CN117301220A - 结构用竹木复合层积材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种结构用竹木复合层积材及其制造方法，能够解决低强度等级单板层积材存在的强度不足的问题。木材层的上表面和第一重组竹层的下表面相复合；木材层的下表面与第二重组竹层的上表面相复合；且第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的长度方向和顺纹理方向均对应保持平行一致。其中，重组竹层的厚度占比为33.3％。对所选重组竹层和木材层分别测定含水率在8～12％时的垂直加载抗弯弹性模量，并据此计算预达性能要求的重组竹层和木材层的厚度；获取与计算厚度相近的重组竹层和木材层进行定厚加工处理，且控制含水率在8～16％。
Description
本申请为申请号201510627547.9、申请日2015年9月28日、发明名称“一种结构用竹木复合层积材及其制造方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及复合板材技术领域，尤指一种结构用竹木复合层积材和一种竹木复合层积材的制造方法。
背景技术
单板层积材(laminatedveneerlumber，LVL)是用旋切的单板，经施胶、顺纹组坯、热压胶合而得到的一种结构材料。单板层积材作为一种重要的木质工程材料，由于其具有强度高，尺寸稳定性好以及良好的加工性能、较高的弯曲性能等优点，广泛应用于民用和商业木结构建筑领域。杨木桉木作为我国主要的速生树种，产量巨大，价格低廉。同时，由于天然林的禁伐，导致可用林木资源极为有限，所以采用我国主要的人工速生材杨木和桉木制作单板层积材具有广阔的市场前景。但杨木和桉木作为速生材，其密度低、材质松软、强度较小，采用如杨木制作的单板层积材抗弯强度(约为65.9MPa)远小于松木类木材制作的单板层积材，这严重制约着杨木单板层积材在木结构建筑(尤其是大型木结构建筑)中的应用范围。
发明内容
为了解决上述技术问题中的某些问题，本发明提供一种竹木复合层积材及其制备方法，能够解决杨木单板层积材、桉木单板层积材等低强度等级单板层积材存在的强度不足的问题，与其它实木的工程木质材料相比，其具有产品质量可靠、无自然缺陷、强度可控、密度适中、比弹性模量和比强度高等优点，可更好地满足于木结构建筑结构件的使用需求。
本发明所提供的结构用竹木复合层积材，包括：第一重组竹层；木材层，该木材层的上表面和第一重组竹层的下表面相复合；第二重组竹层，木材层位于第一重组竹层和第二重组竹层间，木材层的下表面与第二重组竹层的上表面相复合；其中，第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的长度方向均与顺纹理方向保持平行一致，且第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的长度方向和顺纹理方向均对应保持平行一致，其中，第一重组竹层和第二重组竹层的弹性模量不小于15GPa，静曲强度不小于60MPa，水平剪切强度不小于5MPa，其中，重组竹层的厚度占比为33.3％，其中，第一重组竹层与木材层之间施加第一承重结构用胶，木材层与第二重组竹层之间施加第二承重结构用胶，且第一承重结构用胶和第二承重结构用胶的胶合强度不低于木材顺纹和横纹抗拉的强度。
根据测试数据可以看出，重组竹的水平剪切强度远高于杨木单板层积材。经过重组竹增强后的杨木单板层积材的垂直加载和水平加载剪切强度都有所提高，且水平剪切强度随重组竹含量的增大而增大。当重组竹含量为33.3％时，竹木复合层积材的垂直加载和水平加载水平剪切强度相对于杨木单板层积材分别提高了25％和69％。
当重组竹含量从33.3％提高到66.7％时，竹木复合层积材的垂直加载和水平加载水平剪切强度在原有基础上再次提高了20％和36％。按照《单板层积材》国家标准对杨木单板层积材、A、B、C的水平剪切强度进行分级，可见杨木单板层积材的等级是40V-34H，竹木复合层积材A、B、C的等级分别是55V-47H、55V-47H、65V-55H。说明随着重组竹含量的提高，竹木复合层积材的水平剪切强度提高幅度不明显，适量的重组竹就能使层积材的等级明显提升，但随着重组竹含量的继续增加，其等级并没有明显提升。
