對木質(zhì)復(fù)合材料的研究與應(yīng)用

木材在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中曾起著舉足輕重的作用。但是單一的木材制品或木質(zhì)材料已經(jīng)不能滿足人類社會發(fā)展的需要，隨著科技的迅速發(fā)展，提出了木質(zhì)復(fù)合材料的概念。在木質(zhì)復(fù)合材料發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了明顯的負(fù)面效應(yīng)，對周圍環(huán)境、人們健康造成了不同程度的破壞和污染。如今，木質(zhì)復(fù)合材料走低碳經(jīng)濟(jì)之路是我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，因此木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展趨勢應(yīng)是“可持續(xù)、可再生、無污染”。

1. 木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展

1.1木質(zhì)復(fù)合材料的提出。

木質(zhì)資源是國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)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(biāo)志之一。目前我國人工造林保存面積達(dá)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(zhì)量低下、分布不均，森林蓄積量僅占世界的2.9%，遠(yuǎn)不能滿足占世界22%人口生產(chǎn)和生活的需要，特別是人口、經(jīng)濟(jì)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(shù)實現(xiàn)人工林木材的高效增值利用。材料的持續(xù)供給是保證可持續(xù)發(fā)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，通過木質(zhì)復(fù)合材料先進(jìn)制造技術(shù)專題設(shè)置了七個課題目。從此拉開了木質(zhì)復(fù)合材料的研究序幕。

1.2木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀。

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

2. 木質(zhì)復(fù)合材料在新形勢下的發(fā)展趨勢

為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的趨勢，在創(chuàng)新基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新材料產(chǎn)業(yè)，正日益成為世界各國高技術(shù)競爭的戰(zhàn)略要點之一。因此，木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展向環(huán)保型、經(jīng)濟(jì)型發(fā)展是不可扭轉(zhuǎn)的趨勢。

2.1木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展要向環(huán)保型發(fā)展。

據(jù)報導(dǎo)，目前國內(nèi)各城市產(chǎn)品質(zhì)量檢測站對各省、市的木質(zhì)類板材進(jìn)行檢測的結(jié)果，沒有一個省、市能確保全部板材能達(dá)到室內(nèi)國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計中稱，稍好的省、市的產(chǎn)品超標(biāo)為20%～ 30% ，嚴(yán)重的省、市超標(biāo)達(dá)80%～90% ，個別超標(biāo)達(dá)幾倍，因此，木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展重點，應(yīng)注意環(huán)保安全，要注意“綠色生產(chǎn)”。其中特別是膠黏劑及涂料的選用。每張木質(zhì)復(fù)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(jī)揮發(fā)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(chǎn)復(fù)合板材時，如何選擇膠黏劑是關(guān)鍵。目前，基本國內(nèi)各廠都已重視產(chǎn)品的游離甲醛含量。要求產(chǎn)品一定要符合國標(biāo)要求，或達(dá)到國外E1、E2級水平。有人提出復(fù)合板材生產(chǎn)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(qiáng)度外。最突出的是價格低廉，因此2l世紀(jì)初期，該類膠的應(yīng)用還要繼續(xù)。自上世紀(jì)末起，國內(nèi)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(zhì)量。采用了尚含有游離異氰酸酯的PU膠，對復(fù)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(yīng)用單位使用時，都要謹(jǐn)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(jì)末，國內(nèi)、外又用酶制劑來制木質(zhì)板材膠。這個方向?qū)Γ瑧?yīng)大力推廣。也有人用無機(jī)膠黏劑試制復(fù)合板材，也是方向。大家應(yīng)當(dāng)按中央指示，在科學(xué)上要有所創(chuàng)新。上海在20世紀(jì)70年代用生物酵母類制膠合板膠，成本低、耐水性也好。當(dāng)時也用生物酶制劑，或基因改性的生物類為原料研制復(fù)合板材膠。這類膠可能是復(fù)合板材2l世紀(jì)的方向。因為既符合國情，又符合“以人為本”的戰(zhàn)略。產(chǎn)品成本也不高，又能保證人民健康，生產(chǎn)可能性很大。

2.2木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展要向綜合經(jīng)濟(jì)型發(fā)展。

木質(zhì)復(fù)合板材發(fā)展要求“經(jīng)濟(jì)”，是各國人民的普遍希望。當(dāng)然對木質(zhì)復(fù)合板材要求是物理強(qiáng)度好，美觀絢麗多彩，多功能是主要的，但也要經(jīng)濟(jì)實惠。生產(chǎn)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(chǎn)時要節(jié)能；調(diào)整勞動組合，發(fā)揮集體智慧，用最新的科學(xué)技術(shù)，達(dá)到板材質(zhì)量好，成本低，最經(jīng)濟(jì)，這是各國生產(chǎn)木質(zhì)復(fù)合材料的大方向之一。

2.3木質(zhì)復(fù)合板發(fā)展的未來。

21世紀(jì)新的技術(shù)不斷出現(xiàn)。木質(zhì)復(fù)合板材也有著新的創(chuàng)新思路。用有機(jī)材料與無機(jī)材料的復(fù)合是一種趨勢；木材類與金屬類復(fù)合也是趨勢；更有可能是生物功能來實現(xiàn)復(fù)合材料。總的來看，新的木質(zhì)復(fù)合材料的設(shè)計時，會將物理、化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)等各學(xué)科的理論為基礎(chǔ)，生產(chǎn)時將通過各種先進(jìn)的高科技手段，采用先進(jìn)的控制儀表，對新型復(fù)合材料進(jìn)行質(zhì)量控制。生產(chǎn)出超越原來木質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)全新的原子、分子的組合，達(dá)到新的木質(zhì)復(fù)合材料的品種。在遵循可再生、可循環(huán)、無污染的方向下，具體發(fā)展途徑有如下幾種：

2.3.1對木質(zhì)復(fù)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(zhì)復(fù)合板材有新功能。

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

2.3.3木質(zhì)復(fù)合材料可能摻入可變導(dǎo)體，或配人帶光譜結(jié)構(gòu)的摻雜物，成為一種新的、特種功能的木質(zhì)復(fù)合材料。

2.3.4木質(zhì)復(fù)合材料與生物類材料復(fù)合，如用生物酶在木質(zhì)板材中加以應(yīng)用，合成，成為能耐熱，質(zhì)量又穩(wěn)定，使用壽命長的、新的木質(zhì)復(fù)合板材 。

2.3.5易降解。即將再三利用后不能再循環(huán)利用的廢棄木質(zhì)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(zhì)材料生產(chǎn)一種與原來木材性質(zhì)不同，具有較高價值的產(chǎn)品，如碳纖維增強(qiáng)材料和木塑復(fù)合發(fā)泡材料。

2.3.7再循環(huán)利用。即將廢棄木質(zhì)材料進(jìn)行物理、化學(xué)處理好，制造出具有較高附加值的產(chǎn)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(qū)韓家園林業(yè)局）