CN103386700B - 一种人造工程圆木的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种人造工程圆木的生产方法，它包括以下工艺步骤：对小径级原木先进行剥皮处理，定厚剖分形成锯材（2），干燥至含水率12±3%后去掉腐朽和大节子以及缺棱部分；测量每块锯材（2）的弹性模量并分为若干等级；将相同等级的锯材（2）端部铣出指接榫头（3）及榫槽（4），喷涂胶粘剂进行接长，表面定厚刨光；根据不同力学性能要求，选择合适等级的接长锯材并在宽面涂胶粘剂，在宽度方向根据需要进行涂胶或不涂胶拼宽，进行组坯，再加压夹持固定，使常温固化得到层积型材（1）；旋圆处理，得到本发明人造工程圆木。该方法工艺简单、成本低，生产出来的人造工程圆木美观无缺陷、强度高、性能变异性小。

Description

一种人造工程圆木的生产方法
技术领域
本发明涉及新型工程结构用建筑复合材料制备技术领域，具体涉及一种利用小径级低等级木材制造大径级梁柱用工程圆木的生产方法。
背景技术
目前天然大径级木材和优质木材日益缺乏，而我国悄然兴起的绿色节能建筑和木结构建筑对工程木材制品的需求越来越大。人造工程圆木是一种按照所需截面尺寸和载荷要求进行设计，合理剖分小径级原木制得板材后进行干燥使之含水率降至12±3%，再去掉腐朽和大节子以及缺棱部分，再经应力分等、纵向接长、表面刨光、横向拼宽、涂胶、组坯、加压使胶粘剂固化后，沿长度方向旋全圆或椭圆或部分旋圆而制得的新型胶合层积木。此人造工程圆木主要用作结构用梁和结构用柱。由于其物理力学性能稳定、强度高、易于加工、可节约木材、可设计、外形美观、低碳环保和节能等优点，人造工程圆木是一种极具市场潜力的新型建筑结构和装饰材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人造工程圆木的生产方法，该方法工艺简单、成本低，生产出来的人造工程圆木美观无缺陷、强度高、性能变异性小。
本发明所采用的技术方案为：
一种人造工程圆木的生产方法，它包括以下工艺步骤：
（1）小径级原木剥皮与剖分：对小径级原木先进行剥皮处理，按照锯材厚度规格（例如1.5英寸、3/4英寸）定厚剖分成锯材，然后干燥至含水率12±3%(即9-15%)后去掉腐朽和大节子以及缺棱部分；
（2）锯材分等：测量每块锯材的弹性模量，并根据弹性模量将锯材分为若干等级；
（3）锯材接长：采用指接工艺，将相同等级的锯材端部铣出指接榫头及榫槽，喷涂胶粘剂后端部加压胶合接长，实现短锯材变长锯材，再进行表面定厚刨光；
（4）锯材层积胶合：根据对人造工程圆木用作结构用梁和结构用柱时的不同力学性能要求，选择合适等级的接长锯材并在其宽面涂胶粘剂，接长锯材宽度方向根据需要进行涂胶或不涂胶拼宽，然后进行组坯，上下两面再加压夹持固定，使胶粘剂常温固化，得到压制好的层积型材；
（5）外型加工：将压制好的层积型材进行旋圆处理（人工或机械），其中本发明预制的人造工程圆木用作结构用梁时旋圆处理具体为旋全圆处理；在用作结构用柱时为旋全圆或椭圆或部分旋圆处理（如上方下圆），即得到本发明的无尖削度或有一定尖削度、性能变异小、无腐朽等明显缺陷、尺寸稳定、外观好、设计强度高的人造工程圆木。
作为优选，所述步骤（3）和步骤（4）中的胶粘剂为常温固化胶。
作为优选，所述常温固化胶为聚氨酯（PUR）、间苯二酚树脂（PRF）或水性高分子异氰酸酯（EPI）中的一种。所述步骤（4）中PUR胶固化时间一般为1到2小时，PRF胶固化时间一般为6到8小时，EPI胶固化时间一般为0.5到1小时。
作为优先，所述步骤（3）中指接榫头长度≥20mm，指接榫头宽度0.1-0.3mm，指接榫头斜角θ正切值小于1/10。
