CN102590027A

CN102590027A - 单板和单板层积材的等级评定方法

Info

Publication number: CN102590027A
Application number: CN2012100601447A
Authority: CN
Inventors: 赵茂程; 王正; 周志茹; 王建和; 管绚
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提供一种单板和单板层积材的等级评定方法，以便为单板和单板层积材生产企业提供分等依据，避免原木大材小用，劣材优用，提高原木的出材率。所述单板层积材是把原本进行旋切得到单板，对单板涂胶、组坯、预压后和再热压而得到的；单板层积材的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板层积材的等级评定参数进行评定。所述单板是把原本进行旋切得到，单板的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板的等级评定参数进行评定。

Description

单板和单板层积材的等级评定方法

技术领域

本发明涉及单板和单板层积材的等级评定方法。

背景技术

木材检测的基本方法有目测法和无损检测法。

在木材行业中，目测法凭经验用肉眼观察木材，直接判断木材质量的好坏，这是最原始的木材检测方法，也是国内现有小型木材加工企业普遍采用的方法。该方法虽然方便，但是仅凭外观和经验来判断木材的质量，是不够科学和准确的。因为木材的特性，往往存在肉眼难于观察的腐朽、孔洞、节疤等。

现代科学技术的迅速发展为木材无损检测技术提供了新的理论和物质基础，使木材检测技术得到了飞速发展，运用于木材无损检测的方法也由最初的几种增加到几十种，而且可检测范围也涵盖了原木、木制品及活立木的物理力学性质、化学性质、内部缺陷和生长特性等，在众多的木材检测方法中，发展最成熟。

目前的检测方法主要有：X射线摄影检测法、射频检测法、红外线检测法、超声波检测法、机械应力检测法、振动检测法、应力波检测法、声发射检测法、核磁共振法等。对木材性质的评价方式也已经由过去的定性评价发展到现在的定量评价。其中应用最广泛的方法主要有：X射线检测、应力波检测、超声检测等。

我们知道，单板是以原木经旋切而得，单板层积材LVL是单板涂胶、组坯、预压后和再热压而得到的。

在GB/T20241-2006中提及了以弹性模量大小级别对单板层积材进行分等。

单板层积材和胶合板层积材生产企业等希望其生产出的胶合板、单板层积材等级越高越好。但生产企业在采购生产胶合板的原木时，不知道采购什么样的原木比较好，或者说，不知道什么样的原木能够生产出质量较高的胶合板和单板层积材。

由于企业不知道什么样的原木能够生产出质量较高的单板、单板层积材，所以优质材和劣等材的混用现象屡见不鲜。加上我国的人口基数大资源相对并不是很丰富，或者说是匮乏。为避免出现优材劣用，大材小用，提高木材的利用率已经迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种单板层积材的等级评定方法，以便为单板层积材生产企业提供分等依据，避免原木大材小用，劣材优用，提高原木的出材率。

本单板层积材的等级评定方法，所述单板层积材是把原本进行旋切得到单板，对单板涂胶、组坯、预压后和再热压而得到的；单板层积材的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板层积材的等级评定参数进行评定。

上述单板层积材的等级评定方法，原木的弹性模量以应力波法测得。原木的弹性模量的具体测定方法如下：以应力波检测仪对原木进行检测，读取应力波速度V；测量原木小头直径，查木材材积表得出原木体积并称重，计算出其密度ρ；根据E＝ρV²计算出原木的弹性模量。

上述单板层积材的等级评定方法，所述原木是杨木。

本发明的目的是提供一种单板的等级评定方法，以便为单板层积材和胶合板层积材生产企业提供分等依据，避免原木大材小用，劣材优用，提高原木的出材率。

单板的等级评定方法，所述单板是把原本进行旋切得到，单板的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板的等级评定参数进行评定。

上述单板的等级评定方法，原木的弹性模量以应力波法测得。原木的弹性模量的具体测定方法如下：以应力波检测仪对原木进行检测，读取应力波速度V；测量原木小头直径，查木材材积表得出原木体积并称重，计算出其密度ρ；根据E＝ρV²计算出原木的弹性模量。

