单板层积材的生产与应用现状分析

黄 彬，罗建举

（广西大学 林 学院，广西 南 宁530005）

1 引言

随着国民经济的快速发展，我国对木制品的需求量日益增大，自1998年我国实行“天然林保护工程”以来，全国各地相继采取了封山育林的措施，各主要林区纷纷减少木材采伐量，这使得木材供需矛盾更加突出。大力发展人工林是缓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，往往长到径级才达到十几厘米就被采伐，因此不可避免地出现了径级小，幼龄材比例大，材质不如天然成熟林等问题，主要表现为材质松软、力学强度低、尺寸稳定性差，使木制品的加工性能和产品质量受到一定程度的影响［1］。面对这种情况，木材加工行需要考虑如何用这些速生林木材生产出强度高、性能稳定的优质人造板以替代大径级结构用原木，从而缓解日益紧张的木材供需矛盾，单板层积材的生产是解决结构用材短缺的有效途径。

单板层积材（Laminated Veneer Lumber）简称LVL，是多层旋切单板按顺纹（也可以加入横纹单板）组坯胶拼压合而成的高性能、高附加值产品，它不但保留了许多天然实木材的优良性能，还具有结构均匀、强重比高、加工性能好等特点，且具有良好的尺寸稳定性和抗震减震性［2］。单板层积材厚度一般为18～75mm，其长度可以不受生产方式的限制。单板加工所用的原料为径级250mm左右的速生小径材和间伐材，树种可为桉树、杨木及其他软阔叶材，这类原料来源广泛、价格低廉。

作为一种新型人造板材，单板层积材的研究开始于20世纪70年代初。当时北美木材需求量迅速增大，优质木材价格高涨，而由于石油工业发展迅猛，其副产品合成树脂价格不断下跌，从而促进了利用小径木生产单板层积材的研究［3］。首先美国和加拿大研究机构几乎同时开发了单板层积材的制造技术。随后，1976年芬兰Raute公司和Finforest公司合作开发并建成了世界上第一条在胶合板生产线基础上改造而成的单板层积材生产线［4］。目前美国Trusjoist公司是世界上最大的单板层积材生产厂商，而芬兰Raute公司是单板层积材生产设备的主要供应商。

2 单板层积材生产工艺

单板层积材的生产工艺与胶合板的生产工艺相近，这两种生产工艺中的单板制备过程几乎相同。主要的差别在于组坯、热压和产品的后期处理等工段（图1）。

图1 单板层积材生产工艺

杜国兴［5］采用了分步热压法来缩短热压周期，提高生产效率。芯层两张单板首先热压，然后卸压，取出板坯，并迅速将一张单面涂胶单板覆上其表、背面，再进行热压。如此反复，直至达到设计厚度。试验研究表明：在一定范围内提高热压温度、单位压力或延长热压时间有利于提高LVL的力学性能。

徐咏兰［6］等人研究发现与传统热压方法相比，喷蒸热压工艺在缩短热压周期、提高生产效率和产品质量等方面具有显著的效果。于长海［7］等人参照标准《构造用单板层积材，日本农林规格》［8］获得冷压法制造结构用LVL的最佳工艺应为：选用间苯二酚树脂胶，压强为0．98MPa，加压时间为7h，陈放时间为40min，涂胶量为180g／m3，养护7d以上。用此工艺生产的LVL的性能均高于日本标准。韦益民［9］等人发现采用热——冷二步法制造的LVL质量较好，能明显改善产品在厚度方向力学性能的均匀性。

以上加压工艺各有特点：分步热压法使胶层离热压板的距离始终只有一个单板厚，因而传热时间短，另外每次热压好的板坯表面有一定的余热，从而缩短了热压周期；喷蒸热压也能显著缩短热压时间；通过研究冷压工艺，可以研制出符合日本标准的结构用LVL；热～冷两步压制法发挥了两种不同压缩工艺的优越性，避免了一步热压法在热压过程中板坯厚度方向的温度梯度导致中心附近各层内的胶合强度下降和冷固胶价格高的缺点，但是热～冷两步压制法和分步热压法由于生产过程较为烦琐，生产效率低，难以实现大规模工业化生产。

