初步探讨单板层积材做运动木地板龙骨的趋势

初步探讨单板层积材做运动木地板龙骨的趋势

初步探讨单板层积材做运动木地板龙骨的趋势摘要：本文主要介绍了单板层积材的特点，应用方向，通过对国内外一些学者对实木、胶合板（木）、单板层积材力学性能、温湿度稳定性等方面的一些对比试验的总结，探讨国内日益兴起的用LVL单板层积材做运动木地板龙骨的合理性。关键词：LVL；单板层积材；运动木地板；龙骨前言龙骨是运动木地板系统中起着承重作用的关键部位，其力学强度及温湿度稳定性直接决定了运动木地板使用的可靠性及持久性。目前市场上使用的大多数龙骨均为实木或者胶合板材质。在运动木地板发展起初，采用的均为实木龙骨，厚度至少30mm，采用如此厚的板材，一方面是因为实木强度不够，另一方面主要是为了在木地板系统的底部形成一个比较大的空气流动空间，以保证空气充分流动，弥补实木在温湿度稳定性方面的不足，控制变形。随着胶合板的发展，它不仅在强度上超过了实木，并且在温湿度稳定性上比实木有了很大的提高，胶合板龙骨是目前运动木地板系统的主流龙骨，通常厚度在24mm左右。近年来，随着单板层积材的生产及使用越来越广泛，以及体育木地板行业对更高强度，更高稳定性的木材产品的需求，国内运动木地板的一些领头企业也开始尝试应用单板层积材取代胶合板以及实木做运动木地板系统的龙骨，落叶松、马尾松、桉木等材质的单板层积材均是应用的新方向。对于这种趋势的合理性，本文尝试着根据国内外学者对单板层积材所做的研究试验来探寻答案。一、单板层积材综述单板层积材(Laminatedveneerlumber．简称LVL)是由厚单板（通常指3mm以上）沿单向顺纹方向组配、层积胶合的新型复合材料。LVL主要是以代替实木为目标的产品，强调的是产品的纵向力学性能的加强，突出的是木材的各向异性，而胶合板则是对天然木材各向异性的改造，强调的是各向同性。单板层积材的这种单向叠层复合的特点决定了它是人造板材料中模拟树木生长形成木材天然特性(各向异性、层状结构等)最为逼真的一种材料．其长度可以不受生产方式的限制，它是一种高附加值材料．具有工程性能均匀、强度高和规格灵活多变的特点，特别适用于大跨度的木结构。它的另一个突出优点在于可以利用小径木材生产出大幅面结构板材，从而拓宽了杨木、松木、桉木等速生树种的应用领域。单板层积材于60年代首先在芬兰开始进入工业化生产，随后在美国、加拿大得到迅速发展[4朱典想，刘林芳．单扳层积材用意杨厚单板制造中应注意的几个技术问题．林产工业．1998，25(3)：34～37]，越来越多的房屋、模板等结构性用材采用单板层积材。根据世界上最早实现单板层积材工业化生产的芬兰的经验，以针叶树材为指标，芬兰标准对以针叶树材制造的人造板的性能指标如下表：表1芬兰针叶树材标准木质人造板实际最大尺寸（mm）许用应力（MPa）长度宽度板厚抗弯强度剪切强度弹性模量LVL单板层积材∞120075181.710000应力分等锯材（实木）6000225150111.07000\n胶合板300002000150141.28400定向刨花板240012003070.32800中密度纤维板240012001620.41500刨花板240012005040.31200很显然，在力学强度方面，LVL单板层积材＞胶合板＞实木。LVL单板层积材是满足高强度结构性用材的发展方向。二、国内单板层积材的研究及发展状况我国的单板层积材研究始于1985年，经过不断的摸索和对美日等单板层积材生产、消耗大国的经验借鉴，于2006年出版了单板层积材的国家标准GB-T20241-2006,对国内的单板层积材工业有着积极的指导和促进作用。目前我国的单板层积材工业还处在起步发展阶段，大量的胶合板生产企业及林业科研机构在不断的探索，对旧的胶合板厂进行改造，以适应单板层积材的生产需要；同时对我国有着巨大储量的树种如杨树，桉树，落叶松，马尾松进行了大量的材性与加工利用的研究。鲍甫成，傅峰研究了杨木实木与杨木单板层积材的各项性能指标，并对比杨木不同种型对杨木单板层积材性能的影响，发现杨木单板层积材除弦向冲击韧性外，其余各项性能均优于实木板材，试验数据见下表：表2杨木实木与杨木LVL对比测试项目密度g/cm³抗剪强度MPa抗弯强度MPa弹性模量MPa抗压强度MPa冲击韧性MPa硬度N杨木实木0.398.94134.3318.5653.8228.252550杨木LVL0.5219.43156.7421.9166.5435.664175增大百分比33.6％49.0％16.7％18.0％23.6％26.2％63.7％以上数据来源鲍甫成，傅峰.人工林杨木才行对单板层积材强度的贡献率。林业科学，1999，Vol35，No.2：87-94同时该研究还发现实木材性与其单板层积材有着紧密的联系，实木材性越好，同等条件下制得的单板层积材性能也越优异。孟宪树，陆从进研究了落叶松，马尾松，杨树三种木材在同等条件下制成的单板层积材之间性能的差异[孟宪树，陆从进．新型结构材料一单板层积材．