所述步骤（2）中锯材分等为采用机械应力分等法或振动法或应力波法测得每块锯材的弹性模量，然后根据弹性模量大小，把锯材分为六个等级。所述应力波法具体为使用应力波测定仪测量沿锯材长度s的应力波传播时间t，同时测量锯材密度ρ，由公式E=ρ(s/t)2得到弹性模量。所述锯材弹性模量的六个等级分别如下：第一等级锯材弹性模量为＞12500MPa，第二等级锯材弹性模量区间为11000-12500MPa，第三等级锯材弹性模量区间为9500-11000MPa，第四等级锯材弹性模量区间为8000-9500MPa，第五等级锯材弹性模量区间为6500-8000MPa，第六等级锯材弹性模量为＜6500MPa。
所述步骤（4）中选择合适等级的接长锯材进行组坯具体为本发明预制的人造工程圆木在用作结构用梁时采用相对较高等级锯材在表底层、相对较低等级锯材在芯层进行组坯；在用作结构用柱时采用同一等级的锯材进行组坯。这是因为木质结构用梁主要是承受抗弯应力，要求表层抗弯强度好，所以组坯时采用相对较高等级锯材在表底层，相对较低等级锯材在芯层的结构；木质结构用柱主要承受的是轴向力，要求受力较为均衡，所以组坯时采用同一等级的锯材，其使用效果更好。
所述步骤（4）中锯材层积时相邻上下两层的锯材指接榫头间距不小于1.5m，相邻上下两层的锯材横向拼宽的接线间距不小于40mm。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：本发明采用小径级木材制得的锯材为原料，根据对人造工程圆木在用作结构用梁和结构用柱时的不同力学性能要求进行合理组坯，长度、强度可根据需要定制，便于施工；采用机械应力分等或振动法或应力波测定等无损检测技术，根据锯材弹性模量将锯材分为若干个等级，根据结构用梁和结构用柱不同力学性能要求选择合适等级的锯材并进行组坯，从而极大减少了产品的力学性能变异性，可设计性好；指接接长，侧向拼宽，可以做到小材变大材，并去除缺陷，避免实木利用的局限；后期经外型加工，形似天然优质原木，新颖美观，大大缓解对大径级优质木材的需求；另外利用本发明制得的人造圆木具有强重比高、性能稳定、自然亲切、价格低廉、原料利用率高和低碳环保等多重优点。
本发明的目的是充分利用我国现有的木材资源和一些进口用木材，制造高性能同时符合中国传统审美观念的新型工程梁柱，用于各种民用建筑、工业建筑和公用建筑等承载和装饰等场合，对缓解木材供需矛盾，实现劣材优用，增加木材附加价值和节能环保有很大的现实意义。
附图所示
图1所示的是本发明实施例1步骤（3）中锯材指接形式示意图；
图2所示的是本发明实施例1步骤（4）中得到的层积型材的截面示意图；
图3所示的是本发明实施例1得到的人造工程圆柱的结构示意图；
图4所示的是本发明实施例2步骤（4）中得到的层积型材的截面示意图；
图5所示的是本发明实施例2得到的人造工程椭圆柱的结构示意图；
图6所示的是本发明实施例3步骤（4）中得到的层积型材的截面示意图；
图7所示的是本发明实施例3得到的“上方下圆”柱的结构示意图。
其中：1、层积型材；2、锯材；3、指接榫头；4、榫槽。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
实施例1：
柱用人造圆木的生产方法，包括以下工艺步骤：
（1）小径级落叶松原木进行剥皮处理后锯切成厚度为38mm的锯材2，并干燥之含水率为12±3%后去除锯材腐朽、大节子以及缺棱部分。
