非木材植物人造板的发展与应用现状及展望

刘云霞， 刘洪海

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037)

由于我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，使得大规模“全屋定制”板式家具日趋流行[1]，进而对木质人造板的需求逐年上升。然而世界森林资源日益紧缺，所以非木材植物人造板的研发利用对于社会的可持续发展具有重大意义[2]。我国非木材植物资源种类多、产量高，具有巨大的利用优势。我国自20世纪50年代开始研发非木材植物人造板，经多年科技攻关，在非木材植物原料的开发利用上积累了大量的经验，目前在该领域技术学平处于世界前列[2-3]。

本文从非木材植物人造板的原料、种类以及生产工艺的角度总结非木材植物人造板的发展及应用，在此基础上指出当前该领域需解决的问题，并对其提出展望。

1 非木材植物人造板的发展概况

1.1 非木材植物人造板国内外发展历史

1.1.1 国外发展历史

国外20世纪初就已经大规模地开始利用非木材植物麦秆为原料进行人造板的研发和生产，目前世界上非木质人造板的总产量已经达到所有木质人造板原材料总产量的10%以上[4]。1905年，德国率先进行麦秆人造板的研发生产，开启了非木材植物人造板的先河。20世纪20年代，美国工厂利用蔗渣进行了软质绝缘板的生产，之后陆续研发了蔗渣纤维板和蔗渣碎料板。1984年第一个麻屑板厂在比利时建成。1966年德国的Kollmann提出了以稻壳为原料进行碎料板的制造，通过后续的研究和技术开发，菲律宾于1980年建成了世界上第一座稻壳板厂。伊朗在1968年最先建成了棉秆碎料板厂。20世纪80年代，苏、美、法、德等几个国家开始对麦秆、棉秆、蔗渣、麻屑等原料的人造板工艺进行研究。1985年，第一家以蔗渣为原料的中密度纤维板厂在泰国建成。1995年，以麦秸为原料的刨花板生产线由瑞典Daproma公司在美国建成。21世纪以后，麦秆和稻秸人造板开始在国外被普遍应用[5]。

1.1.2 国内发展历史

国内从20世纪50年代开始进行稻壳板的研究，到 80年代初步获得一些成果，后期由于原料、工艺技术等的影响，一度导致研究生产停滞不前。除稻壳板外，以蔗渣为原料的软质纤维板是我国非木材植物人造板中较早研发出来的，在此之后硬质纤维板和碎料板也陆续研发出来。

1987年，第一条麻屑板车间由中国林科院与其他研究院合作设计出来，到20世纪90年代中期，我国已经有10余条亚麻屑刨花板生产线。20世纪80至90年代初，河北、山东、河南和新疆等棉花产区开始了以棉花杆为原料的人造板生产研究。20世纪初，中国对于非木材植物人造板的研究重点放在了麦秆和稻秸上。20世纪70到80年代，国内研发了以竹材为原料的竹编胶合板，最早开启了竹材人造板的研究。20世纪90年代初，南京林业大学张齐生提出了以“竹材软化展平”为核心的竹材胶合板，之后该产品被广泛应用于车厢底板。在此之后的10年里，国内开发应用了竹席/竹帘胶合板和竹集成材制造技术，竹材人造板自此呈现高速高质量发展的态势[6]。

20世纪90年代后，我国对利用农作物剩余物生产人造板的研究开发由实验室转向了生产实践。“十五”期间，许多科研院校和机构对于秸秆人造板开展了大量的研究，成果显著。同时，在相关生产设备方面，较为成熟完整的非木材植物人造板生产设备也陆续研发生产出来。至此，我国非木材植物人造板在原料、工艺、设备等方面都有了统一的系统。

1.2 非木材植物人造板的种类

按照原料的形态可以将非木材植物人造板分为纤维板(原料为纤维形态)、碎料板(原料为碎料、废壳形态)、胶合板(原料为单板形态)以及复合板四大类，当前工业生产主要以纤维板和碎料板为主。此外，也可以按照原料的种类来划分，如纸面稻草板、竹类人造板等。

