单板层积材是什么？
由旋切厚单板顺纹层积胶合而制成的一种结构材料。简称LVL。
简史
单板层积材的研究开始于1944年，勒克斯福德（R.F.Luxford）指出西加云杉单板层积产品具有与实木材料相同的性能。其产品用作航空部件及家具框架。但作为新型结构材料的研究开始于60年代。科克（P.Koch）研究出用南方松旋切单板层积胶合来制造高强度的梁。70年代初单板层积材才进入大规模工业化生产。当时北美对木材需要量迅速增长，优质木材价格大幅度上升，而石油化工技术的发展使合成树脂价格不断下降，这就为利用小径原木制造单板层积材提供了有利条件。1972年鲍伦（J.C.Bohlen）论述了两种连续制造该材料的生产工艺的可行性，指出生产效率的提高抵消LVL消耗胶料多于胶合木所增加的生产成本。1973年美国、加拿大已有两个工厂用中径级针叶树材，制造大型结构件，年产量为7万立方米。到1987年已发展到4个公司，年产量达37万立方米左右。日本在第二次世界大战后，营造了大量的人工速生丰产林，到70年代后陆续进入间伐利用阶段，开始对小径原木生产单板层积材进行研究。1981年小仓高规系统地论述了高频介质加热胶合法，使小径原木LVL的制造与性能研究进入一个新的阶段，此时日本已有14个工厂生产单板层积材，其中JAS标准认可的生产厂家有4个，年产量5万立方米。现在单板层积材的工业化生产已遍布世界各地。
中国从1985年开始对单板层积材进行研究。中国林业科学研究院木材工业研究所在研究小径落叶松、马尾松原木高频胶合制造LVL的基础上，1987年在江西乐安胶合板厂用50～100厘米长的单板压制2米长的LVL，获得了良好的试验结果。同年又对速生杨木LVL进行了研究。南京林业大学等林业院校也对LVL的热压工艺作了研究。这就为LVL在中国的工业化生产打下了良好的基础。
种类
按用途可分为结构用和非结构用两种单板层积材。结构用单板层积材通常使用酚醛树脂或间苯二酚—苯酚—甲醛等一类胶粘剂；非结构用单板层积材使用脲醛树脂等二类胶粘剂。按承载方向又可分为平行层积型和垂直层积型。前者受力方向与层积方向平行，后者受力方向与层积方向垂直。
生产工艺
其工艺流程与胶合板生产类似（见图）。先将直径16～24厘米的小径原木根据其弯曲度和尖削度截成60～100厘米长的木段。高谷典良指出，落叶松小径原木经过60℃、24小时的软化处理和旋切机刀门的水平距离为单板厚度的90%时，旋出的厚单板质量最好。野崎兼司推荐热板、辊筒干燥联合使用，既能缩短干燥时间，又能保证单板干燥质量，单板从辊筒干燥机移到热板干燥机时含水率为30%。
目前应用的胶合工艺有冷压法和热压法。其中热压法又分为外部加热（蒸汽加热）和内部加热（高频加热）两种。冷压法用单板高温干燥的余热来加速胶粘剂的固化，该法设备投资省，但成本较高。蒸汽加热法生产厚LVL，热压周期长，生产效率低。美国采用分步热压法，用多台单层辊筒热压机串联起来连续胶压长大板方材。但这种工艺比较繁琐，单板层数仍然受到限制。高频介质加热法具有选择加热的特点，在板坯内部形成内高外低的温度梯度，加热时间短，压制LVL层数不受限制。因此，高频加热胶合LVL在世界上得到广泛重视。
优点和用途
单板层积材由于用旋切厚单板制成，木材损失小，利用率高；可以很好地利用弯曲度大的原木，实现劣材优用、小材大用；单板的背面裂隙有助于浸渍防腐剂等进行化学处理，以提高其耐久性；产品尺寸稳定性好，物理、化学性能均匀，力学强度变异小，设计时不需采用过高的安全系数；单板层积材垂直于层积方向（即平行于胶层方向）的抗弯强度高，使用中应使受力方向与层积方向垂直。中国东北落叶松、南方马尾松和速生杨木LVL的强度性能如下表所示。
单板层积材具有广阔的应用领域。可代替优质材用作模板梁、托梁、柱材和横担木等，也可作为家具材、门窗材及楼梯用材。在运输系统，可用单板层积材制作集装箱底板、车箱底板和壁板等。单板层积材的纵向纹理还具有天然的装饰效果。
中国木材资源甚少，优质大径级原木日减，但间伐材、速生材将相继增加，如能利用这些原料发展单板层积材的生产，将会有效地缓解优质木材供应不足的情况。
以酚类与醛类在一定条件下反应的聚合物为主体材料的胶粘剂。酚类物质主要是苯酚，还包括甲酚、二甲酚、特丁基酚和苯基苯酚等；醛类物质主要是甲醛，有时也包括间苯二酚和糠醛。酚醛树脂的正式名称是苯酚—甲醛树脂，其平均分子量不大。有水溶性、醇溶性、油溶性和乳液等几种。一般呈液态，也有粉状固态的。
