我國刨花板工業技術進步回顧與展望
刨花板是人造板三大板種之一,主要以枝丫材、小徑材、加工剩余物等為原料,是一種資源綜合利用型產品,具有資源利用率高和加工過程能耗低等優勢,產品廣泛應用于家具、裝飾裝修、包裝等領域。刨花板產業既是林業加工產業重要的組成部分,也是林業經濟支柱產業之一[1]。近年來,我國刨花板產能快速增長,其高速發展得益于下游定制家居產業的高速發展[2](圖1),而技術進步為刨花板行業改善產品質量、提升生產效率和拓展發展空間奠定了良好基礎[3]。
圖1 我國刨花板應用領域分布圖[4]
我國刨花板工業發展與我國經濟社會同步,改革開放為我國刨花板工業帶來機遇[5],以引進消化吸收為起點,通過自主創新,實現了由小到大、由弱到強的跨越,躋身世界強國方陣,成為生產和消費大國。
1 我國刨花板工業發展簡介
刨花板的起源可以追溯到德國[6],最早由鋸屑和血膠混合制成,而合成樹脂膠黏劑的發明推動了刨花板的大規模生產和廣泛應用[7]。
回顧我國刨花板工業發展歷程,大致可以分為三個階段。第 一階段為探索期,自20世紀50年代至90年代中后期,該階段產業規模小、生產效率低、產品質量差[8]。第二階段為成長期,自20世紀末至2010年前后,刨花板產品質量穩步提高、生產技術不斷進步、市場定位逐漸清晰。第三階段為成熟期,2010年前后至今,其主要特征為刨花板工業由間歇式或周期式生產技術逐漸升級為連續平壓生產技術[9],刨花板產能實現快速增長。
我國刨花板工業起步于20世紀50年代[10]。1954—1956年,北京木材廠完成大豆蛋白膠黏劑平壓刨花板生產試驗;1958年,北京木材廠自行設計建成了我國**條年產5 000 m3的平壓刨花板生產線[11];同年,從瑞士引進一條年產5 000 m3臥式擠壓法生產線,安裝在北京光華木材廠;同期,從西德引進兩條年產10 000 m3立式擠壓法生產線,分別安裝在上海人造板廠和成都木材綜合加工廠。這一時期,我國刨花板工業處于艱難探索階段,根據《中國林業年鑒》[11]記載,1965、1970和1975年我國刨花板年產量分別為3.1萬、1.5萬和2.7萬m3。
1979年是我國刨花板工業發展的重要時間節點,從這一年開始,國家集中物力和財力引進了10余條國際先進生產線并組織企業消化吸收。北京木材廠引進聯邦德國比松(Bison)公司年產3萬m3的單層壓機刨花板生產線,并于1981年9月投產。1983年信陽木工機械廠在吉林省三岔子林業局自主研發完成我國**條年產3萬m3單層壓機刨花板生產線,之后朗鄉林業局和沈陽重型機器廠部分引進加自主開發了年產3萬m3單層壓機刨花板生產線,到1984年沈陽重型機器廠與聯邦德國比松(Bison)公司簽訂技術引進與合作,建成年產5萬m3單層壓機刨花板生產線。同時,以昆明人造板機器廠為代表的一批人造板機器廠順應時代發展趨勢開始研發國產生產線。
自20世紀80年代中期開始引進單層大幅面刨花板生產線,1984年中國林業機械公司在湖南省大庸召開由昆明人造板機器廠研制生產的年產5 000 m3單層壓機刨花板生產線評議會,1986年9月通過國家驗收后,我國相繼建成投產約500余條同類生產線,這類生產線具有規模?。?.5萬~1萬m3)、投資少、見效快、設備容易更新等特點。1987年投產首套技術引進與合作生產的根河林業局人造板廠年產5萬m3刨花板生產線、1988年投產的滁州刨花板廠年產3萬m3刨花板生產線、1989年投產第2套技術引進與合作生產的吉林省露水河刨花板廠年產5萬m3刨花板生產線等推動著我國刨花板產業的發展。1980、1985和1990年,我國刨花板年產量分別為7.8萬、18.2萬和42.8萬m3[12]。
