（木材科学与技术专业论文）资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的研制.pdf

硕士学位论文 资源节约型杉木术束帘芯层竹木复合板的研制 摘要 人造板工业是一种资源依赖型产业，近年来随卷我国人造板工业的 迅猛发展，我国可供利用的森林资源却日益减少。为此，本研究驭原材 料及茂加工方式的选择入手，选用木材、木孝才加工剩余物殿竹材为原材 料，分鄹采糯了三种无滔切黼方式，如衫木制材边度的平悉和辊压加工、 马尾松木单板的旋切和竹树的径向剖篾，并以复合材料设计理论为依据 避行缀坯，热篷成一种较好倭麓静薪黧竹本笺合板。 对杉木制材边皮进行了蒸煮、平聪及辊压处理的效果研究。通过一 系翻试验褥密了最佳处理工艺条件。缝蒸煮滚缝瑾嚣酌割毒孝逸皮在乎、 辊压下形成具特殊尺寸的杉木术束，具有很好的适用性。采用了径向剖 篾静方式遘行竹篾麓工，捷离了嚣耱零 l 麓率，无矮剔除嚣髯、竹黄帮分， 而且可以进行有效的径向胶合。 游弯蘧模量较大瓣骂蓬捡本擎叛为表爱毒季瓣，薮径囊访篾帘麓痰器 材料，以强度较低和材威较差的杉木术束帘作为芯层材料进行组燧，并 鞋拳溶注酪疆褥黯为黢鞑麓，逡行经坯舞采矮了疆熬筵理瑟，霉浚“熬一 热”胶合成板。通过一系列试验得出了最佳板坯的构成方式和热艇工艺 参鼗。 通过试件的物理力学性能检测和资源利用的测定与计算，结果农明： ( 1 ) 英力学性能磊达到或超过了国家对建筑鬻模扳静有关技术指标；( 2 ) 经对杉木制材边皮的辊压加工，其边皮辊压出材率达到9 7 ，采用径向剖 篾的加工方式可使竹材利用率遮羽8 4 ，术段旋切或筚板酶术材崮槠率为 7 2 ；据计算板坯原材料的加权平均利用率达到9 0 1 ，成晶板材的出材 率达到6 3 1 ，居备类型胶合袄之首。( 3 ) 成本及效蔬分斩表疆，该产品 的磺究与开发具青很大黪经济、社会效益及生态效益，前景非常广阔。 关键漏：资源萤约型；经向愤蔑；杉本本束；无眉切削；资源利用测定； 效益； 硕士学位论文资源节约型杉木木柬帘芯层竹木复合板的研制 a b s t r a c t w o o d b a s e dp a n e l si n d u s t r yi sae s t a t ew h i c hd e p e n d sm o s t l yo nt h e r e s o u r c e s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw o o d b a s e dp a n e lsi no u rc o u n t r y r e c e n t l y ，h o w e v e ro u rf o r e s t r y r e s o u r c e sw h i c hc o u l db eu t i l i z e da r e g r a d u a l l yr e d u c e d t h e r e f o r em ya r t i c l ei s b a s e do nt h ec h o i c eo fr a w m a t e r i a lsa n di t s p r o c e s s i n gm o d e s ，s u c ha sw o o da n di t sp r o c e s s i n g r e m a i n d e r s 、b a m b o o ，i ta d o p t e dt h r e en oc u t t i n g r e m a i n d e r sp r o c e s s e s ，s u c h a sf i rs a w ne d g e sw h i c hi sf l a t - p r e s s i n ga n ds t r e t c h - r o l l i n gw i t hn o c u t t i n g r e m a i n d e r s ，w o o dp a n e l so fp i n u sm a s s o n i a n ai sr o t a r yc u t t i n gw i t h n oc u t t i n g r e m a i n d e r s ，a n db a m b o os t r i p e si sb r e a k d o w nr a d i a l l y ，a n di t i s r e s e m b l e d ，h o t p r e s s i n gt h r o u g ht h ew o r k a b l ed e s i g nt h e o r yo fc o m p o s i t e m a t e r i a l s ，a n dan e wh i g hm e c h a n i c a lb a m b o oa n dw o o dc o m p o s i t eb o a r d i s m a d e i nt h i s a r t i c l e ，s t u d y o nt h eh o tw a t e r p o n d 、f l a t - p r e s s i n ga n d s t r e t c h r o l l