（木材科学与技术专业论文）速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究.pdf

摘要 本研究以速生杨木和速生杉木为对象，对这两种材质较差的速生木材用于制 造高档室内装饰材料的生产工艺进行了研究，希望探索一条以利用速生工业林为 主的低质木材逐步取代天然林而用于木材深加工和创造高附加值产品的新用途， 提升传统产业、开拓新的市场。此研究符合国家林业发展政策。 本课题在研究中分别就现有的生产工艺进行了分析，通过对杨木的变形、杨 木的蓝变、指接耗材过大、异型截面工件腻子涂布与砂光困难、杉木年轮膨胀、 杉木树节油脂渗透、底层透色、涂层( 腻子) 气泡、腻予附着力差等生产中的具 体问题进行了探讨，进行了大量的试验，优选出的以o 5 0 百菌清+ 0 3 0 硼酸 + o 3 0 9 4 消毒液为主要原料的杨木防蓝变剂，能有效地防止速生杨木的快速蓝 变。通过采用自然干燥降低速生杨木的初含水率、提高窑内循环风速、提高介质 温度、合理选择循环风向、高温水汽预热、将传统窑体进行适当的改造以提高热 效率等措施，在保证干燥质量的情况下，将速生杨木的干燥周期缩短了3 天。 同时，针对装饰线材截面变化大而难于填刮腻子的特点以及速生木材涂层易出现 气泡、脱落、透色、膨胀变形的特点，提出了直线异型截面涂装与涂层气泡消除 技术、水性腻子的快速干燥技术、防止杉木年轮膨胀技术、杉木抽提物渗透的处 理技术、热量循环与综合利用技术以及减少木质原材料的消耗的新的生产工艺与 技术，此外，还通过对杨木和杉木的材质特性的分析，提出了有效解决腻子附着 力差的方法。 通过本课题的研究，总结出了套利用速生木材制造高档室内装饰材料的新 工艺，成功地解决了速生杉、杨木制造线型室内装饰材料中所遇到的各种技术问 题，不仅降低了生产成本，提高了产品质量和产能，而且使得速生木材制造高档 装饰材料的生产工艺更加合理，真正实行了工业化生产。此套工艺和方案，通过 在工厂的实际应用，取得了良好的效果，按照此工艺生产的产品全部出口到美国 和加拿大，经过严格检验，产品百分之百合格，同时，本课题的部分研究结果已 在国内有关专业杂志上公开发表。 关键词：速生木材；环保装饰材料；生产工艺 a b s t r a c t t h i sp a p e rt o o kf a s t g r o w i n gp o p l a ra n dc h i n e s ef i ra so b j e c t sd i s c u s s i n gt h e c r a f to fm a k i n ge n v i r o n m e n t a ld e c o r a t i v em a t e r i a l sf r o mt h et w o p o o rq u a l i t y f a s t - g r o w i n gw o o dw h i c hi san e ww a y t oc r e a t eh i g hv a l u e a d d e dp r o d u c t sw i t hp o o r q u a l i t yt i m b e rt os u p e r s e d en a t u r a lw o o d s ，t op r o m o t et r a d i t i o n a li n d u s t r y , e x p l o r e a n de x p a n dn e wm a r k e t s i ta l s om e e t st h ep o l i c ya b o u td e v e l o p i n gt h en a t i o n a l f o r e s t r yi n d u s t r y c u r r e n tc r mw a sa n a l y z e di nt h i sp a p e r t h r o u g ht h ed i s c u s s i o no fn i n em a i n p r o b l e m st h a to c c u ri np r a c t i c eu s u a l l y ，w em a k el o t so fp r a c t i c ea b o u tt r a n s - m u t a t i o n o f f a s t g r o w i n gp o p l a r , b l u i n go ff a s t g r o w i n gp o p l a r , o v e r - c o n s u m i n go nf i n g e rj o i n t ， t h ed i f f i c u l t ya b o u tw o o dp u t t y sf i l l i n ga n ds a n d i n g ，t h ea n n u a lr i n g ss w e l l i n ga b o u t c h i n e s ef i r , r e s i nf i l t e r i n gi nt h ek n o to fc h i n e s ef i r , c o l o rp e