20世紀90年代,我國從比松(Bison)、辛北爾康普(Siempelkamp)、美卓(Metso)等公司進口生產線,這些生產線是當時我國刨花板工業的重要組成部分,也為我國刨花板未來發展方向奠定了基礎。這段時間內,刨花板行業受到來自膠合板和中密度纖維板行業的巨大沖擊,加之產品質量下滑和市場定位模糊,刨花板行業整體低迷,企業嚴重虧損,大批企業關停[13]。1995年我國刨花板年產量為435萬m3,但到2000年,產量大幅下降至286萬m3[12]。在這種背景下,西南林學院(現西南林業大學)聯合昆明木材廠等為代表的刨花板企業,針對刨花板產品存在的甲醛釋放量高、尺寸穩定性差、生產效率低等技術難題開展了產學研聯合攻關,對改善刨花板的產品性能和提升制造工藝技術做出了重要貢獻。同時,山東省、廣東省、廣西壯族自治區、河北省以及江蘇省等刨花板制造大省的企業對刨花板產業的發展也發揮了重要作用。隨著定制家居和板式家具需求的快速增長,推動刨花板逐漸成為柜體家具主要基材應用的市場定位,這一定位為刨花板工業的高速發展奠定了基礎。
21世紀初,伴隨我國經濟社會快速發展,特別是房地產行業的興起,刨花板的需求量逐年上升。2008年,我國刨花板產量首 次突破1 000萬m3,2011年突破2 000萬m3[12]。2013年左右,定制家居包括定制衣柜、定制櫥柜、全屋定制等迎來爆發式增長[14]。而我國刨花板生產方式落后、產能不足的問題凸現,在這種背景下,產學研再次結合,及時升級我國刨花板工業生產方式,刨花板連續平壓生產技術逐漸取代間歇式或周期式生產技術,新增連續平壓生產線占比逐年提高,產業結構持續優化[15]。2020年以后增長進一步加速,即使三年疫情期間,產能也保持快速增長。2020年我國刨花板產量突破3 000萬m3,2021年產量接近4 000萬m3。預計2024年底,我國刨花板年產量接近6 000萬m3(數據源自《2023中國人造板產業報告》《2023中國刨花板產業報告》)(圖2)。
圖2 我國刨花板產量變化
2 我國刨花板工業技術進步回顧
刨花板工業的高速發展,得益于市場需求推動產業技術不斷進步,主要包括以下幾個方面。
2.1 生產方式升級
生產方式由間歇式或周期式生產技術升級更新為連續平壓生產技術(表1)。這是對刨花板行業發展產生深遠影響的技術進步[16],也是我國近年來刨花板產能快速增長的基礎。
表1 刨花板工業兩種生產方式比較
我國刨花板工業生產技術經歷了間歇式多層小幅面、間歇式單層大幅面和連續平壓三個階段。20世紀90年代以前以間歇式多層小幅面生產技術為主,單線產能以年產5 000 m3為主;20世紀90年代至21世紀前15年,間歇式多層小幅面與間歇式單層大幅面生產技術并存,單線產能以年產1萬~5萬m3為主;2010年以后,我國刨花板工業生產技術逐漸升級更新為連續平壓生產技術。
據2023中國刨花板產業報告,截至2022年,連續平壓生產技術產能占比已達57%(圖3),我國刨花板(含定向刨花板)最 大單線生產能力已達到80萬m3/年。新增產能中,連續壓機生產線占比達到89%(圖4)。
圖3 連續平壓生產線產能占比變化
圖4 新增產能中連續平壓技術占比
