简介
木质纤维原料经机械加工分离成为各种形状的单元材料,再经组合压制成为的各种板材。单元材料的形状有单板、薄木、木块、板条、木丝、刨花以及纤维等多种。制成板材的物理力学性质与木材类似。人造板主要包括胶合板、纤维板、刨花板三大类。
发展历史 人造板的雏型产品可追溯到远古时代。在公元前3000年的古埃及就用精选的贵重木材制造单板,与金属薄片或象牙之类的材料粘合在一起,为国王和王族制造高级家具。欧美一些国家19世纪中叶,已大批生产胶合板,20世纪20年代出现了大规模的纤维板工业。此后,多种人造板品种相继在世界各地发展。由于人造板可以用小材、劣材、废材作原料,而其性能又可以通过“分”与“合”的加工过程,以及添加某些辅助原料,可使木材的天然缺陷得以去除,木材原有性能得以改善,从而使其应用范围远大于实体木材;木材经过工业加工制成人造板,又具有明显的经济效益,所以人造板工业在世界上发展十分迅速(表1)。70年代以来,世界人造板产量一直维持在1亿立米左右,成为人类生活不可缺少的物资。同时,世界上的锯材生产也一直维持在4亿立米左右。这反映了世界木材资源的短缺而限制了木制品产量的大幅度增长。
表1 人造板与锯材的世界产量(百万m3)
年份 | 1950 | 1960 | 1970 | 1973 | 1976 | 1978 | 1982 | 1985 |
单 板 | – | 1.2 | 3.2 | 3.8 | 4.2 | 4.4 | 3.9 | – |
胶合板 刨花板 纤维板 人造板总计 锯 材 |
6.1 0.02 5.4 11.5 265 |
15.3 3.1 11.0 30.6 344 |
33.1 19.1 14.4 69.8 413 |
42.2 32.0 17.4 95.4 442 |
38.8 35.0 17.7 95.7 431 |
41.6 38.5 18.0 102.5 444 |
36.9 38.5 14.9 94.1 400 |
43.2 43.2 15.4 101.8 458 |
据FAO资料。
胶合板的产量多年来一直随市场需求而波动,呈现出停滞的趋势,这主要是由于优质木材资源日益短缺的缘故。高价的优质木材多被用之于生产单板,作为装饰材料之用。纤维板产量的下降,主要是由于缺乏与刨花板及泡沫塑料或矿棉等材料的竞争力。
自70年代以来,具有一定特性的人造板新品种层出不穷。刨花板、华夫刨花板、定向刨花板、中密度纤维板等非单板型人造板逐步代替胶合板、细木工板及木板;纸面石膏板、水泥刨花板等矿物板代替混凝土板、石棉板等传统矿物板材用于建筑;单板层积材、复合板材、指接材等部分代替锯材做龙骨及轻型桁架等建筑材料。
中国人造板工业最早出现于1920年,但直到1949年,全国也只有几家小型胶合板厂。1949年以后,人造板工业得到迅速发展,1960年已具雏形,自70年代后期开始,产量增长较快(表2),而且“三板”都同时增长。这是因为中国人造板工业处于初始阶段,而且木材供应远远满足不了社会迅速增长的需要,不论何种木质人造板材都是供不应求。
表2 中国人造板产量(万m3)
年份 | 1949 | 1950 | 1955 | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1988 |
人造板 胶合板 |
1.7 1.7 |
1.7 1.7 |
5.2 5.2 |
20.7 14.8 |
22.1 13.9 |
24.0 17.1 |
37.4 19.2 |
91.4 33.0 |
133.7 45.0 |
279.4 82.7 |
刨花板 | – | – | – | – | 3.2 | 1.4 | 2.7 | 7.8 | 12.7 | 48.3 |
纤维板 | – | – | – | 6.0 | 5.0 | 5.5 | 15.5 | 50.6 | 75.5 | 148.4 |
人造板的优越性 主要有以下几点:
改善木材性能 木材作为材料使用,有它固有的缺点,主要是: ①三个方向的性能差异太大。长度方向的力学性能大大优于弦向及径向的, 如长度方向的弹性模量为弦向的8~10倍, 为径向的17~70倍。三个方向的湿胀、干缩率也差异甚大。当木材由湿到干,长度方向的收缩率只有弦向的1/30~1/70,径向的1/15~1/40。因而木材在使用中由于受空气湿度变化的影响,易于翘曲、变形、开裂。图1表示取自木材不同部位的板材干缩后的变形情况。②木材的节疤、不规则纹理、生物变异,以及难以避免的虫眼、腐朽等缺陷,在利用上有很大局限性。将木材加工成人造板材,其出发点在于改善木材性能而又不失其原有的优点。
图1 木材不同部位的板材干缩后的变形
胶合板因其组成为木纹相互垂直的三层以上成单数单板粘合而成(图2a),很大程度平衡了木材长度方向与径、弦向之间的性能差异。种种天然缺陷也随之去除,而且板面平整、幅面扩大,利用方便。特别是在力学性能方面,抗剪强度有很大提高,这就赋予胶合板作为构件的蒙皮材料时的独特优良性能。做外墙蒙皮时,9.5毫米厚的胶合板足可代替25.4毫米厚的木板。由于胶合板不容易开裂,握钉力大,在做包装箱时,6.4毫米厚的胶合板可代替19毫米厚的木板加以使用。做木材地板时,鉴于使用时经常需要承受冲击力,不得不使用板条加以拼镶;胶合板由于其抗冲击力强,其宽度一直可以扩大到1 220毫米,给施上带来很大方便。当木材用于木结构时,由于其天然缺陷、生物变异,长期载荷所带来的种种问题,结构设计所采用的安全系数要比胶合板大得多。
图2 三层胶合板及五层细木工
板组成示意
a.三层胶合板; b.五层细木工板
当木板干缩之后,会发生变形、翘曲(图1,图3a、b),如将木板锯开再行拼接,则其翘曲可以显著改善(图3c)。因此,细木工板(图2b)的尺寸稳定性优于实体木材。纤维板及刨花板均系由较小的“单元”材料所组成,翘曲变形量也即随之减小(图3d)。
图3 各种板材在干缩后的变形示意
a. 弦锯板材; b. 径锯板材; c. 拼板; d. 纤维板或
刨花板; 虚线表示板材原来尺寸; 实线表示干缩后轮廓线
根据需要,人造板可以通过不同的加工方法或添加辅助的材料,赋予防腐、耐燃、隔音、绝热、加强等性能。人造板也易于进行各种表面装饰的再加工使其具有各种装饰效果。
提高木材利用率,扩大原料来源 随着工业的迅速发展,特别是自50年代初期起,木材价格不断上涨。70年代以前,其上涨速度远远超过其他原料。而另一方面,社会对木制品的需求又越来越多,要求越来越高。在木材资源的不足与需要量日益增长的矛盾的形势下,猛烈地刺激着人造板工业的发展。据计算,用2.5立方米原木生产1立方米胶合板,可以顶替4.3立方米原木生产的板材之用;纤维板及刨花板在使用价值上能顶1~5倍的原木或锯材。加之性能改善,通过科学及合理利用,使用寿命延长。所以,发展人造板工业,可获得相当于成倍“增产”木材的效果。
纤维板及刨花板还可利用废材、小材、劣材、加工剩余物以及其他木质纤维植物作原料。可利用的原料范围随着科技及工业的发展而越来越扩大。
便于高效率、大规模增产木制品,满足社会消费需要 由于人造板生产更便于机械化、自动化,因此,比木板生产的生产率高得多。而且人造板的表面装饰加工,以及形成最后的木制品加工过程中,也便于使用机械化、自动化生产,如板式家具及装配式房屋的生产等。人造板生产量及消费量与社会的经济发达程度及消费水平,具有密切的关联(表3)。
表3 1986年世界各地区人造板生产量及消费量情况(万m3)
地 区 | 生产量 | 消费量 |
世 界 发达市场经济国家 北 美 西 欧 大洋洲 其他发达市场经济国家 发展中市场经济国家 非 洲 拉 美 近 东 远 东 其他发展中市场经济国家 中央计划经济国家 亚洲中央计划经济国家 东欧和苏联 |
11915 7689 4112 2495 133 950 1800 138 523 98 1039 3 2427 316 2111 |
11930 8257 4244 2850 135 1023 1310 129 499 238 439 4 2363 323 2041 |
FAO统计数字。
英文
wood-based panels