（木材科学与技术专业论文）重组竹材制造技术的研究.pdf

摘要 竹子是我国重要的森林资源之一。以竹代木，将有助于缓解我国木材供需之间 的矛盾。近年来，我国竹产业有了较大的发展，但目前，竹材能够大规模工业化利 用的只有毛竹( p h g l l o c h y sh e t e r o c y c l av a rp u b s c e n s e ) 并且其利用率一般均在5 0 以 下，而其它竹种还尚未大规模工业化利用。本研究在借鉴国外重组材的制造技术研 究基础上，通过改进设备和生产工艺，达到全竹利用的目的。重点研究了重组竹材 的单元制备技术，重组竹材的浸胶工艺、组坯工艺和热压工艺及其性能的测试分析， 得出如下结论： ( 1 ) 通过对竹束的加工效果的对比分析和竹束预处理的研究，得到碾压疏解机 对竹束的加工效果最好；对竹束表面进行砂光处理，提高了重组竹材的力学性能， 而对竹束进行高温炭化处理，降低了重组竹材的胶合性能。 ( 2 ) 通过对重组竹材浸胶工艺的研究，控制胶黏剂的固含量，竹束的浸胶量最 易控制；浸胶时间的改变对竹束浸胶量影响较小；增大浸胶压力，可以较大的提高 竹束的浸胶量；本试验范围内，随着竹束浸胶量的降低，重组竹材的物理力学性能 呈下降趋势。 ( 3 ) 组坯竹束全部使用条状竹束重组竹板材的密度变异系数最小，混合使用条 状竹束和片状竹束的次之，全部使用片状竹束重组竹板材的密度变异系数最大；提 出了一种重组竹材板坯组坯装置和组坯方法。 ( 4 ) 竹种、胶黏剂固含量、热压温度和密度等对重组竹的物理力学性能具有明 显影响。其中重组竹的密度影响最大，密度从0 8 3 9 c m 3 增大到1 0 5 9 c m 3 ，重组竹 材的各项力学性能也随着增大，密度与m o r 、m o e 、i b 成抛物线关系。 ( 5 ) 利用本研究制备的不去竹青、竹黄的重组竹材的力学性能优于竹帘胶合板、 竹材胶合板和其它三种重组竹材产品：本研究制备的重组竹材的耐循环水煮、干燥 的能力优于其它三种重组竹材产品：循环湿热氙灯联合处理试验结果表明，本研究 制备的重组竹材具有一定的耐室外老化性能。 关键词： 竹材：重组竹材；制造技术；性能 m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yo f r e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e r a b s t r a c t b a m b o oi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf o r e s t r e s o u r c e si nc h i n a b a m b o o s s u b s t i t u t i o nf o rw o o dw i l lh e l pt or e s o l v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h es u p p l ya n d d e m a n d i nr e c e n ty e a r s ，c h i n a sb a m b o oi n d u s t r yh a sm a d es i g n i f i c a n td e v e l o p m e n t , h o w e v e r ，o n l ym o s o ( p h g l l o c h y sh e t e r o c y c l av a rp u b s c e n s e ) c a n b eu s e di nl a r g e s c a l e i n d u s t r i mp r o d u c t i o nn o w , a n dw i t ht h eu t i l i z a t i o nr a t el e s st h a n5 0 w h e r e a st h eo t h e r b a m b o os p e c i e sh a v en o ty e tb e e nu s e di nl a r g e s c a l ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n 。