我國刨花板生產方式的成功升級源于上海人造板機器廠有限公司和亞聯機械股份有限公司等長期致力于連續壓機及配套裝備的國產化[17],大幅降低了連續平壓生產線配置成本,突破了進口成套生產線資金投入大、維護成本高、投入產出比高的制約瓶頸,推動我國刨花板裝備水平進入世 界領 先行列,為我國刨花板工業實現制造過程節能、生產工藝高效、產品綠色環保的戰略目標提供了強有力的裝備保障。
2.2 膠黏劑技術
膠黏劑是刨花板工業關鍵技術之一,也是刨花板工業發展水平的重要標志[18]。脲醛樹脂因其性能優異、固化快、易于工業化生產與使用等優點而被廣泛應用于刨花板制造,是我國刨花板工業最重要的膠黏劑,占比超過90%[19]。合成原料尿素與甲醛大規模工業化生產以及價格優勢,脲醛樹脂仍將是今后相當長一段時間內刨花板膠黏劑的主流。
20世紀80至90年代,普遍使用物質的量比高的脲醛樹脂合成配方,導致樹脂中游離甲醛含量高,生產的刨花板甲醛釋放量通常在50 mg/100 g以上,生產車間環境惡劣,產品質量倍受詬病[20-21]。自20世紀末開始,為降低刨花板甲醛釋放量,行業科技人員選擇物質的量比低的配方合成脲醛樹脂。目前,脲醛樹脂合成配方中,尿素與甲醛物質的量比已降至1∶1,甚至更低。物質的量比低的脲醛樹脂合成技術顯著降低了刨花板的甲醛釋放[22-24],但也導致板材的物理力學性能和生產效率下降。為彌補這一缺陷,普遍采用三聚氰胺共縮聚改性的物質的量比低的脲醛樹脂(圖5),生產刨花板的甲醛釋放量可控制在5 mg/100 g以下。
圖5 共縮聚改性脲醛樹脂示意圖[25]
物質的量比低的脲醛樹脂導致膠合性能下降的主要原因是在脲醛樹脂合成的過程中,樹脂結構發生降解導致固化后難以形成網狀交聯結構,通過提高脲醛樹脂支化交聯程度可顯著提高樹脂的整體性能。同時,高濃度甲醛制備與樹脂合成一體化技術的進步解決了制膠過程中的廢水污染問題,并提高了脲醛樹脂的質量,這些研究對指導脲醛樹脂的技術創新有重要指導意義。
2.3 鋪裝技術
鋪裝技術是刨花板生產的關鍵,板坯鋪裝質量直接影響刨花板產品的物理力學性能和表面質量[6]。20世紀80年代以前,我國刨花板工業主要使用傳統機械刺輥鋪裝機,鋪裝均勻性較差,20世紀80年代初期,我國研發了小型氣流鋪裝機,主要用于年產3萬m3以下的小型生產線,這類鋪裝機的生產效率較低,同時,由于漸變結構明顯,刨花板芯層缺少細小刨花導致內結合強度較低[26]。伴隨刨花板生產過程中逐漸配置多個鋪裝頭,刨花板芯表層可分別施膠并使用不同配方的膠黏劑,這一變化也為刨花板膠合技術的改進提供了更多空間[27]。
1992年,芬蘭頌智(SUNDS)公司推出分級式機械鋪裝機(圖6),利用多組加工好的具有高精度的鉆石顆粒狀的排輥將刨花按尺寸進行分級,并鋪裝成漸變結構的板坯,鋪裝箱尾部帶輔助負壓氣流,使鋪裝板坯表面更加細膩,顯著提高了刨花板鋪裝質量[28]。1993年,寧夏吳忠和江西景德鎮刨花板企業引進了4呎分級式機械鋪裝機,昆明新飛林人造板有限公司(原昆明木材廠)引進了8呎分級式機械鋪裝機。昆明人造板機器廠、蘇福馬機械有限公司等國內人造板機械裝備制造企業先后在引進消化的基礎上,研制國產分級式機械鋪裝機,用于刨花板芯表層鋪裝。與傳統機械鋪裝和氣流鋪裝機相比,分級式機械鋪裝機鋪裝精度顯著提高,同時具有能耗低、無需日常維護、粉塵少等優點,顯著推動了我國刨花板行業整體技術水平的提高[29]。
圖6 分級式機械鋪裝原理圖
進入21世紀,刨花板鋪裝技術不斷改進,以滿足我國刨花板生產原料特點以及市場對刨花板質量的更高要求,其中氣流與機械多種組合鋪裝技術日臻完善[30],為我國刨花板工業高質量發展提供核心技術支撐。
