落葉松小徑木異型材刨削膠拼技術(shù)研究

周亞菲 張倩 劉珊杉 王碩 呂蕾

（黑龍江省木材科學(xué)研究所，哈爾濱150081）

落葉松小徑木異型材刨削膠拼技術(shù)研究

周亞菲 張倩 劉珊杉 王碩 呂蕾*

（黑龍江省木材科學(xué)研究所，哈爾濱150081）

本研究突破了傳統(tǒng)集成材刨削膠拼工藝環(huán)節(jié)，在小徑木單元材刨削后連續(xù)進(jìn)行涂膠拼板操作，這種連續(xù)膠拼的方式提高了生產(chǎn)效率。利用自行研發(fā)的異型材刨光機(jī)和自行研制的拼板設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明,刨削的三角形異型單元材長度不宜超過1.5 m;從刨削的異型材效果看，刨削的兩個(gè)拼接面夾角都能達(dá)到60°，這樣就能滿足拼板的工藝要求。在膠接方面,考慮到小徑木三角形這一特殊形狀異型材會受到加壓變形的影響，涂膠面和水平面之間的角度為60°，在固定異型材后所施加的壓力為（0.8～1.2 MPa）/cos30°。

集成材；異型材刨光；膠合

集成材是板材、小方材等按一定方向膠合而成的膠合木，近些年來在國內(nèi)市場備受矚目，應(yīng)用廣泛[1-2]。集成材的推廣應(yīng)用，使間伐材和小徑材深加工得以發(fā)展，但與實(shí)體木材比較，集成材出材率相對較低，并且產(chǎn)品的成本也相對高[3-4]。本文針對落葉松小徑木異型材拼板前的刨削和膠拼技術(shù)進(jìn)行了研究，采用落葉松小徑木三角形異型材（圖1）進(jìn)行刨削膠合，突破傳統(tǒng)刨削膠合方式，在三角形異型材刨削后直接進(jìn)行拼膠，這一工藝既能降低環(huán)境濕度對基材的影響，又提高了小徑材的利用率。

圖1 異型材集成加工的工藝路線

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)用落葉松小徑木材料，采自黑龍江省帽兒山林場落葉松林地，經(jīng)過人工選材、剖分、干燥后，制得三角形斷面的異型單元材，異型材斷面的高度為3.5～5.8 cm,其材長分別為1.0、1.5、2.0 m；含水率為6%～8.5%。所用膠粘劑分別為水性高分子異氰酸脂膠粘劑（室內(nèi)集成材用膠）、間苯二酚（室外集成材用膠原料）。

由于本研究中的異型材形狀為等邊三角形，這種特殊形狀在膠拼過程中要求膠接的兩個(gè)面夾角為60°，針對這一特殊單元材的膠拼需要，傳統(tǒng)的刨光機(jī)很難滿足其要求（以往的刨光設(shè)備大多數(shù)是對基材的平面和立面進(jìn)行刨光）。為了能達(dá)到三角形異型材的刨光要求，本試驗(yàn)改進(jìn)了傳統(tǒng)的刨光設(shè)備，設(shè)計(jì)了新型的刨光機(jī)。新型異型材刨光機(jī)安裝了2個(gè)錐形刨刀片，2個(gè)刨刀片之間的角度定為60°；刀片下方安裝導(dǎo)軌和驅(qū)動軸，用來確保異型材在加工過程中能穩(wěn)步進(jìn)給；刨刀的后方安裝了彈力壓輥，以確保異型材能正常的緊貼導(dǎo)軌運(yùn)行。異型材刨光機(jī)的改進(jìn)保證了膠拼的最后效果。

1.2 刨削生產(chǎn)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)一共刨削異型材4.5 m3。考慮到木材的各項(xiàng)異性和干燥過程中各向收縮不同而導(dǎo)致的彎曲變形，在加工之前要進(jìn)行一次篩選，把彎曲、節(jié)疤較大的木材篩選出去，分選出的鋸材要符合國家標(biāo)準(zhǔn)的等級，分選后的鋸材再根據(jù)材體本身具體情況截?cái)啵M(jìn)行二次分選。對鋸材進(jìn)行重復(fù)的分選工作，有利于后續(xù)的組坯膠合，如果前期對異型單元材不進(jìn)行分選，直接對存在彎曲不直等缺陷的異型單元材進(jìn)行表面刨光，那么刨削量過大，鋸材表面會出現(xiàn)不平滑的現(xiàn)象，在刨削過程中也會出現(xiàn)因兩端刨光過度而使刨光材彎曲不直，導(dǎo)致后期的膠拼工序用膠量過大，膠合強(qiáng)度降低，直接影響集成材的質(zhì)量。經(jīng)過三面刨削加工后形成的等邊三角形斷面，總體看效果較佳。

