單板層積材 (L VL)是單板以順紋方向為主組坯膠合而成的結構材 ,不僅保留了木材的天然特性 ,還具有許多實木鋸材所沒有的特點 ,在北美及日本已廣泛應用于建筑[1 ]。人工林杉木在我國種植面積廣泛 ,但因其生長期短 ,木材材性較天然林木材差 ,而至今沒有得到合理的應用。利用人工林杉木生產(chǎn) L VL可為社會提供有較高使用價值的木材制品 ,解決人工林小徑級杉木合理高效利用問題 ,具有重要意義。本文探討人工林杉木 L VL 的性能與工藝因子之間的關系及其制作 LVL 的可行性 ,從而為人工林杉木 LVL的工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。
1 材料與方法
1 . 1 材料
人工林杉木 (Cunninghamia lanceolata) 采自南京句容下蜀林場 ,其胸徑為 1 50～ 2 0 0 mm,氣干密度為 0 . 3 3 g/ cm3,樹齡 1 1～ 1 3年 ,MOR為 59. 7MPa,MOE為 850 0 MPa。PF樹脂 固體含量 52 % ;粘度 2 3 0 s(2 0℃ ,涂-4杯 ) ;p H值 1 1 . 0 ;游離苯酚含量 3 %。
1 . 2 方法
1 . 2 . 1 試驗設計與數(shù)據(jù)處理 選用三因子二次正交旋轉組合設計安排試驗方案 [2 ]。考察因子的變化空間為 :熱壓溫度 (x1 ) 1 3 0～ 1 70℃ ;熱壓時間 (x2 ) 0 . 8～1 . 2 min/ mm板厚 ;熱壓壓力 (x3) 0 . 8～ 1 . 8MPa。
根據(jù)試驗結果解回歸方程 ,采用復合型法對簡化后的回歸方程進行工藝優(yōu)化 ,得到最優(yōu)的工藝參數(shù)。
1 . 2 . 2 工藝流程
(1 )旋切 選取長 1 m、干形較直、外型規(guī)整的人工林杉木木段 ,采用 BQ1 40旋切機旋切 ,單板名義厚度分別為 1 . 4、2 . 1和 3 . 0 mm;旋刀研磨角 1 9°;切削后角 40′;壓尺壓榨率 1 0 % [3]。
(2 )單板質量 測定單板厚度偏差及背面裂隙率。木段旋圓后截取連續(xù)單板帶 :1 . 4mm厚單板每 6圈取一次 ;2 . 1 mm厚的單板每 4圈取一次 ;3 . 0 mm厚單板每 3圈取一次。每次截取寬 2 0 0 mm、長 1 0 0 0mm的單板 1塊。
從表 1可知 ,按上述條件旋切單板厚度偏差較小 ,符合生產(chǎn)企業(yè)的單板厚度偏差范圍 ,但單板背面裂隙較大。且隨著旋切單板厚度的增加 ,背面裂隙率明顯上升 ,裂隙平均條數(shù)減少。綜合考慮單板背面裂隙率對 LVL力學性能的影響和 JAS對單板厚度的要求 ,熱壓試驗選用厚度為 2 . 1 mm的單板進行。
(3 )單板干燥 將單板截成 40 0 mm× 40 0 mm,在 (1 0 0± 5)℃的恒溫干燥箱中烘干至含水率為 5% ,冷卻后裝袋密封保存。
(4)涂膠組坯 手工涂膠 ,單面涂膠量為 2 0 0 g/m2。組坯時單板緊邊對緊邊、松邊對松邊 ,共 1 4層。組坯時將心邊材按類似原木的比例和位置組坯 ,防止翹曲變形和獲得較高的強度性能。
(5)預壓陳化 預壓壓力 0 . 8MPa,時間 1 5min;陳化 4h。
(6)熱壓 熱壓參數(shù)[4]按設定方案進行 ,制品厚度用厚度規(guī)控制。熱壓后板材放置 72 h裁邊。
(7)性能測試 考慮到試件幅面較小 ,故結合JAS日本標準和 ASTM美國標準自行設計取樣圖。
本試驗中 ,凡試件尺寸符合 JAS要求的皆以 JAS為準進行測試 ,其余未達到 JAS要求規(guī)格的 MOR、MOE試件則參照 ASTM1 991進行。
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