木材剩余物高效利用的影響因素研究

胡夠英， 沈鈺程， 劉偉忠， 姜俊鵬， 祝 超

(1.江山市檢驗(yàn)檢測研究院，浙江 江山 324110；2.江山歐派門業(yè)股份有限公司，浙江 江山 324110)

1 研究背景

森林采伐、木材加工利用后的剩余物，包括木芯、枝丫、鋸末、枝條、板皮、伐根、梢頭、灌木、枯倒木、根部齊頭、截頭、木片、碎單板等統(tǒng)稱為木材剩余物。現(xiàn)在我國與一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，在對木材加工剩余物利用的表現(xiàn)上還相當(dāng)落后，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸在木材剩余物的利用上摸索出許多途徑。

木材剩余物利用是全樹利用的一項(xiàng)重要內(nèi)容，歐洲、北美和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家多年來一直在進(jìn)行研究，利用方法各有特點(diǎn)。據(jù)估計(jì)，我國木材剩余物利用量的比重占比不到10%。而世界上每年木材剩余物的產(chǎn)量達(dá)4～5億m3，主要用于制取拷膠和做燃料，解決木材剩余物利用問題需要較大的投入，尤其是運(yùn)輸和貯存方面耗資較多，因此，如何利用木材剩余物是木材工業(yè)發(fā)展中尚未解決的問題。目前我國的森林采伐利用率為61%，剩余的39%主要是枝丫、樹根、枝條等鋸材剩余物，作為廢料被拋棄在森林里。木材綜合利用率只有63%，在37%未得到充分利用的木材中，大部分是木材加工剩余物，包括板皮、鋸屑、邊角料等，這其中占80%的是加工剩余的邊皮料，一般形狀不規(guī)則、尺寸較小、板材較薄，這類邊角料現(xiàn)在國內(nèi)外主要用作鍋爐燃料、纖維板和刨花板的原料，但其樹皮部分對纖維板和刨花板的質(zhì)量(力學(xué)性能與外觀)影響很大，一般要進(jìn)行去皮處理。由于板皮的形狀特點(diǎn)，無法利用機(jī)械去皮，因此目前國內(nèi)基本上采用的都是手工的方式去除木材板皮上的板皮，生產(chǎn)率低下，不利于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

每年我國有上千萬立方米的木材加工剩余物，僅浙江省每年就將近有300萬m3的板皮料沒有得到充分利用，如果利用其10%的邊皮料(30萬m3)，每年就可以減少5萬畝優(yōu)質(zhì)森林的木材采伐，我國森林采伐剩余物和木材加工剩余物的利用率分別只有10%和30%，而西方發(fā)達(dá)國家的森林采伐及木材加工剩余物的利用率已經(jīng)高達(dá)50%，他們享受著加工剩余物高效利用帶來的便利，也緩解了森林資源危機(jī)。木材加工剩余物高效利用的影響因素有哪些，我們將如何解決這些制約因素，如何縮小與發(fā)達(dá)國家之間的差距，是一個(gè)具有非常重要意義的研究課題。

2 木材剩余物的利用途徑

木材剩余物的利用主要分為化學(xué)和物理兩大類，國內(nèi)外專家學(xué)者經(jīng)過不斷研究，利用方法各具特點(diǎn)。從20世紀(jì)40年代以來，北美、歐洲、日本等國家和地區(qū)的研究主要集中于木質(zhì)燃料、木質(zhì)化樹脂及家具制造業(yè)副產(chǎn)品等方面，廣泛用于家具裝飾材料、建筑結(jié)構(gòu)材料、生產(chǎn)刨花板、纖維板、木質(zhì)復(fù)合板等木質(zhì)材料的原料則大部分來自小徑木材、枝椏材等。

美國、俄羅斯和日本各自利用本國優(yōu)勢，對木材加工剩余物進(jìn)行高效利用，生產(chǎn)出木質(zhì)顆粒燃料，可作為1～20 MW等各種供熱裝置的燃料；糠醛丙酮樹脂，可作為木質(zhì)玻璃纖維復(fù)合材料的粘結(jié)劑，制成各種建筑用構(gòu)件、汽車內(nèi)部裝飾件、日用雜品和包裝材料等，以及生產(chǎn)燃料和工藝木屑塊，極大地提高了木材加工剩余物的利用率，同時(shí)緩解了森林資源危機(jī)[1]。