大幅面拼板單元材的加工工藝為：干燥材→去皮加工（扇形帶皮弧面）→膠合面的刨削（三角形的任意倆腰）→鋸分（將異型材按所需厚度剖分為若干個(gè)單元材，定厚）→堆垛。

集成木方單元材的加工工藝為：干燥材→去皮加工（扇形帶皮弧面）→膠合面的刨削（三角形的任意倆腰）→鋸分（沿三角形高度方向）→堆垛（圖1）。

1.3 小徑木異型單元材膠拼工藝

由于落葉松小徑木屬于速生材，自身強(qiáng)度低，生長應(yīng)力大，干燥后受環(huán)境濕度影響較大，易變形開裂。試驗(yàn)中，如果把干燥后的異型材陳放時(shí)間過長，則小徑木材易吸濕變形，研究表明，干燥后的異型材不適合放置超過2天以上。針對這一特殊情況，試驗(yàn)要打破傳統(tǒng)的膠拼技術(shù)，異型材在干燥刨削后，直接進(jìn)行組坯膠合即流水線式生產(chǎn)方式，這樣就有效地避免了異型材因放置時(shí)間過長而導(dǎo)致的變形扭曲。三角形異型材由于體積小，小徑木本身的力學(xué)強(qiáng)度也不高，刨削過程中又無形中降低了木材的出材率，對此考慮加大膠合壓力來避免異型材的變形，利用木材學(xué)流變原理[5]，讓異型材拼板中的應(yīng)力在放置一段時(shí)間后慢慢釋放。如此操作也有一些弊端，如增大壓力，載荷力也隨之增高，會消耗更多的能耗和放置的時(shí)間，對企業(yè)大量的流水線生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響。

在試驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)，異型材膠合強(qiáng)度與加壓載荷有關(guān)，如果膠合壓力過大，會導(dǎo)致異型材膠合面膠量減少；而壓力過小，但膠合面施膠量過大則影響膠合強(qiáng)度[6-7]。為了找到符合三角形異型材成材的膠合載荷，為日后企業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)，試驗(yàn)過程中把加壓載荷設(shè)定成三組分別進(jìn)行了試驗(yàn)（表1），膠合的表面壓力設(shè)定為0.8～1.2 MPa；考慮到膠合面與水平面間存在角度問題，水平方向膠合壓力設(shè)為（0.8～1.2 MPa）/cos30°。

表1 異型集成材膠合加壓試驗(yàn)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 異型材刨削及拼板技術(shù)分析

在三角形異型材刨削過程中，異型材的長度不易過長，研究表明，異型材過長，干燥后多彎曲變形。為此，根據(jù)異型材原木的初始徑級截取三角形異型材的長度：徑級在12 cm左右，異型材的長度控制在1 m左右；徑級在14 cm左右，長度控制在1.5 m左右，通過試驗(yàn)結(jié)果分析，異型基材的最大長度不宜超過1.5 m。從刨削后基材的表面紋理看，異型單元材上都會有紋理，由于三角形異型材為三個(gè)面的等邊三角形，三個(gè)面一面為弦切面，表現(xiàn)為弦切紋理；其他兩個(gè)面是徑切面，表現(xiàn)出的紋理為徑切紋理。三種紋理在拼板過程中有不同的拼接表現(xiàn)方式，其中，徑切面與弦切面膠合時(shí)，拼接面表現(xiàn)為徑切紋理，表面既直順又美觀；把徑切面作為膠合面時(shí)，拼板后的表面節(jié)子會很多，但是更能顯現(xiàn)木材的自然本色；還有一種拼板方式是將弦切和徑切紋理互相交錯(cuò)組坯，拼板后的異型材表面則會呈現(xiàn)兩種不同紋理的交錯(cuò)，也很美觀實(shí)用，可供做不同的需求。