r m e a t i n gf r o mb o t t o m c o a t ，c o a tv e s i c l e s ，l o w e ra d h e s i v es t r e n g t ho nw o o dp u t t y , e c t a na n t i b l u i n g m e d i c i n e ，w h i c hw a sm a d eu po 5 0 c h l o r o t h a l o n i l ，0 3 0 b o r a c i ca c i d ，o 3 0 9 4 d i s i n f e c t o r a l lt h ep r o b l e m sw e r ep r o v e dt ob ee f f e c t i v e u s i n gt e c h n o l o g yl i k e i n c r e a s i n gw i n ds p e e di nt h ed r yk i l n ，h e i g h t e n i n gt h et e m p e r a t u r eo ft h ed r y i n g m e d i u m ，s e l e c t i n gt h ep r o p e rd i r e c t i o no fw i n d ，p r e h e a t i n gw i t hh o tw a t e rv a p o r , i m p r o v i n gt h et r a d i t i o n a lk i l n ，e t c t h ed r y i n gc y c l eo ff a s t g r o w i n gp o p l a rw a s s h o r t e df o rt h r e ed a y sw i t hd r y i n gq u a l i t yg u a r a n t e e m e a n w h i l e ，a i m i n ga tt h e f o l l o w i n gd i f f i c u l t i e s ，w h i c hi n c l u d i n gd i f f i c u l tt os p r e a dp u t t yh a p p e n e di nt h e s e c t i o na b n o r m i t yo fd e c o r a t i v em a t e r i a l s ，c o a tv e s i c l e s ，d i s t o r t i o n ，s o a k i n gc o a t w e p u tf o r w a r ds o m en e wt e c h n i q u ea b o u tc o n t r o l l i n gt e c h n i q u ei nf i l l i n gt e c h n i q u e a b o u tl i n e - s p e c i a ls e c t i o na n dc o a tv e s i c l e s ，f a s t d r y i n gt e c h n i q u eo nw a t e r - w o o d p u t t y , s a v ew o o dm a t e r i a l ，d i s s o l u t i o no na n n u a lr i n g ss w e l l i n ga b o u tc h i n e s ef i r , p e r m e a t i n gi n c l u s i o no fc h i n e s ef i r , i m p r o v e m e n to fa d h e s i v es t r e n g t ha n ds oo n d u r i n gt h er e s e a r c h ，af i l l i n gm a c h i n ea n dah o t c i r c u l a t i o nb o xw ei n v e n t e da n d i m p r o v e d ，w h i c hi saw a yt om a k et h ec r a f t sa n dt e c h n i q u em o r er e a s o n a b l ea n d p r a c t i c a la sw e l la sh a v i n gm o d e r ni n d u s t r i a l i z a t i o nr e a l i z e d t h o u g ht h er e s e a r c h i n gt h i sp r o j e c t ，w eg o tas e r i e so fn e wc r a f t su s i n g f a s t 。