CN115023327A - 结构用单板层压材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可用作结构材料的新型构成的结构用单板层压材料及其制造方法。其是将多片作为薄板材料的单板(11)、(12)通过粘合剂(13)上下层压而成的结构用单板层压材料。作为多片的单板，使用风干比重为0.5以上的高比重树种的单板(12)和风干比重小于0.5的低比重树种的单板(11)。本发明的结构用单板层压材料具备在结构用单板层压材料的表面侧配置的上下的表面层(21)和在上下的所述表面层(21)之间配置的中间层(22)，将这些层压材料沿厚度方向压缩而得到压实的结构用单板层压材料(2)。

Description

结构用单板层压材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种结构用单板层压材料(结构用单板层积材)及其制造方法。
背景技术
以往，作为层压复合木材(木质材料)，本申请的申请人提出了专利文献1和2的发明。这些发明的目的是通过使用多个种类的树种的木材，提供具备期望的弯曲强度等各种特性的层压复合木材及其制造方法，但该提案不以通过压实来实施加工作为前提。
另一方面，从地域环境的观点考虑，战后大量种植造林的日本国产针叶树也需要间伐或主伐，但杉树的风干比重比较低，为0.36～0.45，因此强度和杨氏模量低等物性和节子多等表面性问题，没有进行充分的需求开发。而且，由于存在材质的偏差大、难以均匀干燥、水分传导性差等问题，因此较少用作建筑物结构用材料，有待技术应用的开发。
杨树是在中国华东地区等大量种植造林而在种植后约10年即可收获采伐的速生树种，但由于其风干比重较低，为约0.4左右而不结实，且材质的偏差大，因此不用作建筑结构用的木材。
桉树的风干比重为约0.55，在中国华南地区等大量种植造林而资源量丰富，但其边材存在虽强度高但容易开裂的问题，且存在其未成熟心材的比重虽然与边材相同、但脆而不结实的问题，因此存在有效利用方法少的课题。
作为提高木材强度的方法，有压缩而提高比重的压实(压密，压紧)的方法。作为一个例子，有将压实的单板粘合而得到高强度的方法，但存在每个单板的压实麻烦并且不能大量生产的问题。对于以往的压实木材来说，为了提高作为装饰材料的表面性(平滑性、耐磨性等)，进行了各种各样的尝试，但在提高建筑用结构用木材的强度的用途中几乎没有实施用于大量生产的压实方法，而止步于专利文献3所示的提案。
特别是在将低比重树种用加工木材产品这样的方木料压实的情况下，存在表层部分被较多地压实、中芯部分压实不充分，从而在压实状况不充分的状态下完工的问题，结果，存在性能的偏差变大的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4012881号公报
专利文献2：日本专利第6407134号公报
专利文献3：日本特开2011-143698号公报
发明内容
发明要解决的课题
鉴于上述情况，本发明的课题是提出一种可用作结构材料的新型构成的结构用单板层压材料，以及可大量生产的结构用单板层压材料的制造方法。
解决课题的手段
本发明提供将多片作为薄板材料的单板通过粘合剂上下层压而成的结构用单板层压材料。作为所述多片的单板，使用风干比重为0.5以上的高比重树种的单板和风干比重小于0.5的低比重树种的单板。该结构用单板层压材料具备配置在其表面侧的上下表面层以及在上下的所述表面层之间配置的中间层，包含这些上下的所述表面层和所述中间层的层压材料由在厚度方向上被压缩的压实的层压材料构成。
本发明中，作为所述表面层，仅配置多片所述低比重树种的单板。作为所述中间层，混合配置所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，且所述中间层中的与所述表面层的单板接触的单板由所述高比重树种的单板构成。
本发明中，作为所述表面层，仅配置2或3片所述低比重树种的单板来实施是适当的。
另外，在本发明的实施中，作为所述表面层，仅配置所述低比重树种的单板，作为所述中间层，混合配置所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，对于压实后的这些单板而言，可以使所述低比重树种的单板的平均厚度大于或等于所述高比重树种的单板的平均厚度。