由图2的抗弯强度数据可以看出，重组竹增强后的杨木单板层积材的静曲强度有所增加。与杨木单板层积材的静曲强度相比，加入厚度为33.3％重组竹后的竹木复合层积材的垂直加载和水平加载静曲强度有明显的增加。随着重组竹含量的继续增加，竹木复合层积材的垂直加载静曲强度有所下降。这是是由于杨木单板层积材某些薄弱胶层的发生开裂导致的。竹木复合层积材的水平加载静曲强度随重组竹含量的增加而不断提高，但增加的效果与加入33.3％重组竹时竹木复合层积材的静曲强度增加幅度相比不是很明显。垂直加载时，由材料力学可知，当层积材弯曲时，层积材的上半部分受压应力，下半部分受拉应力，且越靠近下表面承受的拉应力越大，对于杨木单板来说其更容易发生拉伸破坏。当用重组竹增强后，位于杨木单板层积材下表面的重组竹由于不易发生破坏而使复合材料的静曲强度增加。对于水平加载来说，竹木复合层积材的静曲强度是杨木单板层积材和重组竹的静曲强度某种比例系数的平均，且随着重组竹含量的增加，竹木复合层积材的水平加载静曲强度越来越接近重组竹的静曲强度。
由各种试样的弹性模量比较可以看出，竹木复合层积材A的垂直加载和水平加载弹性模量与杨木单板层积材相比均有较大的提高。对于垂直加载弹性模量，其提高幅度更大，且随着重组竹含量的提高竹木复合层积材的弹性模量逐渐提高，但提升幅度不大。
水平加载弹性模量也随重组竹含量的持续提高而增大。说明经重组竹增强后杨木单板层积材的性能有所改善，少量的重组竹就能使竹木复合层积材的弹性模量有明显的提升，这对于减少成本促进其在木结构中的应用十分有利。
按照弹性模量和静曲强度对杨木单板层积材和竹木复合层积材进行分等可知，杨木单板层积材的等级是100E优等品，而制得的竹木复合层积材A、B、C的等级分别是160E优等品、160E优等品、180E优等品。说明少量的重组竹增强就能使杨木单板层积材的等级有很大的提高，持续增加重组竹的含量对等级的提高不是很明显。
进一步地，本发明提供该结构用竹木复合层积材的制备方法，包括：对所选第一重组竹层、木材层和第二重组竹层分别测定含水率在8～12％时的垂直加载抗弯弹性模量，并以此为依据计算预达性能要求的第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的厚度；获取与计算厚度相近的第一重组竹层、木材层和第二重组竹层进行定厚加工处理，使厚度精度控制在±0.2mm内，且控制含水率在8～16％；采用第一承重结构用胶胶合第一重组竹层和木材层，采用第二承重结构用胶胶合木材层和第二重组竹层，并进行冷压固化处理或热压固化处理。
作为另一制备，包括：采用第一承重结构用胶胶合第一重组竹层和木材层，采用第二承重结构用胶胶合木材层和第二重组竹层，并进行冷压固化处理或热压固化处理，其中，第一重组竹层和第二重组竹层的密度范围为0.8～1.5g/m3。进一步地，第一重组竹层和第二重组竹层的密度为1.33g/m3，含水率为8.50％，木材层的密度为0.54g/m3，含水率为8.35％。
另外，木材层还可以包括多个木材子层，多个木材子层依次相复合在一起，相邻两木材子层之间施加第三承重结构用胶，且第三承重结构用胶的胶合强度不低于木材顺纹和横纹抗拉的强度。其中第三承重结构用胶为酚醛树脂胶粘剂和/或三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂。
上述两制备中，第一承重结构用胶和/或第二承重结构用胶为单组分聚氨酯胶粘剂、水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂中的至少一种。其中施胶过程中，单面涂胶时，采用单组分聚氨酯胶粘剂涂胶量100～400g/m2，水基聚合物一异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂涂胶量150～400g/m2。
为了达到本发明目的，本发明还提供了一种竹木复合层积材，包括:第一重组竹层；木材层，其长度方向及顺纹理方向与所述第一重组竹层的的长度方向及顺纹理方向对应保持平行一致，且所述木材层和所述第一重组竹层相对的表面相复合。
可选地，所述竹木复合层积材还包括：所述木材层位于所述第一重组竹层和第二重组竹层之间，且所述木材层与所述第二重组竹层相对的表面相复合；其中，所述第二重组竹层的长度方向及顺纹理方向与所述木材层和所述第一重组竹层的长度方向及顺纹理方向对应保持平行一致。
可选地，所述木材层(木单板层积材层)包括:多个木材子层(木材子层指单板)，多个所述木材子层(单板层)依次相复合在一起。
可选地，任一所述木材子层为杨木材质或桉木材质的木单板，所述第一重组竹层和所述第二重组竹层为慈竹、毛竹或其它竹种材质制成的重组竹板材。
可选地，任一所述木材子层的厚度不小于1mm。
可选地，相邻两所述木材子层之间采用胶粘剂复合在一起；其中，胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂和/或三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂等结构用材胶粘剂。
