代，南京林业大学开始对 我国南方速生小径级杉木和美洲黑杨进行l v l 的生产研究，并于1 9 9 7 年向原国家林业 部申请了利用速生杉木小径材制造l v l 和应用研究课题h 州，经过几年的研究，于 2 0 0 0 年l o 月通过了江苏省科技厅的鉴定，认为该研究在利用小径级、低质的速生林木 材、人工林间伐材、次生材资源生产l v l 上在国内属于首创，而研究采用的喷蒸热压 新技术，产品材性达到了日本j a sl v l 相应等级的水平，l v l 的静曲强度及弹性模量 达到日本j a sl v l 标准8 0 e 特级要求，水平剪切强度达到日本j a sl v l 标准5 0 v 4 3 h 的要求，产品的材质与天然杉木相近。l v l 技术成功地为我国南方速生小径级杉木和美 洲黑杨人工林资源提供了一条新的合理高效利用途径，为建筑工程用材增添了一个新的 材料来源。我国单板层积材的发展，基本上是从胶合板生产线演化而来，到目前为止， 全国l v l 生产量较大的企业工厂有1 0 余家，主要分布在山东、江苏、浙江等地【1 9 l 。2 0 0 4 年日刊木材新闻报道，山东临沂与日本三泽住宅合资成立的三泽木业有限公司生产 的低甲醛结构用单板层积材产品已通过同本j a s 认定，并被批准为f w 低甲醛结构 用l v l 产品指定生产厂商p 副。 2 0 0 6 年5 月，我国根据日本的j a s 2 3 7 结构用单板层积材标准制定了国家标准 单板层积材g b