竹質托盤的開發與應用前景分析

龐 燕，曾 光，李健林

(中南林業科技大學 交通運輸與物流學院，湖南 長沙 410004)

1 引言

振興現代物流業是我國的一項重大戰略舉措，發展物流的一項重要工作就是發展物流裝備。托盤是用于物流裝卸、搬運和運輸的一種重要裝備。當前，我國所使用的托盤主要有木質的、塑料的和金屬材料的。木質托盤使用廣泛，但強度不夠，且消耗大量木材；金屬托盤比較昂貴，也容易銹蝕；塑料托盤非再生資源，且不環保。從國際上看，托盤技術已成熟，但均比較昂貴，或不利于環保。而以竹材為原料，開發新一代托盤，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益。對于促進我國竹子加工產業的發展，解決三農問題，推進新農村建設進程也具有非常現實的意義。將竹子加工產業與現代綠色裝備產業相結合，對振興我國傳統竹子加工產業，加速竹質新材料的產業化進程意義重大。

2 竹質包裝材料研究現狀

2.1 國外竹質包裝材料研究現狀

德國包裝專家對四川德陽第二重型機器廠的竹木包裝箱進行了研究，并指出該包裝箱輕、結實、耐用，將在德國取得很好的應用效果，擁有美好的前景。2009年戴爾公司率先將竹子用于計算機企業的產品包裝，且將Dell Inspiron Mini10和Mini10v上網本的緩沖包裝更換為竹質包裝，替代了原來的紙漿模塑包裝、泡沫塑料包裝和瓦楞紙板包裝等。戴爾公司全球包裝高級經理Oliver Campbell指出“竹質包裝的強度高，可持續性好，而且成本較低，我們正嘗試將其應用于移動通信產品的包裝。同時，我們正在積極地將竹質材料與其他農作物原料整合在一起，用于公司其他系列產品的包裝”。到2011年底，已經有2/3移動設備使用這種竹質包裝。弗里多尼亞公司最新調查報告提出了美國未來以竹子為原料的可持續包裝將成為綠色包裝家族中的新成員。日本某專家到安徽楊獅村考察，發現竹殼是一絕好的綠色包裝材料，研究發現竹殼工藝包裝盒經久耐用，物美價廉，是日用品理想的綠色包裝，在竹編盒樣品在日本市場亮相后，深受日商的好評。

2.2 國內竹質包裝材料研究現狀

我國竹子的種類眾多，資源豐富，且我國竹包裝的歷史悠久。我國一些竹產地少數民族用竹筒蒸煮飯食，或直接用于酒具餐具，款待客人。目前，相關研究主要有：江南大學杜丹克在對竹加工廢棄物模壓托盤的結構研究中，將一定竹加工廢棄物碎料與膠粘劑混合后，放入專用的金屬模具中，在一定的溫度和壓力作用下固化成型[1]；陜西科技大學秦歲明，劉在斌從綠色環保包裝的需求著手，分析了竹材資源的可再生性及竹材易于包裝裝潢等方面的特點[2]；重慶大學戚序、趙云雪以梁平竹簾包裝設計的地域文化特色為解析點，探索現代包裝設計如何與本土地域文化特色和風格相結合的設計理論[3]；中國林業科學研究院的王朝暉和江澤慧分析了竹編膠合板、竹篾積成膠合板和竹材膠合板的生產工藝與技術參數，比較了三種基本類型竹質人造板強度差異；并在竹質人造板標準制訂、修訂、增加防火和防腐處理規定等方面提出了建議[4]。

3 我國竹質資源的特征

竹子是位居木材之后的第二大森林資源，與木材同屬于非均質材料和各向異性材料[5]。與木材相比，竹材具有強度高，韌性好，剛度大，易縱向剖等特點。由于竹子比樹木生長周期短，經濟價值高，因此是一種很有發展前途的代木材料。全世界有70多屬竹類，中國約有40屬。我國的竹類資源是世界上最豐富的國家,竹子的種植面積為700多萬公頃，占世界竹林面積的35%左右，占亞太地區的58%。竹林面積、蓄積量、竹材產量均居世界之首。其中臺灣省有竹林170多萬公頃，有60多個種類。我國每年伐竹量700萬噸以上，其中主要是毛竹，大約450萬噸。中國竹子按照地理分布，散生竹和叢生竹大致各占一半[6]。

