重組木的制造與性能

隨著雙碳目標的臨近，高性能的木質材料成為人們關注的熱點之一。重組木利用速生林木材制備，通過綠色的工藝制成木工板，不但力學性能達到實木板材的標準，而且環保指標同樣達到現代揮發分控制標準，成為木材，尤其是低價值木材利用的重要手段。本書技術先進， 原創性成果明顯，通過實例以及工藝參數的分析，將重組木制備技術展現在讀者面前。

近年來，我國天然林木材資源嚴重短缺，人工林資源豐富，優質木材資源供需矛盾突出。楊木、桉樹、柳杉、馬尾松和落葉松作為我國五大速生材種，強度低、徑級小是其顯著缺點，因此以速生材為原料制備的木質復合材料一直以膠合板等非結構材為主，無法替代優質硬闊葉材。為了充分應用速生小徑材，美國等國家研究開發出單板層積材（LVL）、單板條層積材（PSL）、刨花層積材（LSL）和定向刨花層積材（OSL）等多種結構用木質復合材料。除此之外，重組木也是應用速生材生產高性能復合材料的主要研究方向之一。
重組木概念在20世紀70年代被提出，40多年來國內外研究者一直致力于重組木產業化的研究。在我國，重組材的研究經歷了幾代的發展，包括傳統重組木、重組竹、高性能重組竹和纖維化單板重組木四個階段。20世紀80年代末，在重組木概念的啟發之下，中國林業科學研究院木材工業研究所提出利用竹子制造重組材的設想。研究人員借鑒前期生產重組木的工藝技術，結合竹子本身的特性，采用熱壓法在實驗室成功地制備出了重組竹。此后，南京林業大學和浙江農林大學等院校也相繼開展了重組竹研究。
此時研究制備的重組竹存在膠合強度差、尺寸穩定性差、嚴重跳絲和開裂等問題，無法產業化。進入21世紀以來，重組竹歷經了十幾年的發展，其制造工藝取得了突破性的進展，在企業和科研人員的共同努力下，先后成功開發了“冷壓熱固化法”和“熱壓法”兩種膠合成型工藝，使重組竹實現了產業化，其產品如家具、地板等一度暢銷海內外。但是，竹束疏解不充分和竹青竹黃無法有效膠合，導致竹材的利用率不高，以及大量的小徑雜竹無法被工業化利用，使得重組竹的大規模產業化遇到了瓶頸。
2009年，針對竹材疏解和竹青竹黃的膠合難題，在國家重大項目的支持下，中國林業科學研究院木材工業研究所聯合企業和其他研究單位，成功地開發出了高性能竹基纖維復合材料制造技術和多功能疏解機，最終攻克了竹青竹黃界面有效膠合的技術難題。通過控制竹材的密度、纖維分離度和樹脂導入量等參數，制造出了高性能重組竹，并在結構用材、室內外裝飾裝潢用材和包裝用材等領域共開發了8種新產品，成功地實現了產業化。
經歷了傳統重組木、重組竹和高性能重組竹的持續漸進發展，特別是高性能重組竹的成功研發和應用，為纖維化單板重組木的研發奠定了基礎。借鑒高性能重組竹的生產工藝，中國林業科學研究院木材工業研究所和其他研究機構及企業，一起成功研發出了適應市場需求的纖維化單板重組木產品。與其他非木質類建筑材料相比，纖維化單板重組木具有優良的物理、力學性能和尺寸穩定性，既可用于生產室內室外地板等建筑裝飾裝潢材料，又可制成結構材用于門窗、梁柱等領域，未來必將成為速生林木材高效利用的主要方向之一。
盡管纖維化單板重組木性能優良，結構和戶外市場對其應用的實際表現也很期待，但是作為新型木質復合材料，纖維化單板重組木技術還未達到大規模產業化的程度。因此，有必要對其制造工藝和物理、力學性能之間的關系進行系統的研究，以便開發出更加成熟穩定的工藝流程來指導生產實踐。
重組木無論作為非承重結構材料應用于門窗，還是作為休閑景觀材料應用于戶外，對其表面性能和耐老化性能都提出很高的要求。產品暴露于大氣中，會受到紫外線、溫度、濕度及其他化學介質的影響，勢必導致其諸如顏色、粗糙度、表面形貌和力學性能等的變化。在保證基本的力學性能和物理性能基礎上，對其表面性能和耐候性能進行系統的研究和評價是必要的。評價指標規范化后能使其產品更容易被接受，進一步促進產品在新領域的拓展和應用。
書中不足之處，請讀者不吝賜教。