可选地，所述第一重组竹层和/或所述第二重组竹层的密度范围为0.8～1.5g/m3，弹性模量不小于15GPa，静曲强度不小于60MPa，水平剪切强度不小于5MPa。
可选地，所述竹木复合层积材的厚度至少为38mm；其中，当所述竹木复合层积材的厚度为38mm时，所述第一重组竹层(1)的厚度范围为3～20mm，所述第二重组竹层(3)的厚度范围为3～20mm，所述第一重组层(1)和第二重组竹层(3)的厚度相同或不同，所述木材层(2)的厚度范围为10～32mm；当厚度超过38mm时，重组竹层和木材层(木单板层积材层)的厚度按照对应于38mm基准相似的对应比例进行分配。
可选地，所述竹木复合层积材的长度为2～20m；其中，重组竹采用一次加工成型长度较长的板材或采用指接、斜接、端接等接长方法加工成长度较长的板材；单板层积材采用一次加工成型长度较长的层积板板材或采用指接、斜接、端接等接长方法加工成长度较长的层积板板材。
可选地，所述第一重组竹层和所述木材层(如:木单板层积材层)之间、以及所述第二重组竹层和所述木材层(木单板层积材层)之间采用承重结构用单组分聚氨酯胶粘剂、水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂中的至少一种复合在一起。
可选地，单面涂胶时，采用单组分聚氨酯胶粘剂涂胶量100～400g/m2，水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂涂胶量150～400g/m2。
可选地，所述第一重组竹层、所述第二重组竹层和所述木材层的长度方向均与顺纹理方向保持平行一致。
本发明还提供了一种竹木复合层积材的制造方法，包括：选取第一重组竹层和木材层(木单板层积材层)；采用胶粘剂胶合第一重组竹层和木材层(木单板层积材层)，胶合时采用双面或单面涂胶，且采用双面涂胶量按照采用单面涂胶量减半；对涂胶后的第一重组竹层和木材层(木单板层积材层)进行冷压固化处理或热压固化处理，热压固化处理的方式为热压板热压或高频加热热压。
可选地，选取第一重组竹层和木材层(木单板层积材层)的同时，选取第二重组竹层；采用胶粘剂胶合第一重组竹层和木材层(木单板层积材层)的同时，胶合木单板层积材和第二重组竹层；对胶合后的第一重组竹层、木材层(木单板层积材层)和第二重组竹层进行冷压固化处理或热压固化处理。
可选地，所述制造方法还包括：对选取的第一重组竹层、木材层(木单板层积材层)和第二重组竹层进行锯切、定厚加工和表面处理。
可选地，对第一重组竹层朝向木材层(木单板层积材层)的表面和第二重组竹层朝向木材层(木单板层积材层)的表面进行砂光处理，对木材层(木单板层积材层)的两个表面进行刨切或砂光处理，使第一重组竹层、第二重组竹层和单板层积材层的厚度精度控制在±0.2mm内，含水率控制在8～16％，实现各层表面光滑平顺、无油无尘。
可选地，所述胶粘剂为承重结构用单组分聚氨酯胶粘剂、水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂或其它承重结构用冷固化胶粘剂中的至少一种：其中，对胶合后的第一重组竹层、木材层(木单板层积材层)和第二重组竹层进行冷压固化处理。
可选地，所述胶粘剂为承重结构用三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂或其它承重结构用热固化胶粘剂中的至少一种；其中，对涂胶后的第一重组竹层、木材层(木单板层积材层)和第二重组竹层进行热压固化处理，热压固化处理的方式为热压板热压或高频加热热压。
可选地，所述竹木复合层积材的制造方法还包括：固化处理后的竹木复合层积材在室温下陈放堆叠静置养护20～72h。
可选地，在胶合后的第一重组竹层、第二重组竹层和木材层的厚度方向上采用金属紧固件紧固固定。
在应用于承重构件时，在第一重组竹层、第二重组竹层和木材层通过胶粘剂复合基础上对竹木复合层积材在厚度方向上采用钉、螺丝、螺栓等金属紧固件连接以增强重组竹层和木材层之间的结合性能，达到双重保险的效果。
与现有技术相比，本发明提供的竹木复合层积材，采用第一重组竹层和/或第二重组竹层复合木材层(木单板层积材层)的方式进行制造。通过使第一重组竹层和/或第二重组竹层的长度方向及顺纹理方向与木材层(木单板层积材层)的长度方向及顺纹理方向均保持平行一致，来解决木材层(木单板层积材层)强度不足的缺陷；通过对木材层(木单板层积材层)进行强度的提升，使得竹木复合层积材能够满足木结构建筑对力学性能的要求，其实用性显著提高。
