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指接成材

将短的板(薄板、厚板)方材顺纤维方向铣削成指状齿,用胶合剂胶接成的长材。其特点是:①可将短小材料加工成大尺寸的净料;②可消除素材的扭曲、弯曲、节子等天然缺陷;③与其他纵接方法相比,适于机械作业,加工效率高,尤其是微型指接,材料损耗小、木材利用率高、感观好、强度大。指接成材始于20世纪60年代初期,80年代有了长足发展。欧洲共同体、北美、东欧各国年总产量为140万~150万立方米。

将短的板(薄板、厚板)方材顺纤维方向铣削成指状齿,用胶合剂胶接成的长材。其特点是:①可将短小材料加工成大尺寸的净料;②可消除素材的扭曲、弯曲、节子等天然缺陷;③与其他纵接方法相比,适于机械作业,加工效率高,尤其是微型指接,材料损耗小、木材利用率高、感观好、强度大。

指接成材始于20世纪60年代初期,80年代有了长足发展。欧洲共同体、北美、东欧各国年总产量为140万~150万立方米。其中联邦德国、美国、波兰等国年产量均为10万~23万立方米。日本70%的层积材(近30万立方米)是用指接材制作的,规格有几十种。指接成材生产系统已成为木材工业的一个重要组成部分。

中国指接成材的工业化生产始于80年代初,到1990年已有11个省、直辖市、自治区进行生产,有生产厂家16个,年总产量约4万立方米,其中1万立方米左右用于出口。其产品主要用于枕木、车厢板、门窗、家具及活动房屋。使用的树种主要有红松、白松、马尾松、落叶松和一些阔叶树等。产品原材料尺寸40×40×150毫米以上的约占95%。胶种有脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、聚醋酸乙烯酯乳液胶等。

图1 指接齿型

指齿形状及特点

①齿型:按齿长可分为N型齿和微型齿两种。N型齿,齿长大于20毫米;微型齿,齿长小于或等于15毫米(图1)。按加工方向可分为水平型(H型)和垂直型(V型)两种(图2)。水平型(H型),平行于木纹方向,即沿被加工材宽度方向加工的指齿;垂直型(V型),垂直于木纹方向,即沿被加工材厚度方向加工的指齿。②特点:在同样条件下,N型齿的强度高于微型齿的强度;在N型齿中,V型强度略高于H型5~8%,但随着齿长减少,两者性能接近。H型加工所用刀具数目较V型少,而且刀较薄,动力消耗小。在加工时,H型所用工卡具及安装要求比V型严格得多。否则,在厚度方向上易产生尺寸与形状误差。尤其在加工针叶树材时容易产生劈裂,造成废品。V型加工较H型容易、精度高、合格率品高、木材浪费小、生产率高。

图2 H型齿与V型齿

生产工艺及其设备

指接成材生产工艺与被加工材料的性状(原木、间伐材、短小材等)有关,其设备也略有不同。尤其在胶合工艺及设备方面,差异较大。在胶合工艺方面有冷压、热压、高频胶合、射频胶合等方法,但常用的是冷压法,其工艺流程如下:

图3 指接成材冷压法工艺流程

所用木材的含水率一般为6~15%。相接两木材含水率之差不得大于5%。而且应为同一树种,至少应密度相近。对于承重结构材,除进行外观分等外,还需依据测定的指接成材的胶合强度、弹性模量等进行物理力学分等。指接成材均用合成树脂胶,胶的粘度在20℃时为0.8~8帕秒,干物质含量55~75%。采用双面涂胶,涂胶量为200~250克/平方米。

中国指接成材生产主要设备有:纵锯或多片圆锯机、横截锯、平面加工设备如平压刨、四面刨等;指齿加工机如专用铣齿机、改造的单头直榫机或单轴木工铣床;涂胶机;胶压设备(专用指齿胶合机、气压或丝杠加压装置)等。

刀具有装配式、整体式两种(图4)。均需在专用机床上研磨。中国多用装配式。

指接性能指标

衡量指接成材质量的重要指标有:①产品终含水率,应不高于使用地域的平衡含水率或略低些。②剥离率,是指指接成材在水浸(装饰材)、煮沸(承重材)、定温干燥状态下,检测胶缝的裂纹程度的一项指标。因材料用途不同,试验方法不同,指标亦不相同,一般应控制在10%以下。③静曲强度与指接有效率是只限于衡量承重构件的一项指标。强度合格指标与树种、载荷大小与方式有关。指接有效率是指指接成材的静曲强度与素材强度之比的百分率。

图4 刀具

影响指接性能因素

主要因素除木材含水率、胶合剂和材料加工精度外,还有指齿形状和胶合压力。①指齿形状(图1)。试验表明,指齿参数选择下述范围值为宜:指接斜率α为1/7~1/10;齿长1=3p(p为齿距),一般采用6~20毫米,而欧美一些国家采用4~60毫米;齿顶宽t1,N型齿t1=(0.2~0.4)p,微型齿t1=(0.1~0.15)p;嵌合度t1~t2为0.13~0.27。②胶合压力如下表:

指接加压范围值

此外,影响指接性能因素还有加工工艺及涂胶方式等。

指接成材用途

主要用做集成材的层板,也可单独使用。①按胶层的耐水性、耐久性,有室内用材及室外用材。前者可用作地板、壁板、家具材料等,有时需经二次加工;后者制作车厢板、枕木等,有时需经防腐处理。②按受力情况,有承重结构材,如梁、汽车车底架、承重柱等和非承重构件如做室内装饰材用的柱、楼梯扶手、门窗等。此外,还有特殊场合用的指接成材或以此为原料的集成材如车辆材、木结构船舶。但此类材应具有耐水、耐气候、耐冲击、耐震动的性能。

指接材具有锯材不可比拟的优点,经胶拼、层积后的集成材许用应力比素材高30~50%,生产投入比人造板(尤其是刨花板)少得多,工艺简单,效益高,投资回收快,因此受到各国普遍重视,并得到迅速发展。中国在木材资源短缺的情况下,利用短小材、间伐材等低质材料生产指接成材,是提高木材利用率,解决木材供需矛盾的一个重要途径。