中国林业科学院术材工业研究所]，试验结果见表3：表3单板层积材物理力学性能（括号内为变异系数）试件尺寸（mm）单板结合树种单板厚度mm弹性模量（GPa）静曲强度（MPa）密度（kg/m³）平行垂直平行垂直300×20×20无落叶松413.3（7.5）12.7（8.1）106（8.0）108（12.4）7031350×80×80对接落叶松412.6（8.5）12.3（7.3）71（9.8）91（8.3）300×20×20无马尾松313.0（6.1）18.3（12）98（11.6）102（10.3）605\n1800×89×89对接马尾松317.0（7.4）67.5（8.9）300×20×20无杨树46.75（3.6）6.56（5.5）54（2.7）58（2.7）406该研究表明，落叶松及马尾松单板层积材的力学性能远远优于杨树单板层积材，达到了结构性用材的强度标准。随着不断深入的研究和探索，近两年我国的单板层积材工业有了长足的进步，已经有不少企业在原有的胶合板生产基础上成功的进行技术改造，开始生产单板层积材，产量逐年高速增加，绝大多数用于出口，或在国内生产高档门框，家具等。三、单板层积材的性能特点及应用单板层积材能获得如此快速的发展与大众的青睐，与它的各项优点是分不开的。与胶合板，实木等常规用材相比，单板层积材的优点体现在如下7个方面：(1)规格由于它是由单板重组而成．其尺寸大小可以不受原木径级或单板规格的限制，可以满足大跨距梁和车(汽车和火车)辆及船舶的应用需要。如需更厚结构的产品．可以通过单板层积材再次涂胶冷压胶合成厚材。(2)强度单板层积材因在制造过程中已将木材本身缺陷和单板裂缝等加工缺陷均匀地分布于产品之中，使其具有强度均匀的工程特性．这是一般胶合板（木）和实体木材所无法比拟的。(3)稳定性单板层积材铺装时单板的紧面一上一下的特定层积结构，消除或抵消了单板间及层积合板的残余内应力．避免了单板层积材的翘曲和扭曲，也不会产生日后变形。研究表明：单板层积材的强度变异系数小，许用设计应力很高。单板层积材的稳定性优于胶合板（木）和实体木材。(4)经济性单板层积材的经济性集中体现在小材大用．劣材优用的增值效应。从出材率看，胶合板为69．5％．胶合木为35％，单板层积材为57．9％。因此单板层积材的成本低于胶合板（木）。(5)加工性和其它木材制品一样，单板层积材加工方便，可锯切、刨切、凿眼、开榫、钉钉等，并可进行铆接、斜接、铖接等后续加工。(6)阻燃和耐候性单板层积材的阻燃性优于实体木材，耐火性优于钢材．并具有较高的耐气候和耐其它腐蚀的能力。(7)抗震减震性单板层积材具有极强的抗震性能和减震性能，以及抵抗周期性应力产生的疲劳破坏，该性能在日本神户地震中得到充分证实。LVL具备以上七个方面的独特优势，可广泛用于住宅、建筑结构件及车船和枕木制造等。它在顺纹纵向的高强度使其特别适合作为大跨度梁，是非常优良的结构性用材。另外桁架、承重墙、门窗、框架、家具等也是单板层积材的主要应用方向。四、单板层积材龙骨通过上文一、二、三部分对单板层积材的介绍及试验数据的总结，我们可以得出如下两个结论：1、单板层积材的力学强度远大于胶合板（木），实木；2、落叶松、马尾松单板层积材力学强度相当高，可以用作结构性材料，完全能满足运动木地板龙骨对高强度力学性能的要求那么，集诸多优点于一身并且在力学性能上完全超越实木和胶合板的单板层积材，是否就真能用作木地板系统底部承重件的龙骨呢？运动木地板的龙骨起着整个系统的承重作用，并且由于它处在整个系统的底部，避免不了要经受潮气的侵袭，因此，考虑单板层积材的温湿度稳定性，也是衡量它能否作为木地板龙骨的一个很重要的因素。王坤，于志明研究了几种单板层积材的温湿度尺寸稳定性[],发现在同等条件下制造的桉木、杨木、落叶松、马尾松单板层积材的尺寸稳定性各有差别，杨木和桉木的稳定性较差，落叶松和马尾松的稳定性非常好，与实木板材不相上下。表4为本次试验的数据。\n表4材料在不同温湿度条件下的膨胀率单板层积材种类处理温度23℃、湿度30%处理至平衡时的尺寸（mm）处理温度23℃、湿度95%处理至平衡时的尺寸（mm）厚度方向上的平均线膨胀率（%）长度方向上的平均线膨胀率（%）A1A2B1A11A22B2试件湿度试件湿度95%时长度－30%时长度×100%试件湿度30%时长度杨木单板层积材50.3050.38299.5451.4051.44300.002.192.102.150.15桉木单板层积材51.0050.54300.2652.2851.78300.722.512.452.480.15落叶松单板层积材51.0051.00299.8451.6451.62300.101.251.221.240.09马尾松单板层积材50.5850.84299.4851.4651.58299.541.741.461.600.02实木地板（甘巴豆）50.5450.30300.0651.2651.18300.661.421.751.590.02实木地板（孪叶苏木）50.5450.44299.9851.4051.00300.001.701.111.410.01甘巴豆、孪叶苏木是高硬度高稳定性的木材，而落叶松和马尾松单板层积材的稳定性却丝毫不弱于二者。五、结论综上所述，作为高强度新型结构材料的单板层积材，以其卓越的力学承载性能，出色的温湿度稳定性，以及在尺寸规格，易加工性，抗震性方面的优点，将成为新一代运动木地板龙骨的发展方向。国内运动木地板企业在这一方面的尝试完全是理性并且是正确的。