人造板设备面临新挑战
2005-08-24来源:热度:11618
从2005年全球人造板工业发展的趋势看,形势不容乐观,欧洲和北美地区人造板工业面临需求不旺、原料短缺、木材涨价、产品降价之困境,刨花板工业重组势在必行。我国人造板工业同样处于困境,人造板工业是资源高度依赖型产业,处于资源驱动阶段,主要表现在大量利用森林资源,以生产低附加值的资源密集型林产品为主,只有遵循可持续发展的原则,重视原料基地的建设和环境认证、资源可持续发展认证,方能处于不断良性发展状态。从发展趋势看,人造板产品专业化程度不断提高,新技术发展引起市场份额重新分配,产业结构快速调整,人员素质的提高和产业集群度的增加,研发能力不断提升,规模化经营将成为主流。
当前,广东与广西地区人造板工业产业集群正悄然形成,但是技术集群远没有形成,应跳出传统的加工模式,以高科技为先导,走增值加工之路,针对我国人造板工业的现状,瞄准国际科技最前沿,走一条全新之路。我国人造板工业根本出路就在于科技创新,应以产品创新为龙头,以工艺创新为依托,以制造和应用创新为保证。目前,广东与广西地区人造板工业快速发展,但是,资源短缺、成本增加、售价低迷、应用狭窄、技术含量低、产品质量不稳,许多企业处于举步为艰之地步,提出适合我国国情、振兴广东与广西地区人造板工业的新思路显得意义十分重大。
一、现存问题
当前,我国人造板工业缺乏国际竞争力,存在如下主要问题:
产品结构不合理,产品技术含量较低。世界胶合板比例为35%左右,近几年发达国家胶合板呈负增长,其原因主要是原料的限制;世界刨花板比例为42%左右,产量居人造板之首;世界纤维板比例为23%左右。而我国则是,胶合板比例偏大,2003年占46.2%;2004年占38.5%;从消费看,胶合板约占40%;刨花板比例偏小,2003年占12.0%;2004年占11.8%;纤维板比例逐年增加,2003年占24.8%;2004年占28.7%;近几年,细木工板增长较快,2003年占13.6%;2004年占16.2%;OSB、复合板、水泥刨花板比例偏小;特厚板和薄板比例偏小;防潮、防蛀、阻燃等功能板比例更少;深加工产品比例较小;后成型板及专用板种均有待开发。
应用领域狭窄,应用技术有待开发。我国家具用人造板约占79%,建筑用人造板占15~22%,与国外差距较大,应用技术与相应的规范亟待建立;人造板的毒性、调湿性、调温性、尺寸稳定性、阻燃性等性能评价方法亟待建立。
企业管理水平低,产品合格率较低。多数胶合板企业停留在国际20世纪70年代水平,绝大多数小胶合板企业属技术落后型;多数刨花板企业达到国际20世纪80年代水平,2004年产品合格率为66.7%;多数湿法硬质纤维板企业仅为国际20世纪60年代水平,2004年产品合格率为80%左右;多数MDF企业达到国际20世纪80年代水平,2004年MDF合格率为69%;多数产品甲醛释放量较高,厚度偏差大,吸水厚度膨胀率较大。
资源短缺,产业集中度低。林木育种、造林、加工、流通等环节严重脱节;进口木材逐年困难;人造板工业快速发展,加之造纸和生物质能源工业的发展,结构性资源短缺越来越严重。发达国家人造板工业集中度大于80%,我国胶合板、刨花板和纤维板工业集中度分别为32.7%、65.8%和63.4%,低于发达国家水平,处于企业多、规模小的状态。
二、产品创新
回顾材料加工的历史,经历了结构材加工、功能材料加工的阶段,目前正在向智能材料加工迈进。美国、日本、德国和我国已开展此方面的前期工作,在金属、塑料、高分子材料等领域已有实质性突破。木材是具有生命体特征**的天然植物材料,是大自然经过上亿年进化演变、恩赐给人类最完美的材料。广东与广西地区人造板工业目前仍然以传统人造板产品为主,近几年来,MDF(HDF)和刨花板以惊人的速度发展,不能不引起人们的高度关注。人造板工业产品创新是改变目前现状的突破口,产品创新应分3个层次,即产品结构创新、产品功能创新和产品环境协调性创新。
