摘要 本文對指接材、
集成材的生產工藝、技術及設備等作了詳盡地介紹和深入探討后指出:生產工藝不復雜,設備投資少,銷路好。發展指接材、集成材可增加木材產量,緩和木材供需矛盾,有利于林區經濟發展,即有經濟效益又有社會效益。
關健詞 指接材 集成材 生產工藝 技術及設備
1 指接材生產工藝和設備
在木材加工和木制品制造過程中,為了要得到一定寬度或厚度的板方材可以將兩塊或兩塊以上的木材用各種
膠粘劑在木材的寬度或厚度方向拼接膠合,一但木料短了,可在木材長度方向(端向)接長但要求接頭處具有接近原有木材的強度。人們發明了斜接的辦法使木材接長,但斜接浪費木材,加工制造困難,生產率低。如果將很長的斜面折成相同形狀的折面就形成了指接。指接是目前世界上最常用的也是最經濟有效的木材接長方法之一。我國50年代末,60年初也采用了指接技術,如用于錨桿生產和門窗生產中。近年來由于原木材質的下降,而木材需求量的增加,以及一些大型構件的制作,指接技術也逐步受到人們的重視和采用。指接木的優點如下:1.變短材為長材、彎材為直材。小徑木、短材經鋸截、刨削、指接膠合等加工成建筑用材、家具、汽車用材等。
2.增加木材產量,緩和木材供需矛盾。
3.指接木加工廠易上馬。
4.有利于林區經濟發展。發展間伐材指接木生產,不但可以增加收益,而且可以提供就業機會。5.指接木與人造板配套使用能更好地發揮綜合利用的效果。
1.1 指接設計
有關指榫幾何形狀對拉伸強度的影響的綜合研究,主要結論如下:1.一般來說指接的拉伸強度隨著指榫斜率的減少而增加,但是增長的比例隨著斜率的減小而減小。當斜率從1∶12減小到1∶16時,拉伸強度的增長是非常小的。
2.當斜率和指頂寬保持一定時,膠合強度隨著指距的增大而增大,但是增長的比例是下降的。
3.膠合強度與有效的膠合面積之間有很好的相關性。這表明,為了得到高強度,指榫必須有足夠的長度以及斜率足夠小,以便提供一個足夠大的有效的膠接面積。
4.假如前三個條件滿足的話,指頂寬成為膠合強度的決定因素,指頂寬較小則強度較高。
5.產生的指接的凈斷面(總斷面減去指頂寬的面積)內的應力,在斜率1∶10至1∶16范圍內,在很大程度上不取決于指榫的斜率,而取決于斜接面積或者指長對指距(1/t)之比,達到**的1/t范圍約大于4。這種**應力在
云杉中大約比清材的強度低17%(也許是由指頂的應力集中造成的)。因此,指接的強度取決于凈斷面的面積和凈斷面中的斜接的強度。
6.研究數據表明,指頂寬更小的指接可獲得更明顯的高強度,便如需要**強度,如在拉伸或變曲,應該盡可能用實際中能獲得的薄指頂寬。國家標準GB11954-89《指接材》中對指榫尺寸系列作了規定。其中“指榫類別”中 類用于結構用指接材, 類用于非結構用指接材。
1.2 指接的加工制造
1.2.1 木材的選擇和要求
1. 樹種所有針葉樹木材及氣干密度小于0.75g/cm3的闊葉樹木材均可用于指接木生產。同一塊(根)指接木原則上應使用同一樹種木材指接。
2. 材質用于指接生產的木材應有一定的材質要求,如對節子和對其他材質缺陷的要求。3.含水率指接木所用的鋸材毛料應窯干,含水率上限為15%,下限為8%。為保證質量兩塊指接在一起的木材的含水率要盡可能接近,它們的含水率差值不得超過5%。
1.2.2 開指榫 在木塊的兩端開出符合要求的指榫,有三種方法:切削法、壓模法和切削與壓模聯合法。
1.2.3 施膠 為了使對接的指榫牢固地結合在一起傳遞應力必須將適量的膠粘劑均勻地施加于指榫的表面。適宜的涂膠量是保證指接強度的因素之一,涂膠量過多,不但浪費膠液,增加了產品成本,而且被擠出的膠液污染指接木表面加速刨削刀刃變鈍,還會使拼接機上積存膠粘劑使其運轉受損。涂膠量不足,使指榫表面不能形成一層均勻的一定厚度的膠層,以致膠接強度下降。因此根據研究與生產實踐證明,涂膠量350g/m2左右較適宜,適宜的涂膠量要根據膠種、粘度、樹種不同經試驗測度膠合強度后制定出。