i nt h i ss t u d y ， b a s e do nt h ef o r e i g nm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e so fr e c o n s t i t u t e dl u m b e r ，t ou t i l i z et h ee n t i r e b a m b o ot h r o u g hi m p r o v i n ge q u i p m e n ta n dp r o d u c et e c h n o l o g y ，a n dt h eb a m b o ob u n d l e p r e p a r a t i o n ，g l u ei m m e r s i o n ，f o r m i n g a n dh o tp r e s s i n gp r o c e s sa sw e l la st h ei t s p e r f o r m a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d ，t h em a i n c o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n t r a s ta n a l y s i so fb a m b o ob u n d l ep r o c e s s e sa n dt h ep r e t r e a t m e n ts t u d yo f b a m b o ob u n d l es h o w e dt h a tt h eb a m b o ob u n d l ep r e p a r e db y m a n g l ee q u i p m e n tw a st h e b e s t ，t h ep r o c e s so fs u r f a c es a n d i n ge n h a n c e dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fr e c o n s t i t u t e d b 锄b o ol u m b e r ，a n dt h eh e a t t r e a t e db a m b o ob u n d l er e d u c e d t h eb o n d i n gp e r f o r m a n c eo f r e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e r ( 2 ) t h eg l u ei m m e r s i o np a r a m e t e r ss t u d yi n d i c a t e dt h a tt h eg l u ec o n s u m p t i o no f b 锄b o ob u n d l ei st h em o s tv u l n e r a b l et ob ea c h i e v e db yc o n t r o l l i n gt h eg l u es o l i dc o n t e n t , g l u ei m m e r s i o nt i m ed i da l i t t l ee f f e c to nt h eg l u ec o n s u m p t i o n , t h eg l u ec o n s u m p t i o no f b a m b o ob u n d l er a i s e da st h ei n c r e a s eo fg l u ei m m e r s i o np r e s s u r e i nt h i ss t u d y ，t h e p h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e rd e c r e a s e da st h e r e d u c eo fg l u ec o n s u m p t i o n ( 3 ) t h ed e n s i t yv a r i a t i o no fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e r w i t hs t r i pb a m b o ob u n d l e w a st h el o w e s t f o l l o w e db yt h el u m b e rw i t hs t r i pa n df l a k eb a m b o ob u n d l e ，l a s tw a s t 1 1 e l 眦b e r 、“t l lf l a k eb a m b o ob u n d l e m o r e o v e r ，an e wf o r m i n gp r o c e s sd e v i c e sa n dm e t h o d o fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u n a b e rw a sb r o u g h tf o r w a r d ( 4 ) b a m b o os p e c i e s ，g l u es o l i dc o n t e n t ，h o tp r e s s i n gt e m p e r a t u r ea n dd e n s i t yd i d s i g n i f i c a n te f f e c t so