人造板設備面臨新挑戰(zhàn)
從2005年全球人造板工業(yè)發(fā)展的趨勢看，形勢不容樂觀，歐洲和北美地區(qū)人造板工業(yè)面臨需求不旺、原料短缺、木材漲價、產(chǎn)品降價之困境，刨花板工業(yè)重組勢在必行。我國人造板工業(yè)同樣處于困境，人造板工業(yè)是資源高度依賴型產(chǎn)業(yè)，處于資源驅(qū)動階段，主要表現(xiàn)在大量利用森林資源，以生產(chǎn)低附加值的資源密集型林產(chǎn)品為主，只有遵循可持續(xù)發(fā)展的原則，重視原料基地的建設和環(huán)境認證、資源可持續(xù)發(fā)展認證，方能處于不斷良性發(fā)展狀態(tài)。從發(fā)展趨勢看，人造板產(chǎn)品專業(yè)化程度不斷提高，新技術發(fā)展引起市場份額重新分配，產(chǎn)業(yè)結(jié)構快速調(diào)整，人員素質(zhì)的提高和產(chǎn)業(yè)集群度的增加，研發(fā)能力不斷提升，規(guī)模化經(jīng)營將成為主流。
當前，廣東與廣西地區(qū)人造板工業(yè)產(chǎn)業(yè)集群正悄然形成，但是技術集群遠沒有形成，應跳出傳統(tǒng)的加工模式，以高科技為先導，走增值加工之路，針對我國人造板工業(yè)的現(xiàn)狀，瞄準國際科技最前沿，走一條全新之路。我國人造板工業(yè)根本出路就在于科技創(chuàng)新，應以產(chǎn)品創(chuàng)新為龍頭，以工藝創(chuàng)新為依托，以制造和應用創(chuàng)新為保證。目前，廣東與廣西地區(qū)人造板工業(yè)快速發(fā)展，但是，資源短缺、成本增加、售價低迷、應用狹窄、技術含量低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)，許多企業(yè)處于舉步為艱之地步，提出適合我國國情、振興廣東與廣西地區(qū)人造板工業(yè)的新思路顯得意義十分重大。
一、現(xiàn)存問題
當前，我國人造板工業(yè)缺乏國際競爭力，存在如下主要問題：
產(chǎn)品結(jié)構不合理，產(chǎn)品技術含量較低。世界膠合板比例為35%左右，近幾年發(fā)達國家膠合板呈負增長，其原因主要是原料的限制；世界刨花板比例為42%左右，產(chǎn)量居人造板之首；世界纖維板比例為23%左右。而我國則是，膠合板比例偏大，2003年占46.2%；2004年占38.5%；從消費看，膠合板約占40%；刨花板比例偏小，2003年占12.0%；2004年占11.8%；纖維板比例逐年增加，2003年占24.8%；2004年占28.7%；近幾年，細木工板增長較快，2003年占13.6%；2004年占16.2%；OSB、復合板、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；深加工產(chǎn)品比例較小；后成型板及專用板種均有待開發(fā)。
應用領域狹窄，應用技術有待開發(fā)。我國家具用人造板約占79%，建筑用人造板占15～22%，與國外差距較大，應用技術與相應的規(guī)范亟待建立；人造板的毒性、調(diào)濕性、調(diào)溫性、尺寸穩(wěn)定性、阻燃性等性能評價方法亟待建立。
企業(yè)管理水平低，產(chǎn)品合格率較低。多數(shù)膠合板企業(yè)停留在國際20世紀70年代水平，絕大多數(shù)小膠合板企業(yè)屬技術落后型；多數(shù)刨花板企業(yè)達到國際20世紀80年代水平，2004年產(chǎn)品合格率為66.7%；多數(shù)濕法硬質(zhì)纖維板企業(yè)僅為國際20世紀60年代水平，2004年產(chǎn)品合格率為80%左右；多數(shù)MDF企業(yè)達到國際20世紀80年代水平，2004年MDF合格率為69%；多數(shù)產(chǎn)品甲醛釋放量較高，厚度偏差大，吸水厚度膨脹率較大。
資源短缺，產(chǎn)業(yè)集中度低。林木育種、造林、加工、流通等環(huán)節(jié)嚴重脫節(jié)；進口木材逐年困難；人造板工業(yè)快速發(fā)展，加之造紙和生物質(zhì)能源工業(yè)的發(fā)展，結(jié)構性資源短缺越來越嚴重。發(fā)達國家人造板工業(yè)集中度大于80%，我國膠合板、刨花板和纖維板工業(yè)集中度分別為32.7%、65.8%和63.4%，低于發(fā)達國家水平，處于企業(yè)多、規(guī)模小的狀態(tài)。
