结构用竹木复合层积材及其制造方法与流程

本发明涉及复合板材，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：

1、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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％。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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％。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、可选地，任一所述木材子层的厚度不小于1mm。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。

22、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。

23、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。

24、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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、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。

29、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。

30、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。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。

36、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。