LVL结构调控及应用研究进展

在我国木材资源紧缺、人工林材质较差、而竹材资源较为丰富的背景下,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)作为一种生物质工程材料,具备高效利用现有资源的优势,并且以其出色的力学性能可实现标准化、系列化生产,展现出广阔的应用前景。本文结合我国人造板产业的发展现况,概述了LVL的起源和发展,着重从复合材料力学性能的角度分析了LVL的结构特点,对单板分等和LVL组坯特点进行了介绍。同时,综述了酚醛树脂浸渍和纤维材料复合两种LVL增强方式。最后,对比讨论了国内外LVL的评价标准,并针对我国木结构建筑产业的发展现状和LVL应用过程中存在的问题,提出了若干建议。

竹材增强单板层积材的动态与静态弯曲性能

研究了A、B两种不同结构的竹材增强单板层积材在1～500mm／min的不同加载速度下的静曲强度及动态弯曲强度。结果表明：两种结构的静曲强度均随着加载速度的加快呈增加的趋势；加载速度较低时，A型结构的静曲强度比B型结构的大；加载速度超过150mm／min后，B型结构的静曲强度大于A型结构的。两种结构的动态弯曲强度均比各自的静曲强度大，且A型结构的动态弯曲强度明显大于B型结构的。

结构用竹集成材物理力学性能研究

测定结构用竹集成材及其竹指接集成材的主要物理力学性能,并将测试结果与几种人工林单板层积材以及常见建筑用材种的相关性能进行比较。结果表明:竹集成材的水平剪切强度、静曲强度以及弹性模量等力学性能非常优越,浸渍剥离性能较差。

浸胶量对纤维化竹单板层积材物理力学性能的影响

利用慈竹(Bambusa distegia)制备纤维化竹单板层积材,分析浸胶量对板材力学性能和耐水性能的影响。试验结果表明:随着浸胶量的增加,板材的弯曲强度和抗拉强度降低,弯曲模量和抗压强度的变化不明显,耐水性能增强,水平剪切强度提高。因此,可通过控制浸胶量,进行板材性能的设计,以适应不同用途的需求。

竹材增强杨木单板层积材冲击性能的研究

研究了在杨木单板层积材中加入竹材作为增强材料,以提高杨木单板层积材冲击性能。结果表明:将竹材加入杨木单板层积材,可以明显地改善杨木单板层积材的冲击韧性。当竹篾分别加入杨木单板层积材的上下次表层和中间部位时,其冲击韧性分别增强了30.4%和27.3%;总冲击能分别提高了31.7%和28.1%。裂纹形成能仅增长7.2%和12.8%;裂纹扩展能增长40.9%和43.4%;韧性指数值提高了27.2%和31.5%。

竹木复合单板层积材制备工艺

以浸渍酚醛树脂的杨木单板和竹帘为原料制备竹木复合单板层积材,探讨制造工艺对复合材料性能的影响。结果表明,竹木复合材料的MOE及MOR均达到或超过了日本JAS标准的相关规定,尺寸稳定性良好;单板厚度、树脂浓度、压缩率对MOE和MOR有显著影响;组坏方式对MOR影响显著;而吸水厚度膨胀率的影响作用比较复杂。

结构用慈竹单板层积材的制备工艺与性能

以慈竹和毛竹为材料,采用竹材纤维可控分离技术,在去除竹青和竹黄后,制造竹材单板层积材,并测定板材的性能。结果表明:以去青黄竹材压制单板层积材的性能,高于未处理竹材;慈竹单板层积材的性能高于毛竹;随着密度的增大,30 mm厚慈竹单板层积材的力学强度提高,可达到集装箱底板用胶合板和风电叶片材料的标准要求。

厚单板制备木质复合板材的工艺、关键设备和性能

针对木材单板化利用受限于单板厚度的难题,提出采用4~10 mm厚度单板制备木质复合板材的技术方案,介绍厚单板旋切、展平和干燥等关键工序的技术和设备特点,以及采用厚单板制备胶合板、单板层积材和竹木复合板材等3种木质复合板材的制备工艺和主要性能,为厚单板的产业化利用提供技术支撑。

