高性能重组木研究进展及应用建议.pdf
《高性能重组木研究进展及应用建议.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高性能重组木研究进展及应用建议.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、China Forest Products Industry林产工业,2023,60(09):57-62高性能重组木研究进展及应用建议陈松武 刘晓玲 陈桂丹 何林韩(广西壮族自治区林业科学研究院,广西优良用材林资源培育重点实验室,广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心,广西 南宁 530002)摘 要:重组木作为一种“小材大用、劣材优用”的绿色木质材料,是人工林速生材未来极具发展前景的加工利用途径之一,能够有效缓解我国木材的供需矛盾。本文围绕重组木的高性能化制备,重点阐述了不同处理工艺条件对其性能的影响,总结了其在工业化进程中面临的难题,并提出了相应解决方法。其中,着重针对重组木产品应用的高
2、值化与功能化短缺的现状,根据重组木的性能特点构思了“重组木材色定向调控”及“高性能木质强化玻璃”的新概念,以期为我国速生材资源高值化利用的产业升级提供解决思路和途径。关键词:重组木;高性能;小径材;疏解单板;综述中图分类号:TS653;TS396 文献标识码:A 文章编号:1001-5299(2023)09-0057-06DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202309010Research Progress and Application Suggestions of High Performance Recombinant WoodCHEN Song-wu LIU X
3、iao-ling CHEN Gui-dan HE Lin-han(Guangxi Forestry Research Institute,Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation,Guangxi Quality Control of Wood Resources Cultivation Research Center of Engineering Technology,Nanning 530002,Guangxi,P.R.China)Abstract:Recombinant wood,as a gr
4、een application technology of wood materials with small timber for large use and inferior timber for superior use,is one of the processing and utilization ways of fast-growing plantation timber with great development prospects in the future,which can effectively alleviate the contradiction between s
5、upply and demand of wood in China.Focusing on the high-performance preparation of recombinant wood,in this paper,the effects of different processing conditions on its properties were focused on,the problems it faces in the process of industrialization were summarized,and corresponding solutions were
6、 put forward.Among them,the new concepts of directional control of the color of reconstituted wood and high-performance wood reinforced glass were conceived based on the performance characteristics of reconstituted wood,focusing on the shortage of high value and functionality of the application of r
7、econstituted wood products.It is expected to provide solutions and ways for the industrial upgrading of high value utilization of fast-growing wood resources in China.Key words:Recombinant wood;High performance;Small-diameter log;Crushed veneers;Overview随着我国经济社会的持续快速发展,家居、建筑等领域对于木材的需求量急速增长,木质资源供需关系日