采用一定的复合工艺，提高杨木单板层积材、桉木单板层积材等人工林树种单板层积材的力学性能，有利于拓宽其在木结构建筑上的应用范围。本方案采用具有较高力学性能(尤其是具有较大静曲强度)的重组竹层来增强杨木和桉木等人工林树种单板层积材的力学性能，从而能够达到提高由杨木和桉木构成的竹木复合层积材的整体力学性能的目的。
其中，竹重组材又称重组竹，是根据重组木的制造工艺原理，以竹材为原料加工而成的一种人造竹材复合材料。重组竹的物理力学性能与木材相比极为优良。作为一种高强木质材料，可以通过重组竹和低强度等级的单板层积材复合来提高单板层积材的抗弯性能，使其更好地应用于木结构建筑中。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述的竹木复合层积材的剖视结构示意图。
图2为本发明所述的竹木复合层积材的实验数据表；
图3为本发明一个实施例所述的竹木复合层积材的制造方法的流程图
图4为本发明另一个实施例所述的竹木复合层积材的剖视结构示意图。
其中，图1和图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
1第一重组竹层，2木材层，21木材子层，3第二重组竹层。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术方法、达成目的与效果易于明白，下面结合具体施例，进一步阐述本发明。本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施例子，还包括个具体实施例子之间的任意组合。
下面结合附图描述本发明一些实施例所述的竹木复合层积材和竹木复合层积材的制造方法。
本发明提供的竹木复合层积材，如图1所示，包括：第一重组竹层1；木材层2(木单板层积材层)，其上表面与第一重组竹层1的下表面相复合：第二重组竹层3，其上表面与木材层2(木单板层积材层)的下表面相复合；且第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3的长度方向及顺纹理方向对应保持平行一致。
本发明提供的竹木复合层积材，采用第一重组竹层和/或第二重组竹层复合木材层(木单板层积材层)的方式进行制造，并使得第一重组竹层和/或第二重组竹层和木材层(木单板层积材层)的长度方向及顺纹理方向均保持平行一致，来解决木材层(木单板层积材层)强度不足的缺陷，通过第一重组竹层和/或第二重组竹层对强度的补偿提升，使得竹木复合层积材能够满足木结构建筑对力学的性能要求，其实用性显著提高。
其中，竹木复合层积材具体结构可以是：表层第一重组竹层和第二重组竹层、中间芯层为木材层(木单板层积材层)复合构成三层结构的竹木复合层积材；也可以是第一重组竹层或第二重组竹层和木材层(木单板层积材层)复合构成二层结构的竹木复合层积材。
较好地，第一重组竹层1、第二重组竹层3和木材层2的长度方向与顺纹理方向也保持平行一致。
另外，本发明上述实施例提供的竹木复合层积材还可具有如下附加的技术特征：
优选地，如图1所示，木材层2(木单板层积材层)包括：多个木材子层21(单板层)，多个木材子层21(单板层)依次相复合在一起。
其中，任一木材子层21(单板层)为杨木材质或桉木材质的木单板，第一重组竹层1和第二重组竹层3为慈竹或其它竹种材质的制成的重组竹板材；且任一木材子层21(单板层)的厚度不小于1mm，相邻两木材子层21(单板层)之间采用胶粘剂复合在一起；其胶粘剂优选酚醛树脂胶粘剂或三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂等承重结构用胶粘剂。
较好地，第一重组竹层1和/或第二重组竹层3的密度范围内0.8～1.5g/m3”，弹性模量不小于15GPa，静曲强度不小于60MPa，水平剪切强度不小于5MPa；且竹木复合层积材的厚度为38mm或38mm以上，长度为2～20m；当厚度38mm时，其第一重组竹层(1)的厚度范围为3～20mm，第二重组竹层(3)的厚度范围为3～20mm，所述第一重组层(1)和第二重组竹层(3)的厚度相同或不同，所述木材层(2)的厚度范围为10～32mm；当厚度超过38mm时，重组竹层和木材层(木单板层积材层)的厚度按照相似比例进行分配。
采用上述数据范围制成的竹木复合层积材，其强度高，满足木结构建筑对板材的使用要求，其实用性更好。
其中，第一重组竹层1和木材层2(木单板层积材层)之间、以及第二重组竹层3和木材层2(木单板层积材层)之间采用承重结构用单组分聚氨酯胶粘剂、水基聚合物一异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂中的至少一种复合在一起。
较好地，单面涂胶时，采用单组分聚氨酯胶粘剂涂胶量100～400g/m2，水基聚合物一异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂涂胶量150～400g/m2。