产品结构创新。产品结构创新十分关键,它是从根本上改变传统加工模式的突破口,针对人造板工业的特点,今后广东与广西地区的人造板工业发展方向有:(1)产品结构应从普通板材向多结构形式方向发展。有发展前景的产品为:中空状桶型胶合板;中空状桶型LVL;异性结构刨花板;局部强化不等截面人造板等。(2)产品结构应走界面层设计和结构设计之路。界面层设计是合成新材料的关键,今后应在合金人造板;定型人造板;超轻强化人造板;木塑复合人造板等产品上加快工业化进程。
产品功能创新。(1)**限度发挥木材自身的功能,制备功能性人造板,如:1)木材径切面纹理具有理想的生命协调性,早晚材间隔变化反射与人类心理变化合拍,给人以亲切、平和之感,即在人造板表面尽量采用径切面是科学之举;2)一些木材气味可击活人类脑细胞,使人精力倍增,可提高工作效率,即在人造板中加入这样的材料,可制备具有击活脑细胞功能的人造板。(2)利用各种材料的特异功能,制造新型人造板。如,利用木材的呼吸功能、灭菌功能、感应功能制备自适应性智能材料;利用稀土材料与具有土性或木性的天然植物材料复合,同时注入其它材料,构成特异功能的新材料。有前途的产品有:自发光木材;感温木材;调湿木材;导电木材;灭菌木材;陶瓷木材等。
环境协调性创新。绿色技术创新无论对企业的发展及产品的竞争力还是对可持续发展战略的实施均具有重要的意义。绿色技术创新可以在三个不同层次上进行,即末端治理技术创新、绿色工艺创新和绿色产品创新。(1)末端治理技术创新,它是直接附加于现有生产过程,因而相对来讲比较简单,但其绿色程度不高,不是绿色技术的重点。(2)绿色工艺创新。对生产工艺进行创新,生产过程中对环境的污染越低,绿色程度越高,越是理想的绿色技术。(3)绿色产品创新。在产品生命周期(设计、制造、销售、消费、报废处理)全过程都能预防与减少环境污染,包括产品更新,生产低废、少废、可回用的产品等。绿色制造领域研究的主要原则是强调采用能减轻对环境产生有害影响的制造过程,包括减少有害废弃物和排放物,降低能量消耗,提高材料利用率,增加操作安全性等。简言之,绿色制造应是在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下,努力减少工业活动对生态环境造成的影响。要实现绿色制造目标,必须使用绿色能源,采用绿色制造过程,最终生产出绿色产品。在这个过程中必须考虑能源利用率、绿色材料、绿色制造工艺、绿色制造设备与工艺装备、生产成本、环境影响等因素。
促成新人造板开发的要点有:新的性质,充分发挥木材自身的魅力;安全性,具有难燃和不燃的性质;加工方法由湿式向干式、由钉结合向胶合、由现场加工向工业化加工转变;轻质化和经济性;均质化和耐久性;循环利用性。
近10年来,国内外广泛开展了绿色设计与绿色制造的研究。目前,绿色设计与绿色制造的研究主要包括绿色产品的描述与建模、确定绿色产品的评价指标体系和评价方法、绿色设计方法学的基础研究、绿色设计的材料选择系统研究及绿色产品的结构设计、 绿色制造系统模型及绿色制造工艺技术研究。将来绿色复合人造板的用途将会在以下方面开展:水泥模板;树脂框架;合成树脂地板;发泡材料;隔音材料;乙酰化木材及其复合材料。
三、工艺创新
在满足人造板产品功能和性能要求的前提下,搞清人造板加工过程中基本特性变化规律,提炼主要影响工艺因子,建立完整的性能与工艺因子之间的互动体系,提出可操作性强的工艺要求和新的制造工艺。目前有发展前景的有:人造板专家优化操作系统;木材汽化揉搓加工技术;木材化学改性加工技术;木材新的胶合技术;木材新的成型和分离技术;人造板后成型技术等。目前,广东与广西地区人造板工业技术改造目标有三,其一扩大规模,增加品种;其二引入新技术和新设备;其三降低成本,提高质量。
扩大规模。(1)提高热压机生产能力:采用热油加热技术、无垫板技术、板厚控制系统;由于多层压机的技术不断完善,多层压机是提高产量的理想选择;增加压机的层数;采用连续热压技术。(2)改进干燥工艺:采用热油加热干燥技术;采用新的干燥设备和技术。
