用輻照加速器生產(chǎn)改性阻燃木材

用輻照加速器生產(chǎn)改性阻燃木材劉樹德北京伽瑪高新技術有限公司工程部2006-11-17目錄一．

生產(chǎn)改性阻燃木材和前景1．

前言2．

性能與應用3．

市場需求二．

輻射改性阻燃木材1．

阻燃木材情況2．

木塑阻燃復合木材三．

采用輻照加速器生產(chǎn)木塑阻燃復合材料1．

生產(chǎn)條件2．

加速器主要參數(shù)3．

生產(chǎn)能力的簡單估算四．

經(jīng)濟效益的初步評估1．

設想的總投資2．

設想的投資初步分析3．

可能的凈收入4．

可能的投資回收期5．

可能的盈虧分析五．

環(huán)境與安全一.生產(chǎn)改性阻燃木材和前景1.前言用輻射方法把木材和輻射聚合的塑料結合起來產(chǎn)生的新材料稱為木塑復合材料（WPC），也稱木材丙烯酸復合材料。它是二十世紀六十年代為改善劣質(zhì)木材的性能，減少高檔木材的使用量，延緩和改善天然森林資源消失速度，提高人民生活品質(zhì)而發(fā)展起來的一種新型材料。它既能擴大天然產(chǎn)品的應用范圍，又能延長使用壽命。這樣的新材料也是符合國家環(huán)保要求的材料。1964年曾被美聯(lián)社列為十大科技成就之一。美國早在1976年用輻照方法生產(chǎn)的木塑復合材料就已超過2300萬噸。也有許多發(fā)展中國家都在生產(chǎn)這種產(chǎn)品。用輻射方法生產(chǎn)的這種木材可以使普通木材（如樺木、楓木等）的密度、硬度、耐磨性、力學強度等性能大幅度提高，使其達到或超過天然珍惜木材（如紅木）的水平。同時，克服了天然木材易變形、腐爛、蟲蛀等缺點。如果用這種材料做地板，會保持天然木材原有質(zhì)感和紋理，能免刨免漆安裝方便；具有不變形、強度高、易清潔、耐磨損、使用壽命長等優(yōu)點。這種材料非常適合人群密集場合使用，如客廳、歌廳、舞廳、會議室、劇場、商場和運動場等。隨著國民經(jīng)濟建設的發(fā)展，人民生活水平的普遍提高，建筑的住宅、寫字樓、商場、賓館、飯店大量增加，家具需求也在大量增加以及出現(xiàn)的普遍裝修熱潮，所有這些都對木材的材質(zhì)、數(shù)量都有大量需求。然而我國林業(yè)資源貧乏，其中高檔木材不多，多數(shù)是低檔木材、輕質(zhì)木材或速生材，這類木材難以適應目前市場的需要，因此大力發(fā)展木塑復合材料是非常必要的。隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，特別要考慮到特大惡性火災事故明顯增多，尤其是賓館、飯店、商場、劇院、歌舞廳等大型公共場所，經(jīng)常有特大火災事故發(fā)生。據(jù)1993-1995年的統(tǒng)計全國發(fā)生建筑物火災8萬多起，占全國火災總數(shù)的75%以上，直接財產(chǎn)損失30多個億，損失慘重。2005年全國共發(fā)生火災235941起，死亡人數(shù)2496人，受傷2506人，財產(chǎn)損失13.6億；2006年1-7月全國共發(fā)生火災14.5萬起，死亡人數(shù)963人，受傷883人，直接財產(chǎn)損失46359.4萬元；據(jù)消防部門分析，建筑物火災的直接起因各不相同，但火勢迅速擴大，人員大量傷亡的主要原因是著火建筑物內(nèi)部裝修使用了大量可燃和易燃材料。在這種情況下為了減少火災和火災損失也要開展阻燃材料的開發(fā)。這項工作有著重大的意義。