(2)借助锯材应力分等仪(机械应力分等法)得到每块锯材2的弹性模量，从而将锯材2分为六个等级，分别如下：第一等级锯材弹性模量为＞12500MPa，第二等级锯材弹性模量区间为11000-12500MPa，第三等级锯材弹性模量区间为9500-11000MPa，第四等级锯材弹性模量区间为8000-9500MPa，第五等级锯材弹性模量区间为6500-8000MPa，第六等级锯材弹性模量为＜6500MPa。
（3）选用第一等级锯材，在端部铣出指接榫头3和榫槽4，喷涂聚氨酯胶后端部加压胶合接长，如图1所示。然后再进行表面定厚刨光至35mm。
（4）接长锯材板面涂聚氨酯胶后按圆木直径要求组坯，涂胶量为单面120-180g/m2，每层锯材宽度方向不涂胶但拼接成所需的宽度。如图2所示，本例中锯材厚度约为35mm，6层结构，所需要的宽度尺寸分别约为：210mm、200mm、155mm（从芯层到表层，锯材宽度算法为：L1=D，L2=2×(D2/4-h2)1/2，L3=2×(D2/4-(2h)2)1/2，其中D为所需的圆木直径，h为锯材厚度）。然后上下两面再加压夹持固定，使胶粘剂在室温下固化，用时约1.5小时，得到层积型材1。
（5）将压制好的层积型材1进行旋全圆处理，即得到人造工程圆柱（柱用人造圆木），如图3所示，测得其力学性能为：顺纹抗压强度为89MPa，弹性模量为13000MPa。
实施例2：
柱用人造椭圆木的生产方法，包括以下工艺步骤：
（1）小径级落叶松原木进行剥皮处理后锯切成厚度为38mm的锯材2，并干燥之含水率为12±3%后去除锯材腐朽、大节子以及缺棱部分。
（2）借助振动法得到每块锯材2的弹性模量，从而将锯材2分为六个等级，分别如下：第一等级锯材弹性模量为＞12500MPa，第二等级锯材弹性模量区间为11000-12500MPa，第三等级锯材弹性模量区间为9500-11000MPa，第四等级锯材弹性模量区间为8000-9500MPa，第五等级锯材弹性模量区间为6500-8000MPa，第六等级锯材弹性模量为＜6500MPa。
（3）选用第一等级锯材，并在端部铣出指接榫头3和榫槽4，喷涂聚氨酯胶后端部加压胶合接长，指接方式同实施例1，然后再进行表面定厚刨光至35mm。
（4）接长锯材板面涂聚氨酯胶后按椭圆木截面尺寸要求组坯，涂胶量为120-180g/m2，每层宽度方向不涂胶但拼接成所需宽度的锯材。如图4所示，本例中6层结构所需要的宽度尺寸L1、L2、L3根据椭圆设计要求计算决定，然后再加压夹持固定，使胶粘剂在室温下固化，用时约1.5小时，得到层积型材1。
（5）将压制好的层积型材1进行旋椭圆处理，即得到人造工程椭圆柱（柱用人造椭圆木），如图5所示，测得其力学性能为：顺纹抗压强度为85MPa，弹性模量为12800MPa。
实施例3：
“上方下圆”柱的生产方法，包括以下工艺步骤：
（1）小径级落叶松原木进行剥皮处理后锯切成厚度为38mm的锯材2，并干燥之含水率为12±3%后去除锯材腐朽、大节子以及缺棱部分。
(2)借助应力波法得到每块锯材2的弹性模量，从而将锯材2分为六个等级，分别如下：第一等级锯材弹性模量为＞12500MPa，第二等级锯材弹性模量区间为11000-12500MPa，第三等级锯材弹性模量区间为9500-11000MPa，第四等级锯材弹性模量区间为8000-9500MPa，第五等级锯材弹性模量区间为6500-8000MPa，第六等级锯材弹性模量为＜6500MPa。
（3）选用第一等级锯材，并在端部铣出指接榫头3和榫槽4，喷涂聚氨酯胶后端部加压胶合接长，指接方式同实施例1，然后再进行表面定厚刨光至35mm。
（4）接长锯材板面涂聚氨酯胶后按上端方型截面尺寸要求组坯，涂胶量为120-180g/m2，每层宽度方向不涂胶但拼接成所需宽度的锯材。如图6所示，本例中6层结构所需要的柱截面宽度尺寸约为210mm。然后再加压夹持固定，使胶粘剂在室温下固化，用时约1.5小时，得到方形的层积型材1。