著者
2023年5月

梁艷君，西南林業大學教師，木基復合材料科學與工程博士。從2013年開始，近10年來主要從事竹材防護及改性、新型木基復合材料、新型竹基復合材料的研究和教學工作。

本書系統地介紹了利用速生林楊木和落葉松制造重組木的工藝和性能，重點闡述制造工藝因子與重組木的力學性能、耐水性能、表面性能和耐候性能之間的關系，為重組木產品產業化提供基礎數據，使其可用于室內、戶外及建筑結構等多個領域。
本書主要包括以下四個方面的內容：纖維化單板重組木的制造；樹種和制造工藝對重組木力學性能和耐水性能的影響；重組木表面性能研究；重組木耐候性能研究。具有較高的學術和應用價值，可供木材科學與技術、木基復合材料科學與工程及家具設計與工程等專業的科研人員、大專院校師生、相關企業的工程技術人員，以及人造板領域的生產、銷售與管理人員參考。

第1章緒論1
1.1重組木的起源和存在的問題1
1.2重組木制造及性能的研究進展2
1.2.1纖維化單板重組木制造技術的研究進展2
1.2.2木質復合材料表面性能的研究進展6
1.2.3木質復合材料耐老化性能的研究進展10
1.3重組木制造及性能分析概述15
1.4重組木制造技術路線16

第2章纖維化單板重組木的制造18
2.1重組木制造工藝18
2.1.1重組木制造材料18
2.1.2重組木制造設備21
2.1.3重組木制造方法21
2.2生產過程中膠黏劑及其板材性能的變化27
2.2.1膠黏劑性能在浸膠工藝過程中的變化27
2.2.2膠黏劑性能在干燥工藝過程中的變化29
2.2.3膠黏劑及其板材性能在干燥后放置過程中的變化31
2.3原木及重組材微觀構造分析33
2.3.1楊木和落葉松微觀結構33
2.3.2楊木和落葉松纖維化單板微觀結構34
2.3.3楊木和落葉松重組木微觀結構34
2.4小結35

第3章樹種和制造工藝對重組木力學性能和耐水性能的影響37
3.1重組木制造參數38
3.2樹種對纖維化單板重組木性能的影響38
3.2.1樹種對重組木力學性能的影響39
3.2.2樹種對重組木耐水性能的影響41
3.3制造工藝因子對纖維化單板重組木性能的影響44
3.3.1密度對重組木力學性能和耐水性能的影響44
3.3.2樹脂浸漬量對重組木力學性能和耐水性能的影響44
3.3.3單板厚度對重組木性能的影響48
3.3.4鋪裝工藝對重組木性能的影響51
3.3.5膠黏劑對重組木性能的影響55
3.3.6厚單板疏解和薄單板高浸漬量技術對重組木性能的影響56
3.4重組木的密度梯度和含水率梯度59
3.5小結61

第4章重組木表面性能研究63
4.1重組木制造參數及方法64
4.1.1重組木制造參數64
4.1.2重組木試件制造方法65
4.2重組木的表面硬度分析69
4.3重組木的表面粗糙度分析71
4.4重組木的表面潤濕性能分析73
4.4.1重組木的表面接觸角73
4.4.2重組木的表面自由能77
4.5重組木的表面形貌特征79
4.6小結82

第5章重組木耐候性能研究84
5.1重組木的制造參數和性能測試方法85
5.1.1重組木制造參數85
5.1.2重組木性能測試方法86
5.2重組木自然老化性能分析89
5.2.1自然老化力學性能分析89
5.2.2自然老化耐水性能分析90
5.2.3自然老化表面顏色分析91
5.2.4自然老化重組木表面化學基團分析94
5.2.5自然老化重組木表面C和O元素分析97
5.3重組木人工加速老化性能分析99
5.3.1人工加速老化力學性能分析99
5.3.2人工加速老化耐水性能分析100
5.3.3人工加速老化重組木表面粗糙度分析101
5.4小結102

參考文獻105

附錄117