酚醛树脂是第一个人工合成的树脂。1872年拜耳（A.von Bayer）发现苯酚与甲醛在酸催化下能生成树脂。1883年迈克尔（A.Michael）报告碱亦可催化得树脂。1907年贝克兰（L.H.Baekeland）获得热压工艺专利，推动了酚醛树脂的应用。1909年酚醛树脂用作木材涂料。1910年酚醛纸质层压板制成。1915年有了酚醛纤维板的专利。此后，酚醛树脂的理论研究和实际应用都得到了很大发展。
反应机理
苯酚与甲醛的反应，由于催化剂的不同和反应体系pH值的高低，反应有下列类型：
强酸催化
甲醛的水溶液是平衡体系，内含甲醛单体和甲醛水化物甲二醇的缩合物。在酸性溶液里，甲二醇第一步生成羟基甲叉阳碳离子，然后与苯酚反应，生成羟甲基酚，这一步反应缓慢。在酸性条件下，生成的羟甲基酚很快与另一个苯酚分子作用，就开始缩合反应，分子链逐步加长为线性树脂，所以强酸催化的苯酚—甲醛反应相当激烈。方程式如下：
金属离子催化
在一定的酸碱度范围内（pH4～7），以二价金属盐作催化剂，如钙、镁、锌的醋酸盐，同时酚过量。这种树脂的特点是固化速度快，生产过程中的反应热难于控制。方程式如下：
碱催化
甲醛对苯酚的摩尔比为1.5～3.0，多数大于1.5，以氢氧化钠作催化剂，可生成甲阶段酚醛树脂（简称甲阶酚）。一般公认的反应过程是：
在低于60℃和高pH情况下，羟甲基酚的缩合反应缓慢，通常在60～100℃时生成树脂。
氨催化
氨催化甲阶酚，黄色，表明有甲亚胺基（—CH＝N—），并且分子量较大，明显不同于其他碱催化反应物。已知道在氨催化的树脂中含有类似于二苄胺和三苄胺的结构。
树脂制备的发展
20世纪70年代，乳液酚醛得到应用。它以水为介质，无公害；分子量比水溶性树脂大得多，性能好。通常有两种制备方法：其一，先在碱催化下生成酚醛树脂，然后在近乎中性的条件下，借助保护胶体的作用，使树脂悬浮于水，并且分子量进一步增长。1975年，中国已用于胶合板水泥模板的生产。其二是先在碱性条件下缩合树脂到预定的分子量范围，加入乳化剂，强力机械搅拌呈乳液，制成的乳液亦已用于造纸厂抄纸机上的尼龙干网处理。高邻位线性酚醛树脂，因解决了反应热的问题而可生产。
树脂的固化
酚醛树脂的固化，是从可溶可熔的液态转变为不溶不熔的固态的过程。至今，人们对这个十分复杂的固化过程还不太清楚。甲阶酚经加热（在碱性条件下）或加酸都能固化。一般认为固化有两个阶段，先生成亚甲基醚8967，再醚键断裂，交联度增加。醚键如何断裂有不同见解，倾向性的看法是断裂成亚甲基醌，再进一步交联。甲阶酚在酸性情况下固化，其机理类同线性酚醛的生成，反应速度很快，放出的大量热又反过来促进固化。
线性酚醛树脂没有足够的羟甲基，是热塑性树脂，加入含亚甲基的成分，如六次甲基四胺才能固化。其机理尚未完全清楚，仅从固化后的树脂呈现黄色，推断含有亚胺基。
固化的酚醛树脂是无定形的，其强度低于理论计算值，显微照片显示有微泡存在。一些研究者认为交联不多，有的推断固化后的酚醛树脂有两相，高分子化合物形成的骨架和充填于骨架中的低分子化合物。
应用
酚醛树脂胶接强度高，有优良的耐水性和耐久性，耐热性也很好，一般作为结构用胶或室外用胶。胶合板常用苛性钠催化的甲阶酚，胶压的板材能耐水、耐候，如滑翔机用航空胶合板即用该胶。纤维板为了增加强度和抗水性，在加防水剂的同时，也加入碱催化的酚醛树脂，利用它在铝盐和酸作用下析出的特点，使其沉积于纤维上。刨花板用于室外或作结构材料者，需用酚醛树脂胶粘剂。由于酚醛树脂固化较慢、对刨花含水率要求严及价格较高等原因，在刨花板的生产中应用较少。旋切单板浸渍酚醛树脂（醇溶性或水溶性）可压制成木材层积塑料，用于制造机械零件、耐磨材料、纺织梭子等。纸质层压板有工业用板和装饰用板两类。工业用层压板是将浸胶纸或浸胶布组坯热压成型，用作电气绝缘材料或耐磨材料。装饰板以牛皮纸浸酚醛树脂的胶膜纸作底层，上盖装饰纸等热压成型。此外，酚醛树脂还可用于涂料、模塑、研磨材料以及制酚醛纤维等方面。
中国木材工业中常用的酚醛树脂见下表。
优点：极性大、粘接力强；刚性大、耐热性高；耐老化性好；耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌；本身易于改性，也能对其他胶粘剂进行改性。
缺点：颜色较深、有一定的脆性、易龟裂，特别是水溶性酚醛树脂与脲醛树脂相比固化时间较长、固化温度高，对单板含水率要求严格。
注意事项：
1、酚醛胶粘剂含有溶剂，一般涂胶2~3次每次均需晾置一定时间，有时还要升温烘烤后趁热粘接。
2、固化时必须施加压力，防止气孔产生，保证胶层致密。
3、升温分段进行，以使温度均匀稳定。
4、达到规定的固化时间后，应缓慢降温冷却，以避免或减少产生内应力。
5、胶含有易燃溶剂，加热固化时还会有苯酚和甲醛气味注意通风防火。
6、胶液含有无机填料的储存易有沉淀，用前一定要搅匀用后应盖严密封。