利用輻射技術改變木材性質(zhì)，形成新型復合材料并與阻燃劑相結合已經(jīng)成為重要研究和開發(fā)乃至生產(chǎn)方向。若能使輻射改性木材具備阻燃性能，生產(chǎn)出木塑阻燃復合材料，其目前和潛在的應用遠景和市場容量非常之大，并有著可觀的經(jīng)濟效益空間。如能利用輻照加速器開展木塑阻燃復合材料的生產(chǎn)，其產(chǎn)量可成倍的增加，應是不錯的選擇。2.性能與應用(1)性能人們非常喜歡天然木材的自然美，但木材尤其低檔木材有許多缺點，如易變形、易腐爛、易燃、易蟲蛀、強度低等。但木塑阻燃復合材料具有木材和塑料雙方材料的優(yōu)點，加上阻燃性能。不但保有天然木材的外觀、質(zhì)感等，同時還有以下的優(yōu)點：1)提高了力學性質(zhì)表1木塑復合材料性能性能改善情況增加倍數(shù)硬度提高5-10倍耐磨性能提高2-9倍抗壓強度提高1.2-3抗張強度提高1.2-2.5靜態(tài)屈服強度提高1.2-2.5沖擊強度提高1.1~2例如用樺木生產(chǎn)出來的木塑復合材料：硬度提高400%耐磨性提高150%抗沖擊韌性強度提高110%密度由0.7克/厘米3增加到1.08克/厘米3以上。2)降低了吸收率，不易變形。如果樺木生產(chǎn)出來的木塑復合材料：不含水率降低500%平均含水率2%吸收率降低780%3)增加了耐磨抗腐蝕性、增加了防酸、防堿和防油功能。4)有良好的耐氣候性。5)改善了表面性狀，表面光滑、平整、漂亮。6)具有耐熱和阻燃性能。由于具有以上的優(yōu)越性能，所以可以廣泛的應用在各個方面。(2)應用具有廣泛的應用如：1)做板材由于它堅硬耐磨、光滑、耐污染、防水性好、空間尺寸穩(wěn)定。可以用它作地板、門窗、護板、踢腳板。如作地板適用于人群來往密度較高的場合，如舞廳、運動房、健身房、展廳、百貨公司、學生教室及計算機房等場所。2)做家具及各種木制品由于它光滑、美觀、質(zhì)地堅硬、保持原木材紋理，把這種材料做高檔家具和木制品。3)特種用途實驗室中的實驗臺、藥品架、化學工廠的墊板、樓梯扶手、圍護欄、織布機上的梭子、線軸、船舶的艙面、蓋板、槍托、弓臂、刀柄、鏡框、鐘架、及各種雕刻工藝品、運動器材（如高爾夫球桿）等。4)戶外建筑用材料由于抗水性好、耐候性好、耐磨、抗蛀，堅固而不易損壞。做戶外的桌椅、樁、亭、柵棚等。其應用很廣。3.市場需求木塑阻燃復合材料用途很多，這種材料可以充分發(fā)揮木材使用的空間，僅以作為地板為例，其用量和市場均非常之大。根據(jù)相關部門的報導，據(jù)估計北京每年以1000萬平方米的速度建造各種住房、賓館、飯店、娛樂場所。特別2008年的奧運會，更加帶動這方面的發(fā)展。如按技術生命期10年計算預計有100000平方米，再考慮普遍裝修的要求估計有80%需要裝修，所以這一市場是很大的。市場的容量可能達到80000-100000M2/年。由于木塑阻燃復合材料的性能優(yōu)勢，如果加上有利的宣傳和推銷，占有地板市場的20%是完全可以達到的。這個市場份額達到16000-20000M2/年。通過幾年前對北京、上海地板價格的了解見表2“北京上海市場地板價格表”。在這方面可創(chuàng)造的價值是可觀的。除了地板用途之外，還可以制成其他制品，代替高檔木材，更可增加市場占有率。上面所提供的數(shù)據(jù)可能不夠確切，不能為準，僅供參考?？