定向结构刨花板（OSB）是以小径材、间伐材、 木芯为原料，通过专用设备加工成长长的刨片，经脱油、干燥、施胶、定向铺装、热压成型等工艺制成的一种定向结构板材。
它的表层刨片呈纵向排列，芯层刨片呈横向排列。这种纵横交错的排列，重组了木质纹理结构，彻底消除了木材内应力对加工的影响，使之具有非凡的易加工性和防潮性。
OSB被广泛用于建筑、甲板、地板、墙面覆盖物和承重支撑。
OSB制造商主要使用针叶树，也就是软木，尤其是松树和云杉，是欧洲几乎所有OSB生产线使用的主要原材料，目前没有一种OSB面板是由100%硬木制成的。
当然，制造商也会在OSB生产中使用硬木或硬木和软木的混合物。
有作者研究了细粒含量和板材密度对混合硬木OSB性能的影响。其研究结果表明，随着细粒含量水平的增加，平行弹性模量（MOE）和断裂模量（MOR）降低，而垂直值增加。
在印度尼西亚，一项研究旨在调查由橡胶木（Hevea brasiliensis Mull. Arg.）和南洋楹（Falcataria moluccana）的残余单板材料制成的复合型刨花板的物理和机械性能，作者得出结论，根据研究结果，以橡胶木和南洋楹为基材制成的复合型刨花板具有商业化的潜力。
在美国，一项工作调查了使用西方杜松（Juniperus occidentalis）作为材料制造定向刨花板（OSB）的可行性，据作者称，在相同密度水平下，杜松板的性能与南方黄松板相当或略好，但MOE除外。
世界各地的这些研究表明，研究人员有兴趣探索可用于OSB面板制造的新的替代材种。
2020年，OSB的全球产量为3590万立方米，其中美国是全球最大的OSB生产国，巴西以23.3万立方米的总量位居第18位。
在巴西，OSB完全使用松属木材（Pinus sp.）生产，该国负责生产的工厂生产13种不同质量和用途的OSB面板。该国加强了对能够替代松木的材料制成的OSB面板质量的研究，寻求使OSB制造行业的供应来源多样化。
在OSB制造中使用松树的替代材种，如Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和Schizolobium amazonicum，结果表明由这些材种制造的面板在物理和机械性能方面表现出令人满意的结果。
一方面，高密度木材的物理性能表现得更好，而低密度木材由于树脂渗透性更高，在机械性能方面相比高密度木材表现更佳。
一项研究表明，使用两种低密度热带木材（Anacardium sp.和Trattinikia sp.）具有制造OSB的潜力，根据EN 300的相应要求将其归类为OSB4。
注：EN 300是欧洲一级环保标准，相当于甲醛的E1等级。
在一项研究过程中使用五种桉树以及桉树和火炬松的混合物用于生产OSB板材，研究者观察到所使用的材种和混合物都显示出生产OSB面板的技术可行性。
使用热带美洲轻木（Balsa）木材残留物生产的OSB面板被归类为OSB1，用于内部和非结构应用研究。
根据过去的研究进行总结发现，使用替代木材材种，如热带材种，可以作为生产OSB面板的一种替代方法，只要它们与密度较低的其他材种混合。
在一些地区的木材行业，有30%至70%的原木被转化为废料。因此，利用热带木材一次和二次加工的残留物，并在面板生产中研究这些物种，可以为在亚马逊地区打造OSB工厂提供补贴。
例如，曾有使用热带木材残留物进行的一项研究表明，残留物有可能用于非结构用途、家具、工具和由短件组成的面板，提供了经济价值。
开发由森林生物质副产品制成的材料，除了显示出废物再利用的潜力外，还可以成为取代传统材料的可行替代方案。
根据Timberflor平台的数据，2020年，以原木形式收获了27180立方米比基阿木（Caryocar villosum）、50629立方米Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和12422立方米大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)。
