CN111805640A - 一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品 - Google Patents

一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高性能定向结构板复合板材加工方法，包括备料、层板含水率控制处理、涂胶、组坯和钉装连接和四面加压。本发明同时提供了一种板材产品，包括奇数层的HOSB板和偶数层的实木锯材板，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°，相邻偶数层的HOSB板和实木锯材板通过胶黏剂粘合，每层相邻的实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度相同。本发明改进了层板布置方向和层板间连接方式，大幅度提升材料宽度方向力学性能，降低材料力学性能在长度和宽度方向差异性，并提升材料整体抗剪和抗弯力学性能。

Description

一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品
技术领域
本发明涉及一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品，属于工程木产品结构技术领域。
背景技术
正交胶合木(CLT)是一种至少由3层实木锯材或结构复合板材正交组坯，采用结构胶粘剂压制而成的矩形、直线、平面板材形式的工厂预制工程木产品。CLT可直接作为木结构建筑中承载的楼面板、屋面板和墙面板，CLT材料出现，促进了中高层木结构建筑的出现和发展。
CLT相邻层板之间纹理角度通常为90°，由于木材横向剪切性能远低于纵向，比如横向剪切模量约为纵向剪切模量1/10，因此当CLT作为楼面板受到面外加载时，CLT中间的横向层层板容易发生滚动剪切破坏(如图1)，因此滚动剪切性能是CLT作为楼面板的关键力学性能。此外，除滚动剪切破坏之外，由于木材往往具有节子等天然缺陷，在CLT弯曲时，底层层板也容易在节子处发生拉伸破坏，从而降低CLT抗弯性能。而且，由于木材顺纹和横纹力学性能差异，比如木材横向弹性模量约为纵向弹性模量1/30，这直接导致CLT板坯在长度和宽度方向力学性能差异较大，存在力学性能主轴(即长度方向)和力学性能次轴(宽度方向)，这种较大的差异也限制了CLT材料的应用。
目前市面上也出现了一种CLT-OSB-……-CLT三明治式的多层木质结构层，如图2所示，试图提高板材强度。但这类板材OSB层板和实木层板(SPF层板)均为单层结构，各层之间的铺设角度仍互为90°，对于提高抗弯强度和抗剪强度没有助益。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品，不仅具有尺寸稳定性好，原料来源广(可采用速生杨木枝丫材等)等的优点，而且在生产过程中分散了节子等缺陷等缺陷，产品力学性能更均质；生产过程中可以调节木片铺设角度，使得板坯在长度和宽度方向的力学性能更接近，横向弹性模量约为纵向弹性模量1/4，从而大幅度提升材料宽度方向力学性能，降低材料力学性能在长度和宽度方向差异性以及提升材料整体抗剪和抗弯力学性能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种高性能定向结构板复合板材加工方法包括以下步骤：
(1)备料：切割各个HOSB(High-performance Oriented Strand Board，高性能定向结构板)层和实木锯材层所用的板材，其中HOSB层采用切割为矩形的整块的HOSB板，实木锯材层采用拼装后为矩形的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板；
(2)层板含水率控制处理：控制各层HOSB板和实木锯材板的含水率为8～19％；
(3)涂胶：利用胶黏剂对板材进行单面涂胶；
(4)组坯和钉装连接：按照奇数层为HOSB板、偶数层为实木锯材板的层次进行铺设和组坯，其中每层实木锯材层的相邻实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°；
(5)四面加压：对组坯钉装连接完毕的板坯进行上下和两个侧面的加压，两个侧面指前后两面或左右两面。
步骤(1)中所述的每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角均为135°。
每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同，或者等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度相同。
步骤(2)中，若HOSB板和/或实木锯材板含水率低于8％，则对HOSB板和/或实木锯材板进行表面喷湿处理；若含水率高于19％，则进行干燥处理。
步骤(3)所述胶黏剂采用单组分聚氨酯胶，单面涂胶量为180～280g/m2。
步骤(5)所述上下方向加压压力为0.8～1.6MPa，两个侧面方向加压压力为0.1～0.4MPa，加压温度10℃以上，加压时间为70～140min。
本发明同时提供了一种有所述加工方法制备的高性能定向结构板复合板材，包括奇数层的HOSB板和偶数层的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°，相邻偶数层的HOSB板和实木锯材板通过胶黏剂粘合，每层相邻的实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同。