i lt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo f r e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e r ，e s p e c i a l l y t h ed e n s i t y ，t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sr a i s e da st h ei n c r e a s eo fd e n s i t y ，a n d t h e r ew e r ep a r a b o l i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o r , m o e ，i ba n dd e n s i t y ( 5 ) t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e rm a d eo fb a m b o o b 吼d l e 、i 也吐l eb a m b o o so u t e rs k i na n db a m b o oi n n e rs k i nw e r eb e t t e rt h a n c u r t a i n p l y b a m b o o ，p l y b a m b o oa n d o t h e rt h r e ek i n d so fr e c o n s t i t u t e d t b a m b o ol u m b e r p r o d u c t i o n s t h ei n t e n s i t y - p e e lp e r f o r m a n c eo fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e rw a sb e t t e r t h a no t h e rt h r e ek i n d so fr e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e rp r o d u c t i o n t h ec i r c l ew e t ，h e a t a n dl i g h tt e s ti n d i c a t e dt h a tt h er e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e rh a dac e r t a i nr e s i s t a n c e f r o me x t e r i o rw e a t h e r i n g k e yw o r d s b a m b o o ；r e c o n s t i t u t e db a m b o ol u m b e r ；m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ； p e r f o r m a n c e d ir e c t e db y ：p r o f w a n gx i m i n ga n dy uw e n ji a p pi ic a n tf o rd o c t o rd e g r e e ：c h e n glia n g ( w o o ds c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) ( c o l l e g eo f m e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i n n e rm o n g o l i a a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y h o h h o t0 1 0 0 1 8 c h i n a ) 插图和附表清单 1 图1 重组竹材样品图7 2 图2 技术路线图8 3 图3 压丝机设备实验装置1 0 4 图4 疏解机设备实验装置1 1 5 图5 碾压疏解机设备实验装置1 2 6 。图6 三种竹束的重组竹材的力学性能对比图1 4 7 图7 三种竹材的重组竹材的力学性能对比图1 5 8 图8 不同竹束处理下重组竹材的力学性能1 7 9 图9 固含量与黏度1 9 1 0 图1 0 浸胶工艺参数对浸胶量的影响2 3 1 1 图1 1 不同胶黏剂体含量下重组竹材的物理力学性能对比图：。2 6 1 2 图1 2 密度对重组竹力学性能的影响3 l 1 3 图1 3 组坯装置示意图3 3 1 4 图1 4 重组竹材热压曲线图一3 5 1 5 图1 5 不同热压温度下重组竹材的力学性能3 7 1 6 图1 6自制重组竹材与重组竹材产品的剥离度对比图4 0 1 7 。表l 1 8 表2 1 9 。