i n gt e c h n o l o g yf o rf i re d g e si s m a d e t h eb e s t p r o c e s s i n g c o n d i t i o n so ni ti sw o r k e do u tt h r o u g has e r i e so fe x p e r i m e n t st h e f i r e d g e sw h i c hh a v eb e e np r o c e s s e db yh o tw a t e rp o n dt u r no u tm a n yf i r b u n d l e so fs p e c i a ls i z e st h r o u g hf l a t p r e s s i n ga n ds t r e t c h r o l l i n g ，w h i c h h a v ef i n eu s e s + t h eb a m b o os t r i p e si sw o r k e db yb r e a k d o w nr a d i a l l y ， w h i c hc o u l dn o to n l yi m p r o v eu t i l i z i n gr a t i oo fb a m b o o ，b u ta l s og l u e r a d i a l l y ；w e a v ec u r t a i n sa n dr e s e m b l em a tw i t h o u tc u l l i n gb a m b o o - g r e e n a n db a m b o o y e l l o wb yb r e a k i n gt h r o u g ht r a d i t i o n t h r o u g hw o o dp a n e l sw i t hg r e a t e re l a s t i c i t ym o d u l e sb e i n gu s e da s s u r f a c em a t e r i a l s ，r a d i a lb a m b o os t r i p ec u r t a i n sb e i n gu s e da si n n e r m a t e r i a l s ，a n df i rb u n d l e sc u r t a i n sw i t hl o wi n t e n s i t ya n dp o o rq u a l i t y b e i n gu s e d a sc o r em a t e r i a ls ，a n dt h e nt h e ya r er e s e m b l e d ，d r i e di n a d v a n c e da f t e r a d o p t i n g w a t e rs m e l t i n gp f ，a n dt h e r e a f t e r t h e y a r e p r o c e s s e db y “h o t h o t ”p r e s s ，t h e b e s t c o n s t i t u t e p a t t e r n s a n db e s t p r o c e s s i n gp a r a m e t e r s o f h o t - p r e s s i sw o r k e do u t b y as e r i e so f e x p e r i m e n t s t h r o u g hm e c h a n i c si n t e n s i t i e s w e r ec h e c k e da n dt h er e s o u r c e 鞋 硕士学位论文资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的研制 u t i l i z a t i o nw e r em e a s u r e da n dc a l c u l a t e d ，t h er e s u l t sa r es h o w e di nt h e f o l l o w s ，( 1 ) i t sm e c h a n i c si n t e n s i t i e sa c h i e v e do rs u r p a s s e dt h en a t i o n a l n o r m sf o rc o n s t r u c t i o nt e m p l a t e ；( 2 ) t h eu t i l i z i n gr a t i oo ff i r e d g e s a c h i e v e d9 7 b ys t r e t c h - r o l l i n g ，t h eu t i l i z i n gr a t i oo fb a m b o oa c h i e v e d 8 4 b yb r e a k d o w nr a d i a l l y ，a n dt h eu t i l