中國部分省市竹類資源情況見表1。

由此可見，我國竹類資源十分豐富，尤其是毛竹林資源分布廣，占60%以上，可利用空間和潛力很大。目前，由于竹材的綜合物理力學性能良好，竹材膠合板、竹編膠合板、竹材拼花板、竹木復合板、竹材施切板、裝飾板、竹纖維板、竹絲板、竹刨花板等各種竹制品在建筑行業中被廣泛應用。雅致的小樓、奇特的館所、漂流的船舶、藤架的橋梁等均可用竹材造成。施工建筑的模板和腳手架、臨時的工棚也頗為常見，竹地板深受歡迎。竹制茶室、成套家具新奇高雅，暢銷不衰[7]。

4 竹質材料性能分析與竹質托盤的基本特征

4.1 竹質材料的性能分析

從材質角度來看，竹材主要具有以下物理性能：

（1）含水率。竹材的纖維和管束中含有能溶于熱水、酒精的戊糖、果膠和淀粉等物質（占總質量6%～13%），故有強烈的吸濕性和保水性。其含水量隨外界溫度和濕度而改變，但無明顯的纖維飽和點。當含水量在15%左右時，其強度隨含水量的減少而增強，但含水量小于7%左右時，強度隨水分減少反而降低。當含水量介于15%～30%之間時，強度略減。含水量大于30%時，則強度變化甚微。

（2）體積脹縮。竹材體積脹縮隨含水量的多少而改變，各個方向不一致，弦向最大（約為0.274%），徑向次之（約為0.255%），縱向最小（約為0.222%）。竹青的弦向收縮為髓部的三倍，縱向收縮小于髓部收縮。因此，竹材在干燥過程中極易翹曲和干裂。

（3）質量。竹材的質量隨纖維管分布情況，有無竹節以及部位的不同而改變。竹材的質量很容易受含水量的影響，但是烘干后，一般介于 0.6～1.2g/cm3。

（4）耐久性。竹材在較高溫度和濕度環境中容易發霉，變色和腐朽而大大降低其強度，耐久性還不及木材。用于木材的防腐劑和處理方法也適用于竹材，以氯化鋅或硫酸銅防腐劑的效果最好[6]。

從竹材的力學性能角度而言，竹材的力學性質隨竹子的種類、竹齡、部位和生長條件而有明顯的不同，竹材的纖維管束的尺寸和纖維的長度與竹材的彈性模量和抗壓強度有著必然的聯系[8]。受含水量和竹紋方向的影響最大。其順紋方向大于橫紋方向，節間部分大于竹節部分，竹青部分大于竹肉部分，基部大于稍部。一般來說，毛竹、臺竹的力學性質以生長6年為最佳，低于或者高于6年的都有所降低，其順紋抗拉強度一般在90mpa以上，順紋耐壓強度在50mpa以上[9]。

4.2 竹質材料托盤基本特性

利用天然竹編包裝及原始竹節作為包裝歷史悠久。傳統的竹包裝技術只能解決小包裝問題，多為竹簍竹筐，現在竹包裝板材多是采用高溫熱壓膠合工藝的制板成型技術，如竹膠合板。竹膠合板根據竹篦片纖維條理結構，相互垂直，按經緯編織成后經干燥、涂膠、組坯、熱壓合而成。制成的竹編膠合板具有良好的物理性能和化學性能，產品幅面大，縱橫方向物理力學性能差異小、強度高、防濕性能好。此外，還有不脫落、不變形、抗蟲蛀、耐磨、耐沖擊、外觀大方美觀，易于加工，可鋸、可刨、可釘釘子等優良性能。竹編膠合板與相同厚度的木材比較，其靜彎曲強度和拉伸強度與木材（云松）橫紋方向基本相同[10]。比木材的順紋靜彎曲強度大20多倍，顯然，竹托盤的強度和承載能力要高于木托盤。