二、產(chǎn)品創(chuàng)新
回顧材料加工的歷史，經(jīng)歷了結(jié)構材加工、功能材料加工的階段，目前正在向智能材料加工邁進。美國、日本、德國和我國已開展此方面的前期工作，在金屬、塑料、高分子材料等領域已有實質(zhì)性突破。木材是具有生命體特征最大的天然植物材料，是大自然經(jīng)過上億年進化演變、恩賜給人類最完美的材料。廣東與廣西地區(qū)人造板工業(yè)目前仍然以傳統(tǒng)人造板產(chǎn)品為主，近幾年來，MDF（HDF）和刨花板以驚人的速度發(fā)展，不能不引起人們的高度關注。人造板工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新是改變目前現(xiàn)狀的突破口，產(chǎn)品創(chuàng)新應分3個層次，即產(chǎn)品結(jié)構創(chuàng)新、產(chǎn)品功能創(chuàng)新和產(chǎn)品環(huán)境協(xié)調(diào)性創(chuàng)新。
產(chǎn)品結(jié)構創(chuàng)新。產(chǎn)品結(jié)構創(chuàng)新十分關鍵，它是從根本上改變傳統(tǒng)加工模式的突破口，針對人造板工業(yè)的特點，今后廣東與廣西地區(qū)的人造板工業(yè)發(fā)展方向有：（1）產(chǎn)品結(jié)構應從普通板材向多結(jié)構形式方向發(fā)展。有發(fā)展前景的產(chǎn)品為：中空狀桶型膠合板；中空狀桶型LVL；異性結(jié)構刨花板；局部強化不等截面人造板等。（2）產(chǎn)品結(jié)構應走界面層設計和結(jié)構設計之路。界面層設計是合成新材料的關鍵，今后應在合金人造板；定型人造板；超輕強化人造板；木塑復合人造板等產(chǎn)品上加快工業(yè)化進程。
產(chǎn)品功能創(chuàng)新。（1）最大限度發(fā)揮木材自身的功能，制備功能性人造板，如：1）木材徑切面紋理具有理想的生命協(xié)調(diào)性，早晚材間隔變化反射與人類心理變化合拍，給人以親切、平和之感，即在人造板表面盡量采用徑切面是科學之舉；2）一些木材氣味可擊活人類腦細胞，使人精力倍增，可提高工作效率，即在人造板中加入這樣的材料，可制備具有擊活腦細胞功能的人造板。（2）利用各種材料的特異功能，制造新型人造板。如，利用木材的呼吸功能、滅菌功能、感應功能制備自適應性智能材料；利用稀土材料與具有土性或木性的天然植物材料復合，同時注入其它材料，構成特異功能的新材料。有前途的產(chǎn)品有：自發(fā)光木材；感溫木材；調(diào)濕木材；導電木材；滅菌木材；陶瓷木材等。
環(huán)境協(xié)調(diào)性創(chuàng)新。綠色技術創(chuàng)新無論對企業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)品的競爭力還是對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施均具有重要的意義。綠色技術創(chuàng)新可以在三個不同層次上進行，即末端治理技術創(chuàng)新、綠色工藝創(chuàng)新和綠色產(chǎn)品創(chuàng)新。（1）末端治理技術創(chuàng)新，它是直接附加于現(xiàn)有生產(chǎn)過程，因而相對來講比較簡單，但其綠色程度不高，不是綠色技術的重點。（2）綠色工藝創(chuàng)新。對生產(chǎn)工藝進行創(chuàng)新，生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染越低，綠色程度越高，越是理想的綠色技術。（3）綠色產(chǎn)品創(chuàng)新。在產(chǎn)品生命周期（設計、制造、銷售、消費、報廢處理）全過程都能預防與減少環(huán)境污染，包括產(chǎn)品更新，生產(chǎn)低廢、少廢、可回用的產(chǎn)品等。綠色制造領域研究的主要原則是強調(diào)采用能減輕對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的制造過程，包括減少有害廢棄物和排放物，降低能量消耗，提高材料利用率，增加操作安全性等。