高含水率木竹集成材刨切薄木(竹)表面粗糙度的测定与分析

将新采伐的小径级杉木Cunninghamia lanceolata,马尾松Pinus massoniana,樟树Cinnamomum camphora(复合用)和毛竹Phyllostachys edulis(含水率均在纤维饱和点以上)制成具有一定规格尺寸、高含水率的集成木(竹)方材,经刨切加工得到薄木(竹),再气干至含水率15%左右,通过触针法对未作砂光处理的薄木(竹)正面表面粗糙度进行测定。结果表明:刨切薄木表面粗糙度值的大小与材质、纹理方向及指榫显著相关(P<0.05),刨切薄竹与竹节无明显相关,与白梧桐Triplochitin scleroxylon,紫椴Tilia amurensis科技木刨切薄木相比,差异不显著(P>0.05),可满足各类基材贴面的质量要求。

结构用纤维化竹单板层积材的耐久性能

以慈竹为材料,制造竹材单板层积材,通过耐老化性和耐疲劳性评价板材的耐久性能,其中耐老化性能测试包括30 d吸水厚度膨胀试验、湿热循环老化试验和6循环加速老化试验。结果表明:纤维化竹单板层积材具有优良的力学性能,密度大的板材具有更好的尺寸稳定性;加速老化后,板材性能未有明显的下降。另外,在交变载荷循环次数为106次水平下,板材依然保持较好的耐疲劳性能。

不同因素对竹／木复合强化单板层积材MOE、MOR的影响

以杨木单板和竹帘为原料,采用低分子量水溶性酚醛树脂浸渍处理,通过干燥、组坯、热压等工艺制备竹木复合强化单板层积材。探讨了组坯方式、压缩率、热压温度、热压时间4个因素对竹木复合强化单板层积材弹性模量(MOE)和静曲强度(MOR)的影响。结果表明:表层为一层竹帘的竹木复合强化单板层积材的MOE和MOR较大,分别是13．43GPa、148．13MPa,与表层为杨木单板次表层为竹帘组坯方式相比分别增加了33．63％、56．16％。确定了竹木复合强化单板层积材较合理的制造工艺参数。

环境温湿度对竹材增强LVL力学性能的影响

在不同温湿度条件下,对竹材增强单板层积材(LVL)进行处理,分析了经过处理后竹材增强LVL力学性能的变化。结果表明:经过高温高湿处理后,竹材增强LVL的力学性能均出现了明显的衰减。其中,弹性模量(MOE)平均衰减30.7%,静曲强度(MOR)平均衰减38.3%,冲击韧性平均衰减11.7%;经过低温处理后,竹材增强LVL的弹性模量和静曲强度都有微弱增长的趋势,弹性模量平均增长率为2.5%,静曲强度平均增长率为5.4%,冲击韧性平均衰减率为37.9%;在高低温交变处理过程中,竹材增强LVL的弹性模量和静曲强度处于上下波动的状态,弹性模量衰减率或增长率在5%以内,静曲强度衰减率或增长率在10%以内,冲击韧性呈衰减趋势,平均衰减率为18.7%。

竹木复合单板层积材中加捻竹束的预应力效应

根据纺织及复合材料理论给出了描述加捻竹束在竹木复合单板层积材中产生预应力的力学模型。通过试验对比了不配置竹束、配置不加捻竹束、配置加捻竹束3种单板层积材的水平剪切强度和弯曲性能。结果表明:3种单板层积材的水平剪切强度无显著差异。配置竹束使单板层积材弹性模量和静曲强度明显增加,弹性模量增加22.8%,静曲强度增加18.6%;配置加捻竹束的竹木复合单板层积材弹性模量的提高较为明显,较配置不加捻竹束的层积材弹性模量增加17.6%,静曲强度增加11.0%。竹木复合单板层积材中加捻竹束预应力的存在能改善板材的刚度和强度,其预应力效应表现为正效应。