每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角为均135°。
等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度均相同。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明针对普通CLT材料力学性能在产品长度和宽度方向存在较大差异，而且在受到面外加载时，其中间横向层层板容易发生滚动剪切破坏，以及底层层板容易在节子处发生拉伸破坏，导致CLT材料不能很好地抵抗双向力学性能以及抗弯力学性能低等缺点，改进了层板布置方向和层板间连接方式，大幅度提升材料宽度方向力学性能，降低材料力学性能在长度和宽度方向差异性以及提升材料整体抗剪和抗弯力学性能；
(2)本发明采用±45°交错组坯结构，以及两种层板连接方式(胶粘剂连接和45°斜钉连接)，将若干层HOSB板和实木锯材层叠形成HOSB板-实木锯材板-…-HOSB板的多层高性能定向结构板复合板材，HOSB板设置在整体板的最上层和最下层，避免HOSB板发生剪切破坏而降低材料力学性能，实木锯材层按照±45°组坯，可以改变剪切应力与木纹夹角，提升抗剪性能，并且采用45°斜钉连接，可以使得钉子既发挥抗剪性能，又发挥抗拉性能，提升材料抗剪性能，同时钉连接可以对实木锯材进行固定，防止在压制时，实木层板滑动；
(3)本发明在现有CLT制备过程仅采用胶黏剂的基础上进行改进，还增设卸钉连接手段，能够显著提升材料力学性能；
(4)本发明针对胶黏剂的特性，控制隔层板含水率，能够最大限度提高板材整体性能；
(5)实验证明，本发明制备的高性能定向结构板复合板材与普通结构实木锯材CLT材料相比，在长度方向抗弯和抗剪性能提升120％和80％以上；在宽度方向的抗弯和抗剪性能提升200％和400％以上，提升效果显著。
附图说明
图1是传统CLT滚动剪切破坏现象示意图。
图2是现有技术中一种三明治式的多层木质结构层示意图。
图3是3层高性能定向结构板复合板材示意图。
图4是5层高性能定向结构板复合板材示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种高性能定向结构板复合板材加工方法包括以下步骤：
(1)备料：切割各个HOSB层和实木锯材层所用的板材，其中HOSB层采用切割为矩形的整块的HOSB板，实木锯材层采用拼装后为矩形的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板；
(2)层板含水率控制处理：控制各层HOSB板和实木锯材板的含水率为8～19％；
(3)涂胶：利用胶黏剂对板材进行单面涂胶；
(4)组坯和钉装连接：按照奇数层为HOSB板、偶数层为实木锯材板的层次进行铺设和组坯，其中每层实木锯材层的相邻实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°；
(5)四面加压：对组坯钉装连接完毕的板坯进行上下和两个侧面的加压，两个侧面指前后两面或左右两面。
步骤(1)中所述的每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角均为135°。
每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同，或者等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度相同。
步骤(2)中，若HOSB板和/或实木锯材板含水率低于8％，则对HOSB板和/或实木锯材板进行表面喷湿处理；若含水率高于19％，则进行干燥处理。
步骤(3)所述胶黏剂采用单组分聚氨酯胶，单面涂胶量为180～280g/m2。
步骤(5)所述上下方向加压压力为0.8～1.6MPa，两个侧面方向加压压力为0.1～0.4MPa，加压温度10℃以上，加压时间为70～140min。
本发明同时提供了一种有所述加工方法制备的高性能定向结构板复合板材，参照图3和图4，包括奇数层的HOSB板和偶数层的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°，相邻偶数层的HOSB板和实木锯材板通过胶黏剂粘合，每层相邻的实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同。
每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角为均135°。
等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度均相同。
将普通结构实木锯材CLT和本发明所得高性能定向结构板复合板材进行对比，得到以下数据：
普通结构实木锯材CLT的抗剪承载力在宽度和长度方向比值为0.4到0.5，本发明所涉及材料的抗剪承载力在宽度和长度方向比值为0.8到0.9；另一方面，普通结构实木锯材CLT材料的抗弯承载力在宽度和长度方向比值为0.1到0.4，本发明所涉及材料的抗弯承载力在宽度和长度方向比值为0.8到0.9。总的来说，本发明所涉及材料的力学性能在两个方向的差异性大大降低。
另外，相比普通结构实木锯材CLT材料，本发明所涉及材料在长度方向抗弯和抗剪性能提升120％和80％以上；在宽度方向的抗弯和抗剪性能提升200％和400％以上。
本发明提供的一种高性能定向结构板复合板材加工方法及产品，改进了层板布置方向和层板间连接方式，大幅度提升材料宽度方向力学性能，降低了材料力学性能在长度和宽度方向差异性以及提升材料整体抗剪和抗弯力学性能。