考虑到木材加工过程中产生的大量废物，这些物种显示出作为OSB面板生产原材料的潜力。
鉴于需要进一步研究亚马逊木材在OSB制造中的性能，本研究旨在评估使用巴西木材行业未充分利用的三种亚马逊木材——比基阿木（Caryocar villosum），Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)这三种物种混合物生产OSB面板的潜力。
材料的准备过程
在研究过程中，对三种未充分得到巴西木材行业利用的亚马逊木材——比基阿木（Caryocar villosum），Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)物种进行了评估，其体积密度分别为730、530和630千克/立方米。这些物种来源于巴西帕拉州阿尔梅林Vale do Jari可持续森林管理区（南纬01°31′24′′，西经52°34′54′）。
加勒比松木材的基本密度为484.9千克/立方米，是在巴西圣保罗皮拉西卡巴的Fazenda Areão地区（南纬22°42′30′′，西经47°38′51′）获得的。
最初来源于亚马逊森林的木材被处理成木板，改造成90毫米宽、25毫米厚的砌块。然后对块体进行压热器法处理，包括施加真空和压力，直到它们在水中完全饱和。
这一过程促进了复合型刨花颗粒的产生，因为木板最初在户外干燥，水分含量约为12%。
真空和压力循环每两小时交替一次。由于上述三种物种的基本密度不同，经过压热器法花费的时间（以天为单位）不同。
因此，比基阿木（Caryocar villosum），Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)物种分别需要三天、一天和两天才能达到完全饱和。
在生成复合型木材之前，使用加热罐将砌块浸泡在90°C的热水中8小时。随后，生产出尺寸为0.65×25×90mm（t×w×l）的复合型板材。加勒比松木材不需要高压灭菌或预热，因为它是天然饱和的，易于切割。
之后，在80摄氏度的烤箱中，在强制空气循环的情况下对生成的复合型板材进行干燥，直到这些复合型板材达到3%至4%之间的最终含水量。
当我们将木材浸泡在热水中时，我们比较了经过热水浸泡前后样品中的提取物含量。
我们的目标是确定是否发生了任何变化，以及这些变化可能对OSB面板的性能产生的影响。按照NBR 14853（2010）标准进行分析，以确定总提取物含量。
对比基阿木（Caryocar villosum），Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）和大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)的随机样品进行研磨和分类，并使用保留在40目筛网上的部分进行分析。将这些经过处理后的材料放在Soxhlet大型萃取装置中，并对其使用不同的溶剂，然后进行三次萃取。
注：40目筛网指的是网孔大小为4060微米（0.160英寸）。
对于第一次提取，我们使用乙醇配甲苯（配比1：2），总提取时间为8小时。第二次提取使用乙醇，持续8小时。
第三次提取需要将锥形烧瓶中的热水置于95摄氏度的水浴中一小时，每15分钟对其进行一次均化。随后，使用经过处理的水对样品进行过滤，并在103±2摄氏度的烘箱中干燥。然后测定总提取物含量。
OSB的生产
为了粘合OSB面板，我们使用了含有53.09%固体的苯酚-甲醛（PF）树脂，以干质量复合型颗粒为基材，形成了占比为6%的固体。
此外，将1%的石蜡乳液加入到复合颗粒基材中。所有应用都是在旋转混合器中用压缩空气枪进行的。
面板内层的取向以30:40:30的比例垂直于外表面放置。使用手动液压机，施加1.6kgf/平方厘米的目标压力将垫材预压10分钟。
注：单位kgf指的是千克力，1千克力 = 9.81牛顿