上述单板的等级评定方法，所述原木是杨木。

本发明的有益效果：申请人发现，以应力波法测得LVL的弹性模量与原木弹性模量的相关系数R为0.8090；与单板弹性模量之间的相关系数R为0.9621。以自由振动法LVL弹性模量与原木弹性模量的相关性系数R为0.7183，与单板的相关系数R为0.9007。LVL静弹性模量与原木弹性模量的相关系数R是0.7879；与单板弹性模量的相关系数R是0.9608。因此，可以以原木的弹性模量作为单板层积材、单板的等级评定参数，也就是说，单板层积材和胶合板层积材生产企业可以依据原木的弹性模量确定单板、单板层积材的质量等级，原木的弹性模量越大，以该原木生产出的单板、单板层积材的质量等级也越高。换句话说，企业可以生产单板、单板层积材的原木的弹性模量对单板、单板层积材进行分等，避免原木大材小用，劣材优用，提高原木的利用价值和出材率。

附图说明

图1是HM200测得的55根原木速度折线图。

图2是13根原木弹性模量折线图。

图3是单板测试仪测得的试件的弹性模量图。

图4是应力波法测得的原木和单板弹性模量的相关性折线图。

图5是应力波法测得的原木、单板、LVL弹性模量相关性折线图。

图6是自由振动法LVL弹性模量与应力波法测得的原木和单板弹性模量的相关性的折线图。

图7是LVL静弹性模量与应力波法测得的原木和单板弹性模量之间的相关性折线图。

图8是综合了应力波法、自由振动法和万能实验机这三种方法测得的LVL弹性模量与应力波法测得的原木和单板的弹性模量之间的相关性折线图。

具体实施方式

1.总体介绍：

1.1应力波检测

应力波对原木、锯材进行无损检测的工作原理是：用脉冲锤以一定的频率撞击木材，使木材内部产生应力波，当应力波被接收器收到之后，根据发射和接收的时间间隔，利用计算和其他工具，分析应力波在木材内部的传播时间和速度的参数的变化情况，确定木材的材料性质和内部腐朽情况，达到对原木的准确分等。

1.2试验方案

1、在原木基地选取同一批杨木(同一批杨木确保其产地和含水率基本相同)，用便携式应力波检测仪HM200对其进行检测，读取其应力波速度，画出这批杨树原木的应力波速度直方图。

2、从测速后的原木中随机选取13根原木，测量其小头直径，查材积表得出其体积并称重，计算出其密度ρ，然后根据动弹性模量公式：E＝ρV²计算出其弹性模量。

3、将单板制造成LVL，并对产品进行应力波测速的试验，三点弯曲静弹性模量试验和悬臂梁动弹性模量试验，分析三种方法的试验结果的相关性，做出相关性图表。

1.3材料、仪器介绍

试验材料是一批原木、其干燥后的单板及最终产品LVL。

实验仪器分别是：

1、原木应力波试验采用新西兰产的便携式原木弹性模量检测装置(HM200)；

2、单板应力波试验采用美国产的单板检测试验机(Metriguard Veneer Tester)

3、FAKOPP 2D应力波测试仪；

4、三点弯曲试验采用了岛津AG-IC万能力学实验机；

5、悬臂梁动态弹性模量试验采用了南京安正软件工程有限责任公司的CRAS振动及动态信号采集分析仪。

2、测量原木弹性模量：

2.1实验仪器和试材：

HM200便携式原木品质测量仪(原木弹性模量检测装置)。它的测量原理是利用应力波在原木和木材中的传播速度，来评估木材的紧实度。应力波传播速度是由应力波传播的距离和时间计算而得。这款仪器通过应力波技术提供一个很直接的方式来测量原木或木材的紧实度，无损而且快速地判断检测原木的内部品质。

HM200便携式原木品质测量仪的特点：

(1)、操作简单，方便；仪器较轻，约1KG重；

(2)、探头长度大约30CM，感应部位在前端的2-3cm处；

(3)、测量结果精确，测量原木的长度可达40米；

(4)、已经在很多品种的原木中得到证实；

(5)、与机械应力级(MSR)木材和抗弯弹性模量(MOE)木材分级是对应的；

(6)、可存储上千组数据，并下载到电脑里；

(7)、防水、防震、电池供电。

试验试件：江苏省宿迁市泗阳基地的75杨木，长度为2.5-2.6m，小头直径为0.20-0.32cm。

2.2试验过程

1、在泗阳杨树原木试验基地林场中选取55根75杨木有代表性的原木。

2、将55根原木平放在地上进行编号；

3、使用HM200便携式原木品质测量仪对编号后的每根原木进行敲击，读出仪器屏幕上显示的原木的应力波速度并记录数据；同时记录原木的外观缺陷；

4、画出55根原木应力波速度的正态分布直方图。

2.3原木试验结果及数据分析，参见图1。

图1是用HM200原木品质测量仪测得的55根原木的应力波速度折线图。从图中可以看出杨树原木的应力波速度在2.2km/s～3.5km/s之间。而且多数集中在3km/s附近。