g r o w i n gw o o d st op r o d u c et o pg r a d ei n d o o rd e c o r a t i v ep r o d u c t s s o l v i n ga l l k i n d so ft e c h n i c a lp r o b l e m sh a p p e n e di nt h es t u d y n o to n l yt od e c r e a s et h ec o s t ，b u t a l s ot oi m p r o v et h eq u a l i t y , r a i s et h eo u t p u to f p r o d u c t s ，p r o m o t et h ep r o d u c i n ga b i l i t y a n dm a k et h ep r o d u c t sc r a f t sm o r er e a s o n a b l y , a c t u a l i z et h em o d e r n i z e dm a n u f a c t u r e p r a c t i c i n gi nf a c t o r yt h es e r i e so fc r a f t sa n dp r o j e c tg o tap e r f e c te f f e c t t h ep r o d u c t s a r ee x p o r t e dt oa m e r i c aa n dc a n a d at o t a l l y , w h i c ha r ep r o d u c e df o l l o w e db yt h i sn e w t e c h n o l o g yt h ep r o d u c t sg o tah i g hq u a n t i t yc e r t i f i c a t i o nu n d e rt e s ts t r i c t l y , a tt h es a m e t i m e ，s o m er e s u l t sw em e n t i o n e dh a v ea l r e a d yp u b l i s h e do nc e r t a i np r o f e s s i o n a l m a g a z i n e s k e y w o r d s ： f a s tg r o w i n gw o o d ，e n v i r o n m e n t a ld e c o r a t i v em a t e r i a l s ，m a n u f a c t u r i n gc r a f t s i v 原创性声明与版权使用授权书 留a - 2 1 法 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为获得中南林学院或其他教育机构 的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己 在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： ，n ，- r年 学位论文版权使用授权书 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版，允许论文被查阅或借 阅。本人授权中南林学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： l 、 保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、 不保密口。 ( 请您在以上响应方框打“ 作者签名：哆寸矗牛 i 7 1 引言 在经济迅速发展的同时，人们对生存环境的关注也越来越多，绿色、环保、 高效将主导未来的消费潮流。森林是地球的氧气库、是生命的保护伞，保护森林 资源是保护环境的重要手段。 随着人们的生活水平的不断提高，对木材这种天然资源的需求量也越来越 大，目前市场上主要的木质室内线性装饰材料大部分是以高档硬质阔叶材为主， 但随着人们环保意识的加强以及阔叶材资源的逐年减少，特别是实施“天然林保 护工程”以来，高档硬质阏叶材的使用已经开始受到了限制，速生木材的开发与 利用将成为新的目标。因此，将现代科技注入到木材加工行业中去，提升传统产 业、开拓新的市场，提高速生木材的附加值完全符合国家林业产业发展方向。 近年来，我国在速生木材方面的研究取得了巨大的成就，但就利用速生木材 制造高档室内线性装饰材料方面的研究还不多，国内只有极少数的生产工厂，而 且产品还存在着较大的质量问题，在国际贸易中经常遇到索赔和退货的情况，使 生产工厂遭受损失。 本课题以速生杉木和杨木为对象，就实际生产中容易出现的9 个具体问题从 理论与实践相结合的方式进行了深入的探讨与研究，提出了一套适合现代工业化 生产的、利用速生木材制造高档室内装饰材料的方案，通过在工厂的实际应用， 取得了良好的效果，按照此工艺生产的产品己将近2 0 0 0 m 3 ，全部出口到美国和 加拿大，经过严格检验，产品百分之百合格，引起了美国和加拿大客商的极大兴 趣，用加拿大w e s t o n 公司总裁n i c k 的话说此项工作是“g r e a tj o b ”，虽然比较 夸张，但也说明了本课题的研究有利于速生木材的开发与利用。