表3 2 0 表4 2 1 表5 2 2 表6 2 3 表7 2 4 表8 2 5 表9 2 6 表1 0 2 7 表l l 2 8 表1 2 2 9 表1 3 3 0 表1 4 3 1 表1 5 重组竹与木材、几种人造板物理力学性能比较，7 去青与不去青对重组竹性能的影响9 三种竹束的重组竹材的力学性能1 3 三种竹材的重组竹材的力学性能1 5 不同竹束处理下重组竹材的力学性能1 7 胶黏剂固含量的变化：2 0 不同浸胶时间下的浸胶量2 2 不同浸胶压力下的浸胶量2 2 不同胶黏剂固含量下的浸胶量2 3 干燥温度对重组竹材物理力学性能的影响2 5 不同胶黏剂体固含量下重组竹材的物理力学性能2 6 不同组坯方式下板材密度分布2 9 不同密度下重组竹材的力学性能3 l 热压工艺参数3 5 不同热压温度下重组竹材的力学性能，：3 6 3 2 ，表1 6 3 3 表1 7 3 4 表1 8 3 5 表1 9 自制重组竹材与竹帘胶合板和竹材胶合板的物理力学性能3 8 自制重组竹材与重组竹材产品的物理力学性能3 9 自制重组竹材与重组竹材产品的浸渍剥离强度4 0 重组竹材循环湿热氤灯联合处理后的力学性能4 1 内蒙古农业大学研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 括为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：丕量；塾 日 期：2 2 1 皇垒亟旦蔓粤 导师指导研究生学位论文的承诺 石五l 本人承诺：我的研究生 雠毛j 所呈交的学位论文是在 我指导下独立开展研究工作及取得的研究结果，属于我现任岗位职务 工作的结果，并严格按照国家及学校有关学术道德规范的规定要求而 获得的研究结果。如果违反，我必须接受按国家及学校有关规定的处 罚处理并承担相应导师连带责任。 指导教师签名：彳籼一一 日 期：二塑i 睑! 纽，7 挎 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：鲻2 指导教师签名：2 拗 日期：2 d 明年占国8 日 内蒙吉农业大学硕士学位论文 1 1 引言 我国是一个森林资源相对匮乏的国家。我国森林面积1 7 5 亿h m 2 ，其中人工速生 林面积为0 5 3 亿h m 2 ，人均拥有森林蓄积量9 4 2 m 3 ，不到世界平均水平的1 6 ，位居 世界第1 2 2 位；森林覆盖率1 8 2 1 ，仅相当于世界水平的6 1 ，位居世界第1 3 0 位。 随着我国社会经济的快速发展，对木材的需求量将逐年增大。根据专家预测，至s j 2 0 1 0 年我国木材总需求量将达4 4 0 - - 5 4 0 亿m 3 ，供需缺口将达9 0 0 0 万m 班。近十年来国 家对天然林实旌保护工程，国内木材供应量削减，使得木材供需之间的矛盾越来越 激烈。 竹子作为重要的森林资源之一。全世界有竹类植物7 0 余属，1 2 0 0 余种，从热带 到温带甚至寒带均有分布，主要分布于热带和亚热带地区，亚洲尤为丰富。竹林在 我国被称为w 第二森林 。我国是世界上竹类资源最丰富的国家，现有竹林面积7 2 0 万h m 2 ，主要分布在我国长江以南的1 7 个省、市、自治区。据统计，中国共有3 5 属 4 0 0 余种竹子，约占世界竹种总数的1 3 2 1 。我国是世界上最主要的产竹国，2 0 0 8 年 产竹材约1 2 5 亿根，比2 0 0 7 年减少1 0 3 5 ，竹材产量屠世界第一位。 1 1 研究的背景、目的和意义 1 1 1 研究的背景 竹子作为我国第二大森林资源，因其具有繁殖再生能力强、生长周期短、材质 优良等特性，其工业和商业价值日益显著。竹材通过机械加工、化学加工，生产各 种竹制品，以竹代木，减少木材消耗量，可以有效缓解木材供需之间的矛盾。我国 竹材人造板从无到有，发展迅速，先后开发出竹编胶合板、竹帘胶合板、竹层压板、 竹地板、竹木复合板等多种竹材加工产y e s j 。但目前工业上采用的竹材原料基本为 大径毛竹，而小径级竹材和大径级的绿竹、龙竹还尚未大规模工业化利用。 1 1 2 研究的目的 重组材的开发与利用可以更加科学合理的利用竹材资源，提高竹材利用率，并 充分发挥竹材本身物理力学性能，从而拓展了竹材人造板应用领域，本研究主要是 对重组竹材各阶段生产工艺进行了试验设计、性能评价和分析研究，从而优化重组 竹的生产工艺；以便提高重组竹材物理力学性能和竹材加工利用水平。 重组竹材作为一种新型的竹材人造板，其特点是竹材的利用率高，密度大，材 料的物理力学性能优良。它是在总结和借鉴了重组木材料研制经验的基础上，充分 考虑到我国丰富的竹材资源以及大量的竹j n - r 剩余物资源，借鉴国内外重组木的研 究开发经验，开发研制而成的一种新型的竹材人造板，具有特殊的纹理结构，而重 组竹的拉伸、压缩、弯曲等力学性能不仅优于普通木材，而且优于柞木、黄檀等优 质的木材，可以广泛应用于建筑结构、园林建设、工程木等领域。但是，目前重组 2重组竹材制造技术的研究 竹主要应用予地板、家具和墙体等装饰材料，如果能够开发出大规模利用的生产工 艺技术，将有效解决我国竹材资源高效利用问题。