單板種類對沙柳復合層積板力學性能影響

紅　嶺，曹　琪，劉　瑤，于海濤，李瑜瑤，姚利宏*

(1.內蒙古農業大學 材料科學與藝術設計學院，呼和浩特 010018；2.內蒙古自治區產品質量檢驗研究院，呼和浩特 010070；3.內蒙農業大學 人文社會科學學院，呼和浩特 010018)

?

單板種類對沙柳復合層積板力學性能影響

紅嶺1，曹琪2，劉瑤3，于海濤1，李瑜瑤1，姚利宏1*

(1.內蒙古農業大學 材料科學與藝術設計學院，呼和浩特 010018；2.內蒙古自治區產品質量檢驗研究院，呼和浩特 010070；3.內蒙農業大學 人文社會科學學院，呼和浩特 010018)

沙柳復合層積板是一種新型結構材，該研究為了沙柳的高效利用開辟了新的途徑，可以有效的改進傳統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，選用脲醛樹脂膠黏劑制備不同樹種單板沙柳復合層積工程材料，旨在獲得不同單板種類及厚度對沙柳復合層積板物理力學性能的影響，進而為沙柳高效利用提供理論依據。研究結果表明：單板種類、厚度及組配結構對沙柳復合層積板靜曲強度、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合材料力學性能，馬尾松沙柳復合層積板力學性能最佳；5層楊木沙柳復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對沙柳層積復合板板性能的影響。

沙柳子；單板；層積復合；性能

0　引　言

沙柳是我國西部重要的森林資源，不僅其起到良好的生態治理效果，同時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特性，3～5 a(生長年限)需平茬一次，沙柳為小徑級灌木，同時含有大量的樹皮，除用柳條編制外，無法直接利用，給加工利用帶來了困難，如何提高小徑級材的利用及擴大其利用途徑是研究的新任務。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將木束重新組合[1]。作者及有關學者對沙柳的物理力學性能進行了相關研究[2-3]，結合傳統沙柳及木竹重組木制備的基礎[4-9]，本研究通過創新方法獲得沙柳復合木結構建筑工程材料[10]，該材料在國內外未見報道。迄今為止，有學者只針對竹材層積材增強中密度刨花板進行了研究[11-13]。本文選用不同厚度及種類單板與沙柳木束進行復合，單板不涂膠，浸膠沙柳起到雙重作用，即是復合材料也是膠合層，通過對復合層積板材的靜曲強度、彈性模量及握釘力性能進行了比較研究，獲得不同厚度、不同種類單板及不同組坯結構對沙柳復合層積板材的靜曲強度、彈性模量及握釘力性能影響，旨在為進一步提高沙柳利用效率，拓展沙柳利用途徑提供理論依據。

1　試驗材料與方法

1.1試驗材料與設備

(1)材料。沙柳(Salixcheilophila)，產于內蒙古自治區鄂爾多斯市曼賴鄉，樹齡4 a，密度0.46 g/cm3；馬尾松(PinusmassonianaLamb)，產于湖南省，樹齡20 a，密度0.51 g/cm3，單板厚度5 mm；楊木(Poplustomentosa)，來自河北省文安縣，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黃山公益林場，密度0.32 g/cm3；脲醛(UF)樹脂膠，購自呼和浩特市金程板業有限責任公司，固含量50%～51%，pH 6.0～7.0；單板含水率為7%～8%。

(2)設備。BY602×2/2 150T型熱壓機、萬能力學試驗機、游標卡尺、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行組坯；將單板鋸截成規格為450 mm×450 mm的單元。

(2)將木束浸膠脲醛樹脂膠黏劑，施膠量為10%[14]，浸膠后置于50 ℃烘箱內干燥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復合，壓制板材厚度為15 mm 。

(3)熱壓參數：熱壓溫度120 ℃，熱壓時間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《木結構覆板用膠合板》[15]，對不同單板沙柳復合材的靜曲強度、彈性模量、握釘力性能進行測試研究。

(5)利用SAS軟件[16]對測試結果進行方差分析，建立方差分析模型及多重分組分析模型。

2　試驗數據與分析

2.1試驗結果及方差分析

每項測試重復5次，其均值見表1。

表1　試驗數據匯總

注：括號中的數字為變異系數。

表2　SAS方差分析模型

表2中方差分析結果表明，不同樹種單板、厚度及組坯結構對沙柳層積復合材力學性能及握釘力影響顯著，其中靜曲強度、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單板種類對靜曲強度的影響

