單板層積材的生產與應用現狀分析

黃 彬，羅建舉

（廣西大學 林 學院，廣西 南 寧530005）

1 引言

隨著國民經濟的快速發展，我國對木制品的需求量日益增大，自1998年我國實行“天然林保護工程”以來，全國各地相繼采取了封山育林的措施，各主要林區紛紛減少木材采伐量，這使得木材供需矛盾更加突出。大力發展人工林是緩解木材供需矛盾的有效措施，但是人工速生林由于追求效益最大化，往往長到徑級才達到十幾厘米就被采伐，因此不可避免地出現了徑級小，幼齡材比例大，材質不如天然成熟林等問題，主要表現為材質松軟、力學強度低、尺寸穩定性差，使木制品的加工性能和產品質量受到一定程度的影響［1］。面對這種情況，木材加工行需要考慮如何用這些速生林木材生產出強度高、性能穩定的優質人造板以替代大徑級結構用原木，從而緩解日益緊張的木材供需矛盾，單板層積材的生產是解決結構用材短缺的有效途徑。

單板層積材（Laminated Veneer Lumber）簡稱LVL，是多層旋切單板按順紋（也可以加入橫紋單板）組坯膠拼壓合而成的高性能、高附加值產品，它不但保留了許多天然實木材的優良性能，還具有結構均勻、強重比高、加工性能好等特點，且具有良好的尺寸穩定性和抗震減震性［2］。單板層積材厚度一般為18～75mm，其長度可以不受生產方式的限制。單板加工所用的原料為徑級250mm左右的速生小徑材和間伐材，樹種可為桉樹、楊木及其他軟闊葉材，這類原料來源廣泛、價格低廉。

作為一種新型人造板材，單板層積材的研究開始于20世紀70年代初。當時北美木材需求量迅速增大，優質木材價格高漲，而由于石油工業發展迅猛，其副產品合成樹脂價格不斷下跌，從而促進了利用小徑木生產單板層積材的研究［3］。首先美國和加拿大研究機構幾乎同時開發了單板層積材的制造技術。隨后，1976年芬蘭Raute公司和Finforest公司合作開發并建成了世界上第一條在膠合板生產線基礎上改造而成的單板層積材生產線［4］。目前美國Trusjoist公司是世界上最大的單板層積材生產廠商，而芬蘭Raute公司是單板層積材生產設備的主要供應商。

2 單板層積材生產工藝

單板層積材的生產工藝與膠合板的生產工藝相近，這兩種生產工藝中的單板制備過程幾乎相同。主要的差別在于組坯、熱壓和產品的后期處理等工段（圖1）。

圖1 單板層積材生產工藝

杜國興［5］采用了分步熱壓法來縮短熱壓周期，提高生產效率。芯層兩張單板首先熱壓，然后卸壓，取出板坯，并迅速將一張單面涂膠單板覆上其表、背面，再進行熱壓。如此反復，直至達到設計厚度。試驗研究表明：在一定范圍內提高熱壓溫度、單位壓力或延長熱壓時間有利于提高LVL的力學性能。

徐詠蘭［6］等人研究發現與傳統熱壓方法相比，噴蒸熱壓工藝在縮短熱壓周期、提高生產效率和產品質量等方面具有顯著的效果。于長海［7］等人參照標準《構造用單板層積材，日本農林規格》［8］獲得冷壓法制造結構用LVL的最佳工藝應為：選用間苯二酚樹脂膠，壓強為0．98MPa，加壓時間為7h，陳放時間為40min，涂膠量為180g／m3，養護7d以上。用此工藝生產的LVL的性能均高于日本標準。韋益民［9］等人發現采用熱——冷二步法制造的LVL質量較好，能明顯改善產品在厚度方向力學性能的均勻性。

以上加壓工藝各有特點：分步熱壓法使膠層離熱壓板的距離始終只有一個單板厚，因而傳熱時間短，另外每次熱壓好的板坯表面有一定的余熱，從而縮短了熱壓周期；噴蒸熱壓也能顯著縮短熱壓時間；通過研究冷壓工藝，可以研制出符合日本標準的結構用LVL；熱～冷兩步壓制法發揮了兩種不同壓縮工藝的優越性，避免了一步熱壓法在熱壓過程中板坯厚度方向的溫度梯度導致中心附近各層內的膠合強度下降和冷固膠價格高的缺點，但是熱～冷兩步壓制法和分步熱壓法由于生產過程較為煩瑣，生產效率低，難以實現大規模工業化生產。