與國外先進(jìn)國家相比，我國木材剩余物的利用和開發(fā)還很落后，利用量少，工業(yè)化利用程度低，致使我國的木材綜合利用率提高很慢。目前各林業(yè)部門已非常重視木材剩余物的利用，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)一些先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，加緊開發(fā)研究適合我國國情的木材剩余物產(chǎn)品，以緩解我國的木材供求矛盾。國內(nèi)學(xué)者在木材加工剩余物高效利用方面也進(jìn)行了相關(guān)研究[2]。

東北林業(yè)大學(xué)的馬巖教授主要在制材、剩余物利用等行業(yè)需要的板皮數(shù)控加工數(shù)學(xué)描述理論方面進(jìn)行研究，將理論與制材工藝相結(jié)合，使傳統(tǒng)加工工藝數(shù)學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，為科學(xué)管理和數(shù)字化控制板皮利用提供理論依據(jù)。

薛志勇[3]研究了木材剩余物作為人造板和造紙的原料，在林產(chǎn)化工應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)松針系列產(chǎn)品為人們開發(fā)利用木材剩余物提供了新思路。

劉德桃等[4]采用不同的蒸煮時(shí)間、蒸煮溫度和NaOH處理液濃度三項(xiàng)工藝參數(shù)，通過正交實(shí)驗(yàn)，得出最佳的工藝參數(shù)。蒸煮時(shí)間對弦長擴(kuò)展率的影響不明顯，但對弦高壓縮率、脫水率和分離度的影響比較顯著。杉木木條通過輥壓后具有較好的適用性，杉木的利用率得到較大提高。黃輝[5]對木材加工剩余物綜合利用過程中值得注意的一些問題進(jìn)行了研究，為木材剩余物的工業(yè)化利用提供了參考。杜春貴等[6]通過利用梳解加工方法采用杉木制材板皮為主要原料，進(jìn)行杉木集成材的加工工藝研究，除少數(shù)板皮不能用之外，木材利用率很高。并利用杉木板皮經(jīng)梳解加工后制得的木束條，經(jīng)一定的成型工藝制造細(xì)木工板芯板和包裝材料。

胡勇慶等[7]為木材加工剩余板皮的利用提供了新思路，先將木材加工剩余板皮在分絲機(jī)上制備成木絲單元，這種木絲表面光滑，寬度和厚度具有一致性，優(yōu)于刨花、纖維和板條，再以木絲為原料制造木絲板。劉德桃研制出一種木材木束簾芯層竹木復(fù)合板，有關(guān)技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到國家對建筑用模板的要求，這種竹木復(fù)合板主要是以制材邊皮和徑向竹篾為原料，分別將木材板皮通過蒸煮、平壓、輥壓成木束，竹材經(jīng)徑向分篾，再將制好的木束和竹篾經(jīng)過施膠、組坯、熱壓后制成竹木復(fù)合板，原料利用率得到大幅提高。

木材剩余物具有多孔隙性特點(diǎn)，具有一定的滲透性，利用這一特性將木材剩余物制備成緩釋肥料殼體，供林木、花卉等植物施肥使用，殼體裝載肥料施入土壤后，在雨水的作用下，溶解的肥料先通過木材的紋孔等固有孔隙通道、隨后又通過膠粘劑降解產(chǎn)生的通道等滲出植物養(yǎng)分[8]。

目前木材剩余物的利用途徑已經(jīng)被國內(nèi)外專家學(xué)者們研究的比較透徹，但如何提高利用效率，在使用過程中影響因素有哪些，都有待我們?nèi)パ芯俊?/p>