随后，使用电动液压机对它们进行二次压制，在180摄氏度的温度下施加35kgf/平方厘米的压力10分钟。
生产的面板标称密度为650千克/立方米，尺寸为15.7×560×560×mm（t×w×l），将其保存在温度和湿度受控在22±2°C和65±5%的房间中，直到达到物理和机械试验的平衡湿度。
进行了物理测试，包括浸入水中2小时和24小时后的吸水率（WA）和厚度膨胀率（TS），以及厚度的止回率（NRRT），按照EN 317标准进行。
内部粘结试验（IB）按照EN 319标准进行。平行（//）和垂直（⊥）静态弯曲的断裂模量（MOR）和平行弹性模量（MOE）是根据EN 310标准确定的。
实验设计是完全随机的，由五种类型的OSB组成，进行三次复制，共有15个面板，每种面板的复合比例都不同。
在所有面板中，松木复合板在OSB面板的组成中有一定的占比。为了比较不同的混合物，在5%的误差概率水平上进行了方差分析和Tukey’s test均数统计（Tukey’s test是用于计算出数据集中最大估计值和最小估计值的方法）。
用于数据分析的统计软件为R软件4.2.2版本。获得每个面板类别的每个特性评估的平均值，然后将其与EN 300标准规定的最小值进行比较。
实验木材的萃取物含量与物理力学性能分析
关于总提取物的占比，呈现出最高的提取物含量的物种是比基阿木（Caryocar villosum），其次是大膜瓣豆(Hymenolobium excelsum)和Erisma uncinatum（萼囊花科落囊花属植物）。
根据研究者Frihart和Hunt的说法，密度越高的木材中提取物的浓度越高，这会干扰粘合剂的固化。据Iwakiri的研究报道，木材表层提取物的浓度会阻碍水的通过，延缓其蒸发速度，增加压制时间。
所以优选具有低提取物含量的木材种类，因为具有高提取物含量的木头更容易产生问题，例如，在压制循环期间提取物含量高的木材会对树脂的固化产生负面干扰，这可能导致木材颗粒之间的结合效率较低。
木材的pH值因物种而异，在3到6之间。木材中提取物的pH值会抑制使粘合剂硬化的化学反应，从而损害阻力以及胶线的充分内聚力。
众所周知，在OSB面板的生产过程中，在垫材形成的操作阶段偶尔会出现材料损失，导致面板的有效密度低于标称密度。
为了避免生产过程中的材料损失问题，在本研究中评估的面板制造计算中，添加了10%的额外材料，这就是为什么本研究中生产的面板的有效密度高于650千克/立方米的计划标称密度。
表观密度为590至800千克/立方米的面板被归类为中等密度面板。
这类面板压缩率大于1.3。木板压实比必须至少为1.3，才能让垫层实现必要的致密度，从而让复合层之间有足够的接触，这样在热压阶段能够让木板粘合良好且有着适当的固结度。
100%松木（T1）在2和24小时时表现出最高的吸水率。除了物种因素外，可能影响这一结果的另一个因素是松木的基本密度和木材混合物的密度之间的差异。
与高密度木材相比，低密度木材由于其更大的孔隙率，吸收了更多的水。与仅由低密度牧豆木(Cedrelinga cateniformis)物种组成的面板相比，具有来自五种热带物种(包括刨花板显示出较低的吸水值。
此次研究证实了研究者Lunguleasa等人所观察到的，实验室中使用软木混合物（冷杉、云杉和松树）制造的OSB面板的吸水性优于快速生长的硬木混合物（白杨、柳树和桦树）制成的OSB面板。
关于24小时后的厚度膨胀，仅由复合松木组成的OSB显示出最高的平均膨胀值；含有一定百分比的木材混合物的OSB面板显示出最低的厚度膨胀值。
研究者Zhuang等人在研究由加拿大东部软木物种制成的OSB面板的物理和机械性能时观察到，与100%由香脂冷杉颗粒组成的面板相比，含有木材混合物的面板显示出更小的厚度膨胀值。
研究者Iwakiri等人还发现，在他们采用的其他面板中，OSB面板的厚度膨胀值较低，而压缩比最高。这些结果与研究者Kelly所提到的不同，Kelly指出，面板的压缩率越大，其厚度膨胀就越大，因为在浸入水中之前，这些面板中保留的压缩张力释放得越大。