2.4 預熱加速固化技術
脲醛樹脂等人造板膠黏劑的固化過程是一個溫度觸發的快速過程,因此,提高刨花板板坯芯層溫度是提高刨花板生產效率的關鍵。
傳統刨花板熱壓以熱傳導為主,傳熱效率低,為了提高傳熱效率,研究人員嘗試通過提高表層刨花含水率、表面增濕等技術。這些技術方法可使刨花板板坯在加熱過程中表面水分迅速汽化產生沖擊效應,加快傳熱速度,快速提高芯層升溫速度從而縮短熱壓時間,可使刨花板熱壓周期縮短5%~10%。但上述傳統技術方法存在增濕均勻性控制困難以及增濕過程中粘輸送帶以及粘熱壓板等問題。
2015—2016年,廣東始興縣華洲木業有限公司引進了意大利意瑪(IMAL)公司的蒸汽預熱裝置。受噴蒸熱壓機技術原理啟發[31],在成功自主研發纖維板預熱技術的基礎上,2019年云南新澤興人造板有限公司刨花板生產線采用瑞典頌智(SUNDS)纖維技術有限公司板坯噴蒸加熱技術(圖7),該裝置安裝在連續壓機入口端的過渡皮帶運輸機上,通過上、下兩塊蒸汽噴射板在刨花板板坯表面噴入溫度180~185 ℃的飽和蒸汽,使板坯芯層溫度在10 s左右時間內升高至100 ℃左右,而常規技術需100 s左右時間。自該項技術使用以來,全國已有34條連續平壓刨花板生產線進行了應用,使用該技術的刨花板生產線,其熱壓因子可達3.0~5.0 s/mm(未使用噴蒸加熱的熱壓因子為:5.0~9.0 s/mm),在提升生產能力、改善產品性能、降低能源消耗等方面效果顯著。
圖7 蒸汽加熱示意圖
熱壓過程中,隨著板坯內部溫度升高,水分被加熱汽化產生蒸汽壓。傳統熱壓工藝中,為降低板坯內部蒸汽壓對板材內結合強度的影響,采用逐步緩慢卸壓工藝,延長了熱壓周期。針對這一問題,企業和科技人員研發了具備壓力釋放特征的加壓技術和過壓縮工藝技術方法等,提高了板坯密實化和樹脂固化匹配性,降低了板坯內部蒸汽壓對板坯的沖擊破壞,消除了回彈應力對固化樹脂的影響,進一步提高了板材的內結合強度(圖8)。
圖8 熱壓過程中壓力釋放對比[32]
2.5 細表面定向刨花板生產技術
細表面定向刨花板(oriented strand board,OSB)是我國刨花板新產品創制的典型代表(圖9),也是定向刨花板在我國本土化應用的成功案例,本質上是將經典定向刨花板、普通刨花板或普通中密度纖維生產技術相融合,實現各類人造板產品性能的優勢互補[33]。
圖9 細表面定向刨花板板坯結構
我國定向刨花板市場長期以來定位模糊,阻礙了產業的持續發展。隨著定制家居行業的快速發展,部分定制家居企業為了生產高性能定制產品和尋求產品差異化,要求板材具備更高靜曲強度以及更優異的抗變形性能,滿足一體化高門板和定制衣柜高側板部件的要求,而普通刨花板難以滿足要求,該需求為定向刨花板提供了市場空間[34],但定向刨花板表面裝飾性能差的缺陷仍需克服。
西南林業大學申請獲授權的專利“三層結構木質復合板材及其制造方法”(ZL02134156.7)[35]的主要內容包括兩點:一是芯層使用大片刨花,表面使用纖維或微顆粒狀刨花,旨在平衡表面質量和靜曲強度等力學性能;二是芯層使用異氰酸酯類膠黏劑,旨在提高產品環保等級和改善產品質量,這一發明專利為細表面定向刨花板提供了技術路線和核心方法[36]。
