我國重組竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及主要技術(shù)路線

我國重組竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及主要技術(shù)路線

中國的竹木產(chǎn)業(yè)在30%左右的復(fù)合增長率下迅速發(fā)展?，F(xiàn)在是中國林業(yè)發(fā)展的亮點，2010年gdp達(dá)到821億元。隨著我國竹材加工技術(shù)的進(jìn)步,竹水泥模板、竹膠拼地板、竹集裝箱地板(底板)等多種竹產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),廣泛應(yīng)用于建筑、家具、運輸?shù)阮I(lǐng)域。特別是近10年發(fā)展較為迅猛的重組竹產(chǎn)品,一舉成為竹材工業(yè)發(fā)展的主流品種。重組竹是以竹束為構(gòu)成單元,按順紋組坯、經(jīng)熱壓(或冷壓)膠合而成的板材或方材,由我國最先研制成功,亦是擁有自主知識產(chǎn)權(quán),并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的一種竹基復(fù)合材料。重組竹技術(shù)的突出優(yōu)點是,原材料利用率高,徹底改變了竹材的原有性能,力學(xué)性能優(yōu)異,物理性能變化較大,產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外地板、家具、建筑結(jié)構(gòu)材和裝修裝潢材,以及風(fēng)電槳葉等高強(qiáng)度材料需求領(lǐng)域。1中國竹業(yè)的發(fā)展過程和地域特色1.1高效、規(guī)?；a(chǎn)的重組竹原料重組竹技術(shù)和產(chǎn)品最早是20世紀(jì)90年代末期,由浙江安吉的企業(yè)自主創(chuàng)新研發(fā)而成,產(chǎn)品最初是以竹窗簾加工過程中所產(chǎn)生的廢竹絲為原材料,經(jīng)過樹脂浸漬后,模壓制成的一種新型竹基復(fù)合材料。由于具有竹材自然優(yōu)雅的紋理,產(chǎn)品一經(jīng)推出,即得到了國內(nèi)外消費者的青睞,生產(chǎn)規(guī)模呈迅速擴(kuò)大之勢。隨著生產(chǎn)廠家的增多以及產(chǎn)量的擴(kuò)大,廢竹絲的產(chǎn)量已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要,企業(yè)開始采用去除青黃的竹條,經(jīng)過壓絲機(jī)簡單壓潰后,替代廢竹絲壓制重組竹材料,目前大多數(shù)重組竹生產(chǎn)企業(yè)仍然采用該工藝技術(shù)生產(chǎn)。由于上述工藝竹材原材料的加工需要去除竹青竹黃,竹材利用率和生產(chǎn)效率均較低。2009年,一種全新的竹材原材料處理技術(shù)問世,即不用去除竹材青黃的機(jī)械疏解加工技術(shù),將竹材的一次利用率提高到90%以上,并且大幅度提高了生產(chǎn)效率。我國重組竹產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷可歸納為3個發(fā)展階段:第1階段是1998—2004年的產(chǎn)品創(chuàng)制期,以浙江安吉企業(yè)為主導(dǎo);在此期間產(chǎn)品的品種單一,規(guī)模小,產(chǎn)量低,只有浙江安吉和象山數(shù)家企業(yè)從事該產(chǎn)品的生產(chǎn),全部采用冷壓工藝,冷壓機(jī)大概只有10余臺,缺乏產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);第2階段是2005—2008年的市場推廣期,企業(yè)分布已經(jīng)從浙江擴(kuò)散到江蘇、安徽和福建等地。冷壓設(shè)備達(dá)到40余臺,制造規(guī)模迅速擴(kuò)大。安吉竹宏竹制品公司在2005—2006開始嘗試熱壓重組竹的生產(chǎn)制造,其他企業(yè)也迅速跟進(jìn)。此階段產(chǎn)品良莠不齊,跳絲、瓦狀變形、開裂等缺陷導(dǎo)致質(zhì)量差異較大,很多出口產(chǎn)品遭遇退貨處理,對整個重組竹產(chǎn)業(yè)造成不良影響。