2.2 異型材刨削的表面處理

從刨削的最終效果來看，大多數(shù)被刨削的兩個(gè)拼接面基本都能保證夾角為60°，為下道工序的順利進(jìn)行提供了保障；也有少部分試材在刨削后表面不平整欠光滑，這主要是因?yàn)橛猩俨糠之愋团俟獠脑谶M(jìn)料時(shí)，由于刀片背面的壓輥壓力過大而使異型刨光材被過度壓在導(dǎo)軌上，加大了摩擦阻力，使試驗(yàn)中正在刨光的異型材驅(qū)動力受到影響。針對表面不平直這一現(xiàn)象，可將現(xiàn)有的自由輥壓滾改為驅(qū)動輥壓滾，這樣就可以保證有足夠的壓力，避免壓力過大使試驗(yàn)材刨削時(shí)驅(qū)動受阻。在試驗(yàn)的過程中，為了更好地實(shí)現(xiàn)試材表面平整光滑而不影響最后的拼接效果，可用平刨對不平直的試材進(jìn)行二次加工，為達(dá)到后續(xù)拼板的要求提供了保障。

3 結(jié)論

3.1 本試驗(yàn)在加工前進(jìn)行異型材分選工作，經(jīng)過嚴(yán)格的分選后再實(shí)施刨削，這種方式能保證膠拼時(shí)的膠合面更加嚴(yán)密，使拼板后的膠合強(qiáng)度不會受太大影響。在刨削的試材長度上也有所細(xì)化，試驗(yàn)結(jié)果表明，異型單元材的長度不宜超過1.5 m。在異型材膠合方面，試驗(yàn)表明，按不同的組合方式進(jìn)行膠合，可以開發(fā)出不同用途的集成材產(chǎn)品。試驗(yàn)結(jié)果提出，異型集成材作為室內(nèi)外非結(jié)構(gòu)用材，可以根據(jù)具體的環(huán)境選擇相應(yīng)的膠黏劑。另外，集成材拼接過程中，加壓載荷對膠合強(qiáng)度的影響起著至關(guān)重要的作用。

3.2 集成材在材料的加工穩(wěn)定性上要優(yōu)于實(shí)體木材。在此基礎(chǔ)之上，要改變集成材常規(guī)加工模式，在滿足集成材各項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，不斷提高小徑木的利用率，并不斷開發(fā)相關(guān)的機(jī)械設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)小徑木異型材的集成加工。

［1］呂海東，李月.非結(jié)構(gòu)集成材加工技術(shù)及質(zhì)量控制［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010,38(3)：54-56.

［2］李堅(jiān).新型木材［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2002.

［3］王宏棣，何金存，張佳彬.人工林結(jié)構(gòu)用材的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2007，35(3)：13-15.

［4］全山虎，龐鳳艷.溫度對落葉松小徑木異型材弦向干縮系數(shù)的影響［J］.森林工程，2012，28(6)：11-14.

［5］孫耀星，劉一星，方桂珍.淺談輥壓法木材防護(hù)浸注技術(shù)［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2005(2)：8-14.

［6］鄭瑞琪.膠層厚度對膠接性能的影響［J］.粘結(jié)，1990，11 (4)：33.

［7］任曉峰.落葉松結(jié)構(gòu)用集成材膠合工藝技術(shù)的研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

第1作者簡介：周亞菲（1983-），女，工程師，研究方向：木材干燥及木材改性。

Larch Timber Profiles Planing Adhesive Technology Research

ZHOU Yafei
（Heilongjiang Institute of Wood Science,Harbin150081）

This research breaks through the traditional integrated timber planing glue spell process, continuous operation after the path planing wood cell material for glue makeup of the link,this way of continuous glue spell increases the production efficiency.Test using this unit to develop profiles developed by shaving machine and makeup equipment to test and test results show that the triangular shaped planing unit material shoulds not be more than 1.5 minlength,from the perspective of the extruding effect of planing, shaping the profiles of the two splicing surface can reach 60°Angle,so it can meet the requirements of makeup.Wooden triangles in cementing considering the path of the special shape of different profile will be affected by the compression deformation,coating surface and the Angle between the horizontal plane is 60°, pressure after fixed profiles(0.8～1.2 MPa)/cos30°.

Integrated timber;Different profile plane light;Extruding glue

S 791.22,TS 653

A

1001-9499（2017）01-0027-03

呂蕾（1978-），女，副研究員，主要從事木材加工研究。

2016-11-12

（責(zé)任編輯：潘啟英）