我校“竹材增强杨木单板层积材的研究与开发”成果通过鉴定

2006年1月，我校完成的“竹材增强杨木单板层积材的研究与开发”项目通过了由江苏省科技厅组织的成果鉴定。     

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%。     

竹材及杨木单板在湿热环境下的湿膨胀性能差异

竹材杨木复合层积材在使用过程中会因环境湿度和温度的变化而产生一定的形变,甚至功能失效。对竹材和杨木的湿膨胀系数在各个方向的差异进行研究,可为竹材杨木复合材料的合理设计提供依据。笔者采用电阻应变片法,研究竹材和杨木单板在恒温条件下除湿和增湿处理不同阶段的应变,分析了竹材和杨木的不同方向湿膨胀系数。结果表明：竹材和杨木在纵横两方向上的湿膨胀有着较大差异。这种差异在常温常湿下最小;湿度下降阶段,杨木单板的纵向及横向湿膨胀系数为竹材的2倍以上,两者复合后杨木形变量较大,竹材的应变具明显的吸湿滞后。由于吸湿膨胀系数和吸湿滞后的影响,在湿度变化时,会出现除湿时向杨木方向的纵向弯曲,吸湿膨胀时会出现向竹材面的纵向弯曲现象。     

竹材单元形态对竹木复合层积材性能的影响

通过对不同竹材单元形态竹层积材及竹木复合层积材物理力学性能进行研究,分析了竹材形态对层积材性能的影响。结果表明:相同的组坯方式、浸胶工艺和热压工艺条件下,竹材单元形态对竹层积材及竹木复合层积材的物理力学性能有明显的影响。以竹篾为主要单元的层积材力学性能较好,但是尺寸稳定性较差;以竹束单板为主要单元的层积材力学性能低于前者,但其力学性能均能达到结构用单板层积材最高级别的要求,且其胶合性能和尺寸稳定性均优于前者。     

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.     

背面裂隙对杨木胶合界面力学性能的影响

采用微观数字散斑干涉技术和宏观剪切强度试验相结合,分析并讨论了杨木单板背面裂隙的存在对其胶合界面微观力学性能和宏观剪切强度的影响;采用淀粉糊、淀粉糊/木粉、豆胶3种封闭剂处理杨木胶合界面上的背面裂隙,探讨改性试样微观应变分布和宏观力学性能之间的关联。结果表明:存在背面裂隙的杨木单板胶合界面上的应变数值较大,达到1.5×10-3~4.0×10-3,复合材料整体的强度显著减小;不同封闭剂处理背面裂隙的试件,其胶合界面的应变显著大于未处理的试件;封闭剂处理后,杨木单板层积材干强度未能全部提高,湿强度却出现不同程度的下降。     

背面裂隙对杨木胶合界面力学性能的影响

采用微观数字散斑干涉技术和宏观剪切强度试验相结合,分析并讨论了杨木单板背面裂隙的存在对其胶合界面微观力学性能和宏观剪切强度的影响;采用淀粉糊、淀粉糊/木粉、豆胶3种封闭剂处理杨木胶合界面上的背面裂隙,探讨改性试样微观应变分布和宏观力学性能之间的关联。结果表明:存在背面裂隙的杨木单板胶合界面上的应变数值较大,达到1.5×10-3~4.0×10-3,复合材料整体的强度显著减小;不同封闭剂处理背面裂隙的试件,其胶合界面的应变显著大于未处理的试件;封闭剂处理后,杨木单板层积材干强度未能全部提高,湿强度却出现不同程度的下降。     

江苏杨木人造板的研发与展望

在总结江苏杨木加工产业现状的基础上，分析了存在的不足，提出了具有发展强势的人造板产品，包括杨木单板层积材、杨木水泥模板、杨木复合地板、杨木人造薄木、竹木复合层积材、超常厚度中密度纤维板、草木复合中密度纤维板、软质纤维（碎料）板、定向结构板、木（草）塑复合材料、杨木木丝墙体材料和废旧木材人造板等。指出了实现人造板产业持续发展的保证措施，包括优化资源供应，重视无醛胶粘剂的研发，加强木材保护技术的研究，突出技术创新，实施人才、专利和标准战略。     