本发明中，可将所述中间层设为所述高比重树种的单板与所述低比重树种的单板交替配置。
所述粘合优选使用水溶性粘合剂、特别是热固性酚醛系粘合剂水溶液，通过热压进行压实。
作为所述高比重树种的单板，可以使用风干比重为0.5以上的较高密度的各种树木，例如，作为速生树种的木材，可以采用桉树的单板。作为所述低比重树种的单板，可以使用风干比重小于0.5的较低密度的各种树木，例如，作为日本的树木，可以采用杉树的单板，或者，作为中国产的树木，可以采用杨树的单板，也可以将它们混合。
另外，本发明提供将多片作为薄板材料的单板彼此粘合并上下层压的结构用单板层压材料的制造方法。本发明的制造方法包括以下工序：将多片所述单板通过粘合剂上下层压而得到单板层压材料的层压工序，和对所述单板层压材料施加上下方向的压力而得到压实层压材料的压实工序。作为所述单板层压材料所使用的所述多片的单板，使用风干比重为0.5以上的高比重树种的单板和风干比重小于0.5的低比重树种的单板。在所述层压工序中，作为表面层，仅层压所述低比重树种的单板，作为上下所述表面层之间的中间层，混合层压所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，从而制作所述单板层压材料。为使所述单板彼此粘合，使用热固性酚醛系粘合剂水溶液，所述压实工序通过实施加压和加热的热压来进行压实是有效的。
发明效果
本发明可提供可用作结构材料的新型构成的结构用单板层压材料和可大量生产的结构用单板层压材料的制造方法。
在实施本发明时，高比重树种的单板可采用桉树的单板，低比重树种的单板可采用杉树的单板和/或杨树的单板。因此，在柏树、落叶松、红杉、花旗松等结构用木材的原料不足的日本木材资源的现状下，可使用资源丰富的杉树、杨树或桉树来生产结构用木材。
另外，通过将高比重树种的桉树单板和低比重树种的杉树单板或杨树单板交替层压，局部压实不均匀的可能性减少，可得到比较均匀的压实效果。能够抑制这样得到的结构用单板层压材料的品质的偏差并减小标准偏差。
在压实时，高比重树种的单板在比较均匀地承受压力的同时向低比重树种的单板传递压力，因此能够均匀地进行低比重树种的单板的压实化。特别是通过在表面层配置多片低比重树种的单板，与其接触的中间层的高比重树种的单板能够比较均匀地承受压实加工时的压力。予以说明，当表面层中多片的低比重树种的单板的片数过多时，均匀压实会变得困难，因此优选使用2片或3片实施。
另外，由于水溶性粘合剂中的水分、特别是热固性酚醛系粘合剂水溶液中的水分会诱发压实效果，因此，低比重树种的杉树、杨树单板的压实效果集中于接近粘合剂的部分并在纤维方向上呈线状且在层压方向上间歇地出现，从而能够得到比较稳定的压实效果。
在本发明的制造方法中，仅通过在层叠时复合不同树种的单板，可仅通过在通常的单板层压材料的生产工序内改变热压条件来生产。
该生产方法的特征在于，通过调整加压压力和过热温度，可同时实施粘合工序和压实工序，生产率高。
另外，为了谋求压实效果的稳定，通过在实施加压和加热的热压时加热至130℃～150℃，可得到尺寸稳定效果。
附图说明
[图1]示出了本发明实施方式的结构用单板层压材料的层结构，(A)是压实前的单板层压材料的层结构的示意图，(B)是压实后的结构用单板层压材料的层结构的示意图。
[图2]是相同结构用单板层压材料的压实的概念示意图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明的实施方式。予以说明，在以下的说明中，将压实前的层压材料称为单板层压材料1、压实后的层压材料称为结构用单板层压材料2。
(概述)
单板层压材料1是将多片薄板材料的单板通过粘合剂上下层压而成的单板层压材料，结构用单板层压材料2是对单板层压材料1实施压实加工而得到的。
作为这些单板，使用风干比重小于0.5的低比重树种的单板11和风干比重为0.5以上的高比重树种的单板12。另外，作为层结构，具备配置在表面侧的上下的表面层21，和配置在上下的表面层21之间的中间层22。
(关于低比重树种的单板11)
低比重树种的单板11是由风干比重小于0.5的树种得到的单板，例如，可例示冷杉(风干比重0.36～0.40)、针枞(风干比重0.40～0.43)等松目松科和松目柏科的树种的单板，特别优选使用日本产的杉树(风干比重0.36～0.45)的单板或中国华东地区产的杨树(风干比重0.4左右)。