簡言之，綠色制造應是在不犧牲質(zhì)量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下，努力減少工業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境造成的影響。要實現(xiàn)綠色制造目標，必須使用綠色能源，采用綠色制造過程，最終生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品。在這個過程中必須考慮能源利用率、綠色材料、綠色制造工藝、綠色制造設備與工藝裝備、生產(chǎn)成本、環(huán)境影響等因素。
促成新人造板開發(fā)的要點有：新的性質(zhì)，充分發(fā)揮木材自身的魅力；安全性，具有難燃和不燃的性質(zhì)；加工方法由濕式向干式、由釘結(jié)合向膠合、由現(xiàn)場加工向工業(yè)化加工轉(zhuǎn)變；輕質(zhì)化和經(jīng)濟性；均質(zhì)化和耐久性；循環(huán)利用性。
近10年來，國內(nèi)外廣泛開展了綠色設計與綠色制造的研究。目前，綠色設計與綠色制造的研究主要包括綠色產(chǎn)品的描述與建模、確定綠色產(chǎn)品的評價指標體系和評價方法、綠色設計方法學的基礎研究、綠色設計的材料選擇系統(tǒng)研究及綠色產(chǎn)品的結(jié)構設計、 綠色制造系統(tǒng)模型及綠色制造工藝技術研究。將來綠色復合人造板的用途將會在以下方面開展：水泥模板；樹脂框架；合成樹脂地板；發(fā)泡材料；隔音材料；乙酰化木材及其復合材料。
三、工藝創(chuàng)新
在滿足人造板產(chǎn)品功能和性能要求的前提下，搞清人造板加工過程中基本特性變化規(guī)律，提煉主要影響工藝因子，建立完整的性能與工藝因子之間的互動體系，提出可操作性強的工藝要求和新的制造工藝。目前有發(fā)展前景的有：人造板專家優(yōu)化操作系統(tǒng)；木材汽化揉搓加工技術；木材化學改性加工技術；木材新的膠合技術；木材新的成型和分離技術；人造板后成型技術等。目前，廣東與廣西地區(qū)人造板工業(yè)技術改造目標有三，其一擴大規(guī)模，增加品種；其二引入新技術和新設備；其三降低成本，提高質(zhì)量。
擴大規(guī)模。（1）提高熱壓機生產(chǎn)能力：采用熱油加熱技術、無墊板技術、板厚控制系統(tǒng)；由于多層壓機的技術不斷完善，多層壓機是提高產(chǎn)量的理想選擇；增加壓機的層數(shù)；采用連續(xù)熱壓技術。（2）改進干燥工藝：采用熱油加熱干燥技術；采用新的干燥設備和技術。
采用新技術、新設備：（1）正確調(diào)整刨片機的伸刀量、徑向間隙和刀縫寬度，確保刀刃鋒利；選擇新型削片、刨片和熱磨設備。（2）采用新型施膠及拌膠系統(tǒng)。用噴膠系統(tǒng)替代淋膠系統(tǒng)，壓縮空氣經(jīng)噴嘴使膠霧化50～100m膠粒，均勻分散于刨花或纖維表面；采用雙軸高速拌膠機：噴膠刨花在第一攪拌軸作用下高速翻動、摩擦，然后被拋入第二攪拌軸中并作相反旋轉(zhuǎn)，大大提高了拌膠的均勻性，減少了膠耗，提高了拌膠質(zhì)量。施膠系統(tǒng)的控制方案其一采用電子皮帶秤和變頻器控制的螺桿泵準確計量物料量，關鍵應將刨花含水率波動和膠液固體含量的波動考慮其中；其二采用容積計量和變頻器控制的螺桿泵計量物料量，關鍵應將刨花樹種和形態(tài)考慮其中。（3）采用外循環(huán)式氣流鋪裝機和分級式鋪裝機。MDF向機械式鋪裝發(fā)展，可減少能量消耗和空氣過濾成本，提高鋪裝均勻性，鋪裝精度優(yōu)良，板坯刮取量僅為5～10%，較氣流鋪裝減少了一半，大大降低了板材密度的波動量；氣流鋪裝機由內(nèi)循環(huán)式變?yōu)橥庋h(huán)式，可大大改善鋪裝質(zhì)量；分級式鋪裝機開始了鋪裝的新時代。
降低成本。物耗、能耗約占刨花板和MDF成本的70～85%，因此，降耗節(jié)能是降低成本的關鍵。采用高效、低毒的膠種與雙軸高效拌膠機，實施纖維新的施膠系統(tǒng)，可降低膠耗20個百分點；在人造板工業(yè)中熱耗大戶是干燥，約占60%，采用新的加熱技術和設備是節(jié)能的關鍵；采用生產(chǎn)線無功補償技術、變頻調(diào)速技術、節(jié)能控制技術是十分有效的節(jié)能措施；最大限度的減少砂光量與裁邊量。