Claims (9)

1.一种高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)备料：切割各个HOSB层和实木锯材层所用的板材，其中HOSB层采用切割为矩形的整块的HOSB板，实木锯材层采用拼装后为矩形的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板；
(2)层板含水率控制处理：控制各层HOSB板和实木锯材板的含水率为8～19％；
(3)涂胶：利用胶黏剂对板材进行单面涂胶；
(4)组坯和钉装连接：按照奇数层为HOSB板、偶数层为实木锯材板的层次进行铺设和组坯，其中每层实木锯材层的相邻实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°；
(5)四面加压：对组坯钉装连接完毕的板坯进行上下和两个侧面的加压，两个侧面指前后两面或左右两面。
2.根据权利要求1所述的高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于：步骤(1)中所述的每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角均为135°。
3.根据权利要求1或2所述的高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于：每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同，或者等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度相同。
4.根据权利要求1所述的高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于：步骤(2)中，若HOSB板和/或实木锯材板含水率低于8％，则对HOSB板和/或实木锯材板进行表面喷湿处理；若含水率高于19％，则进行干燥处理。
5.根据权利要求1所述的高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于：步骤(3)所述胶黏剂采用单组分聚氨酯胶，单面涂胶量为180～280g/m2。
6.根据权利要求1所述的高性能定向结构板复合板材加工方法，其特征在于：步骤(5)所述上下方向加压压力为0.8～1.6MPa，两个侧面方向加压压力为0.1～0.4MPa，加压温度10℃以上，加压时间为70～140min。
7.一种由权利要求1所述加工方法制备的高性能定向结构板复合板材，其特征在于：包括奇数层的HOSB板和偶数层的实木锯材板，每层实木锯材板包括两个等腰直角三角形板和一组底角为45°的等腰梯形板，相邻偶数层的实木锯材板的方向互为90°，相邻偶数层的HOSB板和实木锯材板通过胶黏剂粘合，每层相邻的实木锯材板之间通过钉连接，钉的钉入方向与该层等腰直角三角形板和等腰梯形板的高的方向相同，每层的实木锯材板中，等腰直角三角形板和等腰梯形板的高度相同。
8.根据权利要求1所述的高性能定向结构板复合板材，其特征在于：每层实木锯材板还包括1到2个五边形异形板，五边形异形板中一个角为直角，一个角为45°，另外三个角为均135°。
9.根据权利要求8所述的高性能定向结构板复合板材，其特征在于：等腰直角三角形板、等腰梯形板和五边形异形板的高度均相同。
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