从地域环境的观点考虑，战后大量种植造林的日本产针叶树也需要间伐或主伐，因此要求促进其有效利用，但杉树(柏科杉亚科)由于比较轻，因此在强度和杨氏模量低等物性和节子多等表面性问题上，没有进行充分的需求开发。而且，由于存在材质的偏差大、难以均匀干燥、水分传导性差等问题，因此存在较少用作建筑物结构用材料的课题，但通过用作本发明的单板，能够克服上述问题的可能性高，从而能够实现促进其利用。
杨树(金虎尾目柳科)是在中国华东地区等大量种植造林而在植树后约10年即可收获采伐的速生树种，但由于其风干比重较低，为约0.4左右而不结实，且材质的偏差大，因此不用作建筑结构用的木材，但通过用作本发明的单板，能够实现促进其利用。
在压实前的状态下将这些低比重树种的单板11调整至2～3mm的厚度，例如将杉树的低比重树种的单板11调整至约2mm厚，将杨树的低比重树种的单板11调整至约3mm厚等。
(关于高比重树种的单板12)
高比重树种的单板12是由风干比重为0.5以上的树种得到的单板，例如，可例示榆树(风干比重0.59)、楝树(风干比重0.55～0.65)、白桦(风干比重0.57～0.63)等山毛榉目桦木科、蔷薇目榆科及无患子目楝科的树种，优选使用桉树(风干比重0.55)这样的速生树种，以及白栎、赤栎、栓皮栎(风干比重0.55以上)等山林阔叶树。桉树(蒲桃科)在中国华南地区等大量种植造林而具有资源量丰富的优点。但是，其边材存在虽强度高但容易开裂的问题，且存在其未成熟心材的比重虽然与边材相同、但脆而不结实的问题，因此存在有效利用方法少的课题。但通过用作本发明的单板，能够实现促进其利用。
在压实前的状态下，将高比重树种的单板12调整至比低比重树种的单板11的厚度薄的厚度，例如将桉树的单板调整至约1.7mm厚等。
(表面层21的层结构)
作为层结构，具备配置在表面侧的上下的表面层21和配置在上下的表面层21之间的中间层22。
表面层21只使用低比重树种的单板11，将多片层压以使压实效果变大。
作为表面层21，可将多片低比重树种的单板11层压，但当低比重树种的单板11的片数过多时，均匀的压实变得困难，因此至多使用3片、更优选2片来实施是适当的。
作为木材的物理性质的特征，有粘弹性(弹性和塑性的复合)，但由于在从外侧向木材施加压力的情况下，其应力随着从外侧向内侧而变小，因此通过使外侧受到更强的压缩力，使压实增大。因此，为了增加压实效果，将易压实的低比重树种的单板11配置在外侧更为有效。另一方面，当将高比重且刚性较高但粘弹性小的桉树等高比重树种的单板12配置在表层部时，压力的效果变小，且由于刚性高，对压缩的阻力变大，其结果，压实量变小。
(中间层22的层结构)
中间层22是低比重树种的单板11和表面层21混合存在的层，它们各1片交替地配置。予以说明，可以不是各1片、而是各2片交替地配置，或者改变低比重树种的单板11和表面层21的片数比例来实施，但为了使压实的压缩效果均匀且有效地发挥作用，优选各1片交替地配置。中间层22中的配置在最上和最下的单板(换言之，与表面层21的单板通过粘合剂相接的单板)由高比重树种的单板12构成，这样能够使压实时表面层21的单板的压缩更均匀。
(层压用的粘合剂13)
层压用的粘合剂13可使用用于制造单板层压材料的各种粘合剂来实施，优选使用耐水性的热固性酚醛系粘合剂水溶液来粘合。通过使用水溶性粘合剂，通过其中的水分和压实时热压的高压和高热来将单板压实。
对于通过热压从粘合剂层侵入单板表层部的细胞内腔的热固性酚醛系粘合剂水溶液等粘合成分来说，树脂因加热而凝固而固态化，从而粘合剂层和单板表层部固态化而凝固。由此，每个粘合层形成坚固的层，并且坚硬的层和柔软的层交替形成，从而木材的性质稳定。
(层压工序)
层压工序是使用上述低比重树种的单板11、高比重树种的单板12和粘合剂13进行层叠，根据LVL的制造的常规方法制造单板层压材料1的工序。因此无须对通常的LVL的生产工序进行大的变更，作为后文所示的压实工序，仅通过变更在LVL制造工序中同样进行的热压的条件，即可生产结构用单板层压材料2。
(压实工序)
压实工序是在规定条件下对在层压工序中得到的单板层压材料1沿单板层压材料1的厚度方向施加压力的工序，根据需要也可以进行加热。
