几种人工林树种单板层积材的生产试验及力学性能研究

主要介绍了我国单板层积材的发展状况,几种人工林木材单板层积材的研制工艺和生产技术。通过不同树种制得的单板层积材的静曲强度和弹性模量的对比,发现无论垂直或平行加载,静曲强度和弹性模量与树种及材性关系甚大,桉树等高密度树种呈现较高的静曲强度和弹性模量,而用杨树制得的单板层积材具有较小的静曲强度和弹性模量。而水平剪切强度无论是垂直还是平行加载对树种差别不大。     

单板厚度对小径柚木单板层积材力学性能的影响

采用3.00、4.50、6.00mm厚度小径柚木单板制备单板层积材(LVL),研究单板厚度对单板层积材力学性能的影响。结果表明:单板厚度对于层积材静曲强度和弹性模量有显著影响,随着单板厚度增加,静曲强度与弹性模量减小;强度均达到GB/T20241—2006《单板层积材》中不同等级要求。生产相同厚度单板层积材时应根据耗胶量与所需力学强度选择合适单板厚度,寻求成本与质量的平衡。     

响应面法在桉木LVL生产中的应用

采用响应面法（RSM）,研究了单板厚度和涂胶量对桉木单板层积材（L、几）力学性能的影响。结果表明：单板厚度和涂胶量对桉木LVL的垂直加载和平行加载条件下的静曲强度（MOR┷、MOR／／）和弹性模量（MOE┷、／dOE／／）有显著影响。实验值与预测值的决定系数为0．72,0．79,0．59,0．69。本研究所获最佳工艺条件为：单板厚度2．0啪,涂胶量233g·m＾-2在此工艺条件下压制的桉木单板层积材垂直加载条件下的静曲强度（MORJ和弹性模量（MOE上）分别为85MPa与15118MPa,平行加载条件下的静曲强度（MOR／／）和弹性模量（MOE／／）分别为87MPa与15288MPa,回归模型的预测值与实验值的相对误差最大为9％,最小为3％。实验产品的MOR和MOE分别达到结构用单板层积材国家标准的优等品和140E级别。     

单板条平行成材(PSL)研究现状及发展趋势

单板条平行成材(PSL)是由窄单板条沿木纤维长度方向定向成型的一种新型木质复合材料。PSL可用生产单板层积材(LVL)或胶合板的剩余窄小单板做原料,单板条涂饰胶粘剂,按轴向排列方式连续送入成型槽进行规格铺装,铺装成型的板坯再持续送入具有微波处理功能的压机,经四面挤压制成大幅面的PSL,最后锯解成要求的规格尺寸。由于单板条的随机铺装,单板条中的天然缺陷如节子、斜纹和幼龄材等分散在板坯中,使PSL的力学性能更加均匀稳定。     

桉木单板层积材生产工艺的优化

采用响应面法(RSM)和中心组合旋转设计(CCRD),研究了桉树单板层积材(LVL)的生产工艺条件,并对优化工艺所得的预测值进行了实验验证。方差分析结果表明:面粉添加量对桉木LVL的静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)有着显著影响,而热压温度和热压时间的影响不显著。通过回归分析,建立了相应的回归模型。回归模型的预测值与实验值的拟合良好,说明回归方程能用来预测和优化桉木LVL的力学强度性能。最佳工艺条件为:热压温度130℃,热压时间1.5 min/mm,面粉添加量5%(质量分数)。在此工艺条件下压制的桉木LVL垂直加载条件下的静曲强度(MOR⊥)和弹性模量(MOE⊥)分别为89 MPa和16 722 MPa,平行加载条件下的静曲强度(MOR∥)和弹性模量(MOE∥)分别为88 MPa和15 067 MPa,MOR和MOE分别达到了结构用单板层积材国家标准的优等品和140E级别。     