i z i n gr a t i oo fw o o da c h i e v e d7 2 b yr o t a r yc u t t i n g b ye s t i m a t i o n ，t h ea v e r a g eu t i l i z i n g r a t i oo fr a w m a t e r i a l sa c h i e v e d9 0 1 a n dt h eo u t g r o w no ft h i sp r o d u c ta c h i e v e d 6 3l ，w h i c hr a n g e dt h ef i r s ti n e v e r yr e l a t i v ep l y w o o d ( 3 ) t h ea s s a y o nc o s t sa n db e n e f i t ss h o w e dt h a tt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tf o rt h i s p r o d u c tw i l lb em e e t i n gw i t hg r e a te c o n o m i c a lb e n e f i t s ，s o c i e t yb e n e f i t s a n de c o l o g i c a lb e n e f i t s ，a n dh a v ew i d ea p p l y i n gf o r e g r o u n d k e yw o r d s ：s a v i n gr e s o u r c e sm o d e ；r a d i a lb a m b o os t r i p e ； f i r b u n d l e s ；p r o c e s s i n gw i t hn oc u t t i n gr e m a i n d e r s ； e s t i m a t i o no fr e s o u r c eu t i l i z a t i o n ；b e n e f i t s ； m 专翱舟浚法 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，均已在 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。 1 作者签名：壶。妣 芦严石月。，夕日 寺由抖基浇 学位论文版权使用授权书 本学位论文彳乍纛完全了解学校有关傈留、使用学位论文的规定，同意学校傈 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版，允许论文被查阅缄借 阕。本人授权中南林学院可戳将本孥位论文静全部袋部分蠢容编入纛关数据库进 行检索，可以采用黟印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文藩予： 1 、 保密口，在年解密詹适用本授权书。 2 、 不绦密嘻 名：水协 膨6 月尹 导师靛名： p； 专铽a 氧 秒年6 珏 1 张 硕士学位论文 资源节约型杉木木柬帘芯层竹木复合板的研制 1 文献综述 资源节约与综合利用是我国经济发展的一项长远战略方针，实践表明：要加快国 民经济发展，必须“高度重视节约能源和原材料，提高资源利用率 1 】”。国家主席胡 锦涛同志在亚太经济合作组织工商领导人峰会上时强调“要构建资源节约型经济发展 模式，我国的发展要坚持以科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人 力资源得到充分发挥的道路。资源节约是贯彻落实科学发展观的具体体现，是缓解当 年资源约束矛盾的主要措施，是发展循环经济和实现可持续发展的必然要求，也是增 强企业竞争力的有效途径。强调在尊重自然规律的同时，应积极降低污染物的排放及 加强对废弃物的再次利用f 2 】，。 人造板工业属于资源和能源依赖型产业，在资源节约上大有文章可为。因此，如 何实现人造板工业资源节约且生产出物理力学性能好的人造板产品就显得非常的重 要。 1 1 构建资源节约型人造板工业的重要性 。 森林姿源鼹保护及资源综合利用的需要 人造板工业是黼效利用术材和节约木材资源的支柱产业之一，怒林业可持续发展 酸略的重要缀成部分。自改革开放戳来我圈人造板工韭发袋迅猛，捺统计1 9 9 5 年龛 国人造板生产总量穗达到1 6 2 5 8 万m 3 ，位腠世界麓二。我豳专家学者对人造板需求 做出预测1 3 1 ，如表1 1 所示； 表1 。l1 9 9 5 2 0 1 0 年我毽人造投产量、游费量及 燹测( 单娩k m 3 ) t a b l e1 1t h op r o d u c t sa n de x h a u s t i n gq u a n d t ya n dp r e d i c tf o rc h i n e s ew o o d - b a s e d p a n o l sf r o m1 9 9 5 t o2 0 1 0 ( u n i tk m s ) 健我黼森椿资澈葙对贫乏，磊旃霹供采傻静森称资源l 亿蠢，年均本丰葶慈涪耗纛 约2 4 亿甜，人均年消耗木材0 2 2 m s ，自天然林保护工程实施后，将会加剧我国木材 供殿总量的不足，阑而供需矛盾将长期存在，估计年木材供需缺墨蘑将达到6 0 0 0 万 薪f 4 】。