采用新技术、新设备:(1)正确调整刨片机的伸刀量、径向间隙和刀缝宽度,确保刀刃锋利;选择新型削片、刨片和热磨设备。(2)采用新型施胶及拌胶系统。用喷胶系统替代淋胶系统,压缩空气经喷嘴使胶雾化50~100m胶粒,均匀分散于刨花或纤维表面;采用双轴高速拌胶机:喷胶刨花在**搅拌轴作用下高速翻动、摩擦,然后被抛入第二搅拌轴中并作相反旋转,大大提高了拌胶的均匀性,减少了胶耗,提高了拌胶质量。施胶系统的控制方案其一采用电子皮带秤和变频器控制的螺杆泵准确计量物料量,关键应将刨花含水率波动和胶液固体含量的波动考虑其中;其二采用容积计量和变频器控制的螺杆泵计量物料量,关键应将刨花树种和形态考虑其中。(3)采用外循环式气流铺装机和分级式铺装机。MDF向机械式铺装发展,可减少能量消耗和空气过滤成本,提高铺装均匀性,铺装精度优良,板坯刮取量仅为5~10%,较气流铺装减少了一半,大大降低了板材密度的波动量;气流铺装机由内循环式变为外循环式,可大大改善铺装质量;分级式铺装机开始了铺装的新时代。
降低成本。物耗、能耗约占刨花板和MDF成本的70~85%,因此,降耗节能是降低成本的关键。采用高效、低毒的胶种与双轴高效拌胶机,实施纤维新的施胶系统,可降低胶耗20个百分点;在人造板工业中热耗大户是干燥,约占60%,采用新的加热技术和设备是节能的关键;采用生产线无功补偿技术、变频调速技术、节能控制技术是十分有效的节能措施;**限度的减少砂光量与裁边量。
四、制造创新
集成与智能。21世纪人造板工业的特征是双I,即Integration和Intelligence。日本、美国及欧洲投资上10亿美元,进行智能制造系统的研究,认为智能制造是从信息时代走向智能时代的重要内容,而未来人造板工业的基本特征应该是知识密集型的,智能活动贯穿整个制造过程,决策判断自动化成核心内容,实现在决策平台上的各种知识的自动化处理。集成是指企业内物流的集成和信息流的集成,其中信息流的集成是更重要、更高层次的集成。信息集成是智能的基础,智能反过来推动更高的集成。集成的目的是增加效益。今后我国的人造板工业将会在这两方面协调配合中发展。
全能制造系统。全能制造(HMS)概念是针对未来工业系统的要求而提出的,HMS由若干个全能体组成,每个全能体是一个既独立又相互协作的系统制造模块,每个制造全能体可以转换、传送、存储和确认信息及物理对象,即包含有信息处理部分,也包含有物理处理部分。全能体是一定程度独立自主的单元,执行任务时无须向上级请示,同时全能体又是上一级的控制对象以及若干全能群体的一部分。在HMS中,各全能体之间也具有暂时的递阶层次关系,但这种递阶层次组织不是固定不变的,HMS能够根据需要自行动态地改变组织结构,以适应外部环境的变化。这种模块化的制造系统易于重组,柔性高,市场响应速度快,可以容易地实现按顾客需要制造批量不大的产品。
精良—敏捷—柔性生产系统。精良—敏捷—柔性生产系统(LAF)能快速、灵敏地响应市场变化,高效地满足用户需求。它的基础是企业的三种并重的基本资源:①有创新精神的管理结构和组织;②有知识、有技能且被适当授权的人员;③先进制造技术,包含柔性制造技术和智能制造的技术。这三种资源的快速有效集成形成LAF。在LAF中,更强调组织创新和人的因素的发挥,而并不一味追求制造技术的先进性,而是在综合权衡先进性、可实现性和经济性的前提下,选择“最适用”的制造技术,并致力于它与组织和人员的有效集成,以消灭生产中的“瓶颈”,使系统总效益**。在LAF中,TQC、虚拟公司以及群体工作(Team Work)等先进的管理方式与组织方法均得到充分体现。
五、科技创新