热压压力适宜为10个大气压～15个大气压(1.01325～1.519875mPa)，加热温度优选为120℃～150℃。热压时间根据加热方法和产品厚度而不同，因此根据目的来设定。在需要通过热处理来稳定尺寸时，可以设定为130℃～150℃。
如图2所示，通过该压实，将各单板在厚度方向上压缩，但由于低比重树种的单板11比高比重树种的单板12的密度小，因此显示出压缩率变大的倾向。另外，通过使用热固性酚醛系粘合剂水溶液，由于在其水分浸透上下的单板的木质层的状态下施加高压高温，因此该部分被更大地压缩。在压实后的层压复合木材2中，低比重树种的单板11的平均厚度大致等于或大于高比重树种的单板12的平均厚度是适当的，但高比重树种的单板12的平均厚度也可以更大。
另外，由于存在密度高且硬质的高比重树种的单板12，使得低比重树种的单板11能够更均匀地承受压力，整体上被均匀地压实。
予以说明，上述单板层压厚度和热压条件可以考虑成品尺寸、预定弯曲强度、预定杨氏弯曲模量而设定，可以进行各种变更来实施。
(制造例)
以下，示出更具体的生产方法的一例。
(1)作为低比重树种的单板11，从原料的杉树原木采取3mm×1300mm×1300mm的单板，采用未成熟心材单板以外的单板。或者从原料的杨树原木采取2.0mm×1300mm×840mm的单板，采用未成熟心材以外的单板。
作为高比重树种的单板12，从中国华南地区采购采用1.7mm×1300mm×630mm的桉树单板。
(2)作为粘合剂13，用涂布器涂布规定量的热固性酚醛系粘合剂水溶液。为了增大压实的效果，作为表面层21，层叠2或3层的低比重树种的单板11，作为中间层22，以交替层压的方式层叠低比重树种的单板11和高比重树种的单板12。
(3)在通常的杨树LVL的生产中，考虑到干燥减少量、压实缩小量、精加工抛光量，层压比成品厚度尺寸多10％的厚度的单板，但在实施本发明时，层压多15％～20％厚度的单板。在生产比单板长度长的单板层压材料时，将单板的横截面用嵌接接头连接，在层叠时，根据结构用单板层压材料的日本农林标准，接头部分应与相邻接头部分相距较厚单板厚度的30倍以上。
(4)压实工序
压实通过热压进行。
热压压力：10个大气压～15个大气压(1.01325～1.519875mPa)
加热温度：120℃～150℃(也可以设定为130℃～150℃)
热压时间：根据加热方法和产品厚度而不同，因此根据目的而设定。
(5)根据成品尺寸进行切割、打磨加工后，进行检验和包装。产品质量检查是从生产批次中抽出20件，测量弯曲强度、杨氏弯曲模量、压缩强度，计算出平均值(AVE)和标准偏差(c)，将AVE-3σ(σ＝标准偏差)为标准值以上的批次视为合格。
实施例
以下，示出本发明的实施例，但本发明不应被理解为限定于该实施例。
(实施例和比较例)
将层压复合木材2的样品尺寸设为39mm×20mm×550mm，关于实施例1和比较例1、2，根据制造例分别制作8个，评价其结果。
在实施例1的结构用单板层压材料2中，作为单板层压材料1的低比重树种的单板11，使用2.0mm厚的杨树单板，作为高比重树种的单板12，使用1.7mm厚的桉树单板。作为表面层21，配置3片低比重树种的单板11，作为中间层22，交替层压高比重树种的单板12和低比重树种的单板11。作为粘合剂13，使用耐水性的热固性酚醛系粘合剂水溶液。
在比较例1的结构用单板层压材料2中，作为单板层压材料1的低比重树种的单板11，仅使用2.0mm厚的杨树单板。
在比较例2的结构用单板层压材料2中，作为单板层压材料1的低比重树种的单板11，仅使用1.7mm厚的桉树单板。
(压实条件)
压实通过热压实施。
比较例1的压实条件为：温度110℃，压力8个大气压。
比较例2的压实条件为：温度120℃，压力14个大气压。
实施例1的压实条件为：温度120℃，压力12个大气压。
(试验结果)
试验结果示于表1。
[表1]
比重 标准偏差 弯曲强度 标准偏差 杨氏弯曲模量 标准偏差
实施例1 0.64 0.02 83.6 2.9 11.78 0.34
比较例1 0.57 0.19 75.6 8.3 9.61 0.65
比较例2 0.59 0.02 72.9 3.1 11.79 0.53
·样品数为实施例和比较例各8个