目前，我国的建筑结构材料基本 上以木质层积材和胶合木为主，其中部分依赖囡外进口。如我囡2 0 0 8 的奥运工程所 用的木质结构材料均是从新西兰进口。另外，我国近年来逐渐兴起的木质建筑结构 材料的需求量越来越大，目前也是主要以从国外进口为主。国际上美国、加拿大、 日本等困基本上以木质结构房屋为主，每年所需要的结构材料更是具有极大的市场 需求【4 】。重组竹材与木材相比具有更优良的物理力学性能，可以满足国际、国内市 场对该项产品的需求。 此外，目前的重组竹基本单元竹束的制备工艺是将竹材剖分形成竹条，再去除 竹青、竹黄后，再对其进行疏解，形成竹束，目前的竹束制备工艺复杂，仍然未能 达到全竹利用，未能解决小径竹和竹材加工剩余物( 竹梢、小径毛竹) 的工业化利 用问题。本文在总结现有的竹束制备的优点和缺点的基础上，对疏解设备和疏解工 艺进行了改进，使小径竹和毛竹利用率达到9 0 以上。 1 1 3 研究的意义 我国是人造板生产量最大的国家，逐年增长的人造板产量与原料资源短缺的矛 盾日益突出。因此对资源丰富、尚未大规模利用的小径竹材资源进行合理的开发和 利用，为竹材人造板工业的原料，以及提高竹材的利用率，不仅能够解决人造板行 业原料短缺的问题，同时也能增加广大农民的收入，振兴竹产区经济，调整当地农 业产业结构，保证我国竹产业健康持续发展意义。 1 2 我国竹材加工利用现状及分析 竹材作为一类很好的可再生、可持续发展的资源，与木材相比具有强度高、韧 性好、硬度大等特点。我国对竹材的加工利用已有数千年历史，最初人们对竹材的 利用主要以原竹的形式，通过家庭或者小作坊采用手工或简单机械进行加工生产竹 材产品，主要用做农业用具。从上世纪7 0 年代末、8 0 年代初开始，我国进入了竹 材工业化利用新的发展时期，提出了“以竹代木，以竹胜木”的发展思路。经过2 0 多年的发展，我国的竹材工业化利用规模从无到有，从小到大，迅速发展起来。今 天我国的竹材加工工业已经成为国民经济中的一个新兴产业，各种竹材产品正在国 民经济建设和人们生活中发挥着越来越重要的作用。 1 2 1 竹材加工现状 竹材可以通过手工加工、机械加工、化学加工制备各种竹材产品。我国对竹材 的传统加工，主要是手工编制竹篾条产品，其形态、装饰图案各异，用途也不尽相 同。其外，中国传统的手工竹雕工艺品源远流长，古代竹刻的品种有簪钗、文具、 内蒙吉农业大学硕士学位论文 3 香筒、圆雕人物、竹根器皿、如意、扇骨等，其中以笔筒、臂搁等文房用具为岁川 早期，我国竹材加工普遍存在加工技术落后、科技含量低、原材料利用率不高等问 题，手工作业仍是主要加工手段之一，而竹材加工机械又多以借用和改造木工机械 代用为主。近年来，随着工业化水平的提高和竹产业的发展，我国竹材加工水平有 了较大的提高。 竹材机械加工途径主要有以下几种【6 】：锯切加工，它是锯机相对于竹材进行直 线和旋转运动的切割加工；劈裂加工，它属于竹材纵向加工，是通过刀具刃口和刀 具厚度的作用使竹纤维之间的结合力遭到撕裂性破坏的加工方法。切削加工，它是 竹材常用的加工方法，主要的切削加工方式有刨切、铣切、旋切、剪切和削片等； 磨削加工，它是通过磨具与制件之间的相对运动将制件加工成一定规模和形状的方 法。碾压加工，它是通过对圆竹或竹片进行连续碾压，使竹纤维之间的结合力遭到 部分撕裂性破坏的加工方法。碾压可将竹材加工成一定规格的竹丝或碎竹条，主要 用于生产重组竹材或竹木复合材料。由于碾压设备原因，竹材碾压加工方法应用较 少，但它是竹材综合利用的一种具有良好发展前景的加工方法之一。此外，竹材可 以通过高温加工，改变其物理或化学性质，制各活性炭；通过化学加工法可以改变 竹材的物理性质或获取具有特殊化学成分的竹类产品，如竹醋液和竹饮品等竹材附 加产品。竹材还可以通过机械磨浆法或化学法制造竹纤维，其主要用于制浆造纸， 生产竹纤维复合材料和竹质m d f 等。近年来，还将竹纤维用于纺织行业生产高档次 的竹纺织用品。 1 2 2 竹材工业化利用现状 近些年，我国竹材工业得到了快速发展。摆脱了传统的手工业竹材加工方式， 促进了竹材的工业化利用，使我国的竹材资源得到进一步的利用，加快了我国竹制 产品工业的发展。竹材通过物理、化学方面的加工，使其成为具有强度高、弹性好、 不变形、防虫、耐腐、耐冲击和载荷性能好等特点的竹材产品。竹材人造板是竹材 工业化利用的主要产品之一。我国竹材人造板于2 0 世纪7 0 年代起步，8 0 年开始发 展。目前，我国竹材人造板产量超过百万立方米。我国的竹材人造板产品主要包括 以下几类：竹材胶合板、竹席竹帘胶合板、竹帘胶合板、竹编胶合板、竹材层积、 竹木复合胶合板、竹塑复合板、竹片贴面装饰板、薄竹贴面装饰板、竹材刨花板、 竹材纤维板、竹材地板、竹木复合地板、竹片碎料复合板、竹木复合碎料板、竹木 复合纤维板、竹水泥刨花板、竹石膏刨花板、重组竹材等。这些竹材工业产品广泛 用于车辆、船舶、运输、建筑、包装、环保和人们的日常生活【7 1 。此外，竹材还用 于竹家具、竹制日用品、竹材工艺品、竹碳、竹醋、竹纸浆、液化竹材等产品的工 业化生产中。