厚单板切槽技术。此技术是利用旋切机上出板压辊上交叉排列的割刀在厚单板表面切成不连续的槽口,槽口深度小于单板厚度,通过压辊的压力进行调整。其特点为:(1)切槽与旋切单板同时进行,有利于保证单板的平整度,减少背面裂缝;(2)厚单板切槽技术可以提高厚单板旋切质量,降低干燥能耗;(3)切有槽口的厚单板在干燥时,水分易于蒸发,可降低干燥能耗;(4)在多层厚单板胶合时,槽口有利于水蒸汽在板坯内部的运动,以促进热量的传递,缩短热压周期。另外,单板整平释放应力技术将提高单板的质量,如单板刻痕技术、激光打孔技术、表面犁铧技术。
传送式干燥技术。传送式干燥机被用于低温干燥大片刨花,由于此技术具有干燥温度低和运行平稳的特点,可以显著减少刨花形态的破坏,降低刨花干燥过程中的有机挥发物(VOC),尤其是对薄而长的刨花更为适用。典型的传送式干燥机主要包括:(l)传送带由穿孔金属板构成,由链条带动运动,可通过调节其运动速度,调整刨花在干燥机内的停留时间,以达到要求的含水率;(2)空气加热装置;(3)用于制造循环气流的风机系统;(4)密封装置;(5)系统控制装置。
自发汽热压技术。喷蒸热压技术是通过向板坯内部喷射蒸汽,迫使热量向板坯内部传递,以快速提高板坯芯层温度,使板坯在短时间内表芯层同时固化,改善板材的物理力学性能,此技术适合于压制厚板材。最近,研究者开发了利用热压过程中板坯内部产生的蒸汽促进热量传递的技术,即为自发汽热压技术,其原理是将高含水率(10-15%)的单板(或刨花、纤维)置于板坯表层,低含水率(约为2%)的单板(或刨花、纤维)作为芯层材料,并在封闭状态下进行热压,如此板坯表层的水分在高温的作用下汽化,并被迫向芯层运行,加速热量的传递,产生了类似喷蒸热压的效果,不需要另外增加设备投资(如喷蒸系统等)。这种技术可以用于制造LVL、OSB、普通刨花板以及MDF等。
有机挥发物控制技术。在人造板产品制造过程中由于使用了化学物质,并需要在高温下处理木材及胶粘剂,不可避免有挥发性物质产生,导致空气污染。人造板生产过程中的有机挥发物产生于干燥、热压、砂光、裁边等工段。人造板产品生产过程以及使用过程中的甲醛释放问题已引起世人的关注。高温干燥是导致有机挥物产生的主要原因之一,解决这一问题的主要措施有:(1)设置干燥设备空气循环利用系统,从干燥机中抽出含有有机挥发物的气体后再回用;(2)采用低温干燥工艺,干燥温度低于碳氢化合物的气化点,则可减少有机挥发物的产生。另外,采用新型胶粘剂和热压技术是降低产品甲醛释放量的有效途径。
纳米技术。纳米技术是20世纪80年代末期诞生的,在21世纪将会带来材料工业的新革命,纳米材料是指尺寸在l—l00nm之间的超细微粒,这是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子。当小颗粒尺寸进人纳米量级时,其本身和由它构成的纳米固体具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸数应的特点。由此派生出传统固体不具备的许多特殊性质,具有优异的光、力、电、热、磁、放射、吸收、敏感、催化等特殊功能。若能在纳米尺度上通过物质反应、传输和转变的控制来创造新材料时,人造板工业将会进入新的时代。目前,将微米级的各种添加剂制成纳米级的产品时,就会引起产品的更新换代,它是实现产品创新的捷径。今后在人造板工业中有发展前景的技术为:纳米粉体的应用;纳米催化剂的应用;纳米无机抗菌剂的应用等。
智能型人造板。智能材料(Intelligent Materials)是指对环境可感知且可响应,并具有功能发现能力的材料,它由日本科学家——高木俊宜教授在20世纪90年代提出的构想。材料的智能型设计思想为我们提出了新的思路,传统的结构型人造板向智能型人造板发展势在必行,而人造板是以植物纤维为基体,具有仿生学特性,如何开发传感、处理和执行这三个基本功能是设计智能型人造板的关键。
结束语。木材利用进入了全新的时代,目前的人造板不再是以天然材为主的功能单调的制品,人造板加工也不再是简单地再组合的方式,面对科技革命的浪潮,必须以全新的姿态和带有前瞻性的思维投身于人造板工业新的革命之中。人造板工业技术集群是林业产业振兴之根本,推动技术整合,建立人造板技术集群基地迫在眉睫。大不是目标,强才是追求;合理定位,突出品牌乃企业必取之捷径。广东与广西地区优势互补,联手打造新的人造板王国,实施规模化经营乃有效战略性选择,产业竞争逐步过渡到创新推动新阶段,以生产高附加值资本密集型和技术密集型林产品为主,由此推动人造板工业全面升级。