金属网增强型杨木单板层积材的研究

讨论了酚醛(PF)树脂胶、环氧树脂胶和聚氨酯(PU)树脂胶等3种胶粘剂用于金属网与杨木单板胶合的情况；研究了用不同金属材料、不同规格的金属网，在不同的组坯条件下压制的层积板的性能。结果表明，金属网对杨木单板层积材(LVL)的弹性模量(MOE)、静曲强度(MOR)等性能的增强效果比较显著，而且金属网目数是影响层积板胶合强度、MOE、MOR等性能指标的主要因素；综合考虑经济性与工艺可操作性，用酚醛胶(PF)作为这种复合材料的胶粘剂，并且用40目的不锈钢网与杨木单板胶合时，层积板的胶合强度达到国家标准GB9846．12—88中Ⅰ类胶合板的胶合强度要求。     

南京林业大学科技成果简介：（四）南方型杨树（意杨）木材加工技术研究与推广

围绕意杨全树利用,系统研究了意杨的材性特征及其与加工利用的关系,针对意杨单板干燥翘曲变形和难以胶合、超厚板坯传热慢、杨木中密度纤维板甲醛释放量严重超标,以及杨木小径材结构人造板制造等技术难题,提出了组合式干燥系统、蒸汽喷射技术、氨气真空处理降醛方法和杨木定向结构板柔性生产体系,成功开发了以杨木为原料的胶合板、中密度纤维板、刨花板、水泥模板、单板层积材、定向结构板,以及超厚型高中密度纤维板等多种杨木新产品,并研制了系列化成套设备,获得专利15项,填补了多项空白,     

季铵铜和铜唑预处理对马尾松单板层积材性能的影响

为拓展单板层积材(LVL)的应用领域,延长其使用寿命,通过季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)常压浸渍单板,研制防腐马尾松单板层积材(LVL),考察了防腐剂种类和载药量对LVL耐腐及物理力学性能的影响。结果表明:ACQ和CuAz预处理单板显著提高了马尾松LVL耐腐性,处理材达到强耐腐等级; 处理材的弹性模量和静曲强度达到GB/T 20241—2006标准规定的结构用LVL中120E至160E级别要求,剪切强度达到50V-43H级别要求,浸渍剥离率仅为0.1%～0.8%。与未处理材相比,处理材的弹性模量略有增加,剪切强度及部分处理材的静曲强度有所下降; 但处理材之间、处理材与对照材之间的力学性能均无显著差异。研究表明,ACQ和CuAz常压浸渍预处理单板是研制防腐马尾松LVL的一条有效途径。     

浸渍塑化杨木单板顺纹拉伸性能的研究

通过拉伸试验,研究了塑化杨木单板不同压力时的顺纹拉伸性能,分析了其与塑化压力间的关系。结果表明:塑化杨木单板的拉伸模量与塑化压力呈非线性关系;随塑化压力增大,单板的弹性模量有减小的趋势,顺纹抗拉强度呈增大趋势,但当压力增大到一定值时顺纹抗拉强度趋于稳定。     

