對木質復合材料的研究與應用

木材在國民經濟建設和國防建設中曾起著舉足輕重的作用。但是單一的木材制品或木質材料已經不能滿足人類社會發展的需要，隨著科技的迅速發展，提出了木質復合材料的概念。在木質復合材料發展的同時，也產生了明顯的負面效應，對周圍環境、人們健康造成了不同程度的破壞和污染。如今，木質復合材料走低碳經濟之路是我國社會經濟可持續發展的基礎，因此木質復合材料的發展趨勢應是“可持續、可再生、無污染”。

1. 木質復合材料的發展

1.1木質復合材料的提出。

木質資源是國家經濟和社會發展中不可缺少又難以替代的重要資源，也是國家綜合國力的重要標志之一。目前我國人工造林保存面積達到4 666萬公頃，居世界首位，約占世界人工林面積的26%。但是，我國森林資源總量不足、質量低下、分布不均，森林蓄積量僅占世界的2.9%，遠不能滿足占世界22%人口生產和生活的需要，特別是人口、經濟高增長對森林資源造成巨大消耗并將形成更大的壓力，所以必須堅持以高新技術實現人工林木材的高效增值利用。材料的持續供給是保證可持續發展的重要因素，由此國家十分重視，并在“十五”國家863計劃生物與現代農業技術領域中，通過木質復合材料先進制造技術專題設置了七個課題目。從此拉開了木質復合材料的研究序幕。

1.2木質復合材料的發展現狀。

國外發達國家以先進技術制造木質復合材料起源于20世紀80年代，并于90年代中期開始逐步形成一個發展迅速的新型產業。例如，高性能木塑復合材料是通過不同的復合工藝生產制造，解決傳統木材制品的易腐朽、蟲蛀、開裂、生物降解以及尺寸穩定性差的問題，其產品主要用作各種室外用結構與非結構板材及型材、環境安全型家具材和高尺寸穩定性的復合地板芯材。近幾年來，高性能木塑復合材在世界上特別是在美國和加拿大得到快速的發展復合材料技術已經成為國際科技發展的優先領域之一，我國政府持續推進了木質復合材料的研究與開發.在木材表面的非極性化、木材酯化及接枝共聚處理等基礎理論以及木/塑纖維復合材料、木基電磁屏蔽功能材料、木材陶瓷化、木竹復合材料、農業剩余物纖維等開發研究方面取得了一定的成績。例如，木材/合成纖維復合材料等在關鍵技術研究與產品開發、應用等方面，通過協作研究和建立產業化示范線的模式，把制造技術直接推向林產品生產第一線，并在木材工業國家工程研究中心建立了產業化示范線，確保了我國此類技術的研究和應用與發達國家的差距不致于進一步拉大，為提高木質復合材料的制造技術贏得了時機 。

2. 木質復合材料在新形勢下的發展趨勢

為適應低碳經濟的發展的趨勢，在創新基礎上發展起來的新材料產業，正日益成為世界各國高技術競爭的戰略要點之一。因此，木質復合材料的發展向環保型、經濟型發展是不可扭轉的趨勢。

2.1木質復合材料的發展要向環保型發展。

據報導，目前國內各城市產品質量檢測站對各省、市的木質類板材進行檢測的結果，沒有一個省、市能確保全部板材能達到室內國家標準的指標。據統計中稱，稍好的省、市的產品超標為20%～ 30% ，嚴重的省、市超標達80%～90% ，個別超標達幾倍，因此，木質復合材料的發展重點，應注意環保安全，要注意“綠色生產”。其中特別是膠黏劑及涂料的選用。每張木質復合板材都要用膠黏劑，而膠黏劑中的游離甲醛釋放是危害人體的主要成分。其次涂料中有機揮發物如苯、甲苯、二甲苯醇、三氯乙烯等均對人體有影響。因此生產復合板材時，如何選擇膠黏劑是關鍵。目前，基本國內各廠都已重視產品的游離甲醛含量。要求產品一定要符合國標要求，或達到國外E1、E2級水平。有人提出復合板材生產時全部不用“醛類“膠，但醛類膠的特點為有一定耐水性及濕狀強度外。最突出的是價格低廉，因此2l世紀初期，該類膠的應用還要繼續。自上世紀末起，國內很多科研單位研究水、乳聚氨酯樹脂膠黏劑來替代“三醛”膠，但要密切注意，PU的合成質量。采用了尚含有游離異氰酸酯的PU膠，對復合板材制成后。其危害將比“甲醛”釋放更危險。對人體危害更大。所以研制單位在合成工藝及應用單位使用時，都要謹慎。

目前國外在推廣其他膠黏劑，如用歷史上的豆蛋白膠改性，提高其耐水性。20世紀末，國內、外又用酶制劑來制木質板材膠。這個方向對，應大力推廣。也有人用無機膠黏劑試制復合板材，也是方向。大家應當按中央指示，在科學上要有所創新。上海在20世紀70年代用生物酵母類制膠合板膠，成本低、耐水性也好。當時也用生物酶制劑，或基因改性的生物類為原料研制復合板材膠。這類膠可能是復合板材2l世紀的方向。因為既符合國情，又符合“以人為本”的戰略。產品成本也不高，又能保證人民健康，生產可能性很大。

2.2木質復合材料的發展要向綜合經濟型發展。

木質復合板材發展要求“經濟”，是各國人民的普遍希望。當然對木質復合板材要求是物理強度好，美觀絢麗多彩，多功能是主要的，但也要經濟實惠。生產單位要注意制造成本，如何合理利用自然資源，提高原料利用率；生產時要節能；調整勞動組合，發揮集體智慧，用最新的科學技術，達到板材質量好，成本低，最經濟，這是各國生產木質復合材料的大方向之一。

2.3木質復合板發展的未來。

21世紀新的技術不斷出現。木質復合板材也有著新的創新思路。用有機材料與無機材料的復合是一種趨勢；木材類與金屬類復合也是趨勢；更有可能是生物功能來實現復合材料。總的來看，新的木質復合材料的設計時，會將物理、化學、生物、數學等各學科的理論為基礎，生產時將通過各種先進的高科技手段，采用先進的控制儀表，對新型復合材料進行質量控制。生產出超越原來木質結構，實現全新的原子、分子的組合，達到新的木質復合材料的品種。在遵循可再生、可循環、無污染的方向下，具體發展途徑有如下幾種：

2.3.1對木質復合板材（纖維類板材、碎料類板材）可能有第三種材料摻入，成為新的分子排列，使新的木質復合板材有新功能。

2.3.2木質復合板材生產時，可能通過外部的光、電、磁等催化，對板材表面內分子與原子的排列方向的改變，這樣能使新的木質復合材料提高性能或改性。這是復合材料穩定質量或改變性能的常用方法。

2.3.3木質復合材料可能摻入可變導體，或配人帶光譜結構的摻雜物，成為一種新的、特種功能的木質復合材料。

2.3.4木質復合材料與生物類材料復合，如用生物酶在木質板材中加以應用，合成，成為能耐熱，質量又穩定，使用壽命長的、新的木質復合板材 。

2.3.5易降解。即將再三利用后不能再循環利用的廢棄木質材料在自然或人工條件下，降解或水解作為肥料和飼料。

2.3.6再生利用。即利用廢棄木質材料生產一種與原來木材性質不同，具有較高價值的產品，如碳纖維增強材料和木塑復合發泡材料。

2.3.7再循環利用。即將廢棄木質材料進行物理、化學處理好，制造出具有較高附加值的產品，如制造刨花板或纖維板。

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（作者單位：黑龍江省大興安嶺地區韓家園林業局）