当前,广东与广西地区人造板工业产业集群正悄然形成,但是技术集群远没有形成,应跳出传统的加工模式,以高科技为先导,走增值加工之路,针对我国人造板工业的现状,瞄准国际科技最前沿,走一条全新之路。我国人造板工业根本出路就在于科技创新,应以产品创新为龙头,以工艺创新为依托,以制造和应用创新为保证。目前,广东与广西地区人造板工业快速发展,但是,资源短缺、成本增加、售价低迷、应用狭窄、技术含量低、产品质量不稳,许多企业处于举步为艰之地步,提出适合我国国情、振兴广东与广西地区人造板工业的新思路显得意义十分重大。
一、现存问题
当前,我国人造板工业缺乏国际竞争力,存在如下主要问题:
产品结构不合理,产品技术含量较低。世界胶合板比例为35%左右,近几年发达国家胶合板呈负增长,其原因主要是原料的限制;世界刨花板比例为42%左右,产量居人造板之首;世界纤维板比例为23%左右。而我国则是,胶合板比例偏大,2003年占46.2%;2004年占38.5%;从消费看,胶合板约占40%;刨花板比例偏小,2003年占12.0%;2004年占11.8%;纤维板比例逐年增加,2003年占24.8%;2004年占28.7%;近几年,细木工板增长较快,2003年占13.6%;2004年占16.2%;OSB、复合板、水泥刨花板比例偏小;特厚板和薄板比例偏小;防潮、防蛀、阻燃等功能板比例更少;深加工产品比例较小;后成型板及专用板种均有待开发。
应用领域狭窄,应用技术有待开发。我国家具用人造板约占79%,建筑用人造板占15~22%,与国外差距较大,应用技术与相应的规范亟待建立;人造板的毒性、调湿性、调温性、尺寸稳定性、阻燃性等性能评价方法亟待建立。
企业管理水平低,产品合格率较低。多数胶合板企业停留在国际20世纪70年代水平,绝大多数小胶合板企业属技术落后型;多数刨花板企业达到国际20世纪80年代水平,2004年产品合格率为66.7%;多数湿法硬质纤维板企业仅为国际20世纪60年代水平,2004年产品合格率为80%左右;多数MDF企业达到国际20世纪80年代水平,2004年MDF合格率为69%;多数产品甲醛释放量较高,厚度偏差大,吸水厚度膨胀率较大。
资源短缺,产业集中度低。林木育种、造林、加工、流通等环节严重脱节;进口木材逐年困难;人造板工业快速发展,加之造纸和生物质能源工业的发展,结构性资源短缺越来越严重。发达国家人造板工业集中度大于80%,我国胶合板、刨花板和纤维板工业集中度分别为32.7%、65.8%和63.4%,低于发达国家水平,处于企业多、规模小的状态。
二、产品创新
回顾材料加工的历史,经历了结构材加工、功能材料加工的阶段,目前正在向智能材料加工迈进。美国、日本、德国和我国已开展此方面的前期工作,在金属、塑料、高分子材料等领域已有实质性突破。木材是具有生命体特征**的天然植物材料,是大自然经过上亿年进化演变、恩赐给人类最完美的材料。广东与广西地区人造板工业目前仍然以传统人造板产品为主,近几年来,MDF(HDF)和刨花板以惊人的速度发展,不能不引起人们的高度关注。人造板工业产品创新是改变目前现状的突破口,产品创新应分3个层次,即产品结构创新、产品功能创新和产品环境协调性创新。
产品结构创新。产品结构创新十分关键,它是从根本上改变传统加工模式的突破口,针对人造板工业的特点,今后广东与广西地区的人造板工业发展方向有:(1)产品结构应从普通板材向多结构形式方向发展。有发展前景的产品为:中空状桶型胶合板;中空状桶型LVL;异性结构刨花板;局部强化不等截面人造板等。(2)产品结构应走界面层设计和结构设计之路。界面层设计是合成新材料的关键,今后应在合金人造板;定型人造板;超轻强化人造板;木塑复合人造板等产品上加快工业化进程。