同时，本课题的 部分研究结果己在国内有关专业杂志上公开发表。此外，本课题的研究内容已确 立为沅江市作为科技重点县市的主要科技项目之一。 2 0 0 5 年3 月1 8 日 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 1 综述 速生木材主要是指生长周期短、成材速度快的木材，如湖南地区的速生杉木 ( c u n n i n gl a n c e o t a t a ) 、湿地松( p i n u se l l i o t t i i ) 以及洞庭湖区种植的速生 杨木( p o p u l u sd a v i d i a n a ) 就属于这一类，此类木材除了生长速度快、成材时 间短等优点外，同时也还具有：材质疏松、早晚材区别较大等不足。 速生杉木的种植在我国具有悠久的历史，是南方各省的主要用材林，使用非 常广泛。速生杨木是我国短周期工业用材林的主要树种之一，近年来引进的南方 型美洲黑杨己广泛的种植，并得到了良好的利用。 由于现正在大力提倡种植速生杉木和速生杨木，所以，速生木材的综合利用 将会成为木材行业研究与开发的重点，因此，在本研究中主要以这两种树种作为 研究对象。 1 1 速生木材综合利用的研究动态 近年来，由于天然林的减少，人工速生林作为短周期工业用材林逐步受到重 视，国内外对其综合利用的研究也越来越多，而且已经取得了卓有成效的进展。 在我国现阶段大力提倡种植速生杨木和速生杉木。 1 1 1 国内外速生杨木的加工利用状况 1 1 1 1 人造板工业 速生杨木已经成为我国人造板工业的主要原材料之一，在我国的华北、华 东、及中南地区，有数千家胶合板生产企业利用当地丰富的速生杨木资源生产单 板、胶合板、细木工板、实木拼板和l v l 等人造板，以及利用杨术的小径材、枝 桠材和加工剩余物用作刨花板和纤维板的原材料。这些板材一般只用作家具制造 和室内装饰的基材，主要是用于满足国内市场和低端消费。 在国外，速生杨木早在上世纪5 0 年代就已经成为人造板工业的主要用材林， 主要用于制造刨花板、纤维板、细木工板等，经过多年的研究，已经形成了一套 十分完整的工艺。 1 1 1 2 造纸工业 研究表明。1 ，速生杨木与云杉相比虽然纤维长度短，但其他的特性与之类似， 材色洁白、制浆率高，是一种较好的造纸原材料，近年来，杨木造纸技术取得了 突破性进展，人工速生杨木常用于漂白化机浆。以意大利杨i 一6 9 、i 一7 2 、i 一2 1 4 为原材料，采用先进的制浆技术，可以取得5 7 6 0 9 6 的化学浆。现在，杨木在造纸 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 工业上的使用量越来越大，许多纸业集团已经将目光盯在速生木材上了。 1 1 1 3 装饰行业 在许多人的眼中，速生杨木属于低值木材，因此在装饰行业中使用不多。前 几年，许多人造薄木是以速生杨木为主要原材料，采用仿真技术，将其加工成仿 名贵木材的花纹和图案，但由于其品质与天然薄木相差甚远，加之人们审美观念 的变化，很多消费者对其逐渐失去了兴趣，这几年在市场上的占有量已经较少了。 1 1 1 4 实木加工行业 在实木加工行业中，真正使用速生杨木制造高档家具和其它大型木制品的报 道还不多见。在国外，有些构件也是将速生杨木进行改性后再使用的，速生杨木 的改性技术主要是解决杨木材质松软、强度低和稳定性差等问题，以提高使用价 值，目前可以工业化生产的主要有两种：一是采用有机单体浸渍木材，填充木材 细胞壁，再加热固化。1 ，改性后的速生杨木具有较强的硬度和良好的尺寸稳定性。 另一种是用低分子量的树脂浸渍杨木，从而得到抗弯强度高、弹性模量大的改性 实木。但由于成本较高，且工艺复杂，加之使用了大量的单体和树脂，基本上改 变了杨木的基本性状，目前国内还未见大批量生产。 以上几种是目前速生杨木综合利用的主要途径，此外，l o r a 在1 9 7 9 年创造 了一种氢化杨木的技术，有效地分解木材中的木质素、纤维索和半纤维素，可提 取木糖及各种糖、乙烯醇。每吨杨木可生产2 7 0 升乙烯醇和1 2 0 k g 木质素，其能 量回收率为5 0 。b o o c o c k 也成功地将杨木氢化为“木油”，其热值为3 5 3 8 兆 j k g ，可与原油相比，每吨木质生物量可以转化成3 1 7 桶石油，每公顷速生杨 木能生产6 0 桶石油“ 。 1 1 2 国内外速生杉木的加工利用状况 杉木是我国主要速生人工林树种之一，速生杉木的密度低，其强度也较低， 目前，速生杉木的综合利用主要体现在以下几个方面： 1 1 2 1 杉木细木工板和指接拼板 现在杉木人工林使用较多的是用于作细木工板的芯板，沈哲红等对其进行了 探讨“3 ，系统地研究了杉木芯板的制作工艺与细木工板性能的关系，结果表明， 在芯板制作中采用不同的热压温度、芯条涂胶量、芯条含水率和芯条含水率均匀 性均对细木工板的性能有较大的影响，目前，利用速生杉木制造细木工板的工艺 已经很成熟了，生产的板材的质量也越来越高。同时，杉木指接拼板的用量也越 来越大，但由于树节较多，现多用于低档装修。 