本发明的一个优选实施例中，第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3的长度方向及顺纹理方向均保持平行一致，以保证强度较高的情况下提升其抗剪切能力。
第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3的长度方向及顺纹理方向相互保持保持平行一致；当然部分垂直交叉等布置方式，也可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。
本发明提供的竹木复合层积材的制造方法，如图3所示，包括：
步骤102，选取第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3；
步骤106，采用胶粘剂胶合第一重组竹层1和木材层2(木单板层积材层)、以及木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3，胶合是采用双面涂胶或单面涂胶，且采用双面涂胶量按照采用单面涂胶量的胶用量減半；
步骤108，对涂胶后的第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3进行冷压固化处理或热压固化处理，热压的方式为热压板热压或高频加热热压。
应用本发明提供的竹木复合层积材的制造方法制成的竹木复合层积材，其生产成本和生产效率优于仅用重组竹制成的承重结构材，而且杨木和桉木具有取材广泛、价格便宜、成材时间短等优点，这些优点能大大降低生产的成本，有利于推广其在木结构建筑中的应用。
本发明拓宽了速生杨木和桉木在木结构建筑中的应用范围，改善了速生杨木和桉木在应用中存在的材质松软、强度低等不足。单纯的杨木单板层积材和桉木单板层积材由于其本身的强度低而很难达到结构用材的性能指标，而采用适量重组竹增强的竹木复合层积材，其表面硬度，强度等物理力学性能均有极大的提高，使其能够达到结构用材的性能要求。
与重组竹相比，本发明的竹木复合层积材密度小、性能稳定。与杨木单板层积材和桉木单板层积材相比，本发明的竹木复合层积材的强度高、性能高，能够满足结构用材的等级要求。
优选地，竹木复合层积材的制造方法还包括：步骤104，对选取的第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3进行锯切、定厚加工和表面处理。
具体地，对第一重组竹层1的下表面和/或第二重组竹层3的上表面进行砂光处理，对木材层2(木单板层积材层)的上表面和下表面进行刨切或砂光处理，使第一重组竹层1、第二重组竹层3和木材层2(木单板层积材层)的厚度精度控制在±0.2mm内，含水率控制在8～16％，以便于胶粘剂的润湿；以增强第一重组竹层、第二重组竹层和木材层(木单板层积材层)的胶合性能。
本发明的第一个具体实施例中，胶粘剂为承重结构用单组份聚氨酯胶粘剂、水基聚合物一异氰酸酯材胶粘剂和间苯二酚胶粘剂中的至少一种；在步骤108中，对复合后的第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3进行冷压固化处理，且冷压处理的压力为0.6～1MPa。
本发明的第二个具体实施例中，胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂或三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂：在步骤108中，对复合后的第一重组竹层1、木材层2(木单板层积材层)和第二重组竹层3进行热压固化处理，热压固化处理的方式为热压板热压或高频加热热压。
而且，竹木复合层积材的制造方法还包括：步骤110，固化处理后的竹木复合层积材在室温下陈放堆叠静置养护20～72h至完全固化。
在应用于承重构件时，在第一重组竹层1、第二重组竹层3和木材层2通过胶粘剂复合基础上对竹木复合层积材在厚度方向上采用钉、螺丝、螺栓等金属紧固件连接以增强重组竹层和木材层之间的结合性能，达到双重保险的效果。