我国竹材加工应用于多个领域，如建筑结构和装饰、造纸、家具、包 装、交通运输、文体用品、服饰等。竹材产业已成为我国林业的一个新的经济增长 4 重组竹材制造技术的研究 点。 1 2 3 发展趋势分析 中国的竹材加工产经过2 0 多年的发展，竹材力n - r - 的产品种类、技术水平居世界 领先地位，但同时也存在着问题。在竹材资源利用方面，竹材利用率低，生产工艺 不完善，盲目的“以竹代木 不是我国竹材加工利用产业发展的正确途径，应合理 利用丰富的竹材资源。开发全竹、保留竹青和内黄，能高效利用竹材资源的新产品、 新工艺，节约竹材资源；在竹材加工方面，与木材相比，竹材加工方法更多，但在 选择加工方法和设备时，不应简单地采用木材加工领域的技术与设备，而需要针对 目标产品的特殊性，结合竹材生理特性和理化性质，选择恰当的加工方法，优化生 产工艺，以提高材料利用率，改善产品品质，减少加工工序，节约能耗，提高生产 效率；在竹材产品开发方面，应加强竹材与木材、竹材与塑料、陶瓷、碳材料、无 纺布等复合材料的研究，研发能满足广泛使用要求的竹基复合材料。开展竹加工剩 余物增值利用研究，生产竹炭、竹醋液、竹纤维、竹日用品、竹保健品等。充分利 用竹材强度高、纤维均匀规则的特点，研制结构用人造板、装饰性人造板瞪】。 竹材具有优良的力学性能，就强度和成本而言，竹子被认为是自然界中效能最 高的材料。可以预见，随着木材供需矛盾日益尖锐，竹材作为代木、代钢材料，将 会走出一条具有中国特色的竹产业之路，创造出更好的社会效益，成为中国得天独 厚的速生、再生资源的强大的民族产业。 1 3 重组竹材国内外研究现状 1 3 1 重组竹材研究的起源 1 3 1 1 国外重组木的产生和发展 重组竹是借鉴重组木的制造工艺和原理，以竹材为原料的竹材人造板制品。早 在1 9 7 3 年，由澳大利亚澳大利亚联邦科学与工业研究院科学家j o h n d o u g l a s c o l e m a n 9 】在分析前人工作的基础上提出了重组木的设想，它是在不打乱木质纤维排 列方向，保留木材基本特性的前提下，将速生小径材、枝桠材以及制材边角料等低 等劣质木材经过碾搓设备加工成横向不断裂，纵向松散而又交错相连的网状木束， 再经干燥、铺装、施胶和热压( 或模压) 等重新组合工序制成的高强度、大规模、具 有天然木材纹理结构的新型木材。 重组木的出现和发展曾经引起世界上人造板行业很大的轰动，它的制造方法突 破了传统的的加工模式。重组木得n t 国家级科研机构澳大利亚林业科学院的支持， 从1 9 7 5 年开始，该院为重组木的研究提供了大笔的经费，开展了一些初步试验；1 9 7 6 年，开始申请重组木专利。其后多年，又继续为改进工艺与设备申请专利，他们先后 取得了本国和美、英、德、法、日、加等国家的专利【。他们于1 9 8 2 年建成了生 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 产性试验车间，虽然规模不大，但已经能够生产大截面、任意长度的重组木产品。 1 9 8 7 年澳大利亚南方木材公司( s a t c o ) 投资1 2 0 0 万美元在澳大利亚南部芒特甘比尔 ( m o u n tg a m h i e r ) 建设年产5 万立方米的重组木工厂，于1 9 8 9 年完工。但经过几次 生产性调试，由于生产过程的技术问题、设备设计上的缺陷、以及管理问题等等， 至今没有正式连线投产。1 9 9 2 年，美国亚特兰大g e o r g i a - p a c i f i c 公司购买了进一步 开发重组木技术的权力，由澳大利亚林科院和美国合作，在美国重新建立一条生产 线，目前这条生产线已经成功投产运行。1 9 8 5 年，日本林野厅也开展了类似该项新 技术的研究，在澳大利亚重组材工业化生产严重失败后，日本木材学会会长大雄干 章等人开始探索重组木复合刨花板的可行性，并取得了一些试验成果。利用定向刨 花板技术在重组木表层铺装一层普通刨花，较好解决了重组木的横向翘曲问题【i 。 1 9 8 6 年，日本重组木进入了工业性试生产阶段，月产成材约3 0 0 m 3 。这在日本被称 为“水晶材 ( c r y s t a lw o o d ) ，主要用于建筑、家具、儿童玩具或其它小件物品【忆j 。 1 。3 1 2 国内重组木的引进和发展 自重组木概念引入我国以来，我国林业科研工作者也对重组木的开发和研究作 出了大量的工作。最早在1 9 8 5 年，中国林科院木材所和江西木材厂就开始合作共同 对重组木进行研究，他们利用国产的马尾松小径木木材和枝丫材作为重组木的原料， 采用c 4 1 7 5 型空气锤捶击木束的方法，完成了我国第一代马尾松重组木试验。南京 林业大学的张贵麟、华毓坤在1 9 8 9 年应邀访问了澳大利亚，参观访问了有关重组木 的实验室，并开始在南林用竹材进行重组木的制造工艺研究【1 2 1 。进入2 0 世纪9 0 年 代，东北林业大学的金维洙、马岩等3 j 对重组木的制造理论、工艺技术及加工设备 进行了深入的研究，如对碾压坯料的受力分析及木束形成机理的理论探讨，重组木 及重组木复合刨花板制造技术的试验研究等等，并使重组木的生产设备和工艺研究 开始进入产业化阶段。