硕士研究生学位论文 速生材割造高档装饰材料生产工艺的研究 1 1 2 2 杉木单板层积材 有关专家对用人工林杉木制造单板层积材( l v l ) 进行了研究，采用二次正 交旋转组合设计，系统分析了热压温度、热压时间及热压压力三因子与l v l 物理 力学性能的关系，并得到了实验室制作杉木l v l 的优化工艺。研究结果表明，人 工林杉木l v l 的物理力学性能优越，但出材率降低，同时，在现行旋切工艺条件 下，速生杉木旋切单板背面裂隙较大，在生产工艺方面还有待于进一步改进与提 高。 1 1 2 3 速生杉木的整形 木材的整形技术是应用木材可塑性原理，加热处理木材使之塑化后经过压缩 整形处理，使木材从原木状态直接加工成方形木材。整形后的木材质地坚硬、密 度大、强度和耐磨性提高，可作为建筑和室内外装饰材料”1 。2 0 世纪9 0 年代初， 日本曾利用微波加热方法使杉木软化，然后在压缩装置上压缩整形，这一技术为 中小径级问伐材( 幼龄材) 的合理利用提供了一条有效的出路，并可将低质材加 工成为优质材“1 。国内已经开始了这一方面的研究工作，但离工业化生产还有一 段距离。 1 1 2 4 杉木的浸渍改性 采用脲醛树脂( u f ) 浸渍后热压的方法，对速生杉木气干材进行改性。试验结 果表明，改性后杉木的静曲强度平均提高4 2 ，弹性模量平均提高1 7 ，吸水率 平均降低4 5 ，吸水厚度膨胀率基本无变化蜘。同时，国内外还有关于利用其他 化学手段改性杉木的报道，但化学物质对环境会造成或多或少的影响，不利于环 保的要求。 1 1 2 5 速生杉木的压缩 日本、美国等国家的研究人员已经研究和开发速生材密实化的方法“，采用 压缩或表面密实的方法来提高速生材的密度。国内的一些科学研究人员也开始研 究用热压干燥的方法将其压实，以增加密度 1 1 1 。但是，热压后的杉木板材尺寸不 是很稳定，力学性能和强化效果在工业化生产中难以达到实验室中的效果，因此 还没有大面积的推广。 此外，吴纯初、宋孝金、郑智龙等对杉木间伐材进行研究后认为可用于生产 胶合术，其物理性能与成熟材相当，间伐材与高龄材混合还可生产层积板，用作 水泥模板“2 “。余昌茂报导了速生杉木可用于制造竹杉复合装饰板“。邹哲宗等 报导了以杉木为原料的硬质纤维板和矿碴水泥木丝板的研制“。王松永进行了杉 木中、小径材制造定向粒片板及其性能评估等“”。 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 以上几种涉及到杨木和杉木综合利用和改性处理的方法，有的比较成熟，并 已经投a n 实际生产之中，也有的还不适合工业化生产，但涉及到室内线型装饰 材料的较少。 1 2 杉、杨木制造室内线型装饰材料的研究概况 以前，速生木材用于制造装饰材料主要局限于基材，如细木工板的芯材、胶 合板芯板等，较少用于高档装饰线材，国内现在仅有近1 0 个生产厂家，主要分 布在福建、江苏、吉林和湖南等几个省，以前主要是以硬质木材为主，近几年才 形成以速生木材为主的小规模生产，产品全部销往北美地区。 1 2 1 国内杉、杨木装饰材料的生产工艺 现有利用速生杉、杨木制造环保型装饰线材的生产工艺主要如下： 原木制材干燥陈放横断粗刨铣指形榫指接 齐边拼板成型修补填腻子砂光喷漆包装一 一入库3 1 2 2 主要工艺概述 在使用速生杉、杨木制造环保型装饰线材时，有几道关键的工序，它们直接 影响到产品的质量。 木材干燥：木材干燥是指在热力作用下，以蒸发或沸腾的汽化方式排除木材 中水分的处理过程“。木材干燥是木制品加工中必不可少的工序，通过合理的干 燥，可以有效地提高木材尺寸的稳定性，防止严重的收缩和膨胀，干燥的木材不 易发生变色和腐朽，各项力学强度较湿材会有所提高，且易于刨削、胶接等加工 处理，同时，干燥处理还能杀死木材中的虫卵和害虫，起到防虫、防腐的作用”3 2 1 】 木材干燥工艺的合理确定以及干燥质量的高低将直接影响到许多其它的后 续工序的加工，在本课题的研究中，将速生材干燥到8 - 1 0 。 指接：指接是木材接长的有效方法，它是把要接长木材的端部加工成相对应 的指榫，然后加压胶合而成。指接是合理利用小径级速生木材的重要技术措施之 一，利用指接工艺可以有效地减少短周期工业材的弯曲变形，大大提高木材的使 用价值。”o “。 由剔除木材缺陷的木条指接成规定长度后拼板胶合而成的指接材料，它外表 美观、材质均匀，保留了天然木材的材质感，克服了木材易变形、开裂的缺点， 4 里生些兰垡笙兰 望生塑! ! 垄堕塑薹堕塑型皇主三苎塑型窒 具有耐湿热、尺寸稳定性好、不释放游离甲醛等优点，可获得人造板不能替代的 板材，提高了速生木材的附加值。”1 。 产品成型：使用机械将原材料加工成所需要的形状。在生产过程中，根据市 场需求，将指接、拼板胶合好的板材通过四面刨( 或其它加工设备) 加工成各种 形状的装饰线材坯型，这是一道相当重要的工序，所有产品的形状和精度都应该 在此得到控制，要求被加工出来的坯型平整光滑。 填腻子：将用胶粘剂和体质填料调和而成的腻子填涂于装饰线材的表面，其 主要目的有两点：一是因为木材是天然材料，总是存在着一定的缺陷，需要用腻 子将缺陷补平；二是在进行表面涂饰处理时能获得光滑细腻的表面。 该工艺是在杉、杨木制造室内装饰线材过程中的重要环节，是保证产品质量 的重要手段。 