與木質托盤相比，竹托盤的波紋板的抗彎界面模量增加了1倍以上，使得竹板的剛度得到了很好地提升。而且竹托盤不需要熏蒸處理，由于竹托盤的竹板材在生產過程中有高溫高壓加工過程，且夾層芯板厚度小于6mm，根據IPPC國際木質包裝檢疫措施標準ISPM-15文件的規定，使用該竹板材制作的包裝無需進行熏蒸或者熱處理。

在現代包裝工業中，紙及紙制品、塑料、玻璃、金屬和木材是幾大常用的包裝材料。在國際貿易中，木質包裝被廣泛使用，然而，近年來實木包裝材料在國際間傳播擴散森林病蟲害的速度和頻率呈現逐漸上升的趨勢，世界上很多國家都對進境貨物木質包裝采取了更為嚴格的檢驗檢疫制度，加之我國森林資源又相對匱乏，近年來木材供需之間的矛盾也越來越激烈，使得實木在包裝工業中的繼續發展受到了限制。因此，使用竹質材料做成的平托盤，比木質材料的托盤有著更加廣泛的應用優勢。

5 竹質托盤的應用前景分析

5.1 我國托盤的使用現狀

隨著全球一體化的進程加快，目前各國都在加大標準化托盤的使用量，日本標準化托盤的使用率為35%，居亞洲之首，韓國為27%。世界上澳大利亞標準化托盤使用率最高，達到95%，其次歐洲為70%，美國為55%。目前，美國擁有15-20億個托盤，日本擁有約7-8億個托盤，所以在美國和日本，托盤是一個巨大的產業，政府為了推進物流標準化、提高托盤的利用率，相繼出臺了很多鼓勵政策和優惠措施。

據中國物流與采購聯合會托盤專業委員會第六屆中國托盤國際會議暨2011全球托盤企業家年會報告中，對托盤的現狀進行了分析，指出中國托盤總數達到了8億個，是前兩次托盤調研的數倍。其中木托盤市場占有率降到了80%，比2008年減少了約6%，比2002年減少了約10%。如圖1所示。

從圖1中看出，木材在我國托盤制造業中使用相當廣泛，其它材料如塑料、鋼材、塑木復合材料等所占比例有所增加，竹質托盤因其具有塑料托盤與木質托盤的優點，在使用中所占比例有上升的趨勢。

目前我國流通中的托盤規格很多,標準化托盤的使用率遠遠低于其它發達國家，我國主要使用的托盤規格有:1 100mm×1 100mm、1 200mm×1 000mm、2 000mm×1 000mm、1 500mm×1 100mm等幾十種之多，2007年我國已經選擇前兩種作為中國托盤的國家標準。據估計，托盤的標準化和托盤聯營體系的建立，能夠使得我國物流成本降低1%～1.5%，它將為我國每年節約物流成本1 000～1 500億元。

5.2 竹質托盤的應用前景分析

竹材具有強度高、環保性好、且是再生性資源，是加工制造新一代托盤的理想原料。以竹材為原料，開發新一代托盤，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益。以竹材作為主生產材料制造托盤有著廣泛的應用前景。

（1）竹質托盤的社會效益。目前，我國木質托盤使用最為廣泛，但其強度不夠且木材資源消耗較大；金屬托盤則價格昂貴且易銹蝕，而塑料托盤因不能降解，對環境有害。集生態、社會、經濟效益于一身的竹子加工產業，在我國其技術、生產、科技已經在世界上遙遙領先，完全處于絕對領先的地位。加上竹子普遍大量生長在我國南方山區，開發竹業對解決“三農”問題具有非常現實的意義。所以，選擇竹材作為原材料與綠色物流裝備理念相結合研制托盤是一條切實可行的道路。

