中國綠色時報7月3日報道(記者 張興國)
竹材加工領域正在經歷一場革新。
歷經十幾年研究,“原態重組等四種竹材加工關鍵技術裝備開發與應用”項目產生一系列創新成果。我國有了竹材加工專用設備,有望就此告別多年使用木工機械加工竹材的歷史,推動竹材加工最終走上機械化、自動化、智能化的道路。項目研發出竹材原態弧形重組技術,并研制出專用成套設備,較大幅度提高了原料利用率,增強了材料力學強度,減少了膠黏劑用量,拓展了板材應用領域。
研究成果由國家林業局北京林業機械研究所、南京林業大學、中國福馬機械集團有限公司、湖南省林業科學研究院、安吉吉泰機械有限公司、中國林業科學研究院木材工業研究所、福建省大田縣金門油壓機制造有限公司7家單位共同完成,既有科研院所和高校,又有一線機械制造企業。北京林機所所長傅萬四擔任項目主持人,主要完成人包括中國工程院院士張齊生等一批國內頂級專家。
傅萬四說:“市場有需求,我們有基礎?!?/P>
我國竹資源豐富,竹林面積、蓄積及竹制品產量和出口額均居世界第一。竹材加工是一項龐大產業,是實現林木資源循環利用的朝陽產業,竹碳、竹醋、竹纖維、竹家具、竹工藝品等竹制用品更是充斥著我們的生活??墒?,我國竹產業仍處于半機械半手工狀態,多年來主要依靠借用、代用、改造木工機械,加工效果極不理想。
傅萬四解釋說,竹材和木材的纖維素、半纖維素和木質素含量不同,竹材中空、有弧度,竹青和竹黃物理理學性能差異巨大,可以劈裂加工、拉絲加工,這些特性木材不具備,木工機械加工竹材難以勝任。
可不可以進口?歐美國家只使用竹產品,卻沒有竹產業,當然也就談不上專用的竹材加工機械。韓國和我國臺灣省在20世紀80年代曾有較好的竹材加工產業,但由于勞動力成本和竹材價格上漲,產業逐漸萎縮和轉移,專用機械研發、生產無以為繼。
正是在這樣的背景下,“原態重組等四種竹材加工關鍵技術裝備開發與應用”項目提出并上馬,堅持十幾年不輟。
傅萬四說,北京林機所長期致力于林業機械化研究,雖不是研究竹材專用設備,但機械原理相通。同時,張齊生院士帶領的科研團隊,給予項目組強有力的技術支撐。
項目鑒定會上,專家評價,“研究成果填補國內空白,總體達到國內領先、部分處于國際先進水平”。業內評價研究實現了4點創新。
創新點一,發明了竹材原態重組技術與裝備。
竹材斷面呈弧形,外有竹青、內有竹黃。用傳統方法加工,先要去掉竹青、竹黃,然后將竹片加工成矩形,最后實現“矩形重組”。去掉竹青、竹黃,降低了竹材的強度;弧形竹材加工成矩形竹片,最大利用率只有40%,最大重組厚度也只有20毫米,只能作為板材使用。原態弧形重組,顧名思義,是將竹材加工成弧形竹坯,保持天然竹結構,進行“弧形重組”。因為保留了竹材的弧度,重組材強度提高,竹材利用率達到70%,一次重組厚度達到45毫米,可用作板材或方材,能夠替代實木。
“資源利用效率更高,板材強度更大、重量更輕,用膠更少、更為環保?!北本┝謾C所副研究員周建波說。他是項目主要完成人之一。
項目團隊研發了竹材定型弧銑機、竹材弧形重組高頻拼板機、弧形竹片精銑機、去內節破竹機、竹片指接機等竹材原態弧形重組技術裝備。目前,這些設備已應用在浙江、湖南等地多家竹材企業的集裝箱底板、弧形材家具等生產線上,生產的成品已投放市場,獲得良好社會反響。
創新點二,開發了承載型竹基復合材料制造關鍵技術與裝備。
受規格和力學性能制約,傳統竹基復合材料僅適用于家裝或小制品制造等領域,難以應用于建筑結構等承載型用途。周建波說,項目團隊開發了竹質定向結構刨花板(竹質OSB)、大規格竹篾積成材、對剖聯絲重組3種竹基復合材料制造關鍵技術及裝備,攻克了竹基復合材料難以應用于建筑結構、車船制造等承載型用途難關,拓展了竹基復合材料應用領域。竹質OSB技術已經國家林業局鑒定為“技術創新性較強,處于國際先進水平”,并被國家林業局科技司列入100項科技成果推廣項目。
創新點三,創制了竹材基本單元加工關鍵共性技術裝備。
該項成果包括突破剖分、粗刨、精刨、切割、開榫關鍵技術,創新研制剖竹機、竹材切割機、作榫機、竹片四面刨床、多軸竹材精銑機5種關鍵裝備。周建波說,竹材基本單元加工設備在生產效率、降低能耗等方面,都表現出極大優勢。剖竹機可將生產效率提高2-3倍,節電25%。竹片四面刨床可降低裝備生產成本15%,同時提高加工精度20%以上,加工效率提高50%以上。
創新點四,突破了竹材熱壓機3項關鍵技術。
竹子變成竹材,熱壓是必須經過的工序。過去,竹材生產大多采用蒸汽加熱的單向加壓成型法,能耗高、效率低。項目團隊突破了竹材熱壓機3項關鍵裝備技術,變單向加壓為雙向加壓同時側壓,使熱壓過程加熱更迅速、均勻,能耗更低。傅萬四打了一個形象的比喻:“就像熱餅一樣,傳統加熱方法是在大鍋里熱,高頻熱壓方法就如同把餅放在微波爐里加熱?!?/P>
迄今為止,項目取得累累碩果,共開發裝備32種,開發新材料4種、新工藝5項,獲得國家授權專利65件,獲得科技獎勵5項,通過檢驗、檢測29項,頒布實施企業標準13項。項目研究成果已在全國300多家企業推廣應用,并建成5個設備制造基地,累計銷售竹工設備2603臺,近3年新增銷售額62994萬元,利潤達到11423萬元,部分技術裝備市場占有率超過60%。
傅萬四說,他和團隊正在研制一條集材料生產、深加工于一體的竹材生產線。他們的目標是,盡快實現我國竹材加工的完全機械化、自動化、智能化,大幅提高生產效率、降低生產成本。
2016年,這一研究成果成為中國林科院首度頒發的5項年度“重大科技成果獎”之一。此前,項目組還獲得了北京市科學技術二等獎、第十六屆中國專利優秀獎、第四屆和第六屆梁希林業科學技術二等獎、中國林業產業創新獎。
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