蛇M一步做市場詳細調(diào)查表2北京上海市場地板價格表地板種類主要用材市場價格規(guī)格康樹實木地板（超豪華型）橡木、楓木、桉木、紅木678元/m22432×200×15mm康樹實木地板（豪華型）橡木、楓木、桉木、紅木478元/m22432×200×15mm康樹雙面實木強化地板橡木、楓木、桉木、紅木348元/m21225×193×7.4mm康樹三維樂地板塊橡木、楓木、桉木、紅木878元/m2398×230×15mm圣象牌（超豪華型）328元/m2圣象牌（豪華型）298元/m2低檔實木地板雜木（等外品）100元/m2中檔實木地板水曲柳、柞木、櫻木、檔排木150~200元/m2高檔實木地板柚木、紅木（進口）300-600元/m2中檔漆面地板水曲柳、柞木、檔排木、櫻木、柳桉等250-300元/m2復合地板纖維膠合貼面200-400元/m2木塑阻燃復合地板低中檔實木280-300元/m2編寫：劉樹德文字圖表編輯：李雅紅二.輻射改性阻燃木材1.阻燃木材情況木材以其良好的視覺、觸覺特性、較高的強度重量比，價廉、易加工等優(yōu)點，廣泛使用在賓館、飯店、大商場、劇院、住宅、火車和輪船的裝修和結構材料。但木材易燃，由木質(zhì)材料引發(fā)火災，燃燒蔓延造成人員和財產(chǎn)損失。因此對木材進行阻燃處理，是國內(nèi)外都很重視的研究和開發(fā)項目。目前木材阻燃處理主要有兩種方法，一種是阻燃劑處理，另外一種是防火涂料涂飾。阻燃劑處理又可分直接添加；涂刷或噴淋；和浸漬法三種。其中直接添加法主要用于纖維板、刨花板等人造木材的處理。涂刷或噴淋法也是表面處理，主要用于阻燃膠合板。而阻燃劑浸漬處理主要是木塑阻燃復合材料也稱輻射改性木材。阻燃劑的品種很多，如許多含磷、氮、硼或鹵族的無機或有機藥劑及一些金屬氧化物填料等。但適合天然實木的阻燃劑品種并不多。主要是一些水溶性的藥劑，很多都是無機鹽類。這些阻燃劑容易流失，使原本阻燃的木材逐漸失去阻燃性能，并使木材本身的性能變差。有些水溶性阻燃劑還會腐蝕金屬，影響到金屬聯(lián)接件使用可靠性變差。目前以氨基樹脂為載體的磷一氮體系成為木材阻燃用的最多一種，盡管它抗流失性較好，對木材影響較小，但是其阻燃效果不好且價格偏高，耐久性差。目前阻燃木材產(chǎn)品主要是阻燃人造板如纖維板、中密度刨花板、貼面裝飾板等，及用這些材料加工成的木制品、家具、除防火涂料處理外，現(xiàn)在還沒有更好的阻燃劑。特別是占室內(nèi)裝修木材用量最大比重的實木地板也還沒有阻燃產(chǎn)品，所以目前還是空白。2.木塑阻燃復合木材輻照改性阻燃木材與前述阻燃木材的不同之處在于，在注入木材合成材料中引入高效阻燃基團，經(jīng)輻照交聯(lián)固化處理后形成的阻燃木材，阻燃效果持久穩(wěn)定。由此而形成的輻照改性阻燃木材，其性能指標與不加阻燃劑的輻射改性木材是一樣。估計其成本只提高10%左右。輻射改性阻燃木材具有天然木材的外觀和纖維結構，并改善了天然木材的尺寸穩(wěn)定性、力學強度、耐候性、耐腐性、耐腐蝕性和耐蟲蛀性能。低檔木材經(jīng)改性處理后，各項性能有成倍及至數(shù)倍的提高。普遍認為該產(chǎn)品是客廳、會客廳、舞廳、劇場、商場、運動場、寫字樓等人群密集場合及高級住宅的理想選擇。由于這類木材的采用可以避免和減少火災形成的財產(chǎn)損失和人員傷亡，倍受關注。三.采用輻照加速器生產(chǎn)木塑阻燃復合材料1.生產(chǎn)條件(1)板狀木材（樺木、橡木、紅楓木、白槐木）(2)板材尺寸：厚1.8mm×寬100mm×長100mm（或更長）(3)輻照電子加速器一臺(4)相應生產(chǎn)設備（例如真空干燥、浸漬器）(5)化學試劑(6)材料試驗設備2.加速器主要參數(shù)

