木材工業的發展是以社會需求為動力,以木材資源的波動為基礎,隨著各種新工具、新設備、新技術和木材科學的不斷進步,共同推動著木材工業的發展。
中國木材工業
分為簡史、現狀、生產技術和展望四個部分。
簡史
早在石器時代,中國就出現了石斧,壹直是“以石為刃,以木為舟”;青銅時代,出現了銅鋸的雛形,沿長度方向切割木材的工具開始出現;春秋時期,墨鬥和角尺的發明使木材加工技術進入建築工程時期。秦漢以後,到了唐宋,木工工具越來越齊全。在木結構建築中,復雜的技術如鋸、風幹、拼接和封裝已被用於制造木柱,並且木材已被蒸煮和幹燥以提高木結構的穩定性。明代家具制造以其精巧的結構和古樸典雅的造型達到了很高的水平,至今仍享譽海內外。這壹漫長的歷史時期,從發生、發展到成熟,是中國木材加工的手工業階段。許多現存的木結構建築和木制品已經成為中國傳統文化的重要組成部分。而歷代留下的著作,如《魯班經》、《營造法式》(北宋李捷著)等,則成為我國木材加工技術史上的重要文獻。
19年底,中國上海、青島、福州、哈爾濱等城市設立專業制木工廠,20世紀初出現膠合板工廠,中國木材工業開始進入機械化時代。20世紀50年代以後,木材工業走上了有計劃的發展道路。50年代中期,我國開始生產合成樹脂膠粘劑,為木材工業產品的改進和發展提供了物質條件。此後,纖維板、刨花板、集成材、改良材和表面裝飾材料相繼出現,標誌著以木材綜合利用為中心的中國木材工業現代化時期的開始。
狀態
1949以後,中國木材工業本著主要依靠自身資源的原則,逐步改造老企業,建立新企業,主要產品大幅增長(以下數字不包括臺灣省省)。從1950到1988,鋸材年產量從344萬立方米增加到2621000立方米。膠合板年產量從654.38+0.69萬立方米增加到82.7萬立方米;對刨花板和纖維板的研究始於50年代中期,之後建立工廠進行生產。1988的產量分別達到了48.3立方米和1484萬立方米。三聚氰胺裝飾板的產量從50年代末到1988已經達到3000萬平方米。隨著50年代末纖維板、刨花板、裝飾板的工業化,中國木材工業初步形成了獨立完整的體系。
國際上對現代木材加工技術的科學研究始於20世紀20年代初。通過科學實驗,以木材科學為基礎,吸收了物理學、化學、生物學、熱力學、機械工程等學科的理論和方法,對木材加工的長期實踐經驗進行整理和分析,加以發展和完善,逐步形成了高度綜合的木材技術。隨著木材工業的不斷發展,出現了許多新產品和新工藝,木材技術也根據產品類別和工藝性質建立了相應的分支,如木材制造、木制品生產技術、人造板制造、木材切割、木材幹燥、木材膠合技術等。,這已經成為壹個完整的技術學科體系。從65438年到0958年,中國林科院成立了木材工業研究所,後來北京、上海、哈爾濱等地也成立了地方木材工業研究機構。大多數省級林業科研院所都有木材加工的科研部門(見中國林業科學研究院)。我國林業大學和農業大學林學系的大多數教師和科研人員都從事木材性質和加工技術的研究。有些學校還設有林產工業或木材工業的研究機構。物資部還在北京、上海、天津等城市建立了實用、經濟的木工研究所和與木材加工密切相關的家具研究所。在輕工系統,已遍布全國各省、自治區、直轄市。建材工業部有建材人造板研究所。木材工業建設項目的勘察設計由林產工業設計院和省級林業勘察設計機構承擔(見中國林業工業勘察設計院)。中國林業機械公司的林業機械廠和眾多的木工機械廠有能力制造木材工業的成套生產設備。林業部在北京有林業機械研究所,原第壹機械工業部在福州有木工機械研究所。65438-0980年,中國林學會在福州成立中國木材工業學會(見中國森林工業學術團體),成立了群眾性學術交流的組織。