1.2.4 拼接(指接)
1. 拼接方法拼接(指接)有兩種方法,一種干法指接,另一種是濕法指接。所謂干法指接即接材在指接前已經過窯干,含水率在8～15%范圍內,涂膠后即可進行指接。干法指接實踐中應用最廣,目前世界各國普遍采用這種方法。濕法指接是指坯料在指接前的含水率大大高于上述范圍,甚至高于纖維飽和點,開指榫后經過特殊加熱處理再涂膠,使濕材也能指接。
2.指接的主要參數(端壓)端壓是指沿指接件的長度方向在指接件的端部施加的壓力。適宜的端壓大小是保證指接質量的一個重要因素。端壓不足,造成指榫不能完全壓密,留有較大的指頂隙,使指接木強度大大下降;端壓太大,造成指頂過度地壓入指谷,使指劈裂,也會使指接木強度大大下降。適宜的端壓大小要根據指榫的幾何形狀、木材的軟硬、木材的抗劈裂性質而定。端壓時間:即達到加壓限值后的保壓時間,GB11954-89中沒有限值,建議可于10～30秒范圍內選定。根據試驗和生產實踐表明,端壓時間2～3秒即可滿足要求。
2. 拼接設備 根據拼接設備工作形式可以分為間歇式拼接機和連續式拼接機兩大類。間歇式拼接機其拼接過程是間歇式的,即拼接一對或一組指榫后端壓缸要停頓一會兒,此時進料,進料完畢后再進行第二次拼接。連續式拼接機是工件在拼接過程中是連續不斷的移動。其優點是指接木的長度不受限制。
1.2.5 膠粘劑的固化
1. 常溫固化 通常指接用的大部分膠粘劑在室溫下(21℃和以上)固化。因此指接后的指接木只需放置在上述溫度的室內養護一段時間膠粘劑則固化,可以對其進行進一步鋸刨等機械加工。養護時間的長短由室內溫度、膠粘劑的種類與性能、指接木規格大小而定,一般從8～48小時范圍內。
2.加熱固化 用加熱方法可以大大地縮短膠粘劑的固經時間。用高頻加熱是加速膠粘劑固化最快的一種方法。使用的頻率范圍為1～27MHz。高頻加熱固化時木材含水率是一個重要因子． 如果控制得合理,高頻膠合的質量與
其它方法一樣好。冬季指接木生產中膠粘劑固化問題是個頭疼的事,為了加速固化可以在拼接車間內搭一間裝有足夠蒸汽加熱管的養護室,或者專門另辟一間養護室,使棚(室)內溫度高于25℃。這樣不用消耗太多的熱能解決冬季生產膠粘劑固化問題。采用什么方法去加速膠粘劑固化,如前所述要因地制宜,根據各廠的具體條件加以選擇。
1.3 指接效率和強度
1.3.1 指接效率 將無木材缺陷的不指接的木材強度作為100%,而相同材料的指接材的強度與前者相比,得到的百分率作為指接效率。指接效率會隨著對種、木材質量、膠粘劑種類、指榫的幾何形狀、指接類型等因子變化而變化。許多研究表明,指榫的排列方向與靜曲應力的方向影響指接的效率。水平指接(側厚見指,A型)的靜曲強度比垂直指接(寬面見指,B型)的靜曲強度低5%左右。我國標準GB11954-89《指接材》附錄F、G、H、I分別列出了不同指長、木材氣干密度、膠種下指接材抗彎強度、順紋抗壓強度、順紋抗拉強度和沖擊韌性的系數表(即指接效率)。我國學者采用有限元法確定指形梯形缺口間應力不均分布系數和指接的傳力效率,所求得的數據與試驗結果甚為相近。他們推導出指接傳力效率的計算公式,從而能根據要求設計出所需傳力效率的指形接頭。
1.3.2 強度 我國標準GB11954-89《指接材》中對指接材(沒有分結構用和非結構用)強度要求規定其抗變強度σb和順紋抗壓強度σc應不低于附錄B限值。在附錄B中考慮了木材的氣干密度、膠種、指長、指榫在指接材中的排列方向等因素對指接效率的影響,分別列出了相應的抗變強度和順紋抗壓強度的限值。國家標準規定,對于正常使用條件下的指接材其順紋抗拉強度及沖擊韌性一般無要求;如有特殊需要,它們的順紋抗拉強度及沖擊韌性應不低于附錄C限值。
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