2.4抽取13根原木测量弹性模量

从测速后的55根原木中，用随机数产生13根原木。将抽取出来的13根原木分别锯成两段并标号，测量原木的长度，小头直径并称重，根据公式E＝ρV²计算其弹性模量值如表1(表1编号*-*中，第一个*表示原木的序列号；第二个*的说明：1代表原木是杨树的下部，2代表原木是杨树的上部)。绘制原木弹性模量的折线图，如图2。

表1原木弹性模量计算表

3测单板弹性模量：

3.1试验过程

用测完速度的13根原木制造单板，具体步骤如下：

(1)对原木进行去皮，由于制造单板的尺寸限制，每根原木锯成两段。用BQ1513/7单边液压双卡轴旋切机将原木旋切成单板，并对单板逐一编号。

(2)晾晒单板，并对每根原木分从边-中-心的顺序挑选质量稍微好的三到五张单板试件进行编号。

(3)对挑选的单板试件送入压机压平、烘干到MC＝3-5％，。

(4)烘干、压平后的单板试件，裁剪成一定规格：长127cm，宽40cm，厚2.1cm。

(5)用Metriguard Veneer Tester单板实验机对单板进行检测，试验结果如表2。表2编号*-*-*中，第一个*表示原木的序列号；第二个*说明：1代表原木的上半段，2代表原木的下半段；第三个*表示单板序号。

用美国生产的Metriguard Veneer Tester单板测试仪测出单板的应力波传输时间并记录。由于心、边材的MOE差异性等，因此将每根原木旋切的单板按从边材到心材的顺序选取3-5张，直接由单板测试机测得每张单板的弹性模量，计算每根原木的单板弹性模量的算术平均值，最后画出原木弹性模量E和其单板平均MOE的相关性折线图。

表2Metriguard Veneer Tester的单板测试结果

根据表2做出单板测试结果的MOE折线图(图3)，图4可以更加直观的看出每张单板弹性模量之间关系，和同一原木跟单板之间的相关性。

由图3可以看出同根原木单板的弹性模量基本在一定的范围内浮动。同时可以看出基本上同一根原木的下半段(*-2-*)所取单板弹性模量的平均值比上半段(*-1-*)单板弹性模量的平均值大，说明在纵向上原木的弹性模量从根部到稍部逐渐减小；而且同一段原木(*-*-a)的单板a越大弹性模量越大，说明在径向上弹性模量从外向内逐渐增大。

由图4可以看出，应力波法测得的原木弹性模量和应力波法测得的单板弹性模量之间的相关性比较好，其相关系数R为0.8339。

4制造LVL

将做完单板试验的单板裁切成一样的规格，对每一根原木取11张单板，然后进行单板涂胶，组坯，预压7-8小时，压力为6-7kg/m²，热压40分钟，最后进行截断和锯剖，锯成相同的规格。

LVL的制造用胶酚醛树脂胶(PF)，其甲醛和苯酚摩尔比为2∶1，固体含量45％、黏度210mPa·s、pH值10。在使用时加入重量份为25％的面粉和0.2-0.3％的氯化氨。

5测LVL的弹性模量

5.1用应力波法测LVL的弹性模量

5.1.1实验器材

使用Fakopp 2D对LVL试件进行试验。Fakopp 2D是一种无损评估树干的工具，它可以根据树干周围多个传感器之间的应力波速度，检测出树干腐朽或中空部分的位置及大小。基本测量原理是，如果有两个传感器之间有孔，那么这两个传感器测得的应力波速度就会有差别。

FAKOPP的技术参数如表3：

表3

5.1.2试验过程

选用冲击应力波法，在木材试件两端钉上探针(钢钉)，并在探针上挂上传感器，通过用一个小锤敲击传感器，在其内部产生一个应力波。打开仪器，设置相应参数；将左传感器和右传感器互连，注意连接时线路的进和出，与应力波测试仪相连；在选定的位置固定好探针，此探针的作用是固定传感器并传递应力波给木材，将左传感器和右传感器放到试件的两端，并使传感器和探针之间紧密连接，且保持垂直，同时测量出两个探针之间的距离。打开应力波测试按钮，用小锤分别轻敲两个传感器，为减少人为误差，每个传感器用小锤轻敲8～10次，记下每次显示的数据。将传感器和探针取下，更换试件，重复试验，直至试验完毕。