3 影響木材剩余物高效利用的因素

3.1 機(jī)械化程度低，手工剝皮勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率很低

我國林區(qū)的森林主伐、木材水運(yùn)、木材加工制造企業(yè)都分別需要對原木、小徑木進(jìn)行剝皮。手工剝皮效率很低，一個(gè)熟練剝皮工剝原木和剝枝椏的生產(chǎn)效率分別為0.5～2 m3/天、0.5～1 m3/天，需要耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，生產(chǎn)成本較高。采用機(jī)械剝皮具有降低剝皮成本和提高生產(chǎn)效率的優(yōu)點(diǎn)，可使剝皮成本成倍下降，生產(chǎn)效率提高幾倍或幾十倍。實(shí)現(xiàn)剝皮機(jī)械化，在實(shí)際生產(chǎn)中有著十分重要的意義，如在制材前進(jìn)行原木剝皮，則制材過程中產(chǎn)生的大量板條和板皮，可以供造紙和生產(chǎn)人造板需要。此外，樹皮本身也可做為化工原料(如拷膠等)和燃料。同時(shí)，由于除掉約占10%的樹皮，可減少裝卸與搬運(yùn)的負(fù)擔(dān)，用材部門可省去處理樹皮的工作，改善衛(wèi)生條件。

3.2 木材剩余板皮分類難度大，難以大量生產(chǎn)

木材剩余物分散在每個(gè)加工工序，企業(yè)生產(chǎn)車間比較多，難以把所有的木材剩余物進(jìn)行收集。此外，木材剩余物中夾雜著各種雜質(zhì)，有些可能含有砂礫，影響木材剩余物加工時(shí)刀具的選擇，需要進(jìn)行必要的篩選后才能使用，增加了工作復(fù)雜性，影響生產(chǎn)效率。

3.3 木材剩余物材性各異，制約產(chǎn)品的質(zhì)量

木材剩余物主要是枝丫、枝條、伐根、梢頭、灌木、枯倒木、板皮、根部齊頭、截頭、鋸末、木片、碎單板和木芯等，這些材料混合在一起，其含水率、密度、材種等均不同，在進(jìn)行再利用的過程中對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。例如木材剩余物飼料緩釋肥料殼體受木材剩余物類型殼體密度和厚度等因素的影響，釋放速率隨著殼體厚度的增加而減少，不同樹種的木材剩余物，緩釋肥料殼體的肥料釋放速率也不同。

3.4 解決木材剩余物利用問題需要較大的投入，尤其是運(yùn)輸和貯存方面耗資較多

木材剩余物的大部分是一些形狀不定、材質(zhì)差異較大的枝丫、枝條、伐根、梢頭等，不便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，導(dǎo)致即使木材剩余物價(jià)格較板材要便宜許多，但由于利用時(shí)所要投入的成本更高，而不得不舍棄。

利用木材剩余物生產(chǎn)的產(chǎn)品，因沒有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)，企業(yè)無標(biāo)生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。

4 小結(jié)

木材剩余物的利用雖然很廣泛，但其利用率受到許多因素的影響，為了提高其利用效率，提出以下建議：

(1)針對機(jī)械化程度低、手工剝皮勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，可以根據(jù)木材剩余物的分類，有針對性地設(shè)計(jì)定制小型剝皮機(jī)，提高木材剩余物的利用率。

(2)木材剩余物加工企業(yè)進(jìn)行合理布局，有針對性地集中建立木材加工剩余物加工企業(yè)，充分利用當(dāng)?shù)啬静氖Ｓ辔?，可以是一廠一品、一廠多品、一地一品、一地多品。

(3)政府部門應(yīng)積極開展質(zhì)量幫扶，發(fā)揮技術(shù)機(jī)構(gòu)平臺優(yōu)勢，針對企業(yè)產(chǎn)品特性，制修訂出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)企業(yè)發(fā)展。提升區(qū)域集群效應(yīng)，協(xié)助企業(yè)解決木材剩余物的收集和儲(chǔ)備難題，助力促進(jìn)木材剩余物的高效利用。

(4)政府和社會(huì)應(yīng)該培育和建立企業(yè)家市場，形成良好成長的社會(huì)環(huán)境，加強(qiáng)培訓(xùn)教育，發(fā)揮企業(yè)家團(tuán)隊(duì)作用，鼓勵(lì)創(chuàng)新精神。在科技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)提升中，政府及相關(guān)部門給予提供優(yōu)惠政策，幫助提供科技創(chuàng)新資金；讓企業(yè)更多地了解科技政策、科技動(dòng)態(tài)；支持鼓勵(lì)高新技術(shù)企業(yè)、科技型中小企業(yè)發(fā)展，在稅、費(fèi)的征收上給予優(yōu)惠；加快技術(shù)改進(jìn)步伐，加快新產(chǎn)品開發(fā)、提高企業(yè)市場競爭力。