特别跫我国隧产优绶大径木树资源，如珍贵娴时木将更加紧缺，面人工速生林 木材、小径材、抚育间伐材、三剩物资源丰富，如何很好地综合利用这些丰富的资源 硕士学位论文 资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的研制 对我国人造板工业的可持续发展有着非常重要的意义p 1 。 随着我国可供利用的森林资源逐步减少，人们对人造扳及木制品需求量却在不断 上升，因而积极寻求一种可利用且资源丰富的原材料成为当前木材工业科技者需解决 的重大问题之一 6 1 。竹类植物以其独特的生物学、生态学特性，兼具良好的经济、生 态效益和独特的物理加工性能被认为是2 l 世纪最有希望和最有潜力的植物资源 7 , s , g a o 。我国竹类植物资源十分丰富，据不完全统计，我国竹类产品及竹林面积均占 据世界首位，其中仅经济利用价值最高的毛竹产量就约占世界的9 0 ，若每年砍伐量 约3 亿多株，相当于6 0 0 多万f 3 木材量。纯竹林4 2 0 万h m 2 ，原始高山竹丛林3 0 0 万h 一， 而纯林中又以毛竹为最，占7 0 ，主要分布在长江以南的浙江、江西、福建、云南、湖 南、四川、湖北、贵州等省份【1 1 】。因此，合理地利用丰富的竹材资源可大大缓解我国 木材资源的短缺问题。 1 1 2 发展循环经济模式的需要 当前社会经济发展所提出的循环经济模式是指“资源一产品一废弃物一再生资源” 的循环过程，其要求以尽可能少的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济和社会 效益【n l 。然而人造板工业是一种资源消耗大、能源消耗也很大的产业，因而实现循环 经济的发展空间非常大。如合理利用废弃物资源，对其进行合理的加工处理，使之具 有很好的适用性和循环利用性等，是实现循环经济发展模式的有效途径之一。 1 1 3 人造板产品结构创新的需要 目前我国绝大部分人造板产品以胶合板、纤维板及刨花板为主，产品的结构单元 及组坯方式均较为单一，部分原材料利用不合理等。随着我国科技的不断进步，我国 人造板产品种类增多，如单板层积材( l v l ) 、定向成材( o s l ) 、定向刨花板( o s b ) 、 定向单板条成材( p s l ) 及重组木等【1 3 】。一般而言，这些产品对原材料要求较高，另 从资源节约、综合利用及对环境生态的贡献上尚存在不足。若采用不同的原材料及其 加工方式，以及不同性质和不同形状的组成单元通过组坯制板实现优势互补，这样既 可充分利用了各种资源优势，又达到了高性能强度的要求，且丰富了人造板产品的结 构。 1 1 4 为高效率利用原材料及实现资源节约代用的需要 目前国内外各种人造板大体上可分为两大类：( 1 ) 阻纤维板、刨花板等产品为主。 这些类型的产品虽对原材料具有较好的利用，但物理力学性能却较低。( 2 ) 以胶合板、 2 硕士学位论文资源节约型杉木木柬帘芯层竹木复合板的研制 层积材等产品为主。这些类型的产品虽然具有较好的物理力学性能，但对原材料的利 用率一般不到5 0 ，因而大大浪费了森林资源，这对森林资源严重缺乏的我国尤为严 重。因此，若能在原材料的加工过程中，采用无屑切削代替有屑切削，例如以辊压、 旋切代替锯剖和铣削；对竹篾的加工中采用径向剖篾代替弦向剖篾等。因而对原材料 的实现无屑加工可大大提高对原材料的利用率，对实现木材、竹材等资源节约代用有 着非常重要的意义。 1 2 我国资源节约型竹木复合人造板的开发现状及应用前景 随着世界范围肉人类生产活动静迅速发展， 鲎舞森林漆源日益减少，质麓也在不 断下降，主要表现谯大径级天然林、成熟楗、过熟栋的逐步消失，丽人工速生中幼林 资源却很丰富，但熊机械强度低及材质较差，一般不适合体结构材料使用。而车辆、 造艇、集装戆、建筑等工业郝 1 毽对原封斟鹣要求较裹，仍大量零要以本震艇料为主 的具高性能的工程结构材料 1 4 , 1 5 , 1 6 】。因此，如何高利用率地利用这些材质差的原材料 来羹产注裁磐懿入遗扳产菇蠖藏受本耱秘技工圣筝者爨勰决懿豹逮题之一。 随着人造板加工技术的迅速发展，采用先进的复合技术对人造板产品及其结构进 行翎新氇弓l 越了本枣砉工监研究者稍熬广泛美注。这稀复合技术不仅优纯了板透结稳， 还兔服了传统人造板用原材料的单一性，既生产出具有高性能、高质麓的复合人造板， 又优化了环境资源，其有非常好的臌用前景f 1 钳辨l 。我国在竹材加工利用方褥占据饺 雾的领先地位。竹树具有生长周期娥、强度嵩、硬度大等诸多优点，丽竹楗帮本材霄 着许多共同性和差弊性2 0 , 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 l 。但由于竹材资源尤其是龟竹资源的区域性强，鼠 蝮魏俊貉逐年上舞，困筵垒锋结鞫舱人造叛生产毅摸受到缀大静限n 2 5 , 2 6 , “。羞采用 竹材与木材复合结构，不仅充分利用了竹材和木材资源，实现了资源互补，胜大大提 高麓合袄静各项强度性髓，扩大了产螽懿痰麓领域粥, 2 9 , 3 0 , 3 1 麓瑚。 