單板種類(lèi)對(duì)沙柳復(fù)合層積板力學(xué)性能影響

紅　嶺，曹　琪，劉　瑤，于海濤，李瑜瑤，姚利宏*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，呼和浩特 010070；3.內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學(xué) 人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018)

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單板種類(lèi)對(duì)沙柳復(fù)合層積板力學(xué)性能影響

紅嶺1，曹琪2，劉瑤3，于海濤1，李瑜瑤1，姚利宏1*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，呼和浩特 010070；3.內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學(xué) 人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018)

沙柳復(fù)合層積板是一種新型結(jié)構(gòu)材，該研究為了沙柳的高效利用開(kāi)辟了新的途徑，可以有效的改進(jìn)傳統(tǒng)沙柳材加工利用方式。本文以沙柳、馬尾松厚單板、杉木單板、楊木單板為原料，采用前期研究獲得的最佳制備工藝參數(shù)，選用脲醛樹(shù)脂膠黏劑制備不同樹(shù)種單板沙柳復(fù)合層積工程材料，旨在獲得不同單板種類(lèi)及厚度對(duì)沙柳復(fù)合層積板物理力學(xué)性能的影響，進(jìn)而為沙柳高效利用提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：?jiǎn)伟宸N類(lèi)、厚度及組配結(jié)構(gòu)對(duì)沙柳復(fù)合層積板靜曲強(qiáng)度、彈性模量和握釘力影響顯著，單板厚度增加有助于提高沙柳復(fù)合材料力學(xué)性能，馬尾松沙柳復(fù)合層積板力學(xué)性能最佳；5層楊木沙柳復(fù)合層積板有效增加橫紋彈性模量，因此需要充分研究單板層數(shù)對(duì)沙柳層積復(fù)合板板性能的影響。

沙柳子；單板；層積復(fù)合；性能

0　引　言

沙柳是我國(guó)西部重要的森林資源，不僅其起到良好的生態(tài)治理效果，同時(shí)沙柳也是西部重要的林木利用資源，但由于沙柳特殊的生長(zhǎng)特性，3～5 a(生長(zhǎng)年限)需平茬一次，沙柳為小徑級(jí)灌木，同時(shí)含有大量的樹(shù)皮，除用柳條編制外，無(wú)法直接利用，給加工利用帶來(lái)了困難，如何提高小徑級(jí)材的利用及擴(kuò)大其利用途徑是研究的新任務(wù)。沙柳重組材系指不破壞沙柳材木纖維的天然排列順序，保留沙柳材的基本特性，將沙柳碾壓成木束，再將其施膠、干燥、鋪裝成型、熱壓和后期處理等工序?qū)⒛臼匦陆M合[1]。作者及有關(guān)學(xué)者對(duì)沙柳的物理力學(xué)性能進(jìn)行了相關(guān)研究[2-3]，結(jié)合傳統(tǒng)沙柳及木竹重組木制備的基礎(chǔ)[4-9]，本研究通過(guò)創(chuàng)新方法獲得沙柳復(fù)合木結(jié)構(gòu)建筑工程材料[10]，該材料在國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)報(bào)道。迄今為止，有學(xué)者只針對(duì)竹材層積材增強(qiáng)中密度刨花板進(jìn)行了研究[11-13]。本文選用不同厚度及種類(lèi)單板與沙柳木束進(jìn)行復(fù)合，單板不涂膠，浸膠沙柳起到雙重作用，即是復(fù)合材料也是膠合層，通過(guò)對(duì)復(fù)合層積板材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量及握釘力性能進(jìn)行了比較研究，獲得不同厚度、不同種類(lèi)單板及不同組坯結(jié)構(gòu)對(duì)沙柳復(fù)合層積板材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量及握釘力性能影響，旨在為進(jìn)一步提高沙柳利用效率，拓展沙柳利用途徑提供理論依據(jù)。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)備

(1)材料。沙柳(Salixcheilophila)，產(chǎn)于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市曼賴(lài)鄉(xiāng)，樹(shù)齡4 a，密度0.46 g/cm3；馬尾松(PinusmassonianaLamb)，產(chǎn)于湖南省，樹(shù)齡20 a，密度0.51 g/cm3，單板厚度5 mm；楊木(Poplustomentosa)，來(lái)自河北省文安縣，單板厚度 2.5 mm，密度 0.33 g/cm3；杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)，安徽省黃山市黃山區(qū)黃山公益林場(chǎng)，密度0.32 g/cm3；脲醛(UF)樹(shù)脂膠，購(gòu)自呼和浩特市金程板業(yè)有限責(zé)任公司，固含量50%～51%，pH 6.0～7.0；單板含水率為7%～8%。

(2)設(shè)備。BY602×2/2 150T型熱壓機(jī)、萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、電熱恒溫水浴鍋、101A-3B型電熱恒溫干燥箱等。

1.2方法

(1)先將沙柳去皮，碾壓成均勻的木束，木束直徑5 mm左右，板材制作中選取直徑相近的材料進(jìn)行組坯；將單板鋸截成規(guī)格為450 mm×450 mm的單元。

(2)將木束浸膠脲醛樹(shù)脂膠黏劑，施膠量為10%[14]，浸膠后置于50 ℃烘箱內(nèi)干燥2.5 h，控制施膠木束的終含水率在10%左右，將木束和單板按照膠合板組坯原則層級(jí)復(fù)合，壓制板材厚度為15 mm 。

(3)熱壓參數(shù)：熱壓溫度120 ℃，熱壓時(shí)間20 min，熱壓壓力4.5 MPa，熱壓板材含水率10%～12%，密度0.85～0.95 g/cm3。

(4)參照GB/T22349-2008《木結(jié)構(gòu)覆板用膠合板》[15]，對(duì)不同單板沙柳復(fù)合材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量、握釘力性能進(jìn)行測(cè)試研究。