1 2 3 国外速生材制造装饰材料的生产工艺 国外使用速生木材生产线型室内装饰材料的研究要比我国早，生产工艺也比 较成熟，但由于使用的材种不一样，如巴西、智利出口到加拿大的b r i c km o u l d i n g 和d o o rj a m b 就大量使用速生的花旗松和辐射松，与速生杉木、杨木相比，其材 质要好，但含有松脂，因此，在生产工艺上也有所差别。同时，在表面处理上也 有所不同。其主要生产工艺如下： 原木制材脱脂干燥陈放横断粗刨铣指形榫 指接齐边拼板成型喷漆包装入库 在木材处理工艺上增加了脱脂工序，但在表面处理上没有刮腻子等，直接就 在表面喷油漆，因此，表面显得很粗糙，如图1 - 1 所示，需要进行再加工，同时， 由于松木在脱脂加工中树脂不一定完全脱除，因此，很多松木产品在表面涂饰处 理上存在一定的问题。 相比之下，国内生产的产品由于所采用的原材料不同，所以没有脱脂工艺， 但在后期的表面处理上要复杂一些，产品的表面质量也要好得多光滑、平整、 细腻，这是巴西、智利等国家的产品难以相提并论的。也正是因为后期表面处理 工艺的复杂性，使得产品的质量容易出现波动，这也是本研究中所要探讨的问题 之一。 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 1 3 本课题的提出 图卜1 表面粗糙的产品 f i g 1 - 1r o u g hs o h a n c e 1 3 1 速生木材将成为木材综合利用的重点 木材作为一种自然资源，是人类的宝贵财富。随着人们的生活水平的不断提 高，对木材这种天然资源的需求量也越来越大，全球每年要消耗大量的木材资源， 砍伐量约为3 5 亿m 3 。然而，据f a 0 ( 世界粮农组织) 报导，1 9 8 0 1 9 9 5 年世界天 然林面积减少1 8 亿h m 2 ，平均以每年1 2 0 0 万h 开的速度消失。 据预测，到2 0 0 5 年我国对木材的需求量将达到3 3 - 3 4 亿m 3 ，届时供需缺 口为1 4 - 1 5 亿3 ，木材的需求矛盾将日益突出。面对全球森林资源锐减和人类 对木材的需求量日益增大的矛盾，世界各国都在积极寻求新的发展思路，人们将 目光聚集在人工速生材上叫，使用人工速生丰产林和提高木材的综合利率将是解 决木材资源不足的关键所在 2 6 3 0 因此，速生木材将成为木材综合利用的重点。 在我国，主要的人工速生林是速生杨木( p o p u j u sd a v i d i a n a ) 、杉木( c u n n i n g l a n c e o i a t a ) 和湿地松( p i n u se l l i o t t i i ) ，近年来提及更多的是速生杉木和杨 木。 1 3 2 丰富的速生杉、杨木资源 1 3 2 1 速生杨木资源 杨木是我国主要的短周期工业用材林之一，分布广、品种多、适应性强。在 我国许多地方都有种植，范围跨北纬2 5 。5 3 。，东经7 6 。1 3 4 。，遍布祖国的东 北、西北、华北以及西南等地。生长周期短，一般6 8 年就可以成材。近年 来，由于引进了南方型大叶黑杨，我国的杨木载植已经南移到湖南、湖北、浙江、 6 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 江苏等省市的平原地区，特别是洞庭湖和鄱阳湖更是大力发展杨木资源。我国现 有杨木种植面积6 7 9 0 万h m 2 ，居世界第一位，占全国人工林的1 5 。 洞庭湖是我国第一大淡水湖，位于北纬2 8 3 9 。3 0 1 4 。，东径1 1 1 4 2 。 1 1 3 3 9 。，属长江中下游亚热带湿润气候区，温暖指数1 3 8 。1 5 6 。c 。”。在洞庭 湖区，湖洲十分辽阔，且为典型的冲积土壤，土质肥沃，水份充足，雨量丰沛， 日照充足，气候温和，属亚热带季风湿润气候区，是南方速生杨的理想生长区域 。1 。洞庭湖区速生杨木规划种植面积为3 3 0 万h m 2 ，现有种植面积约1 3 0 万h m 2 ， 将是国内重要的速生杨树生产基地。 湖区周围的县市都在响应国家的林业产业化政策，大力种植速生杨木，如湖 南省益阳市自7 0 年代引种黑杨派南方型杨树以来，杨树种植面积不断增加，立 木蓄积已超过1 0 0 万寸，该市在2 0 0 4 年又新植速生杨4 0 万h 寸，至2 0 0 4 年洞 庭湖速生杨种植面积至少可以达到1 7 0 万h m z ，年采伐量达到5 0 1 0 0 万一，将为 大规模的工业化生产提供充足的原材料保证。在湖南省益阳的沅江市湖洲6 年生 杨树，平均胸径达到2 3 7 a m ，树高1 8 1 m 。如今，杨树己成为湖区造林的当家树 种，特别是在夏季遭受水淹的滩地上，杨树起着不可替代的作用。 在鄱阳湖和其它的许多内陆湖区有着与洞庭湖相似的气候与地貌，也正在大 量栽种速生杨木。即使在平原地区也不例外，如有资料报道，通过多年试验表明， 在华北、中原地区引进意大利i 一2 1 4 杨具有广阔的发展前景，丰产潜力很大。“。 因此，在不久的将来，杨木将成为主要的速生树种之一。 1 3 2 2 速生杉木资源 我国大部分地区属亚热带气候，雨量充沛，适合人工杉木林的生长，杉木是 我国南方重要的速生、丰产用材树种，从5 0 年代起就开始大量栽植，纯林面积 逐年上升，栽种面积也迅速扩大，在我国素有“北松南杉”之说，“南杉”就是 指深受人们喜爱的、堪称我国南方“木中之王”的杉木了。 