截面尺寸、加载方式和指接形式对落叶松大尺寸结构指接材抗弯性能的影响

【目的】研究截面尺寸、加载方式和指接形式等因素对落叶松大尺寸结构指接材抗弯性能的影响,得出不同试验因素下的抗弯强度特征值,为结构指接材的分级技术提供测试数据和可行性建议,为大尺寸结构指接材的抗弯强度测试标准及其特征值的确定方法提供参考,推动落叶松及其他树种作为结构指接材在建筑结构上的应用。【方法】参照LY/T 2228—2013《轻型木结构-结构用指接规格材》标准,选取2种尺寸(截面尺寸为40 mm×90 mm和40 mm×140 mm)的Ⅱc等级落叶松材料加工成结构指接材,采用数理统计方法检验样本数据的正态性和方差齐性,然后用2个独立样本t检验方法判定试验因素对大尺寸结构指接材抗弯强度和抗弯弹性模量是否有显著影响。【结果】截面尺寸、加载方式和指接形式在特定条件下对抗弯强度和抗弯弹性模量有显著影响。截面尺寸对V形指接侧面抗弯强度和侧面抗弯弹性模量均有显著影响,即截面尺寸大的(40 mm×140 mm)侧面抗弯强度和侧面抗弯弹性模量也大;不同加载方式对抗弯强度没有显著影响,但对截面为40 mm×140 mm试样的抗弯弹性模量有显著影响,即侧面加载方式测得的抗弯弹性模量明显高于平面加载方式;不同指接形式对截面为40 mm×140 mm的试样平面抗弯强度有显著影响,即V形指接的平面抗弯强度高于H形指接的平面抗弯强度,而指接形式对截面为40 mm×90 mm的试样侧面抗弯强度和抗弯弹性模量均有显著影响,即H形指接的侧面抗弯强度和抗弯弹性模量高于V形指接的侧面抗弯强度和抗弯弹性模量。在大尺寸结构指接材抗弯性能检测数据的基础上得到了参数法和非参数法计算的强度特征值,参数法计算的特征值低于非参数法。【结论】落叶松结构指接材完全可用作木质工程材料,宽面承载、V形指接以及适宜的截面尺寸有利于保证结构指接材的抗弯性能。截面尺寸较大的结构指接材在侧面加载条件下,其抗弯强度和弹性模量更易受到加载方式和指接形式的影响,因此在保证强度的前提下不建议使用大截面尺寸的结构指接材;侧面抗弯强度也极易受到各试验因素的影响,应尽量避免这种使用方式。强度特征值的计算建议采用非参数法,但是当样本数量不够大时仍会出现参数法计算值低于非参数法计算值的结果,此时建议采用2种方法的低值。     

影响重组木和单板条平行胶合材力学性能的主要工艺因子的比较与分析(英文)

通过工艺实验,对重组木和单板条平行胶合材(PSL)的主要力学性能进行了研究。采用杨木、落叶松和桦木小径材作为重组木原料;以胶合板厂的杨木及桦木旋切后的废单板条作为PSL的原料。在实验室条件下,利用低质小径木和木材加工剩余物,制造出具有高强度的结构用重组木和PSL;对两种人造木材的工艺条件进行了比较与分析,分别提出了影响重组木和PSL力学强度的主要工艺因子。结果表明热压压力是影响重组木力学强度的一个重要工艺因子,而单板条长厚比对PSL也是一个重要工艺因子。     

竹束单板层积材物理力学性能均匀性研究

采用竹束单板整张化工艺,制备了竹束单板层积材(BLVL),利用X射线剖面密度仪研究BLVL及重组竹的剖面密度分布规律,比较了BLVL和重组竹的各项力学指标及其均匀性,并对其宽度和厚度方向上的尺寸稳定性和离散性进行了统计分析.结果表明:竹束单板层积材剖面密度曲线(VDP)分布较为均匀,两种整张化方式下制备的BLVL剖面密度变异系数(COV)较重组竹要低.BLVL的静曲强度、弹性模量、剪切强度及力学均匀性均优于重组竹;方差分析表明:BLVL的吸水增重率、宽度和厚度膨胀率显著低于重组竹,其标准方差亦小于重组竹,且TH＞ Tw.     