(1)束流強度I=30mA(2)加速器能量E=3Mev(3)功率100KW(4)掃描寬度1000mm(5)掃描頻率50Hz—100Hz3.生產(chǎn)能力的簡單估算(1)估算采用公式利用束流與劑量之間的關系式中：I—束流強度（mA）Do—接受的劑量（KGY）（5-20KGY）A—輻射加工物的面積（m2）t—輻照時間（分）Ko—面加工系數(shù)Fi—束流利用系數(shù)—輻射加工的生產(chǎn)率2)估計生產(chǎn)能力按上述初步計算大概如果每年加速器工作5000小時，其產(chǎn)量可達四.經(jīng)濟效益的初步評估1.設想的總投資(1)加速器：450萬(2)設備：375萬(3)土建：1508萬(4)土地征用：800萬(5)其他：1105萬總計：4238萬 2.設想的投資初步分析總成本包括固定成本和可變成本(1)固定成本可按下表方式計算表3項目年折舊率（%）投資額（萬）年折舊費（萬元）加速器845036.00設備1037537.50基建4150860.32土地征用480032.00其他4110544.20總計4238210.02(2)可變成本可變成本包括兩部分，一部是指日常費用，另一部分是輻射改性木材生產(chǎn)的成本?？勺兂杀局械娜粘ＹM用見表4。表4可變成本項目說明費用（萬元）人工費按100人計，月平均工資2500元300萬元/年維修費按人工費的15%計算45萬元/年水電費按200KW計算（3元/瓦）60萬元/年雜費汽車、工具、辦公用品、管理費100萬元/年總計505萬元/年表5可變成中的WPC的生產(chǎn)成本項目說明費用（元/m3）原材料（原木）*可用木材按原木的30%計600浸漬劑浸漬率按50%3000前處理250后處理250總計9500按每年工作1000小時，WPC的產(chǎn)量為7.2×105m2，其生產(chǎn)7.2×105m2木材的厚度為1.8cm，故使用的木材料量12960m3，按0.95萬元計算木材一項成本為1.23×104萬元。最后總成本：總成本=固定成本+可變成本=210+505+1.23×104=1.3×104萬元3.可能的凈收入如果市場WPC價格為250元/m2凈收入包括有產(chǎn)值，總成本和稅金幾項構成。按上述計算：每年工作1000小時的產(chǎn)值為1.8×104萬元總成本為12955萬元稅金按產(chǎn)值的10%計算為3600萬元凈收入=產(chǎn)值/年-1.2955×104-0.36×104=1400萬元4.可能的投資回收期投資回收期可按下式估算：通過上述的經(jīng)濟分析，每年生產(chǎn)1000小時滿負荷（1000小時）運行只要3.3年即可收回總投資。如果每年能工作3000小時，這個回收期將會大大的縮短。5.可能的盈虧分析以生產(chǎn)能力利用率表示的盈虧平衡點Xo，可按下式估算：式中：Xo—平衡點（F=210萬元）F—固定成本P—產(chǎn)品單價（P=250元/m2）V—原材料購入價（V=170元/m2）Xo除以每年1000小時的生產(chǎn)量可得2.63×104÷7.2×105×100=36.52%通過上述的分析