林业百科

木材工业

2023-04-16

简介

以木材和木质材料为原材料,经机械或(和)化学方法加工后,其产品仍保留木材基本特性的产业部门。在森林工业系统中,木材工业和林产化学工业同为采伐运输(见森林采运)工业的后续工业。木材具有重量轻、强度高、弹性好,色调丰富、纹理美观、加工容易等优点,迄今世界各国都将木材作为重要工业原材料。木材工业能源消耗低,环境污染少,资源有再生性,其产品对国家经济建设和人民生活有密切的关系,因而在国民经济中占有重要地位。按其产品性质可大致分为锯材、人造板、木制品等3个工业门类。前两类属材料性生产,为其他工业部门提供原材料,后一类工业的产品则直接进入使用领域。

木材工业的发展,是以社会需求为动力,以木材资源的消涨变化为基础,以各种新工具、新设备、新技术和木材学不断进步,所有这些共同作用,促进了木材工业的发展。

中国木材工业 分简史、现状、生产技术和展望4部分记述。

简史 远在石器时代,中国出现了石斧,已经“以石为刃,刳木为舟”;青铜器时代出现了铜锯的雏形,开始有了沿长度方向截割木材的工具;春秋时期墨斗、角尺的发明,使木材加工技术进入了营造工程时期;后历秦、汉,降至唐、宋,木工工具日见完备,在木结构建筑中,已能应用锯剖、气干、拼接、包封等较为复杂的技术制造木柱,并开始对木材进行蒸煮、干燥等处理,以提高木结构稳定性;明代家具制造,更以其结构精巧、造型简朴典雅达到很高水平,至今仍驰誉海内外。这一段漫长的历史时期,从发生、发展到成熟所经历的时代,是中国木材加工的手工业阶段。现存的许多木结构建筑及木制品,成为中国传统文化中重要组成部分之一。而历代所留下的著述如《鲁班经》、《营造法式》(北宋李诫著)等,都已成为中国木材加工技术史上的重要文献。

19世纪末,中国上海、青岛、福州、哈尔滨等城市设立专业制材厂,20世纪初出现胶合板厂,中国木材工业开始进入机械化时代。50年代后,木材工业走上有计划的发展道路。50年代中期,中国开始生产合成树脂胶粘剂,为木材工业产品的提高和发展提供了物质条件,从此纤维板、刨花板、层积材、改良木以及表面装饰材料先后出现,标志了以木材综合利用为中心的中国木材工业开始进入现代化时期。

现状 中国木材工业从1949年后本着依靠自己资源为主,建立木材生产基地与木材工业体系的原则,逐步改造旧企业和建立新企业,主要产品有较大增长(以下数字不包括台湾省),从1950年到1988年,锯材从年产344万立方米增加到2 621万立方米; 胶合板从年产1.69万立方米增加到82.7万立方米; 刨花板、纤维板从50年代中期开始研究,随后建厂生产,1988年产量已分别达到48.3立方米和148.4万立方米。三聚氰胺装饰等贴面板从50年代末开始至1988年产量已达3 000万平方米。由于纤维板、刨花板及装饰板等产品于50年代末相继实现了工业化生产,中国木材工业就初步形成了独立和完整的体系。

现代木材工业加工技术的科学研究,在国际上始于20世纪20年代初。通过科学实验,在以木材学为基础,吸收了物理、化学、生物,以及热力学、机械工程学等学科的理论与方法,整理、分析了木材加工长期实践经验,加以发展和提高,逐步形成了一门高度综合的木材工艺学。随着木材工业不断发展,出现了许多新产品、新工艺,木材工艺学也按产品类别和工艺性质建立了相应的分支学科,如制材学、木制品生产工艺学、人造板制造学,以及木材切削学、木材干燥学、木材胶合工艺学等,已成为趋于完整的一个技术学科体系。1958年中国林业科学研究院组建了木材工业研究所,其后地方性木材工业研究机构亦陆续在北京、上海、哈尔滨等地成立。各省林业科学研究所大部设有木材加工的科研部门(见中国森林工业科学研究机构)。全国林业高等院校和农业院校的林学系,大都有部分教师及科研人员从事木材材性与加工技术的研究工作。有些学校还设有林产工业或木材工业的研究机构。物资部门亦先后在北京、上海和天津等城市建立了以实用和经济为主的木工研究单位,与木材加工有密切关系的家具研究所,在轻工业系统中,遍及全国各省、自治区、直辖市。建材工业部门则设有建材人造板研究所。木材工业建设工程的勘察设计,由林产工业设计院和各省林业勘察设计机构(见中国森林工业勘察设计机构)担任。中国林业机械公司所属林机厂和为数众多的木工机械厂具有制造木材工业成套生产设备能力。林业部在北京设有林业机械研究所,原第一机械工业部在福州设有木工机械研究所。1980年,中国林学会在福州成立了中国木材工业学会(见中国森林工业学术团体),为开展群众性的学术交流建立了组织。