3 單板層積材的生產狀況

3．1 國外生產狀況

美國作為最大的建筑用LVL生產和消費大國，目前已有多家公司生產建筑用LVL托梁等產品，其中Trus Joist MacMillan Limited公司注冊了商品名為Microllamμ?LVL的商標，產品用于桁架和工字托梁。加拿大目前有3家公司生產結構用材LVL，其中Durand～Raute公司最早開發了采用指接或斜接的方式生產大尺寸規格的LVL，并注冊SELECTEM商標，年產量達19 000m3。在亞太地區，LVL的生產能力以年均10%的速度增長，印尼有2條LVL生產線，新西蘭有1條生產線。日本神戶大地震之后大量推廣木結構房屋，日本將成為僅次于美國的第二大建筑用LVL生產國，其生產能力約為加拿大的2倍，共有LVL全套生產線4條。歐洲LVL工程協會（ELVE）及英國建筑研究協會，都研究了楊木LVL的應用［10］，表1為北美2000～2005年單板層積材的產量。

根據美國工程木材協會（APA）2007年的年報，北美結構木質板生產量為37．3億m2，比2006年減少了2．0億m2，其中單板層積材的產量減少約12%。這主要是由于美國的住房開工量在減少，2006年為180萬套，2007年減少到152萬套，住宅建設占單板層積材市場需求量的75%。但從長期來看，單板層積材的生產前景是樂觀的，因為預期住房市場開始恢復，并將在其后的幾年中有所增長。2008年，美國的住宅開工量達到165萬套，2011年再次達到最高峰時約190萬套。隨著國際商品房市場的升溫，單板層積材的需求量將繼續增大。

表1 北美2000～2005年單板層積材的產量 萬m3

3．2 國內單板層積材生產現狀

我國單板層積材的發展，可以說是從膠合板生產線上演化而來的。2000年華東地區，一些企業開始用楊木生產非結構用單板層積材，用來制造家具。吉林省一些企業用落葉松為原料，生產單板層積材出口到日本［10］。還有一些企業生產單板層積材用于車廂地板和集裝箱底板，但規模都很小。目前，浙江、江蘇、山東等地有年產3萬m3的單板層積材生產線，全國產量較大的企業有10家左右，主要分布在膠合板產業發達的地區。國內單板層基材的發展潛力很大，但現有的單板層積材的質量與國際市場相比還存在著較大的差距。

目前在中國內地建造的木結構房屋約有3 000棟，計劃再建9 000棟。估計中國內地5年后，每年建造的木結構房屋數量將達到15 000棟，木結構建筑的發展將為單板層積材帶來廣闊的應用前景。但是我國發展單板層積材也面臨著多方面的困擾，如原材料供應緊張，價格上漲；近兩年國際房地產市場仍處于低迷狀態，我國木結構房屋的發展尚需要一定時間；由于產業不規范和質量等因素，我國生產的單板層積材與馬來西亞和印尼等國家相比處于劣勢；我國膠合板產業存在著企業規模小、市場不規范、產品質量不高等問題，從膠合板行業演變而來的單板層積材產業不可避免的存在著這些問題。

2008年北京奧運會鳥巢體育場建設等一些大型建筑工程就應用了進口結構用單板層積材，同時非結構用單板層積材也開始在包裝行業應用。我國是具有悠久的木結構房屋建筑傳統，汶川大地震后，人們開始重新重視木結構房屋的優異抗震性能，據新華社的報道，8月28日，四川都江堰市向峨小學重建項目建成，抗震標準為8度設防，是新中國第一個采用全木結構建造的大型公用建筑。此次四川災后重建的木結構工程，除向峨小學外，還包括綿陽市特殊學校、北川擂鼓中心敬老院。此外，在四川省青川縣的農村住宅建設中，正在進行輕型木結構示范工程，目前已建成2幢樣板建筑。中國包聯機械工業包裝分會2007年8月14日至17日召開了三屆四次理事會，重點討論了如何貫徹國務院領導和國家發展改革委領導對機電產品包裝推廣應用“單板層積材”等節材代木包裝材料的批示意見，會議認為使用單板層積材等節材代木包裝材料符合國家建設節約型社會政策，應該大力推廣使用。