目前,國內細表面定向刨花板生產線,主要包括山東魯麗集團有限公司、廣西橫縣新威林板業有限公司、安徽佳諾威木業有限公司、江蘇慧典新材有限公司、廣西德科新材料集團有限公司、湖北華盛新人造板有限公司、萬華禾香板業(蘭考)有限責任公司、廣西祥盛家居材料科技股份有限公司、山東旭美新材料有限公司、淮北寧豐木業有限公司、茂友木材(江蘇)有限公司、千年舟新材科技集團股份有限公司旗下江蘇澳思柏恩裝飾材料有限公司等近20條生產線。細表面定向刨花板新產品的創制豐富了刨花板品類、提高了刨花板性能、拓展了刨花板應用領域[37],這類新產品創制路線在今后的人造板新產品創制中仍有重要的參考意義。
我國刨花板工業的技術發展已經取得顯著進步,涵蓋了整個生產流程的各個關鍵環節。除了前文提到的技術外,從刨花的制備到干燥、分選、施膠,再到生產線的整體控制技術,每一環節都經歷了技術革新和優化。尤其值得關注的是,近期國內成功研發的刀環直徑為2 060 mm的長材刨片機,以及盤式長材刨片和旋切法刨花制備技術在定向刨花板制造中的應用[38],這些成果進一步提升了我國在這一領域的技術水平。正是這些綜合的技術進步,促使中國刨花板制造技術躍升至世 界領 先水平,標志著我國在這一工業領域的全面技術升級和創新能力。
3 我國刨花板工業發展面臨的挑戰
總結我國刨花板工業發展歷程,可以得到如下啟發[39]。
一是高度重視技術創新。在人造板行業中,刨花板整體生產技術更新速度明顯更快,技術轉型升級周期不斷縮短,淘汰落后產能的速度也不斷加快;
二是市場定位清晰。20世紀末至21世紀初,刨花板工業將柜體或板式家具基材作為主要應用市場,并圍繞這一市場定位開展技術研發;2010年以后,定制家居產業的高速發展為刨花板行業的發展與進步提供了動力;
三是裝備水平持續提高。刨花板工業的自動化、連續化、智能化水平明顯高于膠合板等產業;
四是產品質量穩步提升。隨著大型企業數量不斷增多,刨花板產品質量保障體系更加完善;
五是產品形象不斷完善。伴隨生產技術進步、生產方式升級和產品質量提高,我國刨花板產品逐步擺脫原有廉價低劣的產品印象,刨花板在滿足人民日益增長的高質量家居產品的需求中扮演了不可替代的作用。
刨花板工業由于技術創新持續發力,高質量發展成效顯著,即使三年疫情,刨花板產能仍能維持較高增長,但高速發展的同時也帶來了挑戰。
挑戰一,產能快速增長導致短時間內產能“相對過?!盵40-41]。我國刨花板在人造板市場份額中僅占14.0%,與歐美發達國家中刨花板在人造板市場份額占比約為45%的現狀仍有很大差距[42](圖10),但預計今后3年,我國刨花板年新增產能均在1 000萬m3左右。而近期總體經濟走勢,特別是房地產行業疲軟,將沖擊刨花板應用市場。國內刨花板企業和定制家居企業應主動思變,謀求應對策略,加強與國家“一帶一路”戰略對接,特別注重出口市場拓展和技術轉移,主動消化過剩的產能。
圖10 2022年我國人造板市場占比分布
挑戰二,產品同質化及應用市場單一[43-44]。我國刨花板工業的基本特征是80%左右企業使用相同的生產技術,80%左右的產品應用于定制家居市場,刨花板市場產品同質化嚴重,面臨價格戰的風險,刨花板行業應加快建立價格協調機制,同時通過創制新產品拓展應用市場。與發達國家成熟的刨花板市場相比,我國刨花板在建筑領域應用的市場份額較低,而裝配式建筑在我國剛剛興起,刨花板行業應抓住機遇,主動開發適用于裝配式建筑的系列刨花板產品,快速擺脫應用市場狹窄的制約。