（5）将压制好的层积型材1进行从下端开始旋圆处理，形成一定尖削度的“上方下圆”型柱，如图7所示，测得其力学性能为：顺纹抗压强度为91MPa，弹性模量为12850MPa。
实施例4：
梁用人造工程圆木的生产方法，工艺步骤除组坯外，其余与实施例1同。组坯具体为选用第一等级锯材作表层和底层(共2层)，第三等级锯材作芯层(4层)，将压制好的层积型材1进行旋圆处理后，测得其抗弯强度为91MPa,抗弯弹性模量为12300MPa。
本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(a)对小径级原木先进行剥皮处理，按照厚度规格剖分，形成锯材(2)，然后干燥至含水率12±3％后去掉腐朽和大节子以及缺棱部分；
(b)采用机械应力分等法或振动法或应力波法测得每块锯材(2)的弹性模量，然后根据弹性模量大小，把锯材(2)分为六个等级：第一等级锯材弹性模量为＞12500MPa，第二等级锯材弹性模量区间为11000-12500MPa，第三等级锯材弹性模量区间为9500-11000MPa，第四等级锯材弹性模量区间为8000-9500MPa，第五等级锯材弹性模量区间为6500-8000MPa，第六等级锯材弹性模量为＜6500MPa；
(c)将相同等级的锯材(2)端部铣出指接榫头(3)及榫槽(4)，喷涂胶粘剂后端部加压胶合接长，再进行表面定厚刨光；
(d)根据对人造工程圆木用作结构用梁和结构用柱时的不同力学性能要求，选择合适等级的接长锯材并在宽面涂胶粘剂；在宽度方向，接长锯材根据需要进行涂胶或不涂胶拼宽，然后进行组坯，上下两面再加压夹持固定，使胶粘剂在常温固化，得到层积型材(1)；选择合适等级的接长锯材进行组坯具体为：在用作结构用梁时采用相对较高等级锯材在表底层、相对较低等级锯材在芯层进行组坯；在用作结构用柱时采用同一等级的锯材进行组坯；
(e)将压制好的层积型材(1)进行旋圆处理，得到本发明人造工程圆木；
所述步骤(e)中层积型材(1)旋圆处理具体为：在用作结构用梁时为旋全圆处理；在用作结构用柱时为旋全圆或椭圆或部分旋圆处理。
2.根据权利要求1所述的一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于：所述步骤(c)和步骤(d)中的胶粘剂为常温固化胶。
3.根据权利要求2所述的一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于：所述常温固化胶为聚氨酯、间苯二酚树脂、水性高分子异氰酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于：所述步骤(c)中指接榫头(3)长度≥20mm，指接榫头(3)宽度0.1-0.3mm，指接榫头(3)斜角正切值小于1/10。
5.根据权利要求1所述的一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于：所述应力波法具体为使用应力波测定仪测量沿锯材(2)长度s的应力波传播时间t，同时测量锯材(2)密度ρ，由公式E＝ρ(s/t)2得到弹性模量。
6.根据权利要求1所述的一种人造工程圆木的生产方法，其特征在于：所述步骤(d)中接长锯材层积时相邻上下两层的指接榫头(3)间距不小于1.5m，相邻上下两层的接长锯材横向拼宽的接线间距不小于40mm。
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