3 单板层积材的生产状况

3．1 国外生产状况

美国作为最大的建筑用LVL生产和消费大国，目前已有多家公司生产建筑用LVL托梁等产品，其中Trus Joist MacMillan Limited公司注册了商品名为MicrollamμÄLVL的商标，产品用于桁架和工字托梁。加拿大目前有3家公司生产结构用材LVL，其中Durand～Raute公司最早开发了采用指接或斜接的方式生产大尺寸规格的LVL，并注册SELECTEM商标，年产量达19 000m3。在亚太地区，LVL的生产能力以年均10%的速度增长，印尼有2条LVL生产线，新西兰有1条生产线。日本神户大地震之后大量推广木结构房屋，日本将成为仅次于美国的第二大建筑用LVL生产国，其生产能力约为加拿大的2倍，共有LVL全套生产线4条。欧洲LVL工程协会（ELVE）及英国建筑研究协会，都研究了杨木LVL的应用［10］，表1为北美2000～2005年单板层积材的产量。

根据美国工程木材协会（APA）2007年的年报，北美结构木质板生产量为37．3亿m2，比2006年减少了2．0亿m2，其中单板层积材的产量减少约12%。这主要是由于美国的住房开工量在减少，2006年为180万套，2007年减少到152万套，住宅建设占单板层积材市场需求量的75%。但从长期来看，单板层积材的生产前景是乐观的，因为预期住房市场开始恢复，并将在其后的几年中有所增长。2008年，美国的住宅开工量达到165万套，2011年再次达到最高峰时约190万套。随着国际商品房市场的升温，单板层积材的需求量将继续增大。

表1 北美2000～2005年单板层积材的产量 万m3

3．2 国内单板层积材生产现状

我国单板层积材的发展，可以说是从胶合板生产线上演化而来的。2000年华东地区，一些企业开始用杨木生产非结构用单板层积材，用来制造家具。吉林省一些企业用落叶松为原料，生产单板层积材出口到日本［10］。还有一些企业生产单板层积材用于车厢地板和集装箱底板，但规模都很小。目前，浙江、江苏、山东等地有年产3万m3的单板层积材生产线，全国产量较大的企业有10家左右，主要分布在胶合板产业发达的地区。国内单板层基材的发展潜力很大，但现有的单板层积材的质量与国际市场相比还存在着较大的差距。

目前在中国内地建造的木结构房屋约有3 000栋，计划再建9 000栋。估计中国内地5年后，每年建造的木结构房屋数量将达到15 000栋，木结构建筑的发展将为单板层积材带来广阔的应用前景。但是我国发展单板层积材也面临着多方面的困扰，如原材料供应紧张，价格上涨；近两年国际房地产市场仍处于低迷状态，我国木结构房屋的发展尚需要一定时间；由于产业不规范和质量等因素，我国生产的单板层积材与马来西亚和印尼等国家相比处于劣势；我国胶合板产业存在着企业规模小、市场不规范、产品质量不高等问题，从胶合板行业演变而来的单板层积材产业不可避免的存在着这些问题。

2008年北京奥运会鸟巢体育场建设等一些大型建筑工程就应用了进口结构用单板层积材，同时非结构用单板层积材也开始在包装行业应用。我国是具有悠久的木结构房屋建筑传统，汶川大地震后，人们开始重新重视木结构房屋的优异抗震性能，据新华社的报道，8月28日，四川都江堰市向峨小学重建项目建成，抗震标准为8度设防，是新中国第一个采用全木结构建造的大型公用建筑。此次四川灾后重建的木结构工程，除向峨小学外，还包括绵阳市特殊学校、北川擂鼓中心敬老院。此外，在四川省青川县的农村住宅建设中，正在进行轻型木结构示范工程，目前已建成2幢样板建筑。中国包联机械工业包装分会2007年8月14日至17日召开了三届四次理事会，重点讨论了如何贯彻国务院领导和国家发展改革委领导对机电产品包装推广应用“单板层积材”等节材代木包装材料的批示意见，会议认为使用单板层积材等节材代木包装材料符合国家建设节约型社会政策，应该大力推广使用。