1.3 非木材植物人造板原料的分类

已经实际应用的非木材植物原料大部分为农作物下脚料和野生植物。如按植物生活期分，非木材植物原料纤维可分为1年生植物纤维(如棉秆、稻草等)、2年生植物纤维(如甜菜等)和多年生植物纤维(如竹类等)。按植物用途又可分为粮食作物纤维(如稻麦杆、高粱秆)、油料作物纤维(如花生壳、葵花壳)、经济作物纤维(如棉秆、麻秆)、野生植物纤维(如龙须草)。按纤维在植物组织中的部位分为果实纤维、叶纤维、种毛纤维、韧皮纤维、茎秆纤维等。非木材植物人造板的主要种类见表1。

表1 非木材植物人造板的主要种类

利用上述最后一种分类方法并结合人造板生产中不同原料需采用不同的工艺措施，可以把非木材植物原料分为五大类：秸秆类、茎梗类、壳类、废渣类、藤草类。具体分类见表2。

表2所列的非木材植物原料在我国种类和产量都十分丰富。以秸秆为例，据统计仅用全国稻秸和麦秸总量的5%，便可制造约2 000万m3的人造板，可以代替6 000万m3的木材。我国秸秆年产量约7亿t，其中麦秸和稻秸近4亿t，玉米秆、高粱秆和棉花秆约2亿t，可以进行工业化生产的逾6亿t[7]，秸秆人造板适用于家具、包装等领域[8]。此外，中国也是世界竹林资源最为丰富的国家，竹材也是一种优良的木材替代品[9]。我国竹类品种及年产量都相当丰富，竹林面积广泛，主要分布在华东、西南和华南的多个省区。

表2 非木材植物原料分类

2 典型非木材植物原料及其板材

2.1 稻麦板

稻草纤维短而细，且杂细胞与不定性细胞含量高，滤水性差，在工业生产中应去除草叶、草节和草穗。其秆茎的结构不易压缩软化，在制浆中其蒸煮工艺很难控制。同时，其表皮光滑，润湿性差，十分不利于施胶[10-13]。但稻草麦秸来源广，生产成本低，且稻麦板有相对较好的物理力学性能，可应用于室内装饰、包装等领域。

当前以稻麦秆为原料的人造板主要有纸面稻草(麦秸)板、稻草碎料板、麦秸碎料板、稻草(麦秸)软质装饰吸音板、草筋板等。

2.2 稻壳板

我国从20世纪50年代起已经有人提出稻壳板的生产，但由于成本、技术、质量、应用等多方面的限制，发展一直很慢。稻壳纤维只有0.3 mm左右，稻壳板加工过程中纤维之间的连接主要靠胶黏剂。因稻壳表面粗糙且有疏水层，极大增加了胶合难度。因此，在进行施胶成型之前，需先对原料进行预处理—碾磨或辊磨处理。

稻壳板可以作为木材刨花板的代用材料，其具有良好的隔音和吸热能力，可用作隔音、吸声材料，高密度稻壳板可直接应用于家具领域，如桌面、柜面、床架等，也可二次加工，如对其进行特殊涂饰，运用于家具等领域，也是很好的装饰材料[14]。此外，其在船舶及车辆的装修、缝纫机台板上也有应用。

2.3 棉秆人造板

棉秆自身的强度较低，其人造板强度一般低于木材板材，但也可以在工艺上采取措施生产高等级板材。棉秆皮含量高会增加生产上的困难，因此在生产中最好去除棉秆皮。棉秆人造板主要是棉秆纤维板和棉秆碎料板，目前已经研发生产出来的品种主要是软质纤维板、硬质纤维板和中密度纤维板。棉秆碎料板是近些年发展较快的板种，由于大力提倡干法制板，目前棉秆碎料板厂在规模以及数量上都相当可观。

2.4 蔗渣人造板

蔗渣是由维管束、表皮以及蔗髓所构成，前两者影响蔗渣板材物理力学性能和板材强度，后者对板材质量带来不利影响，因此在生产中除髓是一道重要的工序。蔗渣板材的类型主要有覆塑蔗渣瓦楞板和自生胶蔗渣碎料板。覆塑蔗渣瓦楞板主要用于室外场所，如一些简单的凉棚、车棚或者临时搭建的房屋，用作屋面材料。自生胶蔗渣碎料板利用蔗渣本身所含糖类物质在适当条件下转化成胶结物质，能够生产无需胶黏剂的板材，该研究尚处于开发阶段，有很大的发展空间。

2.5 竹材人造板

由于竹材特殊的外观形态以及其高于木材的各向异性，相较于木材而言增加了其加工难度[15-23]。竹材吸水性强，利用其高吸水性可以对其进行蒸煮软化。同时竹材具有良好的力学性能，因此竹材人造板的物理力学性能十分优异。