在此階段也涉及不少重組竹產(chǎn)業(yè)的專利糾紛及知識產(chǎn)權(quán)官司,對整個產(chǎn)業(yè)后期的發(fā)展,以及企業(yè)的產(chǎn)權(quán)意識教育,起到了重要的促進(jìn)作用;第3階段是2009年至今呈現(xiàn)的爆炸式發(fā)展期,其主要原因是重組竹的技術(shù)、市場以及產(chǎn)品日趨成熟,裝備制造水平日臻完善,特別是不去青黃的疏解技術(shù)的成功研發(fā),更加推動了重組竹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2根據(jù)竹材產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,主要有特色產(chǎn)業(yè)在我國11個產(chǎn)竹大省中,重組竹產(chǎn)業(yè)總體上呈現(xiàn)為不均衡的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。浙江省作為重組竹的誕生地和出口的主要窗口基地,在重組竹的技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新、設(shè)備創(chuàng)新以及出口市場的開發(fā)方面,均處于領(lǐng)先地位,并且在發(fā)展的不同階段,涌現(xiàn)出一大批領(lǐng)軍企業(yè)。如在發(fā)展中初期的浙江安吉雅風(fēng)竹業(yè)、龍游均泰竹木科技等,中后期的浙江大莊實業(yè)集團(tuán)、天振地板等,均根據(jù)市場需求,不斷推出創(chuàng)新性產(chǎn)品。福建、江西、安徽和江蘇等省,依靠其豐富的竹材資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢后來居上,是重組竹生產(chǎn)的第二梯隊。代表性的企業(yè)包括:福建篁城科技竹業(yè)、華宇竹業(yè)、江西堅華林業(yè)、安徽宏宇竹木制品、江蘇堯龍竹業(yè)等。由于企業(yè)注重引進(jìn)新技術(shù)和新裝備,其發(fā)展特色及規(guī)模,已有趕超浙江之勢。江西省作為竹材資源大省,當(dāng)?shù)仄髽I(yè)投入重組竹生產(chǎn)較少,主要是浙商的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,如堅華林業(yè)、大莊地板等,均在江西設(shè)廠。四川省由于其地域特點以及竹種特點,重點在于開發(fā)適用于慈竹等叢生竹的加工設(shè)備與技術(shù),代表性企業(yè)如四川林合益竹業(yè),在產(chǎn)品、裝備以及產(chǎn)品的應(yīng)用方面,均進(jìn)行了大量有益的探索。其他省區(qū),如湖北、湖南、廣西,2010年后開始介入重組竹生產(chǎn)領(lǐng)域。綜上所述,我國的重組竹發(fā)展仍然處于初始階段,仍然有很大的后續(xù)發(fā)展空間。1.3重組竹材料特性重組竹發(fā)展的初始階段,其目標(biāo)產(chǎn)品市場主要定位于室內(nèi)地板,由于具有自然優(yōu)雅的紋理及超過1.2g/cm3的密度,被人們稱之為“重(zhong)竹”,并受到國內(nèi)外消費者的歡迎,消費市場發(fā)展迅速。隨著人們對重組竹材性的進(jìn)一步認(rèn)識,其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到家具制造、裝飾裝潢及戶外用途等領(lǐng)域,其中戶外地板已成為重組竹產(chǎn)品中附加值較高的產(chǎn)品之一。重組竹在建筑結(jié)構(gòu)材料、車廂底板及高端的材料領(lǐng)域,如風(fēng)電葉片等也得到應(yīng)用。隨著新技術(shù)和新工藝的不斷開發(fā),重組竹的應(yīng)用范圍將日趨廣闊。2我國植物行業(yè)的主要技術(shù)和設(shè)備現(xiàn)狀2.1熱壓工藝特點目前,重組竹材的生產(chǎn)工藝技術(shù)主要分為兩大類:一是冷成型、熱固化工藝,簡稱冷壓工藝;二是借鑒人造板傳統(tǒng)熱壓工藝,形成的重組竹熱壓工藝。1)冷壓工藝技術(shù)特點:將浸漬樹脂的竹束干燥到含水率12%~15%后,直接裝模,在約60MPa的高壓下成型,將模具鎖定后,送入固化道固化膠合。主要用于壓制厚度15~18cm的重組竹方材,密度相對均勻。重組竹方料常用的規(guī)格尺寸(長×寬×厚)為:193cm×10.5cm×15.0cm和200cm×14.5cm×15.0cm。2)熱壓工藝技術(shù)特點:采用傳統(tǒng)接觸式傳熱技術(shù),在一定溫度下壓制板坯,單位壓力4~6MPa,遠(yuǎn)低于冷壓工藝的壓力,主要壓制板材。常規(guī)尺寸為(長×寬×厚):244cm×122cm×1.5~4cm,最大幅面可達(dá)1.2m×5m,一般最大板厚可達(dá)5cm。