挑戰三,原料市場價格不斷波動。刨花板產業對原料的依賴性很強[45],原料成本在整個刨花板生產成本中占有很大的比重,企業的盈利狀況與原料價格密切相關。我國刨花板生產的主要原料為人工林桉樹(Eucalyptus spp.)與楊木(Populus spp.),與膠合板和中密度纖維板產業存在原料競爭。刨花板行業一方面要主動對接當地政府,擴大人工速生林種植面積并提高人工林營造質量,另一方面要加快完善竹材、秸稈等原料制造技術,拓展原料來源,有條件的企業要加快境外原料基地布局[46]。
挑戰四,行業創新能力亟待提升。我國刨花板行業發展進步的經驗之一在于不斷技術創新[47],隨著刨花板行業整體技術水平的提升,技術創新對企業的影響更加深遠,但我國刨花板企業創新主體作用不突出,而科研院所及高等院校支撐也沒有隨著行業的進步不斷增強,同時,企業之間仍存在較為突出的技術壁壘,妨礙了先進技術的推廣和應用。針對這一現狀,建議加快組建國家刨花板工程技術中心,聯合刨花板企業,設立刨花板產業創新基金,為行業技術創新提供平臺和資金。
4 近期我國刨花板工業技術創新展望
根據國家林業和草原局產業發展研究院、中國林產工業協會統計數據,2023年上半年我國膠合板、纖維板產業呈現企業數量下降、總生產能力收縮的態勢,而刨花板產業呈現企業數量下降但總生產能力快速增長的局面,上半年共14條刨花板生產線建成投產。截至2023年6月底,全國290家刨花板生產企業保有306條刨花板生產線,分布在22個省區,總生產能力達到4 375萬m3/年。2023年年底,全國將保有連續平壓刨花板(含定向刨花板)生產線111條,合計生產能力達到3 364萬m3/年,占全國刨花板總生產能力的比例進一步上升到64.5%。據《2023中國人造板產業報告》顯示,全國在建刨花板生產線53條,合計產能約1 764萬m3/年。
與膠合板和中密度纖維板工業相比,刨花板工業生產集中度快速提升,產業布局更加優化,優質性價比是刨花板工業**的競爭優勢,而持續的技術創新是刨花板工業健康可持續高質量發展的保障,也是企業生存發展的重要抓手。預計近期刨花板工業技術創新重點將主要集中在如下方面。
4.1 ENF級刨花板生產技術
GB/T 39600—2021《人造板及其制品甲醛釋放量分級》和GB/T 39598—2021《基于極限甲醛釋放量的人造板室內承載限量指南》已于2021年10月1日起正式實施,將室內板材甲醛釋放量按照限量值分為三個級別:E1(≤0.124 mg/m3)、E0(≤0.050 mg/m3)和ENF(≤0.025 mg/m3)。2項國家標準的實施,為刨花板行業技術創新帶來新的機遇與挑戰。
目前,我國ENF級刨花板主要使用異氰酸酯類膠黏劑和大豆蛋白類膠黏劑,但使用傳統甲醛系列樹脂生產ENF級刨花板仍是行業的迫切愿望[48-50]。目前,行業內以三聚氰胺-尿素-甲醛共縮聚樹脂或三聚氰胺改性脲醛樹脂為主體的ENF級刨花板用混合型樹脂體系正在研發之中,其特征在于芯層和表層分別使用不同樹脂體系且蒸汽穿透板坯協同固化。預計刨花板行業將在我國人造板行業中率先實現ENF級生產技術的大規模工業化利用。
4.2 輕質高強刨花板生產技術
刨花板作為家具制造和室內裝飾裝修材料中的重要材料,產品性能持續向輕質高強[51]和綠色環保[52]方向發展,輕質、高強刨花板比例不斷提高,2022年定向刨花板(含細表面OSB)占刨花板的比例為12.5%,預計2024年定向刨花板(含細表面OSB)產能將突破1 200萬m3/年,占比達到刨花板產能的20%以上。超強刨花板和細表面OSB性能優越、綠色環保、生產成本更低,已成為了刨花板的發展方向。