5.1.3试验结果

试验结果计算如表4。表4中编号表示LVL的序列号；LVL的序列号与制成该LVL的原材料的原木的序列号相同。

表4

该方法是利用Fakopp 2D测得应力波在LVL试件一定距离间传播的时间，测得其传播速度V，再根据测得LVL的密度ρ，通过公式E＝ρV²计算LVL的弹性模量。通过此法测得LVL的弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量的相关系数R为0.8090；与应力波法测得的单板弹性模量之间的相关系数R为0.9621。图5是应力波法测得的原木弹性模量、应力波法测得的单板弹性模量、应力波法LVL弹性模量相关性折线图。

5.2用自由振动法测LVL的弹性模量

5.2.1实验仪器

南京安正软件工程有限责任公司的CRAS振动及动态信号采集分析仪。

5.2.2试验过程

通过测量LVL试件的长、宽、厚，计算出其体积V，用天平测量其质量m，计算其密度ρ，用安正仪器读出其自由振动的一阶频率f，根据木结构中梁的自由端振动公式计算出弹性模量(自由振动法LVL弹性模量)，见表5。表5中编号表示LVL的序列号；LVL的序列号与制成该LVL的原材料的原木的序列号相同。

表5

图6是自由振动法LVL弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量和应力波法测得的单板弹性模量的相关性的折线图，通过分析得到该方法测得的弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量的相关性系数R为0.7183，与应力波法测得的单板弹性模量的相关系数R为0.9007。

5.3对LVL测静弹性模量试验

5.3.1实验仪器

本试验采用岛津AG-IC系列立式电子万能实验机，该仪器是岛津苏州工厂组装的电子万能实验机。岛津AG-IC系列立式电子万能实验机的参数，见表6：

表6

5.3.2试验结果，见表7。表7中编号表示LVL的序列号；LVL的序列号与制成该LVL的原材料的原木的序列号相同。

表7.测得的LVL静弹性模量E

图7是LVL静弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量和应力波法测得的单板弹性模量之间的相关性折线图，通过计算得到此方法得到的弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量的相关系数R是0.7879；与应力波法测得的单板弹性模量的相关系数R是0.9608。

6、试验结果分析

图8是综合了应力波法、自由振动法和万能实验机这三种方法测得的LVL弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量和应力波法测得的单板弹性模量之间的相关性折线图，通过图8及以上述三种试验方法测量LVL弹性模量的各自分析可以看出，三种方法之间的相关性都很好，相关系数很高，其中应力波法LVL弹性模量与应力波法测得的原木弹性模量和应力波法测得的单板弹性模量之间的相关性最好，相关系数分别为0.8090、0.9621。

Claims

1.单板层积材的等级评定方法，所述单板层积材是把原本进行旋切得到单板，对单板涂胶、组坯、预压后和再热压而得到的，其特征是：单板层积材的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板层积材的等级评定参数进行评定。

2.如权利要求1所述的等级评定方法，其特征是：原木的弹性模量以应力波法测得。

3.如权利要求2所述的等级评定方法，其特征是：原木的弹性模量的具体测定方法如下：以应力波检测仪对原木进行检测，读取应力波速度V；测量原木小头直径，查木材材积表得出原木体积并称重，计算出其密度ρ；根据E＝ρV²计算出原木的弹性模量。

4.如权利要求1所述的等级评定方法，其特征是：所述原木是杨木。

5.单板的等级评定方法，所述单板是把原本进行旋切得到，其特征是：单板的等级评定方法是以原木的弹性模量作为单板的等级评定参数进行评定。

6.如权利要求4所述的等级评定方法，其特征是：原木的弹性模量以应力波法测得。

7.如权利要求5所述的等级评定方法，其特征是：原木的弹性模量的具体测定方法如下：以应力波检测仪对原木进行检测，读取应力波速度V；测量原木小头直径，查木材材积表得出原木体积并称重，计算出其密度ρ；根据E＝ρV²计算出原木的弹性模量。

8.如权利要求4所述的等级评定方法，其特征是：所述原木是杨木。