产品功能创新。(1)**限度发挥木材自身的功能,制备功能性人造板,如:1)木材径切面纹理具有理想的生命协调性,早晚材间隔变化反射与人类心理变化合拍,给人以亲切、平和之感,即在人造板表面尽量采用径切面是科学之举;2)一些木材气味可击活人类脑细胞,使人精力倍增,可提高工作效率,即在人造板中加入这样的材料,可制备具有击活脑细胞功能的人造板。(2)利用各种材料的特异功能,制造新型人造板。如,利用木材的呼吸功能、灭菌功能、感应功能制备自适应性智能材料;利用稀土材料与具有土性或木性的天然植物材料复合,同时注入其它材料,构成特异功能的新材料。有前途的产品有:自发光木材;感温木材;调湿木材;导电木材;灭菌木材;陶瓷木材等。
环境协调性创新。绿色技术创新无论对企业的发展及产品的竞争力还是对可持续发展战略的实施均具有重要的意义。绿色技术创新可以在三个不同层次上进行,即末端治理技术创新、绿色工艺创新和绿色产品创新。(1)末端治理技术创新,它是直接附加于现有生产过程,因而相对来讲比较简单,但其绿色程度不高,不是绿色技术的重点。(2)绿色工艺创新。对生产工艺进行创新,生产过程中对环境的污染越低,绿色程度越高,越是理想的绿色技术。(3)绿色产品创新。在产品生命周期(设计、制造、销售、消费、报废处理)全过程都能预防与减少环境污染,包括产品更新,生产低废、少废、可回用的产品等。绿色制造领域研究的主要原则是强调采用能减轻对环境产生有害影响的制造过程,包括减少有害废弃物和排放物,降低能量消耗,提高材料利用率,增加操作安全性等。简言之,绿色制造应是在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下,努力减少工业活动对生态环境造成的影响。要实现绿色制造目标,必须使用绿色能源,采用绿色制造过程,最终生产出绿色产品。在这个过程中必须考虑能源利用率、绿色材料、绿色制造工艺、绿色制造设备与工艺装备、生产成本、环境影响等因素。
促成新人造板开发的要点有:新的性质,充分发挥木材自身的魅力;安全性,具有难燃和不燃的性质;加工方法由湿式向干式、由钉结合向胶合、由现场加工向工业化加工转变;轻质化和经济性;均质化和耐久性;循环利用性。
近10年来,国内外广泛开展了绿色设计与绿色制造的研究。目前,绿色设计与绿色制造的研究主要包括绿色产品的描述与建模、确定绿色产品的评价指标体系和评价方法、绿色设计方法学的基础研究、绿色设计的材料选择系统研究及绿色产品的结构设计、 绿色制造系统模型及绿色制造工艺技术研究。将来绿色复合人造板的用途将会在以下方面开展:水泥模板;树脂框架;合成树脂地板;发泡材料;隔音材料;乙酰化木材及其复合材料。
三、工艺创新
在满足人造板产品功能和性能要求的前提下,搞清人造板加工过程中基本特性变化规律,提炼主要影响工艺因子,建立完整的性能与工艺因子之间的互动体系,提出可操作性强的工艺要求和新的制造工艺。目前有发展前景的有:人造板专家优化操作系统;木材汽化揉搓加工技术;木材化学改性加工技术;木材新的胶合技术;木材新的成型和分离技术;人造板后成型技术等。目前,广东与广西地区人造板工业技术改造目标有三,其一扩大规模,增加品种;其二引入新技术和新设备;其三降低成本,提高质量。
扩大规模。(1)提高热压机生产能力:采用热油加热技术、无垫板技术、板厚控制系统;由于多层压机的技术不断完善,多层压机是提高产量的理想选择;增加压机的层数;采用连续热压技术。(2)改进干燥工艺:采用热油加热干燥技术;采用新的干燥设备和技术。