引发剂对硅烷化杨木单板/聚乙烯薄膜 复合材料性能的影响

为分析引发剂对硅烷偶联剂的协同效应,以高密度聚乙烯(HDPE)薄膜为胶黏剂,乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和引发剂过氧化二异丙苯(DCP)为杨木单板的改性剂,制备硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料。分别采用力学试验机、动态力学分析仪(DMA)和冷场发射扫描电子显微镜分析引发剂DCP用量(0、0.05%、0.10%、0.15%)对复合材料物理力学性能的影响。结果表明:在引发剂DCP的诱导下,硅烷化杨木单板与HDPE薄膜发生了化学交联反应,形成了优良的胶接结构,硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料的力学性能、耐水性能和耐高温破坏性能都显著增强。当引发剂DCP添加量达到0.15%时,复合材料的胶合强度、木破率、静曲强度和弹性模量值分别由1.02 MPa、2%、60.10 MPa、5 102 MPa增加至2.07 MPa、95%、77.20 MPa、6 822 MPa; 吸水率和吸水厚度膨胀率分别由77.80%和5.79%降低至53.75%和4.09%。DMA结果显示,复合材料的耐高温破坏能力随DCP添加量的增加而改善,当DCP用量由0增至0.15%时,复合材料在130 ℃时的储能模量保留率由44.19%提高到88.34%,胶接界面层失效的温度点从147 ℃提高至197 ℃。     

竹杨层积复合材料的冲击性能

以结构用竹杨层积复合材料为研究对象,采用落锤式冲击实验方法,研究垂直和平行层积方式两种冲击方向下的竹杨层积复合材料的冲击性能。结果表明:两种冲击方式下竹杨层积复合材料的冲击韧性、冲击过程和破坏方式均不相同。沿垂直方向冲击持续时间(17.21 ms)大于平行方向(11.37 ms),且垂直方向冲击过程吸收的总能量(524.42 J)也大于平行方向(403.56 J),冲击韧性垂直方向(24.16 J/cm²)优于平行方向(18.64 J/cm²)。由于垂直方向冲击过程中主要由纵向和横向应力波作用,裂纹扩展过程较长,破坏方式主要是弯曲破坏和层间胶层剪切破坏; 而平行方向冲击破坏以纵向应力波作用为主,主要发生弯曲剪切破坏。单元结构和胶合界面是影响竹杨层积复合材料冲击韧性的主要原因。     

木竹重组材抗弯性能的研究

根据混杂复合材料理论，将重组木的构成单元——木束与重组竹的构成单元——竹束，采用混杂方法复合，并对3种不同的混杂形态和不同混杂比进行了木竹重组材的结构设计及抗弯力学性能的研究。结果表明，与重组木相比，木竹重组材的比模量略有提高，比强度提高较大；3种混杂形态中，以竹束为表面的夹芯结构的比模量及比强度最高，均匀混杂的木竹重组材的抗弯性能最低；木竹重组材的抗弯性能均随竹束用量的增大而有不同程度地增大。重组竹的比模量和比强度分别比重组木高出50％和120％。     

微波技术在竹浆漂白中的应用

用正交实验法探讨了在微波辐射下次氯酸钠漂白硫酸盐竹浆的工艺条件,结果表明,微波辐射用于硫酸盐竹浆次氯酸盐单段漂白的最佳工艺条件为:微波辐射功率480W,辐射时间2min,用氯量4.29%,氢氧化钠用量1%,浆料浓度12%.在此条件下,纸浆白度可达72.9%IS0;而在相同条件下达到此白度,传统水浴加热则需要90min的时间。因此,微波辐射竹浆次氟酸钠单段漂白能节约能源和提高生产效率.     

I-69杨木材与其加工的层积材物理力学性质比较研究

比较研究了I-69杨木材加工的层积材（简称LVL）和I-69杨实木材（简称实木）的性质,结果显示：LVL比实木的基本密度有明显的增加;整体上看LVL的干缩性大于实木,LVL的径向全干缩率、弦向和体积全干缩率均大于实木,单差异干缩小于实木;LVL的顺纹抗压强度与实木的差异不大,仅比后者大2.77 MPa;LVL平使方向的抗弯强度低于实木,而纵使方向的抗弯强度略高于实木;LVL平使方向的抗弯弹性模量大于实木（638 MPa）,纵使方向略大于实木（52MPa）;可见LVL的冲击韧性远大于实木,为后者的两倍;LVL的性能整体上优于实木。