杉木是我国特有的和重要的速生树种之一，它树体高大，纹理顺直，结构细 致，材质轻软，加工容易，少翘少裂，耐腐防虫，耐磨性强，而且具有芳香气味， 因此，被广泛用于建筑、桥梁、造船、电杆、家具等方面。目前全国杉木林面积 已超过9 1 1h m 2 ，蓄积超过3 4 3 亿m 3 ，中幼龄林面积占总面积的8 4 6 ，现有4 2 3 的杉木中龄材已进入采伐期，年产量大约占全国商品材的1 5 1 4 ，而杉木人工 林面积占杉木林总面积的比例，在南方各省都在6 0 以上。 湖南省有林地已达到1 4 6 亿宙，森林覆盖率5 3 1 ，位居全国前五名，活 立木蓄积量逐年升至3 1 4 亿m 3 。全省用材林向速生丰产、定向培育发展嘲。据 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 第四次全国森林资源连续清查统计，湖南省杉木林面积2 1 9 4 3 万h 群，占全国的 三分之一1 。 1 3 3 优惠的林业产业政策 没有林业产业的发展，生态建设难以为继，面对新的形势，国务院作出了“坚 持生态效益、经济效益和社会效益相统一，生态效益优先”汹1 ，以及“不断推动 林业科技创新，抢占林业科技制高点，加快实现林业现代化”的“科技兴林”、 “科技强林”的重大决策。各地政府也提出了；抢抓机遇，建设一个符合2 1 世 纪现代林业产业化发展方向，具有较强示范和带动作用的林业、农业产业化，把 握“以市场带动龙头，龙头带动企业，企业带动农户”的发展理念。 在2 0 0 3 年中共中央、国务院下发了关于加快林业发展的决定，决定从 社会、经济、生态、文化、政策等多方面对我国今后林业产业化进行了要求和规 范，使得生态和产业互动促进林业产业可持续发展的方针更加明确。 林业战略研究中指出，我国的林业战略目标是： 近期目标：2 0 1 0 年，林业产业总产值达到8 0 0 0 亿元，商品木材产量达到 1 6m 3 ，人工林占6 0 ，木材综合利用率6 0 以上。 中期目标：2 0 3 0 年，林业产业总产值达到1 8 0 0 0 亿元，商品木材产量达到 3 亿3 ，人工林占8 0 ，木材综合利用率8 0 以上“1 由此可见，人工速生林将是我国林业发展的重点，所以，人工速生林综合利 用的研究完全符合国家林业产业化的发展方向。 1 3 4 极大的市场需求 “回归自然、返扑归真”是许多人向往的生活，特别是在西方发达国家，从 7 0 年代开始就有越来越多的人开始注重生活方式的选择，在他们的眼中自然材料 的价值要远远超出其他的人造材料，因此，在室内装饰方面也更多地选择木质材 料。 1 3 4 1 国际市场 根据市场调查，以美国的s t a n l e y 下属的k e n l i ng r o u pi n c m 3 和加拿大的 m i t c h h a r r yc o i n c 为例，k e n l i ng r o u pi n c 在2 0 0 4 年每月对线型装饰材 料的需求量是7 0 个集装箱，大约3 3 0 0m 3 ，而m i t c h h a r r yc o ，i n c 的需求 量每月也不少于4 0 个集装箱。根据加拿大w e s t o nf o r e s tc o r p 提供的数据显示， 在美国和北美地区，象k e n l i ng r o u pi n c 这样的公司不少于3 0 0 家，他们的分 支机构遍布北美、欧洲和其他地区。 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 另据福建省林业进出1 ：3 厦门公司对国际市场的调查显示，仅加拿大2 0 0 4 年 就从巴西、智利等国进口木质装饰材料约3 5 万m 3 ，其中将近6 0 是室内线型装 饰材料，可见有着巨大的国际市场。 1 3 4 2 国内市场 国务院发展研究中心认为，在未来，中国经济发展是强势的，总的大势是向 上的。如2 0 0 4 年上海的房地产投资超过8 0 0 亿元，存量房交易、增量房销售均 会超过2 0 万舒，房地产业占g d p 的总值今年将超过7 8 ，据预测，在未来5 0 年 内，城镇人口将达到1 2 亿左右，需要新建住宅2 5 5 亿群，每年平均需要新建住 宅5 亿多m 2o 。 以前，人们一味追求用珍贵硬质木材制造的装饰材料，对速生木材制造的装 饰材料关注得比较少，但随着“天保工程”的实施和环保观念的加强，特别是近 年来国家颁布了一系列有关室内装饰方面的条例与法规，使得消费者更加意识到 在室内装修中使用环保材料的重要性，所以，环保型木质装饰材料必将受到消费 者的青睐，由此可见，环保型木质装饰材料在国内也存在着巨大的商机，是一个 大有可为的朝阳产业。 1 3 5 生产中的具体问题 1 3 5 1 速生杨木的变形 虽然速生杨木的立地条件差异较大，但其初含水率一般较高1 ，砍伐一个月 后的原木的含水率还可达8 0 以上，同时，由于其特殊的结构( 速生杨木属低密 度树种，木材细胞腔大壁薄，干燥初期水分排除较快m 1 。) ，在干燥过程中容易 发生变形、开裂等缺陷1 ，这样不仅增加了生产成本，同时也增加了自然资源的 消耗，不利于资源的保护和利用。 