采用新技术、新设备:(1)正确调整刨片机的伸刀量、径向间隙和刀缝宽度,确保刀刃锋利;选择新型削片、刨片和热磨设备。(2)采用新型施胶及拌胶系统。用喷胶系统替代淋胶系统,压缩空气经喷嘴使胶雾化50~100m胶粒,均匀分散于刨花或纤维表面;采用双轴高速拌胶机:喷胶刨花在**搅拌轴作用下高速翻动、摩擦,然后被抛入第二搅拌轴中并作相反旋转,大大提高了拌胶的均匀性,减少了胶耗,提高了拌胶质量。施胶系统的控制方案其一采用电子皮带秤和变频器控制的螺杆泵准确计量物料量,关键应将刨花含水率波动和胶液固体含量的波动考虑其中;其二采用容积计量和变频器控制的螺杆泵计量物料量,关键应将刨花树种和形态考虑其中。(3)采用外循环式气流铺装机和分级式铺装机。MDF向机械式铺装发展,可减少能量消耗和空气过滤成本,提高铺装均匀性,铺装精度优良,板坯刮取量仅为5~10%,较气流铺装减少了一半,大大降低了板材密度的波动量;气流铺装机由内循环式变为外循环式,可大大改善铺装质量;分级式铺装机开始了铺装的新时代。
降低成本。物耗、能耗约占刨花板和MDF成本的70~85%,因此,降耗节能是降低成本的关键。采用高效、低毒的胶种与双轴高效拌胶机,实施纤维新的施胶系统,可降低胶耗20个百分点;在人造板工业中热耗大户是干燥,约占60%,采用新的加热技术和设备是节能的关键;采用生产线无功补偿技术、变频调速技术、节能控制技术是十分有效的节能措施;**限度的减少砂光量与裁边量。
四、制造创新
集成与智能。21世纪人造板工业的特征是双I,即Integration和Intelligence。日本、美国及欧洲投资上10亿美元,进行智能制造系统的研究,认为智能制造是从信息时代走向智能时代的重要内容,而未来人造板工业的基本特征应该是知识密集型的,智能活动贯穿整个制造过程,决策判断自动化成核心内容,实现在决策平台上的各种知识的自动化处理。集成是指企业内物流的集成和信息流的集成,其中信息流的集成是更重要、更高层次的集成。信息集成是智能的基础,智能反过来推动更高的集成。集成的目的是增加效益。今后我国的人造板工业将会在这两方面协调配合中发展。
全能制造系统。全能制造(HMS)概念是针对未来工业系统的要求而提出的,HMS由若干个全能体组成,每个全能体是一个既独立又相互协作的系统制造模块,每个制造全能体可以转换、传送、存储和确认信息及物理对象,即包含有信息处理部分,也包含有物理处理部分。全能体是一定程度独立自主的单元,执行任务时无须向上级请示,同时全能体又是上一级的控制对象以及若干全能群体的一部分。在HMS中,各全能体之间也具有暂时的递阶层次关系,但这种递阶层次组织不是固定不变的,HMS能够根据需要自行动态地改变组织结构,以适应外部环境的变化。这种模块化的制造系统易于重组,柔性高,市场响应速度快,可以容易地实现按顾客需要制造批量不大的产品。
精良—敏捷—柔性生产系统。精良—敏捷—柔性生产系统(LAF)能快速、灵敏地响应市场变化,高效地满足用户需求。它的基础是企业的三种并重的基本资源:①有创新精神的管理结构和组织;②有知识、有技能且被适当授权的人员;③先进制造技术,包含柔性制造技术和智能制造的技术。这三种资源的快速有效集成形成LAF。在LAF中,更强调组织创新和人的因素的发挥,而并不一味追求制造技术的先进性,而是在综合权衡先进性、可实现性和经济性的前提下,选择“最适用”的制造技术,并致力于它与组织和人员的有效集成,以消灭生产中的“瓶颈”,使系统总效益**。在LAF中,TQC、虚拟公司以及群体工作(Team Work)等先进的管理方式与组织方法均得到充分体现。
五、科技创新
厚单板切槽技术。此技术是利用旋切机上出板压辊上交叉排列的割刀在厚单板表面切成不连续的槽口,槽口深度小于单板厚度,通过压辊的压力进行调整。其特点为:(1)切槽与旋切单板同时进行,有利于保证单板的平整度,减少背面裂缝;(2)厚单板切槽技术可以提高厚单板旋切质量,降低干燥能耗;(3)切有槽口的厚单板在干燥时,水分易于蒸发,可降低干燥能耗;(4)在多层厚单板胶合时,槽口有利于水蒸汽在板坯内部的运动,以促进热量的传递,缩短热压周期。另外,单板整平释放应力技术将提高单板的质量,如单板刻痕技术、激光打孔技术、表面犁铧技术。