2006年，我国为结构用单板层积材的生产制定了相应的国标（GB～T20241～2006），使单板层积材的生产和检测有了规范，这将在一定程度上促进我国单板层积材产业的健康发展。

4 单板层积材的应用分析

LVL的应用范围十分的广泛，在建筑方面，LVL能制成长度超过20m的建筑构件，用于建筑托梁，屋顶桁架、工字梁等构件，也可加工成门窗的横梁，内部墙壁支柱和门窗框、楼梯等建筑部件。由于单板层积材结构稳定，且具有很好的防火性能，其尺寸稳定性要优于胶合木和实体木材，耐火性优于钢材。因此，LVL非常适合用于建筑中各种承重结构件，并且能在经济上与钢材、胶合梁和锯材相比具有一定的竞争优势。LVL可以制成各种规格，减少浪费和再加工工序；它的重量轻，可降低安装成本，提高施工安装速度。由此可见，单板层积材是一种理想的建筑结构用材。表2对比分析了建筑结构材中常用的几种材料的力学性能和规格尺寸。

在北美国家，LVL大量用于生产I字型楼板托梁，这种托梁将定向刨花板（OSB）与LVL组合，制成力学性能良好的大规格建筑构件。其I字型的翼缘由LVL制成，中间腹板是定向刨花板，充分发挥每种材料的力学性能。现在美国普通住宅的建筑构造设计中常用的方法是以少量的钢柱和钢梁组成主框架，在主梁上架设I字型托梁，其间距一般在500mm左右，托梁上面铺设人造板作为承重楼板，然后铺设地面材料。由于这种LVL I字型托梁在使用性能和经济方面的优越性，使得其在北美的消费量从1987年的26万m3，增长到1997年106万m3。目前有55%的LVL用于加工I字型托梁，美国的6家生产建筑用LVL的公司拥有16家生产托梁的工厂，加拿大的3家LVL公司都拥有这类工厂。

表2 几种建筑结构材料的性能比较

除了用作建筑构件外，LVL也广泛用于其他领域中，如桥梁、车辆、船舶、家具及枕木等方面。我国的一汽和二汽公司均进口过LVL生产汽车底梁和车厢板，三峡工程也用进口LVL制成混凝土模板，以提高混凝土的灌注质量并加快施工进度。国内外有关研究机构还开展了用LVL生产铁路枕木的试验研究。在建筑物中，非结构性LVL可以用作高级建筑物的装饰柱、门窗框，以及一些对强度要求较高的其他地方。

国内的家具厂和门窗生产企业已经采用国产杨木单板层积材作为家具框架，与实木框架比较，这种单板层积材框架可提高强度和尺寸稳定性，具有很好的市场竞争力。目前有不少外资门窗企业纷纷寻找单板层积材作门窗生产材料，但因国内市场上单板层积材短缺，他们不得不依赖进口或用其它材料代替。

5 结语

随着天然林木材资源的日趋匮乏，传统锯材供应将越来越少。利用速生人工林资源，生产类似于传统锯材的人造板将是今后木材工业发展的必然趋势。单板层积材不但较好地保持了实木的结构特性，而且其规格尺寸、力学强度和耐腐、耐火等物理力学性能都可以人为设计和控制，是一种类似于实木而又优于实木的人造板材。单板层积材的用途十分广泛，除了可以代替传统的锯材，用于制造各种传统实木制品以外，还特别适用于大型木结构用材。随着锯材资源的日益减少，单板层积材将会成为今后木材工业的主要产品。当前我国木材总需求量约在3．0～3．2亿 m3，实际供应量2亿 m3，预计2015年木材总需求达4．6亿m3，年均木材供应缺口总量很大，其中建筑业木材消耗约占40%以上，如果单板层积材（LVL）完全代替方木其市场容量约在1 500万m3以上。该产品的开发利用对开展木材节约措施，提高木材综合利用率，高效合理利用木材资源发展循环经济具有深远意义，相信不久的将来该产品将成为我国建筑行业的通用产品。然而我国在单板层积材方面存在生产规模小、技术相对落后、产品质量较低、应用市场还有待进一步开发等问题。相关科研院所和高校相关学科需要加强单板层积材的生产工艺技术、产品质量控制和应用市场开拓等方面的研究。

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