落叶松小径木异型材刨削胶拼技术研究
集成材是板材、小方材等按一定方向胶合而成的胶合木，近些年来在国内市场备受瞩目，应用广泛[ 1 — 2 ]。集成材的推广应用，使间伐材和小径材深加工得以发展，但与实体木材比较，集成材出材率相对较低，并且产品的成本也相对高[ 3 — 4 ]。本文针对落叶松小径木异型材拼板前的刨削和胶拼技术进行了研究，采用落叶松小径木三角形异型材（图1）进行刨削胶合，突破传统刨削胶合方式，在三角形异型材刨削后直接进行拼胶，这一工艺既能降低环境湿度对基材的影响，又提高了小径材的利用率。
1 试验材料与方法。
1. 1 材料与设备。
试验用落叶松小径木材料，采自黑龙江省帽儿山林场落叶松林地，经过人工选材、剖分、干燥后，制得三角形断面的异型单元材，异型材断面的高度为3.5～5.8 cm,其材长分别为1.0、1.5、2.0 m；含水率为6%～8.5%。所用胶粘剂分别为水性高分子异氰酸脂胶粘剂（室内集成材用胶）、间苯二酚（室外集成材用胶原料）。
由于本研究中的异型材形状为等边三角形，这种特殊形状在胶拼过程中要求胶接的两个面夹角为60，针对这一特殊单元材的胶拼需要，传统的刨光机很难满足其要求（以往的刨光设备大多数是对基材的平面和立面进行刨光）。为了能达到三角形异型材的刨光要求，本试验改进了传统的刨光设备，设计了新型的刨光机。新型异型材刨光机安装了2个锥形刨刀片，2个刨刀片之间的角度定为60；刀片下方安装导轨和驱动轴，用来确保异型材在加工过程中能稳步进给；刨刀的后方安装了弹力压辊，以确保异型材能正常的紧贴导轨运行。异型材刨光机的改进保证了胶拼的最后效果。
本次试验一共刨削异型材4.5 m3。考虑到木材的各项异性和干燥过程中各向收缩不同而导致的弯曲变形，在加工之前要进行一次筛选，把弯曲、节疤较大的木材筛选出去，分选出的锯材要符合国家标准的等级，分选后的锯材再根据材体本身具体情况截断，进行二次分选。对锯材进行重复的分选工作，有利于后续的组坯胶合，如果前期对异型单元材不进行分选，直接对存在弯曲不直等缺陷的异型单元材进行表面刨光，那么刨削量过大，锯材表面会出现不平滑的现象，在刨削过程中也会出现因两端刨光过度而使刨光材弯曲不直，导致后期的胶拼工序用胶量过大，胶合强度降低，直接影响集成材的质量。经过三面刨削加工后形成的等边三角形断面，总体看效果较佳。
大幅面拼板单元材的加工工艺为：干燥材去皮加工（扇形带皮弧面）胶合面的刨削（三角形的任意俩腰）锯分（将异型材按所需厚度剖分为若干个单元材，定厚）堆垛。
集成木方单元材的加工工艺为：干燥材去皮加工（扇形带皮弧面）胶合面的刨削（三角形的任意俩腰）锯分（沿三角形高度方向）堆垛（图1）。
由于落叶松小径木属于速生材，自身强度低，生长应力大，干燥后受环境湿度影响较大，易变形开裂。试验中，如果把干燥后的异型材陈放时间过长，则小径木材易吸湿变形，研究表明，干燥后的异型材不适合放置超过2天以上。针对这一特殊情况，试验要打破传统的胶拼技术，异型材在干燥刨削后，直接进行组坯胶合即流水线式生产方式，这样就有效地避免了异型材因放置时间过长而导致的变形扭曲。三角形异型材由于体积小，小径木本身的力学强度也不高，刨削过程中又无形中降低了木材的出材率，对此考虑加大胶合压力来避免异型材的变形，利用木材学流变原理[ 5 ]，让异型材拼板中的应力在放置一段时间后慢慢释放。如此操作也有一些弊端，如增大压力，载荷力也随之增高，会消耗更多的能耗和放置的时间，对企业大量的流水线生产产生不利的影响。
在试验的过程中发现，异型材胶合强度与加压载荷有关，如果胶合压力过大，会导致异型材胶合面胶量减少；而压力过小，但胶合面施胶量过大则影响胶合强度[ 6 — 7 ]。为了找到符合三角形异型材成材的胶合载荷，为日后企业生产提供理论依据，试验过程中把加压载荷设定成三组分别进行了试验（表1），胶合的表面压力设定为0.8～1.2 MPa；考虑到胶合面与水平面间存在角度问题，水平方向胶合压力设为（0.8～1.2 MPa）/cos30。