木材工业生产技术 木材是一种非均质的各向异性的材料,在树木生长过程中又往往发生许多天然缺陷如节子、裂纹等以及遭受生物侵害所造成的缺陷如虫眼、腐朽等(见木材生物危害缺陷)。木材就带着这些缺陷进入生产过程,造成加工上许多复杂问题。制材属于初级加工,不提供直接使用的成品,所以缺陷对生产所产生的影响并不显著。胶合板工业由于木材的天然缺陷,使提高制造过程连续化自动化程度的难度加大。木制品由实体木材为主要单元材料所组成,结构比较复杂的木制品如家具等,其自动化程度的提高就更为困难。纤维板、刨花板系先将木材制成纤维或刨花,材质不均及各种缺陷虽已基本排除,但木材丰富的色调和美观的花纹也随之消失,以致产品表面不得不进行加工处理,这是木材工业的一个特殊性。木材工业产品除锯材外,极少是由单一技术加工,大都需用综合性技术,其中木材切削、木材干燥和木材胶合为基本加工技术。

木材切削 木材机械加工主要是改变木材规格、形状的过程,完成这一加工过程主要是经过木材切削。木材切削包括: 锯、刨、铣、旋(车削)、钻、砂磨等多种方式。制材工业主要用锯切; 绝大部分单板用旋切方法制造; 木制品生产则几种切削方式全都使用。砂磨似不属于切削加工方式,但如将砂磨工具上的砂粒看作刀刃,则实质上是一种密集型的多刃切削法。木材切削加工又可分为有屑切削与无屑切削两种类型,大部分切削加工均属有屑切削,单板旋切、刨切、剪切则为无屑切削。由于木材的组成、纹理、年轮等影响,使铣削加工有顺铣、逆铣之分。由于锯切进料时纹理对刀刃切削方向不同而有纵剖、横截之别。木材含水率对切削加工也产生影响,大部分加工件需干材切削,而单板制造、工艺木片生产则需湿材切削,这是木材切削与其他材料切削的不同之处。

木材干燥 木材在树木生长期间就饱含水分,但为改善其使用性能,又必须通过干燥将一部分或大部分水分从木材中排除。因此,木材干燥是木材加工工艺中必不可少的重要环节,也是木材工业中一项重要生产技术,这是与金属等无机材料加工完全不同的一个方面。通常所说木材干燥,系指成材干燥,其他如单板、刨花、木纤维等材料的干燥,分别为胶合板、刨花板、纤维板制造工艺的组成部分。

木材干燥过程的起始状态与终了状态与蒸发水分所耗热量的关系等问题的研究,为干燥静力学的内容;讨论木材含水率梯度与干燥过程中所形成的温度梯度对干燥速度的关系及干燥势对干燥过程的作用等方面的问题构成干燥动力学; 研究干燥过程中传热、传质、干燥阻力及干燥介质状态参数与干燥速度之关系等内容为干燥热物理学。以上述内容为基础,结合空气动力学的应用,以达到加快干燥速度和提高干燥质量的目的为干燥技术。对不同树种、规格、最终用途的被干燥木材,根据干燥技术所制订的操作条件和程序为干燥基准。由此可见,木材干燥学是一门实践性极强的学科。