木材工業生產技術
木材是壹種非均質、各向異性的材料,在樹木的生長過程中經常會出現許多自然缺陷,如節疤、裂紋等,以及生物入侵造成的缺陷,如蟲眼、腐朽等(見木材的生物危害缺陷)。木材帶著這些缺陷進入生產過程,在加工中造成許多復雜的問題。木材制作屬於初級加工,不提供直接使用的成品,因此缺陷對生產的影響不大。膠合板行業由於木材的天然缺陷,提高制造過程的連續自動化程度比較困難。木制品是以實木為主要單元材料構成的,對於家具等結構復雜的木制品,提高自動化的難度更大。纖維板和刨花板首先將木材制成纖維或刨花。雖然基本消除了材質不均和各種缺陷,但木材豐富的色彩和漂亮的花紋也消失了,以致產品表面不得不進行加工,這是木材工業的壹個特殊性。木材工業產品除鋸材外,很少采用單壹工藝加工,大多需要綜合工藝,其中木材切割、木材幹燥、木材膠合是基本的加工工藝。
木材切割
木材加工主要是改變木材規格和形狀的過程,主要通過木材切割來完成。木材切割包括:鋸、刨、銑、轉(翻)、鉆、砂。鋸木主要用於木材工業;大多數單板是通過旋轉切割制成的;在木制品的生產中,幾種切割方法都會用到。打磨看似不是壹種切割方式,但如果把打磨工具上的沙子看成刀片,本質上就是壹種密集的多刀片切割方式。木材切割可分為有屑切割和無屑切割兩種。切割工藝多為切屑切割,單板旋切、刨削、剪切為無屑切割。由於木材成分、紋理和年輪的影響,銑削可分為順銑和逆銑。由於鋸切和進給時鋸片上的木紋切割方向不同,所以有縱剖面和橫剖面之分。木材的含水量也會影響切割過程。加工的零件大部分需要幹切木材,而單板制造和工藝碎片制作需要濕切木材,這就是木材切割與其他材料切割的區別。
木材幹燥
木材在樹木生長過程中充滿水分,但為了提高其性能,必須通過幹燥除去木材中的部分或大部分水分。因此,木材幹燥是木材加工工藝中不可缺少的環節,是木材工業中的重要生產工藝,完全不同於金屬等無機材料的加工。壹般來說,木材幹燥是指成品的幹燥,其他材料如單板、刨花、木纖維的幹燥分別是膠合板、刨花板、纖維板制造過程的組成部分。
木材幹燥過程的初態和終態與水分蒸發所消耗熱量之間關系的研究是幹燥靜力學的內容。討論了木材的水分梯度和幹燥過程中形成的溫度梯度與幹燥速度的關系,以及幹燥勢對幹燥過程的影響,形成幹燥動力學。幹燥過程中的傳熱傳質、幹燥阻力、幹燥介質狀態參數和幹燥速度之間關系的研究就是幹燥熱物理學。基於以上內容,結合空氣動力學的應用,幹燥技術是為了加快幹燥速度,提高幹燥質量。對於不同樹種、規格和最終用途的幹燥木材,以根據幹燥工藝制定的操作條件和程序作為幹燥基準。因此,木材幹燥是壹個實用性很強的課題。
木材膠合
在任何工業產品的生產過程中,所有由零部件組成的成品都存在壹個接頭問題。木材工業產品的連接從利用摩擦和機械力的榫接、釘接、螺栓連接和鉸鏈連接發展到膠接,使連接形式從點連接變為線和面連接,顯著提高了產品的機械強度和剛度。合成樹脂膠的出現促進了膠合技術的進步和膠合質量的提高,最終導致了人造板工業體系的形成。因此,木材膠合是壹項對木材工業發展有重要影響的基本加工技術。無膠膠合技術的研究實際上是利用木質纖維素材料中所含的物質在壹定條件下進行活化的“自膠合”,並不是真正的無膠膠合。