近些年来，各种新型的竹木复含板产品相继研制开发，包括各种术单板竹席复龠 板、竹木碎辩复合板、竹术篪合( l v l ) 、竹本复合您商刨花扳、竹束复合装饰板等等 3 4 , 3 5 , 3 6 ，这拨复合材料以其较多的优点受到市场的鬻睐，它们主要应用于混凝土浇注 工穰模板、车厢底板及集装箱底板等等3 8 1 。我们可看出，随着我豳改革开放的迸一 步深入襄我毽人造援事业靛不凝发疑，戳及盼本复套扳囊曩及工艺艟不断完善。我溺 竹术复合人造板不仪在国内市场有照广阔的发展空间，也必会走向世界市场 3 9 4 0 4 n 。 虽然我国各释嚣本人造叛复合较赘产嚣器秘银多，懿大多数爨荐罄在试验臻究懿求乎 3 硕士学位论文 资源节约型杉木木束帘芯层竹术复合板的研制 上。从当前发展趋势来看，木单板一竹席复合板作为一种比较成熟的工业化产品，已 在建筑、包装领域为众多用户所接受；竹片覆面胶合板由于开发作集装箱底板的成功， 以其价格低廉的优势及许多优良特性替代东南亚生产的热带硬阔叶材胶合胶( 如阿必 栋、克隆、山樟等材种的胶合板底板) 而进入国内、外市场，并将有可能成为国内集 装箱配件一底板行业的主要产品【3 2 心”l ；竹木复合( l v l ) 有较高的强重比，可替代 全竹材层压板用作载重汽车、载货火车底板及船舶跳板；竹木复合装饰板有较好的装 饰性，但因成本高，主要销往海外畔】；竹木复合空心板则因其价格较低，使用安全方 便，用作门板有较好的市场。利用竹材生产竹木复合板，不仅是竹材深度利用的新趋 势，同时为多种速生木材找到了有效利用的新途径，因此竹木复合板前景广阔【4 5 ，“。 1 2 1 我国竹木复合人造板的主要产品 竹木复合材料是基于先进的复合材料的设计原理，将竹材、木材以相同或不同的 结构单元形式进行不同的组合、胶接而成的复合板材或方材2 9 ，“4 7 1 。竹木复合产品具 有多种形式，目前主要有以下几种：竹木复合胶合板、竹木复合刨花板、竹木复合层 积材、竹贴面装饰板、竹木条定向成材、竹木复合空心板、竹木复合竹管蜂窝板等 3 4 , 4 8 1 。 从材料分类的角度，可以分为：( 1 ) 结构用竹木复合材料，主要用作工程结构件使用， 如竹木复合层积材、竹木复合结构用胶合板、竹木条定向成材等，可以用来生产水泥 模板、集装箱底板：( 2 ) 功能性竹木复合材料，主要用于装饰和家具材料，如竹木复合 空心板、竹木复合刨花板等。( 3 ) 从竹种资源利用的角度来看，结构用竹木复合材料 主般采用竹条和木质单板或木条进行复合。而功能性竹木复合材料主要利用小径级竹 材，有效地利用资源，提高附加值，一般采用竹刨花( 或纤维) 与木材或木刨花复合的 形式。 1 2 ，11 相关产品的介绍p 4 1 ( 1 ) 嚣纛泰攀叛复合叛 该复合板由北京林业大学与四川省温江压板厂联合开发，其主要通过以弦向竹篾 祭尺寸宽( 8 - - i2n l l n ) 、厚为( 1 o 1 2 m ) 手工编织而成的竹席做表屡，以桦木、锻沭 等枣搴凄较努豹爨本蓑留瑟成熬本攀菝( 蓐废兔1 。2 5 l ，3 0 m ) 鸯蕊艨逶行组坯熬蕊 丽成。该复合板可用于包装材料和建筑模檄。该复合掇缀然具有较多的优点，但也存 在板面平楚度熬、缺胶及原材料利用率低等问题。 ( 2 ) 蛰冀疆嚣狡台叛 4 硕士学位论文 资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的研制 竹片覆面胶合板也称为竹木复合集装箱底板，为林业部竹材工程技术研究开发中 心的专利产品。以竹片软化后，展平竹片或经四面刨加工的等宽等厚竹片为主要原料， 所用木单板由马尾松、杨木等速生材质较差的原木旋切而成，单板厚度在1 6 r i m 以上。 采用酚醛树脂胶，经组坯热压成型。经过严格的杀虫免疫处理后，该种复合板可开发 用作国际标准干货集装箱底板，有着广阔的应用市场。 ( 3 ) 竹木碎料复合板 竹材碎料复合板是一种具有较好物理力学性能、成本较低的新型板材。但是由于 其热压成型时所需的单位压力较高( 4 o m p a 左右) ，采用一般的人造板压机往往不能 满足工艺上的要求。如果用本质刨花作芯层、竹片作表层生产竹木复合型碎料复合板， 则产品不仅有较好的物理机械性能，而且还会降低成到时的单位压力，估计工艺易于 实现。 ( 4 ) 竹木复合( l v l ) 终本复会( l v l ) 的叛垤结构与兹述嚣黄覆鞭茨合叛的叛坯结构类钕，辑不怒静是访 木复合( l v l ) 所用的竹片，术单板均是厚型单板，且各层单板纹理平行铺装。它充分 裂臻了嚣毒毒蹶纾缭方鑫强囊蠢及本肇叛密爱，l 、暴予筮缭等特点，瘫驻了垒铃( l v l ) 因竹片硬度高难于膳缩以及由于竹片厚度偏差大引起胶合不良等缺陷。 ( 5 ) 盼术复合装饰板 利用竹树表面纹理清磁美观，耐磨性好等优点将竹片作谶层、嚣型木单扳或木扳 条作芯层生产的竹木复合板，经涂饰处理盾可以用作室内装饰地板喊墙板。 ( 6 ) 镗本复会空心板 该产品由四川省开县温泉工艺厂研制生产，空心板周边为木质框架，其余部分为 空心嚣碎稷。 ( 7 ) 竹术复合定向刨裁板 竹木复合定向磷花板是将竹刨艳与本质铡花按一定比例混合后、定向铺装燕压而 成。 ( 8 ) 杉木积成材艚l 杉本积藏穗是瀵江转学貔瑟发麓一耱藜产品，英麓王遵疆大致怒将枣经缀彰本， 经术材梳解、干燥、施胶、定向铺黻和热魇等工序制成的一种新型板材。 ( 9 ) 肇板术柬复台板辍5 1 ， 硕士学位论文 资源节约型杉木木束帘芯层竹术复合板的研制 单板木束复合板是将一定几何尺寸的单板条平行定向铺装作为芯板，表面覆盖优 质单板构成的人造板材。在制造中，其将碎单板切成一定尺寸的单板条，通过干燥、 施胶、预压、热压等工艺制成。单板涂脲醛树脂胶后采用对接和搭接两种接头形式， 平行定向铺装。 1 2 2 当前我国竹木复合人造板发展中所存在的问题 1 2 2 1 原材料利用率低及木材损耗高 我国各种竹类人造板，包括竹木复合板的生产过程中竹材及木材利用率较低 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 】。竹材的利用率低，一方面是竹杆本身的结构原因，另一方面是产品结构的 不合理和竹结构单元的加工工艺不当造成的f 5 甜7 , 5 s , 5 9 , 6 0 | 。因此，如何更有效地发挥竹 子的特点，提高竹材的利用率是一个重要问题。竹木复合材料应在提高竹材及木材的 利用率上发挥作用，充分利用竹材的碎小料，将其加长接宽，加工制成具有较大幅面 或较大厚度的高质量高附加值的复合制品【6 1 , 6 2 , 6 3 。日本三重县科学技术中心林业技术 中心开发以竹材、木材为主要材料的复合材制作木住宅和木家具的木构件，具很好的 强度、加工性和施工性1 6 4 $ 5 , 6 6 , 6 7 , 6 羽。 当前我国竹材、木材加工过程中木材实际加工利用率还有待于提高，生产过程中 所出现的制材木皮和由于有屑切屑所产生的废料将逐步增加旧m 7 1 诩。因此，如何更 为有效地、高效地利用竹、木等各种材料生产高质量、高性能的产品成为研究的热点 话题。本研究就是充分利用了原材料加工利用中的三次无屑加工；即马尾松木单板的 无屑旋切、竹材的径向剖蔑和杉木边料的辊压加工，通过适当的生产工艺路线生产价 格更低、性能更好的竹木复合人造板，从而大大提高了竹材、杉木、马尾松材的利用 率，具有很好的经济效益、社会效益和生态效益。 1 2 2 2 高强轻质复合材料的研究与开发 由于竹子本身的材性特点，其密度较高，如毛竹的密度接近0 8 姆c m 3 ，并且随 竹龄的增大而增大 7 3 , 7 4 , 7 5 , 7 6 1 。而人工速生材种( 如杉木等) 材质偏软、密度低、质量 轻 7 7 , 7 8 7 9 。因此，研究竹木复合材料，要充分利用竹材强度高，耐磨性好，韧性大的 特点，结合木材较轻，强重比大，加工容易，效率高的特性，使产品既能满足其强度 的要求，又具有较轻的质量，成为高强轻质的材料她8 “。 12 2 3 人造板品种多而应用领域窄，缺乏开拓新市场的能力 我国现有人造板品种多，而其用途主要集中在家具、车厢底板、建筑材料、集装 6 硕士学位论文资源节约型杉木木柬帘芯层竹术复合板的研制 箱板以及室内地板三个领域i 瓯”一4 1 。其中，车厢底板占1 5 e 右，建筑材料占4 0 6 0 ，室内地板占2 0 3 0 左右【8 5 ，8 6 8 1 船l 。近几年来，由于毛竹价格不断上升，许多 企业以降低性能为代价以降低成本，结果造成质量下降，原有的市场逐渐萎缩p 】。在 这种情况下，企业又不重视新产品、新市场的开发，从而造成有些应用领域竞争激烈， 而另一些领域无人问津的现象。 1 22 4 竹材加工机械化程度低 我国竹材加工过程自动化程度不高，并且精度较低，影响产品的质量。由于竹材 自身特殊的结构和难加工性，造成用木材加工的设备来加工竹材是不适宜的【9 0 , 9 1 。目 前竹材加工中除所用部分木材人造板设备( 如热压机、涂胶机等) 和部分引进台湾设 备外，竹材专用机械设备严重短缺。目前我国竹材机械设备的制造方面存在的问题是： 品种少、类型少、加工效率低、加工精度差、专用加工设备( 如竹单板旋切机、织帘 机) 短缺等”。 1 2 2 5 环境污染严重 目前在我国绝大多数人造板企业因使用u f 、p f 和盯等胶粘剂，在生产中主要采 用的均产生含甲醛等的有害气体，甲醛对人的鼻粘膜、视网膜以及肝脏都有刺激作用， 长期吸入会影响身体健康。因此，控制甲醛释放量是我国人造板企业急需解决的重要 问题之一【9 3 ，虬”】。 1 。2 。3 我阑竹木复合人造板的发展方向 我国竹术复合人造板缀历了几年的迅速发展，研制开发出了许多系列产品，对我 重人造援工照其鸯澡送赘意义，我溪嚣本复含人造嫒戆开发藩景令人鼓舞。 1 2 3 1 向滚源节约型方向发展 久造板工韭属予资源约乘型产簸，它不仅需要黻大量的森林资滚为原枣季耩，还鬻 大爨豹能源。森林资源虽然建一种可樽生资源，但我因森林资源的总麓是非常有限的， 而能源在我国也较为紧缺，特别是地下能源很少且不可再生，尤为可贵。因诧，如何 较少地使题缀材料秘能源、生产出数量多鼠覆量好豹人造投产晶就鼹褥尤为遣切。 1 2 3 2 向综合利用方向发展 搬据我鬻资滚德凝，淤盼奉| 为囊要蒙辩静嚣本笺合又逸援兵有极大赘笈溪潜力。 一方面，我闼木材资源短缺，但这主要是指大径级的优质木树，而人工速生林如杉木、 湿嘏松、意大j g 杨、泡福、按树等工业短餍期材袜正值采伐瓣，虽然这些本零芎径级夺， ? 硕士学位论文资源节约型杉木术柬帘芯层竹术复合板的研制 材质较差，但这些小径级的问伐材价格较低，并且数量大，急需开发工业用途，是作 竹木复合胶合板芯材的好材料。