1 9 9 3 年内蒙古农业大学的潘石峰、王喜明等人开始利用西北 地区广泛生长的灌木材沙柳为原料，主要研究了它的加工工艺对力学性能的影响， 并制得了一脲醛树脂为胶黏剂的沙柳重组材，可用于制作家具和建筑构件【1 4 1 。近年 来重组木的研究主要集中在工业化利用基础研究和开发新产品上，赵仁杰等【l5 】研究 了以杉木制材剩余物板皮为原料模压制造重组木h 型材，以替代矩形截面的方 材，用作木结构建筑的梁、柱材料，相关技术已经申请了国家专利。姜新波等【1 6 1 对重组木工业化产品进行了试验研究，认为木束的分离是重组木工业化生产的关键 工序，从原理上分析采用辗压加工是分离木束比较理想的方式。 1 3 2 国外重组竹材研究现状 国外对竹材人造板的研究主要集中在竹集成材、竹胶合板等产品的研究，而对 重组竹材的研究较少，主要集中在亚洲国家。印度尼西亚进行了大量的重组竹材的 6重组竹材制造技术的研究 研究，这种类似于重组木的板材通常被称为“z e p h y r ”，目前已经投产了一些小规模 的重组竹生产线，采用的工艺为：原竹压溃一碾压一干燥至含水率8 - 1 0 一浸胶 ( u f 或p f ) 一组坯( 可分层铺装) 一热压( u f l 2 0 0 c ；p f l 6 0 0 c ) 一裁边，检测标 准通常参照日本工业标准j i sa 5 9 0 8 进行。印度作为第二大竹子资源国，印度政府重 视竹材加工产业，已经开始着手进行重组竹材的研发工作【l7 1 。日本f f p 的 s h i b u s a w a 和k i m t l 8 】自19 9 8 年来一直致力于重组竹材的研究，但产品大规模工业化应 用仍然存在很多困难。日本京都大学的n a r e s w o r o n u g r o h o 和n a o t o a n d o 【l 乳2 0 j 也做了 大量关于重组竹材的实验，研究结果表明：不同的毛竹竹束宽度以及板材目标密度 对重组竹材的弹性模量、静曲强度、内结合强度、吸水性和厚度膨胀率影响显著， 但对线性膨胀率没有太大影响，通过多次的干湿循环试验表明，重组竹材仍具有良 好的尺寸稳定性。在后续的研究中，他们又尝试使用不同高温来预压竹束，随着温 度从1 0 0 0 c 上升到1 8 0 0 c ，竹束展开量明显增加1 2 。美国的m a n s u ia h m a d e 2 2 】曾就竹 条层积材( b p s l ) 做过系统的研究，试验选用加尔各答竹材( c a l c u t t ab a m b o o ) ，制 得板材密度为0 7 8g e m 3 时，静曲强度为1 2 5 9m p a ，弹性模量为1 1 6 6 1m p a 。顺纹 抗压强度为6 6 3m p a ，经老化处理后，试件静曲强度和弹性模量明显降低，静曲强 度降至为9 5 6m p a ，弹性模量为8 9 2 7m p a ，处理后6 5 4m p a 。 1 。3 。3 国内重组竹研究现状 重组竹是以竹材为原材料制造的竹基重组材料，其特点是竹材利用率高，密度 大，物理力学性能优良，表1 为重组竹与其它人造物理力学性能的对比。重组竹由 我国最先研制成功，并形成规模化生产、拥有自主知识产权的产业。我国借鉴重组 木的制造工艺和原理，针对竹材特殊的纹理和组织结构，对重组竹专用设备和制造 工艺，开展了一系列的研究。1 9 8 7 年南京林业大学【2 3 】对竹材的软化工艺、疏解工艺、 施胶工艺等进行了研究，并在实验室成功压制出了以苦竹为原料的重组竹，具有较 高静曲强度和弹性模量：浙江林学院叶良明等【2 4 以5 】分别以雷竹、高节竹、孝顺竹和 青皮竹为原料，在去青与不去青两种条件下，对重组竹的热压工艺进行了研究，压 制出重组竹材可以满足结构材的强度要求：浙江省林业科学研究院李琴等【2 6 2 7 】采用 小径毛竹、早竹、高节竹为原料，使用脲醛树脂胶压制了重组竹材，探讨了施胶方 式、施胶量、热压工艺对重组竹性能的影响；中国林科院木材工业研究所于文吉等 郾j 研究了小径竹霓组竹的制造工艺，重点探讨了重组竹的密度、浸胶后竹束的干燥 温度、去青与否和竹种对重组竹材物理力学性能的影响：西南林学院张宏键等【2 9 】 以龙竹为原料，通过实验室试验和工厂试生产，确定了竹重组枋的成套工艺参数、 主要生产设备的关键性技术参数，和工业化生产技术方案。 近年来，重组竹材的研究越来越受到我国科研工作的关注。己申请了多项重组 竹材方面的技术专利。