2 试验结果与分析。
在三角形异型材刨削过程中，异型材的长度不易过长，研究表明，异型材过长，干燥后多弯曲变形。为此，根据异型材原木的初始径级截取三角形异型材的长度：径级在 12 cm左右，异型材的长度控制在1 m左右；径级在14 cm左右，长度控制在1.5 m左右，通过试验结果分析，异型基材的最大长度不宜超过1.5 m。从刨削后基材的表面纹理看，异型单元材上都会有纹理，由于三角形异型材为三个面的等边三角形，三个面一面为弦切面，表现为弦切纹理；其他两个面是径切面，表现出的纹理为径切纹理。三种纹理在拼板过程中有不同的拼接表现方式，其中，径切面与弦切面胶合时，拼接面表现为径切纹理，表面既直顺又美观；把径切面作为胶合面时，拼板后的表面节子会很多，但是更能显现木材的自然本色；还有一种拼板方式是将弦切和径切纹理互相交错组坯，拼板后的异型材表面则会呈现两种不同纹理的交错，也很美观实用，可供做不同的需求。
从刨削的最终效果来看，大多数被刨削的两个拼接面基本都能保证夹角为60，为下道工序的顺利进行提供了保障；也有少部分试材在刨削后表面不平整欠光滑，这主要是因为有少部分异型刨光材在进料时，由于刀片背面的压辊压力过大而使异型刨光材被过度压在导轨上，加大了摩擦阻力，使试验中正在刨光的异型材驱动力受到影响。 针对表面不平直这一现象，可将现有的自由辊压滚改为驱动辊压滚，这样就可以保证有足够的压力，避免压力过大使试验材刨削时驱动受阻。在试验的过程中，为了更好地实现试材表面平整光滑而不影响最后的拼接效果，可用平刨对不平直的试材进行二次加工，为达到后续拼板的要求提供了保障。
3 结 论。
3. 1 本试验在加工前进行异型材分选工作，经过严格的分选后再实施刨削，这种方式能保证胶拼时的胶合面更加严密，使拼板后的胶合强度不会受太大影响。在刨削的试材长度上也有所细化，试验结果表明，异型单元材的长度不宜超过1.5 m。在异型材胶合方面，试验表明，按不同的组合方式进行胶合，可以开发出不同用途的集成材产品。试验结果提出，异型集成材作为室内外非结构用材，可以根据具体的环境选择相应的胶黏剂。另外，集成材拼接过程中，加压载荷对胶合强度的影响起着至关重要的作用。
3. 2 集成材在材料的加工稳定性上要优于实体木材。在此基础之上，要改变集成材常规加工模式，在满足集成材各项指标的基础上，不断提高小径木的利用率，并不断开发相关的机械设备，以实现小径木异型材的集成加工。
参考文献［1］ 吕海东， 李月. 非结构集成材加工技术及质量控制［J］. 林业机械与木工设备， 2010, 38(3)： 54 — 56.
［2］ 李坚. 新型木材［M］. 哈尔滨： 东北林业大学出版社， 2002.
［3］ 王宏棣， 何金存， 张佳彬. 人工林结构用材的现状与发展趋势［J］. 林业机械与木工设备， 2007， 35(3)： 13 — 15.
［4］ 全山虎， 庞凤艳. 温度对落叶松小径木异型材弦向干缩系数的影响［J］. 森林工程， 2012， 28(6)： 11 — 14.
［5］ 孙耀星， 刘一星， 方桂珍. 浅谈辊压法木材防护浸注技术［J］.林产工业， 2005(2)： 8 — 14.
［6］ 郑瑞琪. 胶层厚度对胶接性能的影响［J］. 粘结， 1990， 11(4)： 33.
［7］ 任晓峰. 落叶松结构用集成材胶合工艺技术的研究［D］. 北京： 北京林业大学， 2008.
第1作者简介： 周亚菲（1983—）， 女， 工程师， 研究方向： 木材干燥及木材改性。
通讯作者： 吕蕾（1978—）， 女， 副研究员， 主要从事木材加工研究。
收稿日期： 2016 — 11 — 12。
（责任编辑： 潘启英）。