研究表明，速生杨木在快速干燥过程中容易出现诸如顺弯、侧弯、瓦弯、扭 曲、端裂、内裂和皱缩等缺陷，这主要是由于在干燥中干燥基准未掌握好所造成 的。在杨木的干燥过程中，表层的水分首先被蒸发，当其含水率降至纤维饱和 点时，产生收缩，而相邻内层的含水率仍高于纤维饱和点而未收缩，因各层收缩 不一致会产生干燥应力和应变，由于应力变化的不均匀而形成干燥缺陷。若采用 通常的干燥方法，当干燥速度越快时，这种缺陷越明显“。因此，探索出一套合 理的干燥工艺是综合利用速生杨木的关键所在。 1 3 5 2 速生杨木的蓝变 速生杨木是一种天然的有机体，在使用过程中，会因保管和储藏不当而变成 9 预士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 蓝色或青色时m 1 ，称之为蓝变，如图卜2 所示。 图卜2杨木蓝变 f i g 1 - 2b l u i n go f f a s tg r o w i n gp o p l a r 引起蓝变的原因主要是因其内部含有一定量的淀粉、糖分和蛋白质等营养物 质，易受虫、菌的侵害“。寄生于边材的射线薄壁细胞和轴向薄壁细胞内的变色 真菌类，它们以细胞腔中的营养物质为养分而生存和繁殖“。随着其菌丝向四周 蔓延并向内部侵入而使木材表面或内部的颜色产生变化呻1 。 蓝变在一般的情况下不会影响到木材的正常使用，但作为表面装饰装修材料， 这种变色菌的侵害将会大大降低术材的品质和价格，严重影响到产品的销售和使 用范围。特别是在生产出口产品的过程中和在使用透明涂饰的情况下，因此，防 止速生杨木的蓝变是在利用其生产高档室内线型装饰材料中有待解决的问题。 1 3 5 3 指接耗材过大 为了减少材料的变形、提高木材的利用率、保证产品尺寸的稳定性，在生产 中一般都使用指接技术，即通过指接的方法将短的木材接长以消除木材的内应力 “”1 ，但在加工过程中，材料的损耗较大。以一根2 o m 长的线条为例，当以杉 木为基材时，一般有5 个指接接口，而国内常用的指接刀加工出来的指榫长为 1 2 5 m m 左右，这样，一根2 o m 长的木方在加工过程中因为指接就要损失：1 2 5 5 2 = 1 2 5 m m ，( 式中2 表示个接口有2 个接头。) 这在工业化生产中是相当惊 人的。若是使用杨木，接头还会更多，材料消耗量更大。 1 3 5 4 腻子涂布、砂光困难 众所周知，线型装饰材料大部分是异型截面，在大批量的工业化生产中，采 用手工填腻子和手工砂光都十分困难，而且效率很低，手工操作不仅难以形成批 量化的生产规模，也会危害生产工人的身体健康，此外，对于大批量生产中腻子 的干燥也存在一定的问题。所以，探索出一套机械填腻子和机械砂光工艺是提高 产品质量和工作效率的有效措旌。 1 0 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 1 3 5 ，5 杉木的年轮膨胀 出于环保的要求，在木制品生产中使有水性腻子和水性涂料的越来越多。用 于线型室内装饰材料的木材经过干燥后的含水率一般只在1 0 左右，因此，当水 性腻子涂布到其表面时，水分会立即被木材吸收而发生膨胀。对于杉木来讲，由 于在生长过程中存在着早晚材密度差异较大的特性“，在吸水的过程中其膨胀的 程度也不一样：疏松的早材部分总是要比晚材部分的膨胀率要大，即使是马上进 行干燥也不能完全消除，这为下一道工序带来了极大的不便，如图1 - 3 中所示就 是杉木涂布水性腻子后年轮发生膨胀的情形。 特别说明：在本课题中，将表面光滑平整的木材因为吸收水分或其它原因而使得其疏松的早 材部分凸起而高于晚材部分的现象称之为年轮膨胀，以下皆同。 图卜3 杉木的年轮膨胀 f i g 1 - 3 g r o w t hr i n gs w e l l i n go f c h i n e s ef i r 1 3 5 6 杉木树节的油脂渗透 杉木中含有大量的有机内含物，同时节子部位也含有大量的油脂”，当白色 或浅色的水性腻子涂布于表面，放置一段时间后，节子部位制品表面的颜色就会 因为油脂的渗透而变黄或变深，在产品的表面留下难看的痕迹，严重影响产品质 量，如图卜4 中所示。 图卜4杉木树节油脂渗透现象 f i g a - 4 p e r m e a t e r e s i n i n t h e k n o t o f c h i n e s e 用r 1 l 硕士研究生学位论文 速生材制造高档装饰材料生产工艺的研究 1 35 7 底层泛色 木材本身含有许多有机内含物，在一定的条件下会不断的从木材中挥发出来 ”。，由于几乎所有北美客户对高档装饰材料的涂饰要求相当高，均要求产品是白 色的或是浅色的，腻予的厚度又不能超过0 3 5 r a m ，而且只能覆盖一层很薄的白色 水性丙烯酸树脂漆，表面不能有斑点。而在实际生产中，由于木材在生长过程中 早晚材在颜色上和密度上存在着差异，且在不同的部位的内含物又不一样，加之 腻子和表面涂层又很薄，因此，随着时间的推移，( 长的3 个月，短的2 天) ，产 品的表面就会出现泛色现象，原来底层颜色较深的部分会逐步显现出来，在洁白 的表面留下斑痕，见图卜5 中所示。 图卜5 杉木底层泛色现象 f i g 1 - 5 c o l o r p e r m e