(5)利用SAS軟件[16]對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行方差分析，建立方差分析模型及多重分組分析模型。

2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果及方差分析

每項(xiàng)測(cè)試重復(fù)5次，其均值見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

注：括號(hào)中的數(shù)字為變異系數(shù)。

表2　SAS方差分析模型

表2中方差分析結(jié)果表明，不同樹(shù)種單板、厚度及組坯結(jié)構(gòu)對(duì)沙柳層積復(fù)合材力學(xué)性能及握釘力影響顯著，其中靜曲強(qiáng)度、彈性模量模型的顯著水平為0.000 1，握釘力模型顯著水平為0.002 5。

2.2單板種類(lèi)對(duì)靜曲強(qiáng)度的影響

表3　橫紋靜曲強(qiáng)度多重分組分析

表4　順紋靜曲強(qiáng)度多重分組分析

從單板種類(lèi)對(duì)靜曲強(qiáng)度的多重分組模型得出(表3和表4)，3種木材單板對(duì)沙柳復(fù)合層積材靜曲強(qiáng)度影響顯著，其中馬尾松單板對(duì)橫紋和順紋靜曲強(qiáng)度影響最大，杉木單板次之，楊木單板最小；主要因?yàn)閱伟逍阅懿町愝^大，楊木單板力學(xué)性能最差。

2.3單板種類(lèi)對(duì)彈性模量方差分析

表5　橫紋彈性模量多重分組分析

表6　順紋彈性模量多重分組分析

從單板對(duì)沙柳復(fù)合層積材彈性模量多重分組模型可以得出(表5和表6)，楊木單板對(duì)復(fù)合材橫紋彈性模量影響最大，馬尾松次之，杉木最小，這主要是應(yīng)為楊木單板組坯結(jié)構(gòu)為3層楊木單板縱向，2層沙柳木束為橫向，因此楊木沙柳復(fù)合材料橫紋彈性模量明顯增強(qiáng)，且橫紋、順紋彈性模量值相差較小；杉木和馬尾松對(duì)復(fù)合板的順紋彈性模量影響最大，其順紋抗彎彈性值較大。

2.4單板種類(lèi)對(duì)握釘力方差分析

表7　握釘力多重分組分析

從單板對(duì)沙柳復(fù)合層積材握釘力多重分組模型可以得出(表7)，楊木單板對(duì)復(fù)合材握釘力影響最大，馬尾松次之，杉木最小，因?yàn)闂钅締伟褰M坯結(jié)構(gòu)為3層楊木單板縱向，2層沙柳木束為橫向，由于木束之間存在縫隙，且單板握釘力明顯優(yōu)于木束，在楊木沙柳復(fù)合板中，單板層是握釘力的主要貢獻(xiàn)層。

3　結(jié)　論

(1)單板種類(lèi)對(duì)沙柳復(fù)合層積板靜曲強(qiáng)度、彈性模量和握釘力影響顯著，馬尾松沙柳復(fù)合層積板力學(xué)性能最佳。

(2)單板厚度及組坯結(jié)構(gòu)直接影響復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量及握釘力；單板厚度增加有助于提高沙柳復(fù)合材料力學(xué)性能，組坯結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合層積板橫紋和順紋靜曲強(qiáng)度及彈性模量影響顯著。

(3)5層楊木沙柳復(fù)合層積板有效增加橫紋彈性模量，因此需要充分研究單板層數(shù)對(duì)沙柳層積復(fù)合板板性能的影響。

(4)不同樹(shù)種、不同沙柳木束規(guī)格、不同厚度單板對(duì)沙柳層積復(fù)合板的性能影響有待于進(jìn)一步深入研究。

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Analysis of Veneer Effect on Propertiesof Salix Laminated Composite Board

Hong Ling1，Cao Qi2，Liu Yao3，Yu Haitao1，Li Yuyao1，Yao Lihong1*

(1.College of Material Science and Art Design，Inner Mongolia Agriculture University，Huhhot 010018；2.The Institute of Product Quality Inspection and Research Inner Mongolia，Huhhot 010070；3.College of Humanity and Social Science，Inner Mongolia Agriculture University，Huhhot 010018)

Salixlaminated composite board is a new processing way，which can effectively improve the traditional processing and utilization.In the paper，three kinds of veneers were used as raw materials and urea-formaldehyde resin adhesive was used to get different thickness of veneer species ofsalixcomposite laminated engineering materials.The purpose of this research is to know the effect of the different veneer species on the physical and mechanical properties of composite laminated board，which can provide theoretical basis forsalixefficient utilization.The results showed that the type of veneer，thickness and lay up ofsalixcomposite laminated panel had signifiant impact on the MOR,MOE and nail holding power；the increase of veneer thickness helped improvesalixcompound material mechanics performance，pinusmassonianaveneer andsalixcomposite laminated was the best panel；Five layers composite laminated panel increased the horizontal stripes elastic modulus effectively，therefore we need to do some research about how the veneer layers affect on the laminated composite panel.

Salix；veneer；laminated composite；properties

2016-05-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260158)；內(nèi)蒙古創(chuàng)新引導(dǎo)基金(20131506)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金(2012MS0521)

紅嶺，碩士，實(shí)驗(yàn)師。研究方向：木材加工。

姚利宏，博士，副教授。研究方向： 木結(jié)構(gòu)建筑及結(jié)構(gòu)工程材料。E-mail：yaolihong82@163.com

紅嶺，曹琪，劉瑤，等.單板種類(lèi)對(duì)沙柳復(fù)合層積板力學(xué)性能影響[J].森林工程，2016，32(5)：27-30.

TS 653

A

1001-005X(2016)05-0027-04