2006年，我國為結構用單板層積材的生產制定了相應的國標（GB～T20241～2006），使單板層積材的生產和檢測有了規范，這將在一定程度上促進我國單板層積材產業的健康發展。

4 單板層積材的應用分析

LVL的應用范圍十分的廣泛，在建筑方面，LVL能制成長度超過20m的建筑構件，用于建筑托梁，屋頂桁架、工字梁等構件，也可加工成門窗的橫梁，內部墻壁支柱和門窗框、樓梯等建筑部件。由于單板層積材結構穩定，且具有很好的防火性能，其尺寸穩定性要優于膠合木和實體木材，耐火性優于鋼材。因此，LVL非常適合用于建筑中各種承重結構件，并且能在經濟上與鋼材、膠合梁和鋸材相比具有一定的競爭優勢。LVL可以制成各種規格，減少浪費和再加工工序；它的重量輕，可降低安裝成本，提高施工安裝速度。由此可見，單板層積材是一種理想的建筑結構用材。表2對比分析了建筑結構材中常用的幾種材料的力學性能和規格尺寸。

在北美國家，LVL大量用于生產I字型樓板托梁，這種托梁將定向刨花板（OSB）與LVL組合，制成力學性能良好的大規格建筑構件。其I字型的翼緣由LVL制成，中間腹板是定向刨花板，充分發揮每種材料的力學性能。現在美國普通住宅的建筑構造設計中常用的方法是以少量的鋼柱和鋼梁組成主框架，在主梁上架設I字型托梁，其間距一般在500mm左右，托梁上面鋪設人造板作為承重樓板，然后鋪設地面材料。由于這種LVL I字型托梁在使用性能和經濟方面的優越性，使得其在北美的消費量從1987年的26萬m3，增長到1997年106萬m3。目前有55%的LVL用于加工I字型托梁，美國的6家生產建筑用LVL的公司擁有16家生產托梁的工廠，加拿大的3家LVL公司都擁有這類工廠。

表2 幾種建筑結構材料的性能比較

除了用作建筑構件外，LVL也廣泛用于其他領域中，如橋梁、車輛、船舶、家具及枕木等方面。我國的一汽和二汽公司均進口過LVL生產汽車底梁和車廂板，三峽工程也用進口LVL制成混凝土模板，以提高混凝土的灌注質量并加快施工進度。國內外有關研究機構還開展了用LVL生產鐵路枕木的試驗研究。在建筑物中，非結構性LVL可以用作高級建筑物的裝飾柱、門窗框，以及一些對強度要求較高的其他地方。

國內的家具廠和門窗生產企業已經采用國產楊木單板層積材作為家具框架，與實木框架比較，這種單板層積材框架可提高強度和尺寸穩定性，具有很好的市場競爭力。目前有不少外資門窗企業紛紛尋找單板層積材作門窗生產材料，但因國內市場上單板層積材短缺，他們不得不依賴進口或用其它材料代替。

5 結語

隨著天然林木材資源的日趨匱乏，傳統鋸材供應將越來越少。利用速生人工林資源，生產類似于傳統鋸材的人造板將是今后木材工業發展的必然趨勢。單板層積材不但較好地保持了實木的結構特性，而且其規格尺寸、力學強度和耐腐、耐火等物理力學性能都可以人為設計和控制，是一種類似于實木而又優于實木的人造板材。單板層積材的用途十分廣泛，除了可以代替傳統的鋸材，用于制造各種傳統實木制品以外，還特別適用于大型木結構用材。隨著鋸材資源的日益減少，單板層積材將會成為今后木材工業的主要產品。當前我國木材總需求量約在3．0～3．2億 m3，實際供應量2億 m3，預計2015年木材總需求達4．6億m3，年均木材供應缺口總量很大，其中建筑業木材消耗約占40%以上，如果單板層積材（LVL）完全代替方木其市場容量約在1 500萬m3以上。該產品的開發利用對開展木材節約措施，提高木材綜合利用率，高效合理利用木材資源發展循環經濟具有深遠意義，相信不久的將來該產品將成為我國建筑行業的通用產品。然而我國在單板層積材方面存在生產規模小、技術相對落后、產品質量較低、應用市場還有待進一步開發等問題。相關科研院所和高校相關學科需要加強單板層積材的生產工藝技術、產品質量控制和應用市場開拓等方面的研究。

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