8、益严峻1-3。同时,随着“天保工程”实施,我国天然林资源已全面禁止采伐,大规格天然优质硬木变得十分缺乏,并极度依赖于进口4-5。因此,亟需寻找优质硬木的替代品来缓解天然林木材供需矛盾。目前,随着对速生材、灌木、竹材及秸秆在重组材料领域的不断探索和深入研究,重组材料在工业化进程中已取得了较大进展。在众多重组材料中,重组木因其具有天然木材的纹理及优异的物理力学性能,被视为大规格天然优质硬木的理想替代品6。自问世以来,重组木就在工业及学术领域受到了广泛关注。按照直接原料的不同,重组木可分为传统重组木(小径级材、枝桠材等劣质材)与高性能重组木(单板)7。其中,高性能重组木在传统重组木的制备工艺基础上,
9、总结并吸纳了重组竹的成功经验,从原料形式进行了创新,其各项性能更优,是目前主流的重组木产品。对高性能重组基金项目:广西林业科技推广示范项目(桂林科研 2022 第20号;2023 GXLK03)作者简介:陈松武,男,正高级工程师,研究方向为木材材性及其功能改良,E-mail:收稿日期:2023-03-06林 产 工 业58第60卷木进行开发,不仅能够缓解我国木材供需矛盾,还能带来可观的经济效益。例如,与刨花板等传统人造板生产线相比,高性能重组木生产线总体投入、生产能耗及胶黏剂需求量均较小8。在价格方面,传统纤维板、刨花板和胶合板平均市场售价为1 0002 500元/m3,利润率为5%8%,而重
10、组木的平均市场售价可达8 000 12 000元/m3,利润率为20%50%,产品附加值可提升46倍。虽然目前高性能重组木的相关研究与工业化进程已取得了较丰厚的成果,但随着生产水平及市场需求的提升,重组木的开发与生产也面临许多技术性与创新性问题9。本文将聚焦于高性能重组木,围绕高性能重组木的发展历程、生产工艺和存在问题,重点论述其在生产过程中各环节的技术进展。在此基础上,总结归纳高性能重组木在工业化道路上所遇到的科学技术难题,并提出相应解决方案。最后,根据重组木的性能特点,结合林产化学与工业的先进理念,提出重组木的多元化应用新构思,以期为我国木材自给率的提升及速生材资源高值化利用提供思路和途径
11、。1 重组木发展历程1.1 传统重组木传统重组木源自1973年澳大利亚联邦科学与工业研究院的学者John Douglas Coleman提出的新概念产品,即以小径级材、枝桠材等劣质材为原料,经蒸煮软化处理后,碾压疏解成木束,并对其进行施胶压制成的新型木质产品。澳大利亚相关机构及企业为此申请了重组木专利,在1986年将所研制的生产设备进行投产使用,并于1989年建成世界第一条重组木生产线10。国内关于传统重组木的研究始于1986年中国林科院与江西木工厂共同进行的马尾松重组木试验。值得注意的是,由于加工疏解得到的木束尺寸大小不一且形态各异,造成在重组木的制备过程中,其施胶与铺装厚度的均匀度难以控制
12、,导致重组木产品具有较大的内应力,极易出现变形、跳丝、表面粗糙度大等缺陷11。因此,传统重组木的工业化进程受到了极大的阻碍。1.2 高性能重组木高性能重组木是中国林科院木材工业研究所借鉴竹质重组材料的成功案例,以疏解后的纵向连接、横向分离的纤维化旋切单板为原料,集成超厚单板旋切、单板定向疏解、均匀化施胶、成型固化等多项关键技术,突破了传统重组木制备的关键难题,其具体制备流程见图1。随着多年的研究与开发,高性能重组木于2014年实现了产业化生产,现已陆续在山东、浙江、江苏、江西、广西等地完成生产线的建设。重组木相关核心关键技术连续2次入选国家科技重大成就展,连续3次列入国家林草局重点推广成果10
13、0项。2020年12月被列入国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、自然资源部等四部委组织编制的绿色技术推广目录,是我国林草行业唯一入选的绿色技术。相关研究产品已先后在户外用材12、结构用材13-15及家居用材16领域展现了较好的适用潜能。2 重组木生产工艺2.1 木材材性用于生产高性能重组木的常用树种有杨树(Populus spp.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、柳树(Salix spp.)、落叶松(Larix gmelinii(Rupr.)Kuzen.)、桉木(Eucalyptus spp.)、银杏(Ginkgo biloba L.)、低密度泡桐(Paulown
14、ia spp.)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、荷木(Schima superba)、辐射松(Pinus radiata)、樟树(Cinnamomum camphora(L.)Presl)等二十余种。然而,不同树种在组织构造方面存在显著差别,对单板疏解的效果影响较大(图2),进而造成了重组木性能上的差异。因此,根据产品需求,对不同树种采用不同的制备工艺非常必要。此外,使用霉变后的木材往往能提升重组木性能。刘振学等17使用蓝变后的杨木制备重组木,发现胶黏剂在其疏解单板中的渗透更为均匀,所制备的蓝变杨木重组木也显示出更好的物理力学强度。图1 高性能重组木制备流程图Fig.1 P