四种竹材人造板的制造方法和性能比较

介绍了竹集成材、重组竹、A级竹篾层积材和竹单板层积材四种竹材人造板基本单元的制备方法、竹材利用率以及竹材人造板的制造工艺和方法并对四种竹材人造板的力学性能进行了比较,结论认为,竹单板层积材在制备的过程中,将竹材的一次利用率提高到90%～95%,且其各项力学性能指标均有大幅度的提高,是一种可持续发展的新型材料。

高强轻质竹木复合材料生产工艺研究

以竹材近青竹篾和桦木单板为原料制备竹木复合单板层积材,选用酚醛树脂胶黏剂,探讨了竹木复合单板层积材生产工艺各因素对复合材料性能的影响。结果表明,在试验选取的因素水平内,随涂胶量的增加、压力的增大,板材性能先增大而后降低;随浸胶时间的延长、密度的增大,板材性能也随之增大。确定了高强轻质竹木复合单板层积材较合理的制造工艺参数。

单板层积材的应用和发展

单板层积材可分为结构用和非结构用2类。文章阐述了2类单板层积材应用现状和研究进展,并探讨了生产单板层积材的新工艺、新方法以及市场前景和发展趋势。

三层结构实木复合地板表板发展趋向

介绍了三层结构实木复合地板的特点,并从发展仿古三层结构实木复合地板、速生材压密表板、LVL表板、科技木表板、竹材表板、多树种表板等方面阐述了三层结构实木复合地板表板发展的趋向。

竹板增强单板层积材组合梁受弯性能

单板层积材加工成梁构件应用于建筑结构材时,由于材料本身的强度和刚度不足,其结构构件不能满足现代多、高层以及大跨度建筑的需求。竹集成材是原竹经过切削成竹片、低温干燥、碳化、涂胶,再同方向平面或侧面组坯、热压胶合而成的竹基复合材料,其力学性能与稳定性优于木材。将集成竹材作为增强材料用于加固单板层积材梁是一种简单有效的提高梁极限承载力的方法。通过进行竹板增强单板层积材组合梁四点弯曲试验,研究了集成竹板对单板层积材受弯性能的增强效果。结果表明,在单板层积材受弯构件上下部粘贴集成竹板可提高构件极限承载力10%～50%。同时,考虑单板层积材和集成竹材料的非线性,推导出了适用于组合梁的极限承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。

新型竹纤维复合材料的研发

以备受关注的竹纤维及其新型复合材料为主线,从单根竹纤维到竹束纤维的制备、形貌和性能分析等方面简述了竹材的特性;在此基础上,以芯壳结构竹塑复合材料、竹束单板层积材、竹复合压力管为典型代表,从材料学和工艺学角度对其加工工艺、界面改性、结构设计、物理力学性能,以及中试应用情况进行了阐述与分析。最后从竹纤维的生长性状与物理力学性能关系、大尺寸竹质工程材料及构件开发、竹束单板类集装箱房屋组装技术、异型结构竹纤维复合材料的研发等方面,提出了竹纤维复合材料的未来重点发展方向。

竹束去青程度对竹束单板层积材物理力学性能的影响

采用通过帚化技术去青后的慈竹竹束单板,制备了28 mm厚的竹束单板层积材,探讨了竹束去青程度对竹束单板层积材的尺寸稳定性、静曲强度、弹性模量和水平剪切强度的影响。研究结果表明:随竹束去青程度的提高,竹束表面的明度L*呈上升趋势,红绿轴色度指数a*和黄蓝轴色度指数b*增加,色差ΔE*增大;竹束去青程度越高,竹束表面的静态接触角越小,对应制得的竹束单板层积材的尺寸稳定性越好,干态静曲强度、弹性模量和水平剪切强度变化不大或稍有减小,但经过28 h处理后的强度均表现出更小的削减;不去青对竹束单板层积材强度降低的影响是最大的;针对水平剪切强度,A、B、C、D组板材均符合GB/T 20241—2006《单板层积材》标准要求,A、B、C组达到《重组竹》(报批稿)规定的9V-12H级别。