单板层积材的应用和发展
                         刘焕荣，刘君良，柴宇博
单板层积材（Laminated Veneer
Lumber简称LVL）是由厚单板沿顺纹方几层积组坯、热压胶合再锯割而成的材料。单向组坯、平行热压的生产方式使得LVL与实木相比具有结构均匀、强度高、尺寸稳定性好等优等，能够满足木结构建筑、桥梁、家具和交通等领域的使用要求。目前我国森林资源贫乏，再加上“天然林保护工程”的实施，人们越来越重视速生林的利用；而人工速生林材如杨木、杉木等都具有材质松软、强度低、尺寸变异性大等缺点。利用小径级低质速成生材旋切的单板生产的LVL来代替须用大径级原木锯制的大规格锯材使用，不仅可以实现劣材优用、小材大用，实现速生材的高效利用并拓宽其应用领域，同时对缓解我国木材短缺所带来的矛盾也具有重要的意义。为此，笔者阐述了结构用和非结构用LVL的研究和利用的现状，探讨了生产LVL的新工艺、新方法以及市场前景和发展趋势。
1LVL的分类
LVL由于在其规格、强度性能等方面的优势，具有非常广泛的应用范围。根据用途，LVL可分为结构用和非结构用2类。结构用LVL一般用于瞬间或长期承受载荷的结构部件，如大跨度建筑设施的梁或柱、木结构房屋、车辆船舶和桥梁等的承载结构部件；非结构用LVL主要用于家具、室内装修，如门、门窗框、室内隔板等。
1）  结构用LVL。
目前在北美有90%的住宅建筑都是木结构，因此LVL（主要是结构用LVL）成为北美发展最快的人造板材之一，在北美市场上有61%的LVL被用作工字型楼板托梁，31%被用作桁架和梁柱等，8%被用作枕木、承重墙等。2005年北美LVL产量达到9060万ft3（折合256.55万m3），比2004年上升了5%。最近10年北美LVL的生产量如表1所示。
表11995——2005年北美LVL产量
      年份1995199619971998199920002001200220042005
      产量/万m379.2990.62107.61121.76147.25138.19166.69181.12244.23256.55

美国作为最大的建筑LVL生产的消费国，目前已有多家建筑用LVL公司生产托梁，其中Trus Joist MacMillan
Limited公司注册了商品名为MicrollamTM的LVL，主要被用作桁架和工字托梁。加拿大目前有3家公司生产结构用LVL，其中Durand-Raute公司最昌开发了采用指接或斜接的方式生产大规格的LVL，并注册商品名SELECTEM，年产量达19000m3。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，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。到目前为止，在法国和芬兰也都有用法国杨木为原料的LVL工业化生。我国从1985年开始了LVL的研究工作，但结构用LVL还没出现大规模的生产和应用。
目前，在北美生产LVL原料主要为中低密度（0.29~0.693g/cm3）的树种，其中95%都为针叶材，主要有北国的松木和冷杉，以及智利南洋杉等；到目前为止在北美只有3家企业利用黄杨、桦木等阔叶材为原料生产单板层积材，有关利用密度较高的树种如桉树单板来生产LVL的研究较少。1988年Hsu等首次提出了利用不同树种单板生产LVL的方法，结果发现表层为密度较高的桦木单板与芯层为杨木单板复合而成的LVL强比纯杨木LVL有明显提高，有关其他树种之间复合的研究尚未进行。1995年Kimmel等人首次将超声波应用到单板分等技术上来，使单板在生产LVL过程中得到充分的利用。1996年，Collins等开始了利用密度较高的澳大利亚桉树（0.7g/cm3）来生产LVL的研究，结果显示：单板的旋切和LVL胶合强度是生产高密度树种LVL亟需解决的重要问题。因此，开发利用小径级人工速生阔叶材以及多种单板复合来生产强度高、性能好的结构用LVL还有待进一步的研究。
2）  非结构用LVL。