2.2第二代冷壓機(jī)重組竹生產(chǎn)的主要裝備包括:壓制設(shè)備、炭化設(shè)備以及干燥設(shè)備等,近10年來均得到了快速發(fā)展和完善。1)壓制設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,重組竹壓制設(shè)備同樣分為冷壓和熱壓兩大系列,主要區(qū)別在鋪裝和壓制工段。冷壓工藝鋪裝工段,是將竹絲鋪裝在模具里;熱壓工藝是把竹絲直接鋪裝在熱壓墊板上。第一代冷壓機(jī)的特點是:結(jié)構(gòu)為四柱式,沒有自動進(jìn)料裝置,由人工將竹絲放進(jìn)壓機(jī)模具中;壓機(jī)模腔為寬度固定式,物料壓好后,要將其從模腔底部垂直推到模腔頂部,再卸去。壓一根方材需要10min左右,生產(chǎn)效率很低。第二代冷壓機(jī)改為框架式,增加了可傾式自動進(jìn)料裝置,裝料和壓制可同時進(jìn)行,省去單獨裝料時間。第二代壓機(jī)在裝料、自動化以及卸模等方面亦有改進(jìn)。已有企業(yè)嘗試使用從裝料、冷壓、出料、卸模以及固化干燥一條龍的自動化生產(chǎn)線,取得了成功的經(jīng)驗,但是仍然有許多環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步改進(jìn)。如鋪裝的均勻性、脫模工藝以及原材料連續(xù)快速計量等。對熱壓機(jī)的最大改進(jìn)是厚度規(guī)的設(shè)計與發(fā)明,在沒有該裝置前,熱壓法重組竹板材的兩個側(cè)面,各需要鋸邊5cm左右,浪費巨大;而設(shè)置厚度規(guī)后,通過板材側(cè)面擠壓,防止了板邊疏松。熱壓后的板材兩邊只需鋸切1cm左右,原料利用率提高5%以上,有效降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。2)炭化設(shè)備是重組竹產(chǎn)業(yè)的重要裝備之一,通過炭化工藝,既可有效改變終端產(chǎn)品的色澤,也可以提高板材的耐水、防霉等性能。目前最新一代的炭化裝置已經(jīng)采用全自動的生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。3)干燥設(shè)備浸膠工藝之前,竹材原料的干燥主要采用氣干與窯干相結(jié)合的方式。但是,干燥窯的建設(shè)尚未引起企業(yè)以及相關(guān)科研單位的重視,普遍存在干燥效率低下的問題。浸膠后竹材的干燥,基本上以網(wǎng)帶式干燥機(jī)為主,設(shè)備制造技術(shù)比較成熟,但是存在占地面積大,且干燥效率低的問題。也有部分企業(yè)采用隧道窯連續(xù)干燥技術(shù)。采用冷壓工藝生產(chǎn)重組竹方料的干燥固化,最初是將重組竹方料縱橫交錯堆放于固化房中,進(jìn)行高溫固化,由于固化房中不同高度的熱風(fēng)溫度與濕度不同,并有氣流盲區(qū),造成竹方料固化不均勻。改用連續(xù)式固化隧道干燥后,竹方料單層擺放,且在運動中受熱,克服了箱式固化房的缺點,提高了固化均勻性,且固化道裝備建設(shè)漸趨完善。3興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中有待改進(jìn)重組竹產(chǎn)業(yè)作為竹材產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一個新興產(chǎn)業(yè),雖然在近10年的時間里得到了快速發(fā)展,但是在原材料制備、生產(chǎn)方式以及工藝質(zhì)量管理等方面,均存在待改進(jìn)與提升之處。3.1重組竹材密度低在原材料利用方面,目前90%以上的企業(yè),仍以壓潰的竹條為基本材料單元,必須去除竹青竹黃。在浙江省等竹材產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)比較完善的區(qū)域,去除的竹青尚可再利用;而在湖南、湖北等省,竹材產(chǎn)業(yè)鏈尚未健全的區(qū)域,則竹材的利用率降低,影響了該區(qū)域重組竹產(chǎn)業(yè)向大規(guī)模方向發(fā)展。更為關(guān)鍵的是,由于竹條在壓潰過程中疏解不完全,一方面影響樹脂在竹材中滲透分布的均勻性,阻礙竹材的有效膠合,使產(chǎn)品的性能降低,出現(xiàn)諸如跳絲、耐水性差等典型缺陷;另一方面,在熱壓和冷壓過程中,均需要較高的單位壓力,才能壓制出所需密度的材料,不僅對壓機(jī)的總噸位要求高,而且導(dǎo)致壓制的重組竹材因內(nèi)部應(yīng)力過大,出現(xiàn)變形等缺陷。另外,近20年來,我國竹材人造板加工過程中的基本組成單元,仍然為傳統(tǒng)的竹篾、竹片、竹束等,組成單元形狀不規(guī)則,厚度方向差異較大,從0.5mm~5mm,大幅面的人造板制造主要以竹席、竹簾為主,厚度不均勻,縫隙大。