四、制造創(chuàng)新
集成與智能。21世紀人造板工業(yè)的特征是雙I，即Integration和Intelligence。日本、美國及歐洲投資上10億美元，進行智能制造系統(tǒng)的研究，認為智能制造是從信息時代走向智能時代的重要內(nèi)容，而未來人造板工業(yè)的基本特征應該是知識密集型的，智能活動貫穿整個制造過程，決策判斷自動化成核心內(nèi)容，實現(xiàn)在決策平臺上的各種知識的自動化處理。集成是指企業(yè)內(nèi)物流的集成和信息流的集成，其中信息流的集成是更重要、更高層次的集成。信息集成是智能的基礎，智能反過來推動更高的集成。集成的目的是增加效益。今后我國的人造板工業(yè)將會在這兩方面協(xié)調(diào)配合中發(fā)展。
全能制造系統(tǒng)。全能制造（HMS）概念是針對未來工業(yè)系統(tǒng)的要求而提出的，HMS由若干個全能體組成，每個全能體是一個既獨立又相互協(xié)作的系統(tǒng)制造模塊，每個制造全能體可以轉(zhuǎn)換、傳送、存儲和確認信息及物理對象，即包含有信息處理部分，也包含有物理處理部分。全能體是一定程度獨立自主的單元，執(zhí)行任務時無須向上級請示，同時全能體又是上一級的控制對象以及若干全能群體的一部分。在HMS中，各全能體之間也具有暫時的遞階層次關系，但這種遞階層次組織不是固定不變的，HMS能夠根據(jù)需要自行動態(tài)地改變組織結(jié)構，以適應外部環(huán)境的變化。這種模塊化的制造系統(tǒng)易于重組，柔性高，市場響應速度快，可以容易地實現(xiàn)按顧客需要制造批量不大的產(chǎn)品
精良—敏捷—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。精良—敏捷—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)（LAF）能快速、靈敏地響應市場變化，高效地滿足用戶需求。它的基礎是企業(yè)的三種并重的基本資源：①有創(chuàng)新精神的管理結(jié)構和組織；②有知識、有技能且被適當授權的人員；③先進制造技術，包含柔性制造技術和智能制造的技術。這三種資源的快速有效集成形成LAF。在LAF中，更強調(diào)組織創(chuàng)新和人的因素的發(fā)揮，而并不一味追求制造技術的先進性，而是在綜合權衡先進性、可實現(xiàn)性和經(jīng)濟性的前提下，選擇“最適用”的制造技術，并致力于它與組織和人員的有效集成，以消滅生產(chǎn)中的“瓶頸”，使系統(tǒng)總效益最佳。在LAF中，TQC、虛擬公司以及群體工作(Team Work)等先進的管理方式與組織方法均得到充分體現(xiàn)。
五、科技創(chuàng)新
厚單板切槽技術。此技術是利用旋切機上出板壓輥上交叉排列的割刀在厚單板表面切成不連續(xù)的槽口，槽口深度小于單板厚度，通過壓輥的壓力進行調(diào)整。其特點為：（1）切槽與旋切單板同時進行，有利于保證單板的平整度，減少背面裂縫；（2）厚單板切槽技術可以提高厚單板旋切質(zhì)量，降低干燥能耗；（3）切有槽口的厚單板在干燥時，水分易于蒸發(fā)，可降低干燥能耗；（4）在多層厚單板膠合時，槽口有利于水蒸汽在板坯內(nèi)部的運動，以促進熱量的傳遞，縮短熱壓周期。另外，單板整平釋放應力技術將提高單板的質(zhì)量，如單板刻痕技術、激光打孔技術、表面犁鏵技術。
傳送式干燥技術。傳送式干燥機被用于低溫干燥大片刨花，由于此技術具有干燥溫度低和運行平穩(wěn)的特點，可以顯著減少刨花形態(tài)的破壞，降低刨花干燥過程中的有機揮發(fā)物（VOC），尤其是對薄而長的刨花更為適用。典型的傳送式干燥機主要包括：（l）傳送帶由穿孔金屬板構成，由鏈條帶動運動，可通過調(diào)節(jié)其運動速度，調(diào)整刨花在干燥機內(nèi)的停留時間，以達到要求的含水率；（2）空氣加熱裝置；（3）用于制造循環(huán)氣流的風機系統(tǒng)；（4）密封裝置；（5）系統(tǒng)控制裝置。