LVL除了用作结构材之外，还大量的用于家具、室内装饰、楼梯、包装（集装箱板）、运输（车厢底板）、和体育器材等。目前亚洲对非结构用LVL的使用较多，在北美和欧洲市场上所占的比例较少。非结构用LVL以日本市场最具有代表性，其占市场的77%，其中51%被用作建筑的装饰柱、楼梯扶手和地板等，7%被用作家具领域和42%被用作其它领域。我国LVL的研究和利用较少，目前主要用于包装箱板和车厢底板等。针叶材和阔叶材都可以用来生产非结构用LVL。
国内外对在家具和交通运输领域应用的非结构用LVL进行了多方面研究。早在1983年日本Watanuki等就研究了橡树、云杉层积材在框式家具上的利用。1987年Hoover等从结构性能、经济效益和LVL的回收利用探讨了红橡木、橡胶木和黄杨LVL用作框式家具零部件的可行性，结果表明在家具领域LVL不论在美观上还是性能和经济效益上都完全能够代替实木使用；并且制定了家具零部件设计规范。我国南京林业大学已研发了以毛竹和马尾松为原料的竹/木复合层积材，被国际集装箱界公认可作为龙脑香集装箱底板的替代品。2000年南京林业大学许斌等人研究了竹/木复合层积材最大静摩擦系数大于大多数木材，在板材的横向（竹材横纹方向）防止所载物体惯性移动方面优于红松。2002年南京林业大学除咏兰、华毓坤等对LVL蠕变特性、弹性模量以及静曲强度进行了研究，研究表明：LVL的蠕变特性曲线同木材的相似；通过提高LVL的密度和合理组坯是改善其力学性能和蠕变特性的较好途径。
2LVL的新工艺、新方法
用中低密度的树种生产的LVL，在用作室外建筑构件、地板及车厢底板过程中，都会出现表面硬度和强度低，尺寸稳定性和耐腐耐候性能差等问题，不能够满足使用要求。因此，在利用树脂浸渍处理木材提高其尺寸稳定性的基础上，目前在国内外都出现了有关利用树脂浸渍单板的方法来生产表面硬度高、尺寸稳定性好、具有一定的耐腐耐候性能的强化LVL的研究。
加拿大新不伦瑞克大学的M。H。Schneider在1994年和日本的中田欣作、杉本英明、井上雅文等在1997年分别进行了利用酚醛树脂浸渍处理的方法生产强化LVL的研究。结果表明，用经过浸渍处理的单板压制的LVL具有较好的尺寸稳定性，以花旗松为原料的纯顺纹密度为1.3g/m3的层积材力学强度是其平行胶合木的2~7倍。2005年中国林科院木材工业研究所张占宽、刘君良等，采用抽真空加压方式，对杨木单板进行酚醛树脂浸渍处理，制成硬度、抗弯强度、耐水性、尺寸稳定性等指标均远高于普通LVL的密实型杨木LVL。2005年中国林科院木材工业研究所王小青以浸渍酚醛树脂的杨木单板和竹帘为原料制备了竹木复合强化LVL。结果表明：该材料的MOE和MOR均达到或超过了日本农林水产省告示第237号《结构用单板层积材》中的相关规定。单板厚度、树脂浓度、压缩率对MOE、MOR有显著影响，但各个因素对材料的具体影响情况没有更深入的研究。因此，尽管目前国内外都有采用树脂浸渍的方式来提高LVL的性能，但具体的增强机理和采用其他方法来生产强化LVL也有待进一步的研究。
3LVL的市场前景和发展趋势
随着北美等国家木结构建筑的发展，在未来十年用来生产桁架、梁柱和I字型梁的结构用LVL在北美市场上仍占有绝对优势。我国对LVL的研究利用还处于萌芽阶段，但从建筑领域来看，我国仅城乡信宅建设每年消耗的木材就占全国总量的20%。据测算，到2010年我国城乡建筑木材总用量将达8550万m3，再加上家具、建筑、桥梁和运输等行业的发展，能够代替优质木材利用的LVL在国内将会有广阔的市场前景。
结合国内外森林资源和木质材料的利用现状，笔者认为LVL将会有以下发展趋势：
1）  以针叶材为原料生产建筑和桥梁等行业利用的大规格结构用LVL，在北美市场上仍将占很大优势。
2）  随着优质木材的日益减少，利用人工速生林生产LVL将会越来越受到重视。
3） 
利用多种树种复合方式生产强度较高的LVL，如表层为强度较高而芯层为强度低的单板复合的LVL也将成为LVL的发展的趋势。尤其我国竹类资源相对丰富，利用竹帘或竹席作表层单板或芯层的竹木复合型LVL在我国将有很大的发展潜力。
4）  采用新工艺、新方法来生产满足特殊场合使用的功能型LVL（如耐腐和耐候性能好的LVL）也将是LVL的发展方向。