木材胶合 任何工业产品的生产过程中,凡是以零、部件组成的成品,都有一个接合问题。木材工业产品的接合,从利用摩擦力、机械力的榫接、钉接、螺栓接合、铰链接合发展到胶接,使接合形式由点的接合发展为线及面的接合,使制品的力学强度和刚度显著提高。合成树脂胶粘剂的出现,促使胶合技术进步和胶合质量提高,终于导致人造板工业体系的形成。所以木材胶合是对木材工业发展有重要影响的一项基本加工技术。现正开展的无胶胶合技术的研究,实质上是利用木质纤维素材料自身所含有的物质,经过一定条件的处理使之活化而产生胶粘作用的“自身胶合”,并非真正无胶胶合。

木材切削、木材干燥和木材胶合是木材加工的三项基本技术,木材工业的绝大部分产品在生产过程中必须用到这三项技术。木材对于切削、干燥和胶合等加工操作的抵抗能力和适应程度,统称为木材的工艺性质。

展望 中国木材工业所需原料供应结构,随着客观资源情况的变化,将从传统的以天然林木材转变为以人工林、速生林木材为主;从传统的大径材转变为中、小径材及间伐材为主;从传统的少数常用树种转变为速生树种、多树种和多种植物资源为主;从传统的实体木材转变为人造板等复合材料为主。同时,随着产品消费结构的改变,以及新技术革命带来的巨大影响,木材工业也将发生巨大的变化。

产品结构的改变 ①胶合板工业中的单板将成为一种商品,并以单板的再加工形成一个新的工业门类。它将包括装饰用单板如刨切单板、组合薄木、层积薄木以及属于卷材形成的微薄木、增强性成卷薄木,也包括单板再加工所得产品如单板层积材等。②胶合木的生产,今后主要以小料纵接、横拼、层积胶合而成。将成为和人造板材并列的人造成材,从而使人造木材产品系列趋于完整。③为了使劣质材优化利用和充分利用,木材改性材料的数量、品种都将进一步增加。④非木材人造板将有较大发展。

生产工艺的变革 ①工艺技术的改革。制材工业在提高质量的基础上,仍将以提高出材率为主要任务,继续进行减少切屑消耗的努力,向少切屑、无切屑锯切技术发展。木制品工业如家具工业为适应市场的变化,生产方式将逐渐演变为以小批量、多品种为主,现有生产线也将为柔性制造系统所取代,从而引起家具生产工艺的全面变革。人造板工业在大幅度增加品种的过程中,现有生产工艺也将因此发生变化。以无卡轴为特征的新一代单板旋切机已在中国制成,向往已久的无木心旋切技术已有可能性。“无胶”胶合技术在80年代中期开始在中国进行研究并已取得初步成就。这些技术的变革对木材工业将产生重大影响。刨花定向技术的进一步提高,将达到纤维在板坯表面按照天然木材的纹理或根据设计的图案花纹排列的水平,使人造板表面获得更高的装饰效果。②高技术的应用。计算机作为工业控制用于制材工业已有一定基础,今后进一步发展并与其他高技术如激光锯切等相配合,有可能在精密锯切或无屑锯切方面取得突破。人造板工业中的计算机应用亦已起步,并已在部分工厂用于控制热压机操作。迄今为止,以单板剪切工序的应用所取得的效益最为显著。计算机今后的进一步推广,必须首先研究传感技术和研制相应的仪器设备,更要提高执行元件的制造水平。③生物技术应用于木材工业已有较长的历史。过去主要是研究生物对木材及木制品的破坏性及其防治方法,是从消极方面去考察其破坏作用。现正转向积极方面的研究,如木质素的生物降解、纤维的生物分离。试验证明用生物分离纤维可提高纤维得率和质量,降低能源消耗。可以预料,生物技术在木材工业中的应用前景广阔,一门新的加工技术行将形成。

产品设计技术的强化 这是商品经济中产品竞争能力的源泉。木材工业中许多部门都必须发展这项技术,它的内容包括产品功能设计、外形艺术设计、产品结构设计、生产过程的工艺设计、设备设计、生产线设计等。木制品工业生产方式向多品种小批量、短周期转变后,客观上就不能不加强产品设计工作。人造板工业通过原材料的不同,颗粒形状的变化,规格差异以及改性措施的相互结合,复合材料产品品种将成千上万地涌现,更需要借助产品设计来完成。因此,展望未来,产品设计技术必将得到强化和发展。

世界木材工业 见世界森林工业。

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wood industry