表3　橫紋靜曲強度多重分組分析

表4　順紋靜曲強度多重分組分析

從單板種類對靜曲強度的多重分組模型得出(表3和表4)，3種木材單板對沙柳復合層積材靜曲強度影響顯著，其中馬尾松單板對橫紋和順紋靜曲強度影響最大，杉木單板次之，楊木單板最小；主要因為單板性能差異較大，楊木單板力學性能最差。

2.3單板種類對彈性模量方差分析

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

從單板對沙柳復合層積材彈性模量多重分組模型可以得出(表5和表6)，楊木單板對復合材橫紋彈性模量影響最大，馬尾松次之，杉木最小，這主要是應為楊木單板組坯結構為3層楊木單板縱向，2層沙柳木束為橫向，因此楊木沙柳復合材料橫紋彈性模量明顯增強，且橫紋、順紋彈性模量值相差較??；杉木和馬尾松對復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單板種類對握釘力方差分析

表7　握釘力多重分組分析

從單板對沙柳復合層積材握釘力多重分組模型可以得出(表7)，楊木單板對復合材握釘力影響最大，馬尾松次之，杉木最小，因為楊木單板組坯結構為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于木束，在楊木沙柳復合板中，單板層是握釘力的主要貢獻層。

3　結　論

(1)單板種類對沙柳復合層積板靜曲強度、彈性模量和握釘力影響顯著，馬尾松沙柳復合層積板力學性能最佳。

(2)單板厚度及組坯結構直接影響復合板材的靜曲強度、彈性模量及握釘力；單板厚度增加有助于提高沙柳復合材料力學性能，組坯結構對復合層積板橫紋和順紋靜曲強度及彈性模量影響顯著。

(3)5層楊木沙柳復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對沙柳層積復合板板性能的影響。

(4)不同樹種、不同沙柳木束規格、不同厚度單板對沙柳層積復合板的性能影響有待于進一步深入研究。

[1]馬巖，金維洙，孟慶軍，等.靜壓作用下重組木坯料的力學機理和試驗驗證[J].林業科學，1996，32(2)：171-174.

[2]孫娟，王喜明，賀勤.沙柳材物理力學性能及其測試方法的研究[J].林產工業，2012，39(2)：57-59.

[3]紅嶺，安珍.沙柳材物理力學性質的測定[J].林產工業，2012，39(2)：56-59.

[4]阿倫，馬巖，高志悅.木束形態對沙柳重組木性能的影響[J].林業科技，2007，32(2)：42-43.

[5]李奇，趙雪松，高峰等.混凝土模板用沙柳重組復合板的制備工藝[J].木材工業，2011，25(3)：19-23.

[6]朱一辛，饒文彬，關明杰，等，木竹重組材研究進展及開發前景[J].林業科技開發，2003，17(6)：6-7.

[7]余養倫，于文吉.木竹重組材新產品開發前景廣闊[N].中國建材報，2013，4：1-2.

[8]王惠蕓，曹平祥，王俊，等.阻燃重組木的研究分析[J].森林工程，2016，32(3):48-52.

[9]呂繼文，張言海，紀建偉.阻燃刨花板的阻燃劑加入方式研究[J].林業機械與木工設備，2014，42(4):37-38.

[10]姚利宏，曹琪，于海濤，等.沙柳/馬尾松復合層積板制造技術研究[J].木材加工機械，2015，26(6)：11-13.

[11]Zhang H，Luo H，Lu X.Reliability of compression strength of hennon bamboo-reinforced extruded tubular particleboard [J].Bioresources，2014，9(2)：2696-2704.

[12]Warmbier K，Wizynski A，Danecki L.Evaluation of mechanical and physical properties of particleboards with the core layer made from willow[J].Bioresources，2014，9(1)：894-905.

[13]Juliana C B，Michelon ALS,De Araujo V A et al.MMeduim density particleboard reinforced with bamboo laminas [J].Bioresources，2015，10(1)：330-335.

[14]阿倫，馬巖，高志悅.施膠量和斷面結構對沙柳重組材的性能影響[J].林業科技，2007，32(2)：42-43.

[15]木結構覆板用膠合板，GB/T22349-2008[S].

[16]董大鈞.SAS統計分析應用[M].北京：電子工業出版社，2014.

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

國家自然科學基金項目(31260158)；內蒙古創新引導基金(20131506)；內蒙古自然科學基金(2012MS0521)

紅嶺，碩士，實驗師。研究方向：木材加工。

姚利宏，博士，副教授。研究方向： 木結構建筑及結構工程材料。E-mail：yaolihong82@163.com

紅嶺，曹琪，劉瑤，等.單板種類對沙柳復合層積板力學性能影響[J].森林工程，2016，32(5)：27-30.

TS 653

A

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