该方法的核心是：针对材料在承载弯曲载荷时的受力特点，以及竹木复合层积材主要是在偏离中性层的部分受到的拉伸应力较大的特点，利用重组竹密度大、强度高的特点，使其和杨木、桉木等低强度等级的单板层积材二次胶合制备高性能的标准厚度优选为38mm或38mm以上厚度的结构用竹木复合层积材。首先，分别测定含水率在8～12％的重组竹和杨木桉木等单板层积材的垂直加载抗弯弹性模量，并以此为依据计算出预达到性能设计要求的重组竹和单板层积材的厚度；然后，获取与计算厚度相近的重组竹和单板层积材，并将其进行定厚加工处理以及合适的表面处理使其在后期能够更好地胶合；其后，分别将需要胶合的表面涂胶，对其组坯、胶合、裁边、陈放。这样就可以制备出满足国标GB/T20241-2006《单板层积材》规定的结构用材强度等级要求的高强度的竹木复合层积材。与杨木或桉木等低强度等级的单板层级材相比，竹木复合层积材具有性能可控、强度更高、质量稳定等优点；与重组竹相比，其具有密度小、价格便宜、设计强度余量小、生产方便等优点。
并且可以通过设计调整各层的厚度来控制竹木复合层积材的最终产品性能；可以用最小的生产成本制造满足建筑结构要求的竹木复合层积材：可以广泛的适用于各种木结构建筑。
本发明提供了一种竹木复合层积材的具体制造方法，包括：备料工序、涂胶工序、组坯工序、冷压胶合成型工序和养护工序。
1.备料工序：包括第一重组竹层、第二重组竹层和单板层积材的选材、锯切、定厚加工、表面的处理、胶粘剂的选择。
1.1选择合适厚度的以慈竹为原料生产的第一重组竹层和/或第二重组竹层，气干密度为1.33g/cm3，并将其锯切成一定尺寸的板材，按照需求调整其长度为2～20m，之后对其进行定厚加工，按照生产需要加工成一定的厚度，如10mm、5mm等。
1.2选择合适厚度的性能可靠的单板层积材，要求其单板厚度≥1m，将其据切成和第一重组竹层以及第二重组竹层一样尺寸大小的板材，按照要求调整长度2～20m，之后同样进行定厚加工，如20mm。重组竹和单板层积材的厚度精度控制在±0.2mm内，含水率控制在8～16％。
1.3为增强第一重组竹层、第二重组竹层和单板层积材的表面胶合性能，分别对第一重组竹层、第二重组竹层和杨木单板层积材进行表面处理。对单板层积材两面进行少量的刨切，对第一重组竹层和第二重组竹层需要胶合的表面进行砂光处理使其便于胶粘剂的润湿，要求做到各层表面光滑平顺、无油无尘。
1.4胶粘剂的选择。选择合适冷固化或热固化的承重结构用胶粘剂，比如单组分聚氨酯胶粘剂、水基聚合物一异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂等。
2.涂胶工序
将胶粘剂均匀涂布在经过表面处理的第一重组竹层、第二重组竹层和单板层积材需要胶合的表面上。
若胶粘剂为单组份的聚氨酯胶粘剂，单面涂胶时，其涂胶量为100-400g/m2左右(涂胶后陈放时间不超过10min)。水基聚合物一异氰酸酯木材胶粘剂、间苯二酚树脂胶粘剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂、三聚氰胺甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂涂胶量150～400g/m2左右。
3.组坯工序
将经过涂胶后的第一重组竹层、第二重组竹层和单板层积材沿长度方向及顺纹理方向上下层积组坯。第一重组竹层和/或第二重组竹层为竹木复合层积材的上下表板，单板层积材为中间芯板。
4.冷压胶合成型工序
若胶粘剂是冷固化的胶粘剂，则将组坯后的板材送入压机进行冷压，压力为0.8MPa，时间为30min，温度为室温。若胶粘剂是热固化的胶粘剂，则需要对板坯的胶层进行加热处理，如可以使用热压板加热和高频加热的工艺使胶层热固化。
5.养护工序
为使冷固化的胶粘剂更好的固化，需要将板坯堆叠在室温下进行进一步的固化，此工序需要时间优选24h-72h至完全固化。
本发明采用特殊的竹木复合层积结构，其基本单元为第一重组竹层和/或第二重组竹层和单板层积材。第一重组竹层和/或第二重组竹层和单板层积材既可以按照生产的要求自己加工，也可以购买市场上现成的产品。本发明的竹木复合层积材的生产工艺简单、对设备要求少，完全可以在目前的层积材生产厂进行大规模生产。本发明的竹木复合层积材的表层为密度高、强度大的重组竹，芯层密度小、强度弱、材质均一性好的杨木、桉木或其它人工林树种生产的单板层积材。本种竹木复合层积材既发挥了重组竹强度高、装饰效果好的特性，又发挥了杨木单板层积材的材质好、成本低、人工林速生、握钉力大、不易开裂等优势。
重组竹的强度高，但随着竹材价格的上涨，其生产成本越来越高，同时由于其密度太大、易开裂、握钉力差导致其不是很适合作为木结构的结构用材。本发明的结构用竹木复合层积材克服了重组竹用于结构的缺陷，同时其生产成本和生产效率也优于重组竹，又因为杨木取材广泛、价格便宜、成材时间短等优势，这些优点能大大降低生产的成本，从而拓宽其在木结构建筑中的使用范围。
本发明拓宽了速生杨木在木结构中的应用范围，克服了速生杨木存在的材质松软、强度低、木材本身缺陷等种种不足。单纯的杨木、桉木或其它人工林树种生产的单板层积材由于其本身的强度差很难达到结构用材的性能指标。而采用适量重组竹增强的竹木复合层积材的强度能够大大提高，同时其表面硬度也远大于杨木桉木，物理力学性能的提高使其能够达到结构用材的性能要求。