另一方面，我国竹材资源虽然丰富，产量和面积均居 世界第一位，但相对于木材来说，竹材数量还是很少的，而且价格也比木材高。所以， 我们应该利用这些量多价廉的木材与竹材进行复合，适时的开发竹木复合胶合板代替 原有的全竹材人造板或全木材人造板，不但可以寻找一条降低生产成本、提高生产效 率的新途径，达到高效利用的目的，而且还可为我国大面积人工速生林找到一条工业 化的新用途，有利于原材料的有效组织、加工效率的提高和实现产品的规模化生产， 同时还使竹材和木材的强度都得到充分的结合与发挥。 1 2 33 竹木复合是高效利用竹材的主要途径 当今世界高性能的材料都属于复合材料，可以说复合材料是材料科学的发展方 向，也是我国人造板发展的前进方向【4 ”。竹木复合能科学合理地发挥竹材和木材各自 的优良特性，可以获得既降低生产成本，又保证产品内在和外在质量的效果。例如四 川德阳市东方电机厂选用广汉市胶合板厂生产的竹木复合胶合板包装重型机械，受到 了客户的好评；包装的电站设备和汽轮机，发往美国、土耳其、南斯拉夫、德国等国 家，包装未出现任何问题 6 0 l 。综上所述，竹木复合结构是人造板的最佳方式之一，为 包装材料开辟了新的途径，它既节约了木材，又充分利用了丰富的竹材资源，有利于 资源的综合利用和节约。 1 2 3 4 向多功能、用途方向发展 目前我国竹木复合人造板主要用于车厢底板、集装箱底板和家装材料等等，应用 面很小，并不能真正适应当今竞争十分激烈的市场经济，若试图从原料、制造工艺技 术等寻找突破口，积极开发出多功能、多用途的复合材料是我国竹木复合材料发展趋 势之一。 1 3 开发资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的可行性研究 1 3 1 实现资源节约型的可行性 通过打破传统的的竹材弦向剖篾( 或刨削) 和弦向胶合原理，如竹材胶合板、竹帘 胶合板、竹席胶合板等。采用径向剖篾( 或刨削) 和径向胶合，可大大地提高了竹材加 工利用率【9 6 ，7 9 ”。另外，它还大量利用了废弃的杉木制材边皮，经辊压后的杉木木束 不同于胶合板、单板层积材( l v l ) 的单板和刨花板、纤维板等的刨花和纤维，又不 同于重组木、单板木束的网状木束以及积成材的木条等，而是具有特定形状及加工特 硕士学位论文资源节约型杉木木柬帘芯层竹木复合扳的研制 性的木束。 不仅如此，它还大大利用了速生林小径材杉木，合理地利用资源优势，综合利用 价值高、成本低、生产消耗小等诸多优点。它充分利用了原材料加工利用中的三种无 屑加工方式：即马尾松木单板的旋切、竹材的径向剖篾和杉木制材边皮的辊压加工。 这大大提高了原材料的利用率，也高效利用了杉木小径材废料，对于我国资源节约事 业具有重要的意义。 1 3 2 实现较高性能制板的可行性 利用经木材加工厂锯切后丢弃的的杉木制材边皮或木芯为原料，通过初期的化学 药液处理后，再经平压、辊压后形成具有特殊尺寸的杉木木束，然后通过织帘，最后 将织好的杉木木束帘浸胶和预干后，按照同一方向排列充当板坯的芯层；另外以原竹 材为原料，将竹材横截，通过去竹青、竹黄、去外节后，再通过径向剖篾机进行径向 剖篾，将径向剖出的竹篾编织成径向竹篾帘，采用束缚干燥法进行干燥，然后通过浸 胶和预干后充当板坯的内层：以旋切的马尾松木单板经单面浸胶、干燥后充当板坯的 表层材料。最后组坯成具有复合结构的竹木复合人造板板坯，通过适当的热压工艺胶 合而成。 在板坯的结构上充分考虑了各种材料的特点( 包括自身强度、密度等) ，利用了 先进的复合材料设计原理进行组坯，根据试验结果表明该板坯结构的设计是可行的， 且板坯的物理力学性能大大超过了同类产品，其相关指标达到或超过了国家对建筑模 板的有关标准。 1 4 课题论文研究的鞠的及意义 本课题的研究秘的是通过对大撬的杉术制材边皮进行阐收利用，并以化学试液蒸 煮、平压、辊压进行加工和处理，并结台我国丰富的竹材资源进行综合利蹭的研究。 选用三耪无疆加工方式对扳树的构成单元进行加工，大大提撼了木辩、竹材嬲如工利 用率，且高效地回收和利用了大量的杉木制材边皮废弃物，这对我国人造板工业的可 持续发展毒罄重要躬意义，大大绳滋了我国本毒| 节约健瑁事娩，蠢藿簇要豹李土会效蠡、 经济效益和生态效菔。 磊课题论文研究的镧新点 ( 1 ) 以大量废蹇的杉木捌耪边皮为原妨誊尊，通过对其进萼亍化学试液蒸煮、平压鄹 辊滕进行处理和加工，经辊压后制得的杉水木束不f 司于胶合板、单板层积材( l v l ) 9 硕士学位论文 资源节约型杉木本束帘芯层竹木复台板的研制 用的单板和刨花板、纤维板等用的刨花和纤维，又不同于重组木、单板木束用的网状 木条以及积成材的木条等，而是具有特定形状及加工特性的术束。通过制帘成杉木木 束帘，用做板坯的芯层材料。 ( 2 ) 在试验过程中均选用了无屑加工方式，如马尾松木单板的旋切、竹材的径向 剖篾和杉木制材边皮的平、辊压加工。这不仅大大提高了原材料的利用率，高效回收 利用了杉木小径材废料，同时对于我国资源节约与资源综合利用事业具有重要的现实 意义。 1 0 硕士学位论文资源节约型杉木木束帘芯层竹术复合板的研制 2 资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板加工技术的特点 2 1 加工工艺的特点 211 杉木制材边皮的加工 本研究采用木材加工厂废弃的杉木制材边皮为主要原材料。