發展歷史
人造板的原型產品可以追溯到古代。在公元前3000年的古埃及,單板是用精選的珍貴木材,與金屬薄片或象牙等材料粘合,為國王和皇室制作高級家具。歐美壹些國家在19世紀中期已經大量生產膠合板,20世紀20年代出現了大規模的纖維板工業。此後,世界各地開發了各種各樣的人造板。由於人造板可以使用小木材、劣質木材、廢棄木材為原料,通過加工工藝對其性能進行分離和組合,並添加壹些輔助原料,從而去除木材的天然缺陷,提高木材原有的性能,使其應用範圍遠大於實木;木材通過工業加工制成人造板,具有明顯的經濟效益,因此人造板工業在世界範圍內發展非常迅速(表1)。自20世紀70年代以來,世界人造板產量壹直保持在6543.8+億立方米左右,成為人類生活不可或缺的材料。與此同時,世界鋸材產量壹直保持在4億立方米左右。這反映了世界木材資源的短缺,限制了木制品產量的大幅增長。
表1膠合板產量多年來壹直隨市場需求波動,呈停滯趨勢,主要原因是優質木材資源日益短缺。高價優質木材多用於制作飾面材料。纖維板產量下降主要是因為與刨花板、泡沫塑料或礦棉缺乏競爭力。
自20世紀70年代以來,具有壹定特性的人造板新品種層出不窮。刨花板、華夫格刨花板、定向刨花板、中密度纖維板等非貼面人造板逐步取代膠合板、細木工板、木板;建築中使用石膏板、水泥刨花板等礦物板,代替傳統的混凝土板、石棉板等礦物板;單板層積材、復合板、指接材等部分替代鋸材作為龍骨、輕型桁架等建築材料。
中國的人造板行業最早出現在1920,但直到1949,中國的膠合板小廠還很少。1949之後人造板行業發展迅速,1960初具規模。從70年代末開始產量快速增長(表2),“三板”都是同時增長的。這是因為我國人造板行業處於起步階段,木材供應遠遠不能滿足社會快速增長的需要,無論哪種人造板都供不應求。
表2人造板的優勢
主要有以下幾點:
改善木材性能
木材作為壹種材料,有其固有的缺點,主要表現為:①三個方向的性能差異太大。長度方向的機械性能比弦向和徑向的機械性能好得多。比如長度方向的彈性模量是弦向的8 ~ 10倍,徑向的17 ~ 70倍。三個方向的濕膨脹率和幹縮率也相差很大。當木材由濕變幹時,縱向的收縮率只有弦向的1/30 ~ 1/70,徑向的1/15 ~ 1/40。因此,木材在使用中受空氣濕度變化的影響,容易翹曲、變形、開裂。圖1顯示了取自木材不同部位的板材幹縮後的變形。(2)木材的節疤、不規則紋理、生物變異以及不可避免的缺陷如蟲眼、腐朽等,使其利用受到很大限制。將木材加工成人造板的出發點是在不喪失木材原有優點的前提下提高木材的性能。
圖1中的膠合板由三塊以上木紋相互垂直的奇數單板組成(圖2a),很大程度上平衡了木材縱向、徑向和弦向的性能差異。還去除了各種天然缺陷,板面平整,幅面擴大,使用方便。特別是在力學性能方面,剪切強度有了很大的提高,使得膠合板作為構件的蒙皮材料時,具有獨特而優異的性能。做外墻皮時,9.5毫米厚的膠合板可以代替25.4毫米厚的木板。由於膠合板不易開裂,握釘力強,制作包裝箱時可以用6.4 mm厚的膠合板代替19 mm厚的木板。制作木地板時,鑒於使用時經常需要的沖擊力,不得不用板條進行拼接;由於抗沖擊能力強,膠合板的寬度可以延伸到1220 mm,給施工帶來了極大的方便。在木結構中使用木材時,由於木材的天然缺陷、生物變異以及長期荷載引起的各種問題,在結構設計中使用的安全系數遠大於膠合板。
圖2木板幹燥收縮後會變形翹曲(圖1,圖3a和b)。如果對木板進行鋸切和拼接,其翹曲可以得到顯著改善(圖3c)。所以細木工板(圖2b)的尺寸穩定性比實木好。纖維板和刨花板由更小的“單元”材料制成,翹曲變形相應減小(圖3d)。
圖3根據需要,人造板可以通過不同的加工方法或添加輔料賦予防腐、防火、隔音、隔熱、增強等性能。人造板還易於再加工各種表面裝飾,使其具有各種裝飾效果。
隨著工業的迅速發展,特別是自20世紀50年代初以來,木材的價格壹直在上漲。70年代以前,它的上漲速度遠遠超過其他原材料。另壹方面,對木制品的需求越來越多。在木材資源短缺和需求增加的矛盾下,人造板工業的發展受到了強烈的刺激。據計算,用2.5立方米原木生產1立方米膠合板,可以替代4.3立方米原木生產的板材;纖維板和刨花板在使用價值上可以支撐1 ~ 5倍的原木或鋸材。另外,通過科學合理的利用,提高了性能,延長了使用壽命。因此,發展人造板產業可以達到木材成倍“增產”的效果。
纖維板、刨花板也可以利用廢料、小料、劣質料、加工剩余物等木質纖維素植物為原料。隨著技術和工業的發展,可用原材料的範圍正在擴大。
便於高效率、規模化生產木制品,滿足社會消費需求。因為人造板生產更便於機械化和自動化,生產率比人造板生產高很多。而且人造板的表面裝飾加工和最終的木制品加工過程也便於機械化、自動化生產,比如板式家具、裝配式房屋的生產。人造板的生產和消費與社會的經濟發展和消費水平密切相關(表3)。
表3