与重组竹相比，本发明的竹木复合层积材的密度小、性能可靠。与杨木单板层积材相比本发明的竹木复合层积材的强度高、性能好，能够满足结构用材的等级要求。
从图2的抗剪强度的测试数据可以看出，重组竹的水平剪切强度远高于杨木单板层积材。经过重组竹增强后的杨木单板层积材的垂直加载和水平加载剪切强度都有所提高，且水平剪切强度随重组竹含量的增大而增大。当重组竹含量为33.3％时，竹木复合层积材的垂直加载和水平加载水平剪切强度相对于杨木单板层积材分别提高了25％和69％。
当重组竹含量从33.3％提高到66.7％时，竹木复合层积材的垂直加载和水平加载水平剪切强度在原有基础上再次提高了20％和36％。按照《单板层积材》国家标准对杨木单板层积材、A、B、C的水平剪切强度进行分级，可见杨木单板层积材的等级是40V-34H，竹木复合层积材A、B、C的等级分别是55V-47H、55V-47H、65V-55H。说明随着重组竹含量的提高，竹木复合层积材的水平剪切强度提高幅度不明显，适量的重组竹就能使层积材的等级明显提升，但随着重组竹含量的继续增加，其等级并没有明显提升。
由图2的抗弯强度数据可以看出，重组竹增强后的杨木单板层积材的静曲强度有所增加。与杨木单板层积材的静曲强度相比，加入厚度为33.3％重组竹后的竹木复合层积材的垂直加载和水平加载静曲强度有明显的增加。随着重组竹含量的继续增加，竹木复合层积材的垂直加载静曲强度有所下降。这是是由于杨木单板层积材某些薄弱胶层的发生开裂导致的。竹木复合层积材的水平加载静曲强度随重组竹含量的增加而不断提高，但增加的效果与加入33.3％重组竹时竹木复合层积材的静曲强度增加幅度相比不是很明显。垂直加载时，由材料力学可知，当层积材弯曲时，层积材的上半部分受压应力，下半部分受拉应力，且越靠近下表面承受的拉应力越大，对于杨木单板来说其更容易发生拉伸破坏。当用重组竹增强后，位于杨木单板层积材下表面的重组竹由于不易发生破坏而使复合材料的静曲强度增加。对于水平加载来说，竹木复合层积材的静曲强度是杨木单板层积材和重组竹的静曲强度某种比例系数的平均，且随着重组竹含量的增加，竹木复合层积材的水平加载静曲强度越来越接近重组竹的静曲强度。
由图2各种试样的弹性模量比较可以看出，竹木复合层积材A的垂直加载和水平加载弹性模量与杨木单板层积材相比均有较大的提高。对于垂直加载弹性模量，其提高幅度更大，且随着重组竹含量的提高竹木复合层积材的弹性模量逐渐提高，但提升幅度不大。
水平加载弹性模量也随重组竹含量的持续提高而增大。说明经重组竹增强后杨木单板层积材的性能有所改善，少量的重组竹就能使竹木复合层积材的弹性模量有明显的提升，这对于减少成本促进其在木结构中的应用十分有利。
按照弹性模量和静曲强度对杨木单板层积材和竹木复合层积材进行分等可知，杨木单板层积材的等级是100E优等品，而制得的竹木复合层积材A、B、C的等级分别是160E优等品、160E优等品、180E优等品。说明少量的重组竹增强就能使杨木单板层积材的等级有很大的提高，持续增加重组竹的含量对等级的提高不是很明显。
特别指出：木材层(木单板层积材层)主要指的是竹木复合层积材中的中间单板层积材部分，多个木材子层指的是单板层积材中的木单板部分，延伸一下的话木材子层也可以指木材的板材。单板和板材的区别在于单板是由原木经旋切而成的，一般厚度较小；而板材指的是锯材锯切而成的板，厚度通常大于单板。木材层(木单板层积材层)再延伸的话可以指木材以及木材集成材。本文中的胶粘剂需要满足承重结构用胶的要求，承重结构用胶必须满足结合部位的强度和耐久性的要求，应保证其胶合强度不低于木材顺纹和横纹抗拉的强度，胶粘剂应具有充分的防水性能和足够耐久性能，应满足结构的使用条件和设计使用年限的要求，应符合环境保护的要求。结构用胶粘剂应根据材料的使用环境，包括气候、含水率、温度、材料种类、防腐性能以及生产制造方法等条件进行选择使用。
本发明第二实施例提供了一种竹木复合层积材，如图4所示，包括：第一重组竹层1；木材层2(木单板层积材层)，的长度方向及顺纹方向与所述第一重组竹层1的长度方向及顺纹理方向对应保持平行一致，且所述木材层2(木单板层积材层)和所述第一重组竹层1相对的表面相复合。
其制造方法包括：首先，选取第一重组竹层1和木材层2(木单板层积材层)；其次，采用胶粘剂胶合第一重组竹层1和木材层2(木单板层积材层)，胶合时采用双面或单面涂胶；再者，对涂胶后的第一重组竹层1和木材层2(木单板层积材层)进行冷压固化处理或热压固化处理。