进行剥皮粗加工，最 后根据试验要求将其通过横截机锯成长度为4 0 0 r a m 的杉木边皮段。再进行化学药剂处 理液高温处理后，最后通过平压、辊压等工艺将其辊压成杉木木束。 2 1 2 杉木木束帘的制备工艺 利用上述己辊压成的杉木木束，经适当的干燥后再通过以编织单层径向竹篾帘相 同的方式进行织帘，其目的是尽可能地减少因木束尺寸不一所造成板坯厚度偏差大的 缺点。 213 径向剖篾加工的特点 本研究采用径向竹篾。经去除枝节等后加工后在径向剖篾机上径剖，再以辊压等 加工使之具有较好的适用性。 2 1 4 径向竹篾帘m i 的特点 径向竹篾帘的加工主要与其宽胰有关，对宽度大于7 m m 的径向竹篾，将其编织成 单篾零；慰宽度，l 、予7 m 稳经囊终篾，鬟| l 弦数校嚣篾必一寒，疆篾蘩必单元缡缓或窳 篾帘。前者竹篾帘质艟高，后者则既避免了融于竹篾宽度太小而降低织帘效率的缺点， 又僚i 正了生产搡 擘上酶方便靳产菇溪量。零耩究誉巢麓径彝攀层径簿麓帝麓材糕。 2 + 1 ，5 径向能篾帘、杉木术束帘干燥的特点 在实验蜜条件下，将竹篾帘卷成小卷，并堆码成材堆。由于径商竹篾帘特殊的络 毒，在正常予燥条转下极易产生纵起弯鳆变形，所以递誊采耀衷缚法窑于工芑，消除 径向竹篾帘千缩造成纵向弯曲变形的缺点。杉木木束帘可采用普通的快速干燥方法。 2 。6 热矮王芝特患 本研究采用“热一热”热压工艺，其具翁热压时间短、效率高以及成本低等优点， 僵魂由于燕压时板坯随部蒸汽压力较大而极易发室焱淹现象。因j 琏：，采用了逐步降聪 的方式消除上述不良影响。 2 1 7 水溶性酚醛胶粘剂的特点 嚣蕊纛我重本穗工受镶域瘫蛰逮镬震戆主要黢糖为躲醚瓣麓( u f ) 、酚醛撼黧 硕士学位论文 资源节约型杉木木束帘芯层竹木复合板的研制 ( p f ) 、三聚氰氨树脂( 肝) 及其相关的改性树脂1 0 4 1 0 1 ，1 0 2 l ，而酚醛树脂因具诸多的 优点在木材工业中使用较为广泛，如良好的耐水性、耐气候性、耐热、耐化学药品和 电绝缘性能，还有胶的制取材料来源广泛和合成工艺简单等诸多优点 | 1 0 3 , 1 “, 1 0 5 , 1 0 6 , 1 0 7 , 1 0 8 , 1 0 1 ) 1 。 采用水溶性酚醛胶胶粘剂为试验用胶粘剂，该胶粘剂由浙江雁杰建筑模板有限公 司提供。 经对该水溶性酚醛树脂胶粘剂的主要性能指标( 固化时间、黏度等) 进行检测， 其余指标均为公司提供，如表2 1 所示。从表中可看出该胶粘剂的粘度偏高，若直接 浸胶，会带来一定的困难。由于该胶粘剂为水溶性的酚醛树脂，其可与水相溶，因而 可通过加入适量的水进行稀释以降低其固体含量及黏度。根据试验的要求，拟加水对 其进行稀释。在加入水稀释的同时，需用搅拌器不停地搅拌胶粘剂，使其混合均匀。 通过加水稀释后其主要性能指标固体含量含量降低至2 4 5 左右，其黏度降低至3 0 s 左右( 涂一4 杯，2 5 。c ) 。用浸胶盒将稀释好的胶粘剂盛好，为后续的浸胶做准备。 表2 1胶粘剂性能指标 t a b l e21p m p e r t i ei n d e xo f a d h e s i v e 2 2 产品结构的特点 本研究提出的产品结构模型如下图2 1 ； 硕士学位论文资源节约型杉木木柬帘芯层竹木复合板的研制 图2 1 板坯结构不意图 f i g 2 1s k e t c hm a po f m a ts t r u c t u r e 1 表面浸渍纸2 马尾松木单板( 1 8 2 o ) 3 径向竹篾帘4 杉木木束帘 2 3 主要关键技术的特点 2 3 1 杉木制材边皮的n a o h 溶液处理工艺研究 在进行平、辊压前，需通过n a o h 处理液并施以适当的温度对杉木制材边皮进行 软化和渗透性处理。需通过一系列正交试验探讨出其平压、辊压效果的最佳影响条件 及工艺参数。 2 3 2 杉术制材边皮的平压、辊压工艺研究 潮用衫本翻耱边皮在热送辊圭先平压 b c 1 52 弦长扩k 2 1 5 3 4 展率 ( ) 岛 1 82 8 r3 0 8 因素主一次 优先方案a 3b 2 a 3b 2 c 2 1 6 1 21 6 1 l 1 6 2 61 6 2 0 1 6 4 21 6 4 1 0 3 00 3 0 a b c 2 或a 3c 2b 2 脱水率t l 4 0 0 8 4 3 3 34 5 1 7 ( ) t 2 4 1 0 7 4 51 74 5 1 9 堡主兰垡丝兰 塑塑堇丝型堑查查壅塑堇星笪查塞鱼堡塑婴型 堡塞! = t 3 5 5 2 44 78 9 4 6 0 4 r 因素主次 优先方案 f 1 分离度 f 2 ( ) f ， r 因素主一次 5 1 6 4 5 60 8 7 a b c a 3b 3c l 7 4 0 97 7 6 38 2 5 5 8 4 4 37 8 3 58 3 4 8 6 1 68 4 97 8 7 1 2 0 77 2 74 7 a b c 优先方案 a 3b 3c 2 为便于分析和观察，将正交试验结果以直观图的形式列出，如因素直观图3 4 、 3 5 、3 6 和图3 7 所示。从直观图中可看出弦高压缩率、弦长扩展率、脱水率和分 离度都是随着蒸煮温