竹材人造板主要有竹席(竹帘/竹片)胶合板、竹篾层积材、竹席波形瓦、竹材碎料板、竹材纤维板、竹材复合板、重组竹、径向竹篾复合板等。由于其良好的性能，被广泛应用于家具、室内装修、建筑等领域。

2.6 麻屑人造板

亚麻是我国主要经济作物之一，亚麻除去外表皮的剥皮剩余秆屑就是亚麻屑。为最小程度影响板材的强度，在制板过程中，应该最大限度地去除粉尘等杂物。麻屑中的麻纤维团虽然纤维含量高，但交织结团会影响板材的力学性能和耐水性，故也要除去。麻屑人造板一般有纤维板和碎料板两种，又可按照麻的具体种类命名，如苎麻人造板，黄麻人造板等。竹材人造板主要品种及应用见表3。

表3 竹材人造板主要品种及应用

2.7 芦苇人造板

芦苇纤维含量与蔗渣接近，故也同蔗渣一样可用作造纸原料，也可制作人造板。芦苇人造板主要是芦苇纤维板和芦苇碎料板。芦苇的吸湿率和吸水率均低于木材，其吸水厚度膨胀率也相应低于木材刨花板。芦苇壁厚，因而强度较好，芦苇碎料板拥有较好的力学性能。

芦苇叶与芦苇膜中的高含量SiO2严重妨碍了胶结过程，降低了脲醛树脂胶与芦苇碎料之间的胶合强度，因此在进行施胶之前，应先尽量去除苇叶和苇膜。芦苇碎料施胶易结团，普通脲醛树脂胶黏剂制成的芦苇碎料板其各项物理力学性能都较差，需要采用特殊胶黏剂(如异氰酸酯胶黏剂)。

3 非木材植物人造板存在的问题及展望

3.1 存在的问题

(1)原料方面，非木材植物原料的获取具有很强的季节性，在工业生产中，为了保持原料的供应，工厂需要提前贮存8～9个月的原料，这需要占用较大的贮存空间和成本。此外，在贮存过程中，原料的防潮防腐是一个不容忽视的关键性问题，而且采取有效防潮防腐手段的同时，也要考虑贮存效果和生产成本，这方面也存在着一定的技术难度。

(2)工艺方面，目前对于麦秸板、竹材人造板等非木材植物原料人造板的研发以及生产都较为成熟，有较为完整的工艺流程。但对于稻壳板以及其他并未形成完整工艺流程的非木材植物原料来说，在研发阶段仍有许多问题亟待解决。如稻壳板生产过程中，由于稻壳中具有高含量的SiO2，形成了表面疏水层，导致其胶合十分困难。因而在稻壳板工艺技术的研发中，胶黏剂的研制十分关键，要求内聚强度高，多组分且具有较好渗透性和流动性的胶料。

(3)生产设备方面，制板过程中，不论是前期原料预处理，中期施胶组胚热压成型，还是后处理阶段，对设备要求都很高。虽然非木材植物原料与木材原料并没有本质上的区别，非木材植物人造板也基本是套用木材人造板的设备流程，但对于一些特殊材料，如稻壳、竹材、蔗渣等，需要对材料进行特殊处理，相应设备的革新也必不可少。我国目前非木材植物人造板设备在关键技术创新层面与国际水平还存在一定的差距，处于追踪和模仿阶段，有待增强自己的核心技术。

3.2 展望

从生产规模以及市场需求来看，我国是非木材植物人造板生产大国，非木材植物人造板发展潜力很大，但仍存在许多问题。普通民众对于非木材植物人造板的了解甚少，甚至对其有误解，相关部门应加大对非木材植物人造板的宣传，才能使广大消费者以及农作物种植者在意愿上接受非木材植物人造板并提供原料。同时，相关设备厂商也应加大力度开展对一些特殊工艺设备的创新性研发，开发新型设备，并对原有设备进行升级改造，以适应非木材植物人造板的生产。政府也要加大扶持相关产业的力度，如通过税收政策等鼓励非木材植物人造板厂商建立完善的企业生产模式。只有各方面积极配合协同发展，我国非木材植物人造板才能够发展成兼具经济效益、生态效益以及社会效益的产业，才能具有光明的前景。