也可在该制造方法中添加前述实施例中的某些步骤以制成满足要求的竹木复合层积材，其仅是前述实施例的简单替换，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。
具体地，此实施例的竹木复合层积材具体结构可以是：一层第一重组竹层和一层木材层(包括一层木材子层)相复合而成的竹木复合层积材；也可以是一层第一重组竹层和一层木材层(包括多层木材子层)相复合而成的竹木复合层积材。
在本发明涉及竹木复合层积材应用于承重构件时，在重组竹层和木材层通过胶粘剂复合基础上对竹木复合层积材厚度方向采用钉、螺丝、螺栓等金属紧固件连接方式以增强重组竹层和木材层之间的结合性能，达到双重保险的效果。
综上所述，本发明提供的竹木复合层积材，采用第一重组竹层和/或第二重组竹层复合木材层(木单板层积材层)的方式进行制造，并使得第一重组竹层和/或第二重组竹层和木材层(木单板层积材层)的长度方向及顺纹理方向保持平行一致，来解决木材层(木单板层积材层)强度不足的缺陷，通过第一重组竹层和/或第二重组竹层对强度的补偿提升，使得竹木复合层积材能够满足木结构建筑对力学性能的要求，其实用性显著提高。
采用一定的复合工艺，提高杨木桉木等单板层积材的力学性能，有利于推广其在木结构建筑上的应用。本方案采用具有较高力学性能尤其是具有较大静曲强度的重组竹层来增强杨木和桉木等单板层积材，能够实现提高杨木和桉木构成的竹木复合层积材的整体力学性能的目的。
其中，竹重组材，又称重组竹，是根据重组木的制造工艺原理，以竹材为原料加工而成的一种人造竹材复合材料。重组竹的物理力学性能和木材相比极为优良。作为一种高强材料，可以通过重组竹和低强度等级的单板层积材复合来提高单板层积材的抗弯性能使其更好地应用于木结构建筑中。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (7)
1.一种结构用竹木复合层积材，其特征在于，包括：
第一重组竹层；
木材层，该木材层的上表面和第一重组竹层的下表面相复合；
第二重组竹层，木材层位于第一重组竹层和第二重组竹层间，木材层的下表面与第二重组竹层的上表面相复合；
其中，第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的长度方向均与顺纹理方向保持平行一致，且第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的长度方向和顺纹理方向均对应保持平行一致，
其中，第一重组竹层和第二重组竹层的弹性模量不小于15GPa，静曲强度不小于60MPa，水平剪切强度不小于5MPa，
其中，重组竹层的厚度占比为33.3％，
其中，第一重组竹层与木材层之间施加第一承重结构用胶，木材层与第二重组竹层之间施加第二承重结构用胶，且第一承重结构用胶和第二承重结构用胶的胶合强度不低于木材顺纹和横纹抗拉的强度。
2.根据权利要求1所述的竹木复合层积材，其中，
竹木复合层积材在含水率为8.30％的情况下，密度为0.80g/m3。
3.根据权利要求1所述的竹木复合层积材，其中，
木材层包括多个木材子层，多个木材子层依次相复合在一起，相邻两木材子层之间施加第三承重结构用胶，且第三承重结构用胶的胶合强度不低于木材顺纹和横纹抗拉的强度。
4.根据权利要求3所述的竹木复合层积材，其中，
任一木材子层为杨木材质或桉木材质的木单板或板材，且厚度不小于1mm；第一重组竹层和第二重组竹层为慈竹或毛竹材质制成的重组竹板材，且第一重组竹层与第二重组竹层的厚度比为(3～20)：(3～20)。
5.一种权利要求1～4任一项所述的结构用竹木复合层积材的制备方法，包括：
对所选第一重组竹层、木材层和第二重组竹层分别测定含水率在8～12％时的垂直加载抗弯弹性模量，并以此为依据计算预达性能要求的第一重组竹层、木材层和第二重组竹层的厚度；
获取与计算厚度相近的第一重组竹层、木材层和第二重组竹层进行定厚加工处理，使厚度精度控制在±0.2mm内，且控制含水率在8～16％；
采用第一承重结构用胶胶合第一重组竹层和木材层，采用第二承重结构用胶胶合木材层和第二重组竹层，并进行冷压固化处理或热压固化处理。
6.一种权利要求3或4所述的结构用竹木复合层积材的制备方法，
该方法包括：
采用第一承重结构用胶胶合第一重组竹层和木材层，采用第二承重结构用胶胶合木材层和第二重组竹层，并进行冷压固化处理或热压固化处理，其中，
第一重组竹层和第二重组竹层的密度范围为0.8～1.5g/m3。
7.一种权利要求6所述的方法，其中，
第一重组竹层和第二重组竹层的密度为1.33g/m3，含水率为8.50％，
木材层的密度为0.54g/m3，含水率为8.35％。
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