考虑到较长的浸渍时间，厚度膨胀部分是木材固有的，也是由于木材纤维素壁的化学成分中存在的羟基对水的吸附。
关于厚度的止回率（NRRT），Gorski等人发现，在由松属和边沁桉的混合物制成的OSB板中获得了32.01%的厚度止回率。这项研究的结果低于上述研究者的发现。
使用木材混合物制成的面板显示出与完全由松木复合板材制成的面板相当的机械阻力。
这一发现被证明是有利的，因为它让亚马逊木材混合物替代松木成为可能，前者的特性可与后者相似。这在松木稀缺或昂贵的时期更为有用，尤其是在巴西，该国的造纸和纤维素行业需要消费大量的松木。
关于平行方向上的MOR，值得注意的是，所有面板的值都高于EN 300标准规定的限值。
Iwakiri等研究者发现，使用混合物种生产的OSB面板的平行和垂直断裂模量分别为38.79 MPa和23.29 MPa。
Cabral等研究者在使用松树和桉树混合物生产OSB面板时，其平行和垂直MOR的值分别为30.69 MPa和22.32 MPa。这项研究的结果略高于上述作者的研究结果。
当考虑平行MOE时，EN 300规定了2500、3500、3500和4800 MPa的最小值，分别将其分类为OSB/1、OSB/2、OSB/3和OSB/4型。
根据此次研究结果，所有面板获得的值都高于所有分类中的规范所确定的值。
对于垂直方向上的MOE，该标准规定了OSB/1、OSB/2、OSB/3和OSB/4的最小值分别为1200、1400、1400和1900 MPa。
Iwakiri等研究者在研究使用顶果木（Acrocarpus fraxinifolius）、银桦（Grevillea robusta）、楝树（Melia azedarach）和红椿（Toona cilia）的木材混合物制造的OSB面板后，获得了其平行和垂直MOE的平均值分别为5732 MPa和2531 MPa。
EN 300标准规定了OSB/1、OSB/2、OSB/3和OSB/4的内部粘结试验（IB）特性的最小值分别为0.30、0.32、0.32和0.45 MPa。
结论
综合上述多位研究者的实验结果，在此初步总结出研究结论。
首先，本研究的目的是确定由未得到巴西木材行业充分利用的三种亚马逊木材（包括比基阿木Caryocar villosum，Erisma uncinatum萼囊花科落囊花属植物和大膜瓣豆Hymenolobium excelsum）与松树的混合物制成的OSB面板的物理和机械性能。
结果表明，热带木材混合材制成的复合型板材的加入显著提高了OSB板材的工艺性能。
此外，研究结果表明，所研究的物种具有用于OSB制造的潜力。在物理性质方面，观察到一些含有木材混合物的OSB在厚度上比仅由松木复合板材组成的OSB表现出更小的膨胀性。就机械性能而言，通过使用热带木材混合物（而不是松木）制造的面板有望获得更高的机械强度。
此外，在研究过程中观察到，除了在内结合力，也就是内胶合强度方面T3（由60%复合亚马逊木制成的OSB）优于T1（100%用松木复合材生产的OSB）外，其他所有阻力值在统计上都与由100%松木复合材制成的面板相似。
然而，尽管只有内结合力表现出优异的阻力，但观察到，与仅由松木复合材组成的面板相比，由亚马逊木材混合物组成的面板的机械性能显示出令人满意的结果。
因此，除了松树之外，使用三个亚马逊材种（包括比基阿木Caryocar villosum，Erisma uncinatum萼囊花科落囊花属植物和大膜瓣豆Hymenolobium excelsum）的混合物也可以用于制造OSB板材，作为一种新型板材产品参与市场竞争。
而且据观察，基于三种亚马逊材种制成的OSB面板的物理和机械性能符合EN 300标准。
然而，业内人士还需要进行更多的研究工作来深入了解热带木材在OSB面板制造方面的表现与潜力。建议在未来能够对热带木材的化学性能也进行研究，以确定化学成分对板材物理和机械强度的影响。