15、reparation flow chart of high-performance reconstituted wood陈松武,等:高性能重组木研究进展及应用建议59第9期2.2 密度重组木密度范围通常在0.61.2 g/cm3,作为重组木的重要理化性能指标,根据产品的应用需求对密度进行相应调整,有利于在保证产品质量的前提下降低生产成本。Bao等18探究了密度对杨木重组材料性能的影响,结果显示,随着产品密度的提升,其物理力学性能和耐水性能均大幅度提高,且远超相关国家标准。Wei等19探讨了密度对由辐射松制备的重组木性能的影响。结果表明,重组木的机械性能及耐水性能均随其密度增大而增大。当密度较低
16、时,重组木整体的材料压缩率较小,部分细胞甚至未完全密实,导致无法完全胶合,进而影响产品物理力学、尺寸稳定及耐水性能。随着密度的提升,产品密实化程度随之增加,同时大量木材细胞壁被压溃,其产生的裂纹更有利于胶黏剂的渗透及胶钉的形成,因而重组木的各项性能得到改善。2.3 单板厚度通常情况下,2 mm以下单板因易破碎并不需要进行疏解。由2.2可知,重组木的刚度和强度受其密度影响较大。根据复合材料的微观强度理论,重组木的纤维状态直接影响材料的各项性能。在相同单板密度情况下,重组木纤维含量相同,而随着单板厚度的提升,疏解工艺对其刚度和强度的破坏越大,这对材料的整体力学性能呈负面影响。而随之带来的高吸水率能
17、使单板吸收更多的树脂,为重组木带来更好的耐水性能。研究发现,随着单板厚度的增加,重组木的抗弯性能和抗剪性能逐步下降,耐水性能呈现先上升后下降的趋势。其中,6 mm厚单板制备的重组木耐水性能最优。值得注意的是,单板厚度对重组木表面纹理的影响不大20。2.4 浸胶量重组木的核心技术在于,疏解使单板形成裂纹后,需有针对性地向其裂缝与细胞结构中渗入胶黏剂,在高温高压条件下,树脂固化形成一种超强木质复合材料。在重组木制备过程中,胶黏剂的含量(浸胶量)及渗透程度极大影响着材料的最终性能,同时浸胶量也决定着企业的生产成本。重组木的浸胶量通常在7%19%,且随着浸胶量的增大,重组木的耐水性能提升、表面粗糙度降
18、低,其静曲强度及抗压强度则呈现先增加后减小的趋势,并在浸胶量为12%左右时出现拐点21。此外,重组木的浸胶量对其表面耐光降解性能具有一定影响。研究表明,当浸胶量较高时,重组木在老化过程中的颜色变化、润湿性和粗糙度变化较小22。2.5 浸胶方式胶黏剂的浸渍是重组木的关键工序之一,通常可分为常压浸胶与真空加压浸胶。其中,真空加压浸渍提供的压力差为胶黏剂的渗透提供了动力,所制备产品的性能更优。然而,真空加压浸渍法所需设备昂贵且能耗较大,增加了企业生产成本。在此基础上,韦亚南 等23发现,将单板充分疏解后,所产生的裂纹能起到改善胶黏剂渗透路径的效果,此时真空-加压浸胶法与常压浸胶法效果相当。通过疏解工
19、艺及浸胶方式的合理安排,显然有利于实现节约成本及产品高性能化的双赢目标。2.6 浸胶疏解单板含水率在重组木成型前,需经过浸胶疏解单板干燥及铺装工序。通常情况下,浸胶单板的终含水率由经验决定,一般在绝干至20%之间。含水率情况不仅影响着干燥时间,也决定了热压过程中的热量传导途径,以及胶黏剂渗透的程度。随着浸胶疏解单板含水率的提升,重组木各部位的最高温度降低,且表面升高温度逐渐下降。当单板含水率为12%时,其所制备的重组木各项表面性能、耐水性能及物理性能最优。值得注意的是,浸胶后单板的陈化时间过长会影响胶黏剂的重均分子量及预固化度24,对产品的耐水性能会产生较大影响。2.7 铺装方向目前,浸胶干燥
20、后的重组木单元仍采用人工铺装形式。这必不可少地会造成重组木单元按照不同角度铺装组坯,形成不同取向的重组木,在一定程度上影响了产品的性能均匀度。其中,平行铺放制备重组木时所图2 相同疏解工艺下不同树种疏解效果对比Fig.2 Comparison of dredging effects of different tree species under the same dredging technology林 产 工 业60第60卷需的成型压力较随机堆放的小,且时间更短。两种铺装方式制备的产品在物理力学性能及耐水性能方面差异并不明显,但随机铺放的重组木在铣槽加工时更易出现槽口的劈裂和通裂。2.8 成
21、型方式重组木的成型工艺主要有两类,分别是冷压-热固化和直接热压。因热量传递方式及胶黏剂固化时受力与否的区别,热压成型法制备的重组木抗弯及抗剪性能更加优越,而冷压-热固化成型法制备的重组木其耐水性能更加优越。此外,热压温度在一定程度上也影响着产品的性能。陈梓祥等25发现,热压温度对重组木物理力学性能的影响不大,其主要影响胶黏剂的固化过程,从而对产品的耐水性能有着决定性作用。3 存在问题及相关对策随着我国重组木研究的不断深入,相关成果已达到国际领先水平。随着产业化的推进,已在众多领域得到应用,但目前仍面临着许多问题。3.1 产品生产工艺3.1.1 单板疏解的精细化旋切单板的疏解效果影响着产品各部位
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 性能 重组 研究进展 应用 建议
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。