同时我国大量的竹产区企业想通过技术合作和引进，建设重 内蒙古农业大学硕士学位论文 组竹材生产线，加快了我国重组竹材从试验研究到工业也化生产的步伐 田i 重组竹材样晶圈 f i g lt h es a m p l e o h 砌n n h n 口b 删b o o l u m b e r 寰1 重组竹与术材几种人造桩物4 力学性能比较 t a b1r e c o n s t i t u t e db b o oj u m b e rp r o p e r l i d t o o t h e r w o o d b a s e dp e i s 参缸 重组竹重组木胶合扳定向倒花扳中度纤镕板剖花轷 g ( g ，铜) 0 9 i2 0 08 l0 00 5 0 - 0 6 0o6 8 0o6 8 00 6 0 - o 8 0 m o r ( i v ”a ) 1 7 0 - 2 8 06 睢1 1 0 4 0 、6 02 0 - - 4 03 0 o1 0 2 5 丛篮5 丛邕 ! 婴2 坚! 鲤螋业1 2 唑21 塑坚1 2 业塑! ：z 塑!j 业些2 1 塑蜢：塑 1 4 主要研究内窖 本文在前人的研究基础上，重点研究了重组竹材的制造技术。通过改进设备和 生产工艺，从单元的制备、浸胶、组坯、热压及性能铡试分析几方面，对重组竹材 各部分生产工艺，进行了试验设计和分析研究。研究内容主要有以下几个方面： ( 1 ) 重组竹材的单元制各 利用压丝机、疏解机、碾压疏解机三种竹材加工设各制备竹束单元，并通过对 比利用三种设备制备的竹柬压制的重组竹材的力学性能和直观观察评价竹柬的加工 效果，确定适合的竹柬加工设备和工艺，提高竹材利用率和竹束单元制各水平；对 比分析不同竹种和两种竹束预处理方法砂光、炭化对重组竹材力学性能的影响。 ( 2 ) 重组竹材漫胶工艺的研究 主要研究浸胶用胶黏剂粘度的变化及影响和多次重复浸胶后胶黏剂固含量的变 化；讨论胶黏荆固含量、漫胶压力、浸胶时间3 个因素，对竹束浸胶量的影响；对 比分析不同竹束浸胶量对重组竹材力学性能的影响。 ( 3 ) 重组竹材组坯成型工艺的研究 主要研究重组竹材组坯工艺，探讨组坯方式对重组竹材密度均匀性的影响和密 8 重组竹材制造技术的研究 度对重组竹材力学性能的影响；对比分析不同密度对重组竹材力学性能的影响。根 据现有重组竹材组坯工艺情况，针对重组竹材密度分布不均，组坯水平低下等情况， 提出一种重组竹材组坯装置和组坯方法。 ( 4 ) 重组竹材热压工艺的研究 在本研究范围内，通过试验分析，针对制备不同的密度重组竹材的需要，拟制 定重组竹材热压试验的工艺参数；探讨热压温度对重组竹材力学性能的影响。 ( 5 ) 重组竹材性能的测试及分析 主要研究了本研究制各的重组竹材与其它竹材人造板和现有重组竹材产品相应 力学性能；通过测试本研究的重组竹材的浸渍剥离强度和重组竹材循环湿热氙灯联 合处理后的力学性能，简要的测试分析重组竹材的室外耐老化性能。 1 5 研究技术路线 重组竹材单元 制备的研究 重组竹材组坯 工艺的研究 重组竹材的性 能测试分析 竹材同剖分同加工p l 竹柬p i 干燥p i 浸胶同干燥p i 组坯同热压p i 测试 重组竹材浸胶 工艺的研究 图2 技术路线图 f i 9 2t h ef i g u r eo fe x p e r i m e n t a ll i n e 重组竹材热压 工艺的研究 2 重组竹材基本单元的制备 竹束是制备重组竹材的基本单元，竹束制备的效果直接影响着重组竹材后续的 浸胶、热压等工序。因此，重组竹材基本单元的制备是重组竹材生产工艺中的第一 个环节，也是关键部分。 重组竹材工业化利用起源于以窗帘的剩余物为原料，经过浸胶、热压或冷压制 备制备而成的一种新型竹材人造板，发现重组竹具有优良的物理力学性能和特殊的 纹理结构，于是许多竹材加工企业和科研究单位纷纷加入到重组竹材的生产和研究 工作中【2 4 3 0 1 。其中，竹束单元的制备是重组竹材研究中的关键工序，目前取得了 突破性的进展，使重组竹实现了大规模的产业化。中国专利0 3 1 3 2 0 6 6 x 【3 2 】黾竹材置 内蒙吉农业大学硕士学位论文 9 于产生高频电场中进行高频加热软化处理，本发明的软化加工时间短，对竹材软化 效果好。张齐生等【3 3 】以毛竹为原料，采用去内、外竹节、剖分、经水煮、蜡煮两次 软化处理后加压展平的方法。李琴掣3 4 】制备竹束的方法是先去青，即手工刮去竹材 外层的竹青。再将竹材辗压至完全疏解成竹束为止。程瑞香等【35 】使用的软化处理方 法是将截好的竹段水中浸泡后逐渐缓慢升温，升温，温度升至8 0 - 1 2 0 后保温， 然后自然冷却。为了提高竹段蒸煮速度，蒸煮时也可加入一定量的n a h c 0 3 。 9 8 1 2 6 4 8 4 0 3 6 】采用碱蒸煮软化法，即用n a o h 溶液对竹材进行蒸煮软化，达到的软 化展开工艺。利用化学方法对小径竹材进行处理，使竹材达到软化的效果，有利于 更好的疏解成网状结构，提高胶合性能。于文吉等口7 j 研究了竹青对重组竹材性能的 影响，表2 为其去与不去青的重组竹材性能对比表；张方文等【38 j 对竹束制备进行了 相关研究，提出使用压轧疏解机和压丝机联合处理的方式，是竹束单元制备的最佳 工艺。通过研究试验改善竹束的加工效果，将有助于提高重组竹材的性能。 表2 去青与不去青对重组竹性链的影响 t a b 2e f f e c to ft h ew i t hg r e e nc o v e r i n gb a m b o oa n dw i t h o u