隨著市場對產品質量要求的不斷提高,普通刨花板已不能完全滿足用戶新要求,性能更優異的復合型刨花板將會應運而生[53]。近期,山東部分企業推出了表層為細刨花的復合型膠合板,靜曲強度和握釘力方面性能更優,但市場售價也比輕質超強刨花板高200~300元/m3。
4.3 刨花板用原材料拓展
原料短缺一直是我國人造板工業發展面臨的挑戰,人造板原料市場急需開拓新原料[54]。2021年我國竹類資源、面積、蓄積量均居世界第 一(圖11),竹林面積700多萬hm2[55],占世界竹林面積的31.8%,竹材大規模工業化利用有廣闊的發展空間[56-58]。
圖11 2021年我國竹資源分布
竹材也是刨花板工業的重要原料[59],云南和福建部分人造板企業在竹材大規模工業化利用方面開展了卓有成效的探索。近期,西南林業大學與迪芬巴赫機械設備服務(北京)有限公司、福建省永安林業(集團)股份有限公司等企業合作,開展了竹木復合定向刨花板的可行性研發,發現當膠黏劑用量為5%~8%時,板材的橫向和縱向抗彎性能均遠超LY/T 1580—2022《定向刨花板》OSB/3型的要求,也超過了LY/T 3226—2020《集裝箱底板用定向刨花板》的要求。這一結果進一步表明竹木復合定向刨花板物理力學性能更優異[60-62]。
蘆葦,被譽為“第二森林”,是一種非木材生物質材料,廣布世界各地[63]。蘆葦的生長結構和性能接近于麥秸且顏色素凈,是刨花板、纖維板和造紙的優質原料。相較于普通木質人造板,蘆葦人造板不僅輕質、吸音隔熱,而且在建筑裝飾中展示獨特的美學效果。與麥秸稈、稻草秸稈等農作物秸稈人造板相比,蘆葦又具有產地集中、灰分含量低等優勢。因此,采用先進制造工藝制備高性能蘆葦人造板具有良好的經濟效益和社會效益。盤錦積葭生態板業有限公司充分利用天然地理優勢,于2017年建設了一條以異氰酸酯為膠黏劑的連續平壓蘆葦刨花板生產線。然而,異氰酸酯膠黏劑的價格上漲顯著提高了蘆葦刨花板的制備成本。針對上述問題,蘆葦刨花板的制備工藝、膠黏劑種類及阻燃處理將是未來研究人員關注的熱點。萬華生態板業股份有限公司生產的“禾香板”和“果香板”均以可再生農林剩余物為原料,施加聚氨酯膠黏劑,從源頭做到無甲醛添加,堅持可持續發展[43]。
4.4 綠色環保技術創新
刨花板產品技術的創新是其未來發展中進一步有效提高市場占有率的重要因素[64]。刨花板行業在綠色發展方面展現出了令人振奮的前景。從傳統的顆粒物排放減少到現今對揮發性有機化合物的控制,該行業在環保方面取得了巨大進步。通過采用先進技術和工藝,能夠有效減少有害顆粒物和化學物質的排放,從而降低對環境的影響。此外,采用環保型原材料和工藝,致力于減少游離甲醛和異味的排放,保障產品的質量和用戶的健康。
在能源利用方面,刨花板行業也在積極推動節能減排和減少碳排放。通過提高生產效率、采用可再生能源和優化工藝流程,企業在減少能源消耗和碳排放方面取得了顯著成就,為可持續發展貢獻了力量。綜合而言,刨花板行業在綠色發展方面前景廣闊,不斷探索創新、采用先進技術和工藝,致力于減少對環境的負面影響、保障產品質量和用戶健康,同時為全球環境可持續發展作出積極貢獻。
4.5 建筑用混合型刨花板新產品創制