·弯曲强度的单位：N/mm2
·杨氏弯曲模量的单位：1000N/mm2
·试验在日本兵库县立森林林业技术中心实施
(评价)
(1)在所有的实施例和比较例中，受采用热压的压实所导致的粘合剂重量增加的影响，比重比压实前的单板高。
(2)确认：比较例1的部分材质的偏差大，但弯曲强度大、杨氏弯曲模量低的性质，具有与杉树相同的性质。
(3)比较例1也具有压实效果，显示出与比较例2相近的强度，但弯曲强度的标准偏差较大，为8.3。认为这是因为原材料的材质的偏差大，因此在结构用单板层压材料2中偏差也变大的缘故。
(4)在比较例2中，与原材料的比重相比没有表现出大的压实效果，但由于原材料的刚性高的性质，杨氏弯曲模量比比较例1高。
(5)在实施例1中确认：在与杨树相比热压条件为高温、高压的影响下，主要是杨树的压实效果大，弯曲强度、杨氏弯曲模量的数值高，而且标准偏差变小，作为材料的性能改善效果大。
(6)以上，作为关于不同树种复合单板层压材料的压实效果的综合评价，可以说教导了：低比重木材的压实效果大，被压实至与高比重木材处理后同等以上的比重，不仅弯曲强度和杨氏弯曲模量变高，而且标准偏差变小(偏差变小，即性能的最低数值变高)。
符号说明
1···单板层压材料
2···结构用单板层压材料
11···低比重树种的单板
12···高比重树种的单板
13···粘合剂
21···表面层
22···中间层

Claims (6)

1.结构用单板层压材料，其特征在于，在将多片作为薄板材料的单板通过粘合剂上下层压而成的结构用单板层压材料中，
所述多片单板包含风干比重为0.5以上的高比重树种的单板和风干比重小于0.5的低比重树种的单板，
具备在结构用单板层压材料的表面侧配置的上下的表面层和在上下的所述表面层之间配置的中间层，
作为所述表面层，仅配置多片所述低比重树种的单板，
作为所述中间层，混合配置所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，并且所述中间层中的与所述表面层的单板接触的单板由所述高比重树种的单板构成，
包含上下所述表面层和所述中间层的层压材料是在厚度方向上被压缩的压实的层压材料。
2.根据权利要求1所述的结构用单板层压材料，其特征在于，作为所述表面层，仅配置2片或3片所述低比重树种的单板。
3.根据权利要求1或2所述的层压复合木材，其特征在于，包含上下所述表面层和所述中间层的层压材料是在厚度方向上被压缩的压实的层压材料，在压实后的这些单板中，所述低比重树种的单板的平均厚度等于或大于所述高比重树种的单板的平均厚度。
4.根据权利要求1或2所述的层压复合木材，其特征在于，所述粘合剂为水溶性粘合剂，作为所述中间层，交替配置所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板。
5.根据权利要求1或2所述的层压复合木材，其特征在于，包含上下所述表面层和所述中间层的层压材料是在厚度方向上被压缩的压实的层压材料，在压实后的这些单板中，所述低比重树种的单板的平均厚度等于或大于所述高比重树种的单板的平均厚度，
作为所述中间层，交替配置所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，
所述高比重树种的单板是桉树的单板，所述低比重树种的单板是杉树或杨树的单板。
6.结构用单板层压材料的制造方法，其特征在于，在将多片作为薄板材料的单板彼此粘合而上下层压而成的结构用单板层压材料的制造方法中，
包括：将多片所述单板通过粘合剂上下层压而得到单板层压材料的层压工序，和对所述单板层压材料施加上下方向的压力而得到压实的层压材料的压实工序，
作为用于所述单板层压材料的所述多片单板，使用风干比重为0.5以上的高比重树种的单板和风干比重小于0.5的低比重树种的单板，
在所述层压工序中，作为表面层，仅层压多片所述低比重树种的单板，作为上下的所述表面层之间的中间层，混合层压所述高比重树种的单板和所述低比重树种的单板，从而制作所述单板层压材料，
所述单板彼此的粘合使用热固性酚醛系粘合剂水溶液，
所述压实工序是通过实施加压和加热的热压来进行压实。
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