传送式干燥技术。传送式干燥机被用于低温干燥大片刨花,由于此技术具有干燥温度低和运行平稳的特点,可以显著减少刨花形态的破坏,降低刨花干燥过程中的有机挥发物(VOC),尤其是对薄而长的刨花更为适用。典型的传送式干燥机主要包括:(l)传送带由穿孔金属板构成,由链条带动运动,可通过调节其运动速度,调整刨花在干燥机内的停留时间,以达到要求的含水率;(2)空气加热装置;(3)用于制造循环气流的风机系统;(4)密封装置;(5)系统控制装置。
自发汽热压技术。喷蒸热压技术是通过向板坯内部喷射蒸汽,迫使热量向板坯内部传递,以快速提高板坯芯层温度,使板坯在短时间内表芯层同时固化,改善板材的物理力学性能,此技术适合于压制厚板材。最近,研究者开发了利用热压过程中板坯内部产生的蒸汽促进热量传递的技术,即为自发汽热压技术,其原理是将高含水率(10-15%)的单板(或刨花、纤维)置于板坯表层,低含水率(约为2%)的单板(或刨花、纤维)作为芯层材料,并在封闭状态下进行热压,如此板坯表层的水分在高温的作用下汽化,并被迫向芯层运行,加速热量的传递,产生了类似喷蒸热压的效果,不需要另外增加设备投资(如喷蒸系统等)。这种技术可以用于制造LVL、OSB、普通刨花板以及MDF等。
有机挥发物控制技术。在人造板产品制造过程中由于使用了化学物质,并需要在高温下处理木材及胶粘剂,不可避免有挥发性物质产生,导致空气污染。人造板生产过程中的有机挥发物产生于干燥、热压、砂光、裁边等工段。人造板产品生产过程以及使用过程中的甲醛释放问题已引起世人的关注。高温干燥是导致有机挥物产生的主要原因之一,解决这一问题的主要措施有:(1)设置干燥设备空气循环利用系统,从干燥机中抽出含有有机挥发物的气体后再回用;(2)采用低温干燥工艺,干燥温度低于碳氢化合物的气化点,则可减少有机挥发物的产生。另外,采用新型胶粘剂和热压技术是降低产品甲醛释放量的有效途径。
纳米技术。纳米技术是20世纪80年代末期诞生的,在21世纪将会带来材料工业的新革命,纳米材料是指尺寸在l—l00nm之间的超细微粒,这是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子。当小颗粒尺寸进人纳米量级时,其本身和由它构成的纳米固体具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸数应的特点。由此派生出传统固体不具备的许多特殊性质,具有优异的光、力、电、热、磁、放射、吸收、敏感、催化等特殊功能。若能在纳米尺度上通过物质反应、传输和转变的控制来创造新材料时,人造板工业将会进入新的时代。目前,将微米级的各种添加剂制成纳米级的产品时,就会引起产品的更新换代,它是实现产品创新的捷径。今后在人造板工业中有发展前景的技术为:纳米粉体的应用;纳米催化剂的应用;纳米无机抗菌剂的应用等。
智能型人造板。智能材料(Intelligent Materials)是指对环境可感知且可响应,并具有功能发现能力的材料,它由日本科学家——高木俊宜教授在20世纪90年代提出的构想。材料的智能型设计思想为我们提出了新的思路,传统的结构型人造板向智能型人造板发展势在必行,而人造板是以植物纤维为基体,具有仿生学特性,如何开发传感、处理和执行这三个基本功能是设计智能型人造板的关键。
结束语。木材利用进入了全新的时代,目前的人造板不再是以天然材为主的功能单调的制品,人造板加工也不再是简单地再组合的方式,面对科技革命的浪潮,必须以全新的姿态和带有前瞻性的思维投身于人造板工业新的革命之中。人造板工业技术集群是林业产业振兴之根本,推动技术整合,建立人造板技术集群基地迫在眉睫。大不是目标,强才是追求;合理定位,突出品牌乃企业必取之捷径。广东与广西地区优势互补,联手打造新的人造板王国,实施规模化经营乃有效战略性选择,产业竞争逐步过渡到创新推动新阶段,以生产高附加值资本密集型和技术密集型林产品为主,由此推动人造板工业全面升级。
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