木材切割、木材幹燥和木材膠合是木材加工的三項基本技術,木材行業的大多數產品在生產過程中都必須使用這三項技術。木材對切割、幹燥、膠合等加工操作的抗性和適應性統稱為木材的工藝性能。
前景
隨著客觀資源的變化,中國木材工業所需原料的供應結構將由傳統的天然林木材向人工林和速生林木材轉變。從傳統的大徑材到中小徑材和間伐材;從傳統的少數常用樹種到速生樹種、多物種、多植物資源;從傳統的實木到人造板等復合材料。同時,隨著產品消費結構的變化和新技術革命帶來的巨大影響,木材行業也將發生巨大變化。
產品結構的變化
①膠合板行業的單板將成為壹種商品,單板再加工將形成壹個新的產業類別。它將包括裝飾單板,例如平切單板、復合單板、層壓單板、由卷材形成的薄單板和增強軋制單板,以及通過單板再加工獲得的產品,例如層壓單板。②未來膠合木的生產將主要采用縱向拼接、橫向拼接、層積膠合等小料制作。它將成為與人造板並列的人造木材,從而使人造木制品系列趨於完整。③為了優化和充分利用劣質木材,將進壹步增加木材改性材料的數量和品種。④非人造板將會有很大發展。
生產技術的變革
(1)技術的改革。木材工業在提高質量的基礎上,仍將以提高產出率為主要任務,繼續努力降低木片消耗,向少屑無屑鋸切技術發展。為了適應市場的變化,家具行業等木制品行業將逐步向小批量、多品種方向演變,現有的生產線將被柔性制造系統所取代,從而引起家具生產技術的全面變革。在人造板行業品種大幅增加的過程中,現有的生產工藝也會發生變化。新壹代無卡軸旋切機的研制成功,使人們期待已久的無木材旋切技術成為可能。“無膠”膠合技術在我國於80年代中期開始研究,並已取得初步成果。這些技術變革將對木材工業產生巨大影響。刨花定向技術的進壹步提高,將使纖維按照天然木材的紋理或按照設計好的圖案排列在板坯表面達到壹定的水平,使人造板表面獲得更高的裝飾效果。②高科技的應用。計算機作為壹種工業控制器,已經在木材工業中得到應用。在未來,如果進壹步開發並與激光鋸切等其他高技術相匹配,可能會在精密鋸切或無屑鋸切方面取得突破。計算機在人造板行業的應用也開始起步,在壹些工廠已經用於控制熱壓機的運行。到目前為止,單板剪切工藝的應用取得了最顯著的效益。未來要進壹步推廣計算機,首先要研究傳感技術,開發相應的儀器設備,更重要的是提高執行器的制造水平。③生物技術在木材工業中的應用由來已久。過去主要是研究生物對木材和木制品的破壞作用及其防治方法,從負面的角度考察其破壞作用。現在轉向積極的研究,如木質素的生物降解和纖維的生物分離。實驗表明,生物分離纖維可以提高纖維產量和質量,降低能耗。可以預見,生物技術在木材工業中具有廣闊的應用前景,並將形成壹種新的加工技術。
加強產品設計技術
這是商品經濟中產品競爭力的來源。木材行業很多部門都要開發這項技術,包括產品功能設計、造型藝術設計、產品結構設計、生產工藝技術設計、設備設計、生產線設計等等。木制品行業的生產方式向多品種、小批量、短周期轉變後,客觀上需要加強產品設計。通過不同原料的組合、顆粒形狀、規格的變化和改性措施,人造板行業將湧現出成千上萬種復合產品,這些產品需要產品設計的幫助。因此,展望未來,產品設計技術將得到加強和發展。
參見世界林業。