人造板的发展历史是怎样的?
发展历史
人造板的原型产品可以追溯到古代。在公元前3000年的古埃及,单板是用精选的珍贵木材,与金属薄片或象牙等材料粘合,为国王和皇室制作高级家具。欧美一些国家在19世纪中期已经大量生产胶合板,20世纪20年代出现了大规模的纤维板工业。此后,世界各地开发了各种各样的人造板。由于人造板可以使用小木材、劣质木材、废弃木材为原料,通过加工工艺对其性能进行分离和组合,并添加一些辅助原料,从而去除木材的天然缺陷,提高木材原有的性能,使其应用范围远大于实木;木材通过工业加工制成人造板,具有明显的经济效益,因此人造板工业在世界范围内发展非常迅速(表1)。自20世纪70年代以来,世界人造板产量一直保持在6543.8+亿立方米左右,成为人类生活不可或缺的材料。与此同时,世界锯材产量一直保持在4亿立方米左右。这反映了世界木材资源的短缺,限制了木制品产量的大幅增长。
表1胶合板产量多年来一直随市场需求波动,呈停滞趋势,主要原因是优质木材资源日益短缺。高价优质木材多用于制作饰面材料。纤维板产量下降主要是因为与刨花板、泡沫塑料或矿棉缺乏竞争力。
自20世纪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、华夫格刨花板、定向刨花板、中密度纤维板等非贴面人造板逐步取代胶合板、细木工板、木板;建筑中使用石膏板、水泥刨花板等矿物板,代替传统的混凝土板、石棉板等矿物板;单板层积材、复合板、指接材等部分替代锯材作为龙骨、轻型桁架等建筑材料。
中国的人造板行业最早出现在1920,但直到1949,中国的胶合板小厂还很少。1949之后人造板行业发展迅速,1960初具规模。从70年代末开始产量快速增长(表2),“三板”都是同时增长的。这是因为我国人造板行业处于起步阶段,木材供应远远不能满足社会快速增长的需要,无论哪种人造板都供不应求。
表2人造板的优势
主要有以下几点:
改善木材性能
木材作为一种材料,有其固有的缺点,主要表现为:①三个方向的性能差异太大。长度方向的机械性能比弦向和径向的机械性能好得多。比如长度方向的弹性模量是弦向的8 ~ 10倍,径向的17 ~ 70倍。三个方向的湿膨胀率和干缩率也相差很大。当木材由湿变干时,纵向的收缩率只有弦向的1/30 ~ 1/70,径向的1/15 ~ 1/40。因此,木材在使用中受空气湿度变化的影响,容易翘曲、变形、开裂。图1显示了取自木材不同部位的板材干缩后的变形。(2)木材的节疤、不规则纹理、生物变异以及不可避免的缺陷如虫眼、腐朽等,使其利用受到很大限制。将木材加工成人造板的出发点是在不丧失木材原有优点的前提下提高木材的性能。
图1中的胶合板由三块以上木纹相互垂直的奇数单板组成(图2a),很大程度上平衡了木材纵向、径向和弦向的性能差异。还去除了各种天然缺陷,板面平整,幅面扩大,使用方便。特别是在力学性能方面,剪切强度有了很大的提高,使得胶合板作为构件的蒙皮材料时,具有独特而优异的性能。做外墙皮时,9.5毫米厚的胶合板可以代替25.4毫米厚的木板。由于胶合板不易开裂,握钉力强,制作包装箱时可以用6.4 mm厚的胶合板代替19 mm厚的木板。制作木地板时,鉴于使用时经常需要的冲击力,不得不用板条进行拼接;由于抗冲击能力强,胶合板的宽度可以延伸到1220 mm,给施工带来了极大的方便。在木结构中使用木材时,由于木材的天然缺陷、生物变异以及长期荷载引起的各种问题,在结构设计中使用的安全系数远大于胶合板。
图2木板干燥收缩后会变形翘曲(图1,图3a和b)。如果对木板进行锯切和拼接,其翘曲可以得到显著改善(图3c)。所以细木工板(图2b)的尺寸稳定性比实木好。纤维板和刨花板由更小的“单元”材料制成,翘曲变形相应减小(图3d)。
图3根据需要,人造板可以通过不同的加工方法或添加辅料赋予防腐、防火、隔音、隔热、增强等性能。人造板还易于再加工各种表面装饰,使其具有各种装饰效果。
随着工业的迅速发展,特别是自20世纪50年代初以来,木材的价格一直在上涨。70年代以前,它的上涨速度远远超过其他原材料。另一方面,对木制品的需求越来越多。在木材资源短缺和需求增加的矛盾下,人造板工业的发展受到了强烈的刺激。据计算,用2.5立方米原木生产1立方米胶合板,可以替代4.3立方米原木生产的板材;纤维板和刨花板在使用价值上可以支撑1 ~ 5倍的原木或锯材。另外,通过科学合理的利用,提高了性能,延长了使用寿命。因此,发展人造板产业可以达到木材成倍“增产”的效果。
纤维板、刨花板也可以利用废料、小料、劣质料、加工剩余物等木质纤维素植物为原料。随着技术和工业的发展,可用原材料的范围正在扩大。
便于高效率、规模化生产木制品,满足社会消费需求。因为人造板生产更便于机械化和自动化,生产率比人造板生产高很多。而且人造板的表面装饰加工和最终的木制品加工过程也便于机械化、自动化生产,比如板式家具、装配式房屋的生产。人造板的生产和消费与社会的经济发展和消费水平密切相关(表3)。
表3