泡桐单板条层积材工艺研究

以泡桐单板为原料,通过正交试验,研究单板条宽度、施胶量、热压时间、热压温度对泡桐单板条层积材力学性能的影响。试验结果表明:单板条宽20 mm、施胶量13%、热压温度130℃、热压时间20 min为其最佳工艺参数。     

混合组坯对杨木单板层积材弹性常数及力学性能的影响

单板层积材具有结构均匀、强度高等优点,材料、结构、制造工艺等差异对其性能影响显著。以13层22 mm厚全顺纹、2层及3层横纹其余顺纹混合组坯的杨木单板层积材为对象,通过电测法、三点弯曲及拉伸实验,对其主要弹性常数及力学性能参数进行测试,得出以下结论:1)随着横纹层数的增加,顺纹方向的弹性模量下降,横纹方向的弹性模量增加,层积方向的弹性模量先减小后增加,单板层积材的各向异性降低;2)随着横纹层数的增加,静曲强度减小,变异性逐渐增大,进行结构设计时需更多考虑材料的性能稳定性;3)组坯方式对LVL抗拉强度的影响不大,适当增加横纹层板可提高抗拉强度;4)组坯方式对泊松比的影响较大,随着横纹层数的增加,泊松比总体降低,采用纵横混合式组坯可能有利于抵抗由拉、压载荷所造成的材料变形。     

ACQ防腐剂对扭叶松蓝变部分木材力学性能的影响

本文利用三种不同浓度ACQ防腐剂对扭叶松蓝变木材进行浸注处理,其浓度分别为1.2%、2.0%和2.8%.研究其抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性和顺纹剪切强度(弦面)与未处理蓝变木材相应力学性能的差异,测试标准参照GB1927～1943-91.研究结果显示,经浸注处理后的试样均达到美国AWPA标准UC4A等级规定的药剂保持量;ACQ防腐处理大约降低了20%扭叶松蓝变木材的冲击韧性,与未防腐处理试样对比,在0.01水平上有显著差异,但不同浓度间差异不显著;三种浓度ACQ处理间以及与未处理的扭叶松蓝变木材的抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹剪切强度差异不显著;随着ACQ浓度的降低,冲击韧性、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹弦面剪切强度有所增大,但影响都很小.图4表10参6.     

转基因741杨与非转基因741杨木材物理力学性质差异

本研究对田间试验林中8年生转基因741杨与非转基因741杨木材物理力学性质进行了对比分析。结果表明,转基因741杨的横纹抗压比例极限应力除了全部弦向略低于非转基因741杨外,干缩性、抗弯强度、顺纹抗压强度转基因741杨均高于非转基因741杨。除了干缩性差异不显著外,大部分性质差异显著,均达0.01极显著水平。抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和木材横纹全部径向抗压极限应力差异达0.01极显著水平。绝干密度、弦面握钉力和冲击韧性差异达0.05显著水平。其余性质的差异并不显著。     

薄型单板层积材结构改进的研究

薄型单板层积材(LVL)可替代锯材,应用于木质门窗构件等轻载结构领域.由于单板全部顺纹组坯,导致产品存在横向翘曲变形的技术问题.为此,尝试采用"部分单板横纹组坯"和"纤维板与单板复合"两种方法进行改进,制造了15 mm厚LVL,包含1～2层单板横纹组坯或1～2层3 mm纤维板.测试结果表明:单板横纹组坯.显著降低了LVL的抗弯性能,但LVL的弹性模量仍能达到单板层积材国家标准中70E级别的要求,而静曲强度甚至超过180E级别优等品的限值;与此同时,改进结构的LVL吸水翘曲变形显著降低.横纹单板越靠近LvL表层,板子抗弯性能降低越显著,而翘曲变形改善越明显.采用纤维板与单板复合制造LVL,纤维板的内结合强度衰减明显,易受破坏.     

间歇性淹水对池杉木材物理力学性质影响的研究

本文研究了间歇性淹水对池杉木材物理力学性质的影响。结果表明：间歇性淹水使池杉木材的年轮宽度、晚材率、干缩率、基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性下降;使差异干缩增加。经Ｔ－检验,在００５水平下,除年轮宽度、差异干缩外,皆显著。     