建筑市場是未來定向刨花板最重要的應用領域[65],特別是滿足裝配式建筑需求的建筑內隔墻材料。隨著國家“雙碳”戰略的實施,節能環保的建筑材料需求量會進一步增加,為刨花板行業帶來新的機遇。刨花與無機材料(水泥、石膏、鋁鎂板等)的復合板材產品兼具無機材料與刨花板的優點,可用于建筑內外墻、潮濕場所裝修等[66]。通過融合傳統刨花板生產技術與其他建筑材料生產技術,研發新型建筑用混合型刨花板正逢其時,建議企業內部和企業之間加強合作,開展相關生產技術之間融合的專題研發,共同開展刨花板新產品創制。
4.6 預熱加速固化技術
節能降耗是企業永恒的追求,刨花板行業亦然。熱壓是刨花板制造最重要的工藝環節[67],熱量傳遞決定著樹脂固化時間,進而決定整條生產線效率和能耗。板坯噴蒸加熱技術在連續平壓刨花板生產線的應用進一步擴大,在提升生產能力、改善產品性能、降低能源消耗等方面效果顯著。
微波加熱通過介質與微波之間的相互作用實現能量轉換。在這一過程中,微波產生的電磁能量被轉化為熱能。由于電磁波具有穿透非導電材料的能力,當其與含水分的木材接觸時,水分子會被有效加熱,從而使得刨花板板坯升溫。該技術不僅有助于木材內部纖維組織與膠黏劑更加均勻地結合在一起,還能通過對板坯進行微波預處理,使板坯尤其是板芯溫度在進入熱壓機之前迅速升高,從而減少連續熱壓時間,降低能耗[68]。
5 結語
人造板工業的技術創新和高速發展緩解了我國木材資源短缺的供需矛盾,也促進了我國森林覆蓋率的提升,為我國生態文明建設與發展貢獻了積極力量。刨花板工業為我國人造板工業創新發展的代表,新產品創制和新技術研發是推動我國刨花板工業高速發展的關鍵要素。裝備自主創新推動了刨花板生產方式升級,使我國刨花板工業在降低生產能耗、物耗和提高生產效率等方面達到世 界領 先水平,形成了具有較強國際競爭力的刨花板工業體系。然而,當前刨花板工業正面臨產能快速增長、市場競爭加劇、原料供應緊張、產品同質化問題突出等一系列挑戰。為確保刨花板行業健康、可持續、高質量發展,必須持續深化技術創新、拓展應用市場。這不僅是行業的內在要求,更是保障刨花板行業向綠色、健康可持續高質量發展的關鍵。
致謝
論文撰寫過程中得到葉克林先生和肖小兵先生以及其他同行的指導,在此一并表示感謝。
引用本文: 楊龍,毛順國,陸銅華等.我國刨花板工業技術進步回顧與展望[J].木材科學與技術,2024,38(01):1-12. (YANG Long,MAO Shunguo,LU Tonghua,et al.Review and Outlook of Technology Development in China’s Particleboard Industry[J].Chinese Journal of Wood Science and Technology,2024,38(01):1-12.)
作者簡介:楊龍,男,西南林業大學,研究員。
通訊作者:杜官本,男,西南林業大學,教授。
基金信息: 云南省重大科技專項“木竹材料綠色低碳制造關鍵技術與新產品研發”(202402AE090027);國家自然科學基金面上項目“竹材表面官能團超支化結構改造及膠合界面重構”(32171884);國家自然科學基金面上項目“輕木木材密度影響機制解析及絕熱性能研究”(32071688);昆明市院士專家工作站(YSZJGZZ-2020052);國家自然科學基金重點項目“木材膠粘劑用共縮聚樹脂應用基礎研究”(30930074);云南省基礎研究計劃重點項目“超支化纖維素交聯網絡的構建與木材膠合實踐及機理”(202301AS070041)。
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責編:方芬