自發(fā)汽熱壓技術。噴蒸熱壓技術是通過向板坯內(nèi)部噴射蒸汽，迫使熱量向板坯內(nèi)部傳遞，以快速提高板坯芯層溫度，使板坯在短時間內(nèi)表芯層同時固化，改善板材的物理力學性能，此技術適合于壓制厚板材。最近，研究者開發(fā)了利用熱壓過程中板坯內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽促進熱量傳遞的技術，即為自發(fā)汽熱壓技術，其原理是將高含水率（10－15％）的單板（或刨花、纖維）置于板坯表層，低含水率（約為2％）的單板（或刨花、纖維）作為芯層材料，并在封閉狀態(tài)下進行熱壓，如此板坯表層的水分在高溫的作用下汽化，并被迫向芯層運行，加速熱量的傳遞，產(chǎn)生了類似噴蒸熱壓的效果，不需要另外增加設備投資（如噴蒸系統(tǒng)等）。這種技術可以用于制造LVL、OSB、普通刨花板以及MDF等。
有機揮發(fā)物控制技術。在人造板產(chǎn)品制造過程中由于使用了化學物質(zhì)，并需要在高溫下處理木材及膠粘劑，不可避免有揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，導致空氣污染。人造板生產(chǎn)過程中的有機揮發(fā)物產(chǎn)生于干燥、熱壓、砂光、裁邊等工段。人造板產(chǎn)品生產(chǎn)過程以及使用過程中的甲醛釋放問題已引起世人的關注。高溫干燥是導致有機揮物產(chǎn)生的主要原因之一，解決這一問題的主要措施有：（1）設置干燥設備空氣循環(huán)利用系統(tǒng)，從干燥機中抽出含有有機揮發(fā)物的氣體后再回用；（2）采用低溫干燥工藝，干燥溫度低于碳氫化合物的氣化點，則可減少有機揮發(fā)物的產(chǎn)生。另外，采用新型膠粘劑和熱壓技術是降低產(chǎn)品甲醛釋放量的有效途徑。
納米技術。納米技術是20世紀80年代末期誕生的，在21世紀將會帶來材料工業(yè)的新革命，納米材料是指尺寸在l—l00nm之間的超細微粒，這是肉眼和一般顯微鏡看不見的微小粒子。當小顆粒尺寸進人納米量級時，其本身和由它構成的納米固體具有小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸數(shù)應的特點。由此派生出傳統(tǒng)固體不具備的許多特殊性質(zhì)，具有優(yōu)異的光、力、電、熱、磁、放射、吸收、敏感、催化等特殊功能。若能在納米尺度上通過物質(zhì)反應、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來創(chuàng)造新材料時，人造板工業(yè)將會進入新的時代。目前，將微米級的各種添加劑制成納米級的產(chǎn)品時，就會引起產(chǎn)品的更新?lián)Q代，它是實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的捷徑。今后在人造板工業(yè)中有發(fā)展前景的技術為：納米粉體的應用；納米催化劑的應用；納米無機抗菌劑的應用等。
智能型人造板。智能材料（Intelligent Materials）是指對環(huán)境可感知且可響應，并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的材料，它由日本科學家——高木俊宜教授在20世紀90年代提出的構想。材料的智能型設計思想為我們提出了新的思路，傳統(tǒng)的結(jié)構型人造板向智能型人造板發(fā)展勢在必行，而人造板是以植物纖維為基體，具有仿生學特性，如何開發(fā)傳感、處理和執(zhí)行這三個基本功能是設計智能型人造板的關鍵。
結(jié)束語。木材利用進入了全新的時代，目前的人造板不再是以天然材為主的功能單調(diào)的制品，人造板加工也不再是簡單地再組合的方式，面對科技革命的浪潮，必須以全新的姿態(tài)和帶有前瞻性的思維投身于人造板工業(yè)新的革命之中。人造板工業(yè)技術集群是林業(yè)產(chǎn)業(yè)振興之根本，推動技術整合，建立人造板技術集群基地迫在眉睫。大不是目標，強才是追求；合理定位，突出品牌乃企業(yè)必取之捷徑。廣東與廣西地區(qū)優(yōu)勢互補，聯(lián)手打造新的人造板王國，實施規(guī)模化經(jīng)營乃有效戰(zhàn)略性選擇，產(chǎn)業(yè)競爭逐步過渡到創(chuàng)新推動新階段，以生產(chǎn)高附加值資本密集型和技術密集型林產(chǎn)品為主，由此推動人造板工業(yè)全面升級。