3.2熱壓固化法冷壓熱固化法:生產(chǎn)效率相對較高,且能耗低。但是由于需要施以高壓,竹絲易被簡單機(jī)械壓潰,導(dǎo)致力學(xué)性能降低;另外,冷成型后重組竹的密度高達(dá)1.2g/cm3,竹絲表面的樹脂在熱固化過程中無法完成流動滲透,影響了樹脂在竹絲中均勻分布,導(dǎo)致重組竹膠合性能降低。熱壓法:在一定程度上彌補(bǔ)了冷壓熱固化法的不足,但亦存在兩方面的問題:一是板坯采用人工鋪裝,導(dǎo)致板材的密度差異較大,最大密度偏差超過20%;二是需采用冷進(jìn)冷出工藝,熱能損耗大,熱壓效率低,否則,容易引起鼓泡等熱壓缺陷。3.3竹材原料的浸漬多數(shù)企業(yè)管理粗放。對原材料的干燥、炭化處理、漂白、樹脂調(diào)配、浸膠后原料的干燥等生產(chǎn)環(huán)節(jié),完全憑經(jīng)驗生產(chǎn),缺乏精確和規(guī)范的工藝控制,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,變異性較大。如很多企業(yè)對采購竹材原料,未經(jīng)含水率測試和干燥,就進(jìn)行樹脂浸漬;在樹脂浸漬過程,采用糖度儀對樹脂浸漬量控制,精確度差;也有企業(yè)為了增加產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性和耐水性,存在竹條過度炭化現(xiàn)象,嚴(yán)重降低了竹條本身的力學(xué)性能,且大幅加劇了竹材的損失。竹材原料的干燥,以網(wǎng)帶式干燥效果為好,但由于能耗大,成本高,采用的企業(yè)不多;通道式和窯干式干燥,存在干燥盲區(qū)或局部溫度過高的不足,易造成干燥不均和膠黏劑預(yù)固化,導(dǎo)致重組竹開裂和變形等質(zhì)量缺陷,在熱壓時還可能產(chǎn)生局部鼓泡,在冷壓熱固化時,可能出現(xiàn)局部水蒸氣積聚、內(nèi)部炭化等現(xiàn)象。4國內(nèi)研究開發(fā)現(xiàn)狀1)國家對重組竹產(chǎn)業(yè)科研的支持,以及竹材加工研究領(lǐng)域科技成果的涌現(xiàn),為重組竹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供重大技術(shù)支撐。國家已經(jīng)連續(xù)在兩個五年計劃期間,將竹材的高效利用列入國家科技支撐計劃,“十一五”期間,“高強(qiáng)度竹基纖維復(fù)合材料制造技術(shù)”項目,被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)。國際竹藤網(wǎng)絡(luò)中心、中國林科院木材工業(yè)研究所、浙江農(nóng)林大學(xué)和浙江林科院等,分別承擔(dān)了國家和浙江省在重組竹產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的主要科研任務(wù),并取得了豐碩成果。在工藝技術(shù)方面,中國林科院木材工業(yè)研究所等運用竹材可控分離、竹材單板化展平、竹基纖維復(fù)合材料制造單元優(yōu)化、竹材增強(qiáng)單元導(dǎo)入以及竹青竹黃膠合等多項技術(shù)集成,成功開發(fā)出高性能竹基纖維復(fù)合材料,將竹材的一次利用率提高到90%以上,產(chǎn)品性能提高20%以上,基本解決現(xiàn)有重組竹存在的跳絲、瓦狀變形等問題,使重組竹的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展至室外用途。該項技術(shù)已經(jīng)獲得14件專利,并且在多家企業(yè)轉(zhuǎn)讓授權(quán)大規(guī)模推廣應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。小徑竹制造重組竹關(guān)鍵技術(shù),作為“十一五”重大科技成果,參加了2009年度國家重大節(jié)能減排展覽,獲得了廣泛關(guān)注;“高性能竹基復(fù)合材料制造技術(shù)”獲得2011年度第四屆梁希林業(yè)科學(xué)技術(shù)獎二等獎。中國林科院木材工業(yè)研究所在“高強(qiáng)度竹基纖維復(fù)合材料制造技術(shù)”研究成果的基礎(chǔ)上,主持承擔(dān)了《重組竹》和《重組竹地板》的國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。這些成果的應(yīng)用,為我國重組竹產(chǎn)業(yè)的技術(shù)