荆条藤柳力学性质的测试与对比研究

以荆条为重点,棕榈藤、沙柳材为比照,结合荆藤柳材的圆形截面设计试样,测定了抗弯强度和弹性模量、顺纹和横纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗剪强度、扭曲强度、冲击韧性、抗劈力、握钉力各项力学指标。荆条的各项力学强度指标中,抗弯强度最大,其次是顺纹抗拉强度,顺纹抗压强度和扭曲强度也较强。荆条与藤柳材力学性质的对比表明:荆条各项力学强度指标均高于藤柳材,但荆条弯曲变形、扭曲变形比藤困难,并且荆条韧性优于藤柳、握钉力不如藤。本研究结果为制定"藤及灌木材力学性质测试方法"的国家标准提供理论依据,为荆条加工利用——制作荆编家具提供基础数据。     

间曷生淹水对池杉木材物理力学性质影响的研究

本文研究了间歇性淹地池杉木材物理力学性质的影响。结果表明：间歇性淹水使池杉木材的年轮宽度、晚材率、干缩率、基本密度、顺纹抗压强度,抗弯强度,抗弯弹性模量、冲击韧性下降,使差异干缩增加。经Ｔ－检验,在０．０５水平下,除年轮宽度,差异干缩外,皆显著。     

国产麻栎和栓皮栎木材的主要力学性能

参照国家标准要求,测试麻栎和栓皮栎木材的主要力学性能。结果表明:两种栎木的顺纹抗压强度、抗弯弹性模量、抗弯强度等级均为高,冲击韧性等级为甚高;硬度等级均为很硬,且端面弦面径面;树种间差异为麻栎木材的顺纹抗剪强度等级为高,栓皮栎木材为中。综合评价,两种栎木的力学性能均属于中高等材级别,麻栎木材的各项力学性能指标更高。     

培育措施对人工林樟子松木材力学性质的影响

研究了不同培育措施(初植密度、间伐强度、坡向、坡位)对人工林樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)木材的密度和力学性质(横纹抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度、冲击韧性、端面硬度)的影响。初植密度(1.5m×1.0m,1.5m×2.0m和1.5m×2.5m)对木材密度和抗弯弹性模量有显著的影响。初植密度为1.5m×1.0m时,木材主要力学指标值最大。适当间伐可提高木材的抗弯弹性模量和顺纹抗压强度,但重度间伐则会降低木材的力学强度。坡向(阳坡和阴坡)对木材的抗弯弹性模量影响显著,阳坡高于阴坡。坡位(上坡位和下坡位)对除端面硬度外的木材力学性质指标影响都显著,各项力学指标值均是坡下高于坡上。表5参9。     

蒸汽压力对热处理材力学性能影响的机理研究

通过对樟子松和柞木分别在常压和一定蒸汽压力下进行热处理,比较了不同热处理木材与常规对照材的力学性能差异。结果表明:热处理使木材的抗弯强度和冲击韧性出现明显下降,然而,就抗弯弹性模量和顺纹抗压强度而言,除樟子松的MOE指标外,经过热处理的试材的性能指标都高于对照材。和常压热处理相比,压力蒸汽热处理进一步降低了试材的力学强度,但这一差异并不显著。木材化学组分分析表明,热处理材力学性能的变化主要归因于热处理过程中木材半纤维素的降解以及木素在热处理过程中的化学变化。     

高湿状态下单板层积材的横纹承压性能

重组加工是提高低强度木材结构性能的重要手段,以杨木重组加工的单板层积材为研究对象,从受力方式、承压方向及增强方法等方面研究了高湿状态下单板层积材的全表面、局部表面及尽端局部表面横纹承压性能。结果表明：湿环境对杨木单板层积材横纹承压性能影响较大,湿环境下其全表面横纹承压性能为干环境下的33%;杨木单板层积材横纹承压性能主要与其承压位置与承压方向有关,局部横纹承压时受到承压面周围木材纤维的支持作用显著,承压面平行于单板层时其局部承压强度最高,在干燥环境下,分别是尽端局部及全表面横纹承压强度的1.2倍和1.4倍。单板层积材结构是导致不同承压方向横纹承压性能差异的主要原因,承压面垂直于单板层时,单板层积材易过早发生分层或屈曲破坏。湿环境下单板层积材含水率较高材质较软,自攻螺钉支持作用明显,有助于改善其承压性能。杨木单板层积材横纹承压强度对环境湿度较为敏感,在工程应用时应保持环境干燥并使承压面平行于单板层。