（2）竹質托盤的經濟效益。首先，因為竹子種植后第三年可間伐竹材1-1.5t/畝，第四年可間伐3t/畝，第五年以后高產穩產，可間伐5t/畝以上。另外，現行竹子的收購價約為800元/t，而木材的收購均價為1 800元/m3，這幾乎是2-3倍的差價。而且，目前我國使用代用木材可達4 000萬-5 000萬m3，可彌補我國木材供需缺口的1/3[9]，假如我們再將竹材引進消耗大量木材的物流裝備領域，就可以進一步彌補我國木材的供需缺口。因此，以竹材為主生產材料的托盤原材料成本遠遠低于以木材為主的托盤成本，在經濟效益上具有明顯優勢。

（3）竹質托盤的生態效益。竹材是可再生資源，一株毛竹成材期只需2-3年，而拿成材較快的速生楊樹而言，也需要8-10年才可以砍伐使用，這已經比一般樹快了8年左右。同時竹林具有極強的截留降水、凈化環境和固土能力。據專家測算，每公頃竹林可蓄水1 000t，竹林的滲水率為草地的1倍，固土能力是馬尾松林的1.5倍，同等面積的竹林比一般樹林多釋放35%的氧氣。另外，我國森林資源蓄積不足，僅占世界的3.2%，人均森林面積和人均蓄積量分別為世界人均的1/5和1/8，而據中國統計局資料顯示，目前我國木托盤占市場的86%以上，消耗4 000多萬m3木材，如果我們用竹材替代木材制作托盤的話，將大大緩解國內木材的供需矛盾，保護森林。因此，竹林在維護生態平衡中發揮著重要的作用。而且很好的利用竹材作為產品的話，也有利于竹材的生長，竹材生長過于密集，反而會停滯它的繁殖生長。所以從生態效益上看，竹質托盤的開發對于竹材的生長與利用意義重大[11]。

6 結語

我國竹質托盤市場巨大，而且還在不斷增長。竹質包裝材料作為一種環境協調性材料，具有綠色包裝材料的特點，將會受到人們越來越多的重視。選用竹質材料制的包裝用材也成為研究的熱點。竹質托盤具有強度高，環保性能好，經濟效益顯著的一種新型物流裝備，只要對其加工過程進行一些防霉防腐處理，其一定能帶來可觀的社會效益，生態效益和經濟效益。

[1]杜丹克.竹加工廢棄物模壓托盤的結構研究[D].無錫：江南大學，2009.

[2]秦歲明，劉在斌.中國竹文化的包裝特點分析[J].藝術與設計，2011，（5）：25-26.

[3]戚序，趙云雪.解析梁平竹簾包裝設計的地域文化特色[J].包裝工程，2011，（1）：111-113.

[4]王朝暉，江澤慧.竹質人造板標準現狀與前景介析[J].世界竹藤通訊，2003，（3）：1-5.

[5]Pang Yan,Wang Zhongwei.Project Design for Environment-Friendly Packing Material in Logistic Processing[A].International Conference on Logistics Engineering and Supply Chain[C].2008.

[6]鄧和平，江新喜.竹質新材料[M].長沙：湖南科學技術出版社，2006.

[7]劉玉強，喻遒秋，陶以明.代木材料及其應用[M].北京：化學工業出版社，2005.

[8]馮萍.竹材的新空間[J].工業建筑，2009，39（8）：125-127.

[9]賀勇,戈振楊.竹材性質及其應用研究進展[J].福建林業科技，2009，36（2）：135-139.

[10]楊云芳，劉志坤.毛竹材抗拉彈性模量及抗拉強度[J].浙江林學院學報，1996，13（1）：21-27.

[11]趙雪松，王喜明，塔娜，于秋霞.基于ANSYS軟件的竹材曲面受壓過程分析[J].內蒙古農業大學學報，2009，30（1）：224-228.