重组木的制造与性能

随着双碳目标的临近，高性能的木质材料成为人们关注的热点之一。重组木利用速生林木材制备，通过绿色的工艺制成木工板，不但力学性能达到实木板材的标准，而且环保指标同样达到现代挥发分控制标准，成为木材，尤其是低价值木材利用的重要手段。本书技术先进， 原创性成果明显，通过实例以及工艺参数的分析，将重组木制备技术展现在读者面前。

近年来，我国天然林木材资源严重短缺，人工林资源丰富，优质木材资源供需矛盾突出。杨木、桉树、柳杉、马尾松和落叶松作为我国五大速生材种，强度低、径级小是其显著缺点，因此以速生材为原料制备的木质复合材料一直以胶合板等非结构材为主，无法替代优质硬阔叶材。为了充分应用速生小径材，美国等国家研究开发出单板层积材（LVL）、单板条层积材（PSL）、刨花层积材（LSL）和定向刨花层积材（OSL）等多种结构用木质复合材料。除此之外，重组木也是应用速生材生产高性能复合材料的主要研究方向之一。
重组木概念在20世纪70年代被提出，40多年来国内外研究者一直致力于重组木产业化的研究。在我国，重组材的研究经历了几代的发展，包括传统重组木、重组竹、高性能重组竹和纤维化单板重组木四个阶段。20世纪80年代末，在重组木概念的启发之下，中国林业科学研究院木材工业研究所提出利用竹子制造重组材的设想。研究人员借鉴前期生产重组木的工艺技术，结合竹子本身的特性，采用热压法在实验室成功地制备出了重组竹。此后，南京林业大学和浙江农林大学等院校也相继开展了重组竹研究。
此时研究制备的重组竹存在胶合强度差、尺寸稳定性差、严重跳丝和开裂等问题，无法产业化。进入21世纪以来，重组竹历经了十几年的发展，其制造工艺取得了突破性的进展，在企业和科研人员的共同努力下，先后成功开发了“冷压热固化法”和“热压法”两种胶合成型工艺，使重组竹实现了产业化，其产品如家具、地板等一度畅销海内外。但是，竹束疏解不充分和竹青竹黄无法有效胶合，导致竹材的利用率不高，以及大量的小径杂竹无法被工业化利用，使得重组竹的大规模产业化遇到了瓶颈。
2009年，针对竹材疏解和竹青竹黄的胶合难题，在国家重大项目的支持下，中国林业科学研究院木材工业研究所联合企业和其他研究单位，成功地开发出了高性能竹基纤维复合材料制造技术和多功能疏解机，最终攻克了竹青竹黄界面有效胶合的技术难题。通过控制竹材的密度、纤维分离度和树脂导入量等参数，制造出了高性能重组竹，并在结构用材、室内外装饰装潢用材和包装用材等领域共开发了8种新产品，成功地实现了产业化。
经历了传统重组木、重组竹和高性能重组竹的持续渐进发展，特别是高性能重组竹的成功研发和应用，为纤维化单板重组木的研发奠定了基础。借鉴高性能重组竹的生产工艺，中国林业科学研究院木材工业研究所和其他研究机构及企业，一起成功研发出了适应市场需求的纤维化单板重组木产品。与其他非木质类建筑材料相比，纤维化单板重组木具有优良的物理、力学性能和尺寸稳定性，既可用于生产室内室外地板等建筑装饰装潢材料，又可制成结构材用于门窗、梁柱等领域，未来必将成为速生林木材高效利用的主要方向之一。
尽管纤维化单板重组木性能优良，结构和户外市场对其应用的实际表现也很期待，但是作为新型木质复合材料，纤维化单板重组木技术还未达到大规模产业化的程度。因此，有必要对其制造工艺和物理、力学性能之间的关系进行系统的研究，以便开发出更加成熟稳定的工艺流程来指导生产实践。
重组木无论作为非承重结构材料应用于门窗，还是作为休闲景观材料应用于户外，对其表面性能和耐老化性能都提出很高的要求。产品暴露于大气中，会受到紫外线、温度、湿度及其他化学介质的影响，势必导致其诸如颜色、粗糙度、表面形貌和力学性能等的变化。在保证基本的力学性能和物理性能基础上，对其表面性能和耐候性能进行系统的研究和评价是必要的。评价指标规范化后能使其产品更容易被接受，进一步促进产品在新领域的拓展和应用。
书中不足之处，请读者不吝赐教。

著者
2023年5月

梁艳君，西南林业大学教师，木基复合材料科学与工程博士。从2013年开始，近10年来主要从事竹材防护及改性、新型木基复合材料、新型竹基复合材料的研究和教学工作。

本书系统地介绍了利用速生林杨木和落叶松制造重组木的工艺和性能，重点阐述制造工艺因子与重组木的力学性能、耐水性能、表面性能和耐候性能之间的关系，为重组木产品产业化提供基础数据，使其可用于室内、户外及建筑结构等多个领域。
本书主要包括以下四个方面的内容：纤维化单板重组木的制造；树种和制造工艺对重组木力学性能和耐水性能的影响；重组木表面性能研究；重组木耐候性能研究。具有较高的学术和应用价值，可供木材科学与技术、木基复合材料科学与工程及家具设计与工程等专业的科研人员、大专院校师生、相关企业的工程技术人员，以及人造板领域的生产、销售与管理人员参考。

第1章绪论1
1.1重组木的起源和存在的问题1
1.2重组木制造及性能的研究进展2
1.2.1纤维化单板重组木制造技术的研究进展2
1.2.2木质复合材料表面性能的研究进展6
1.2.3木质复合材料耐老化性能的研究进展10
1.3重组木制造及性能分析概述15
1.4重组木制造技术路线16

第2章纤维化单板重组木的制造18
2.1重组木制造工艺18
2.1.1重组木制造材料18
2.1.2重组木制造设备21
2.1.3重组木制造方法21
2.2生产过程中胶黏剂及其板材性能的变化27
2.2.1胶黏剂性能在浸胶工艺过程中的变化27
2.2.2胶黏剂性能在干燥工艺过程中的变化29
2.2.3胶黏剂及其板材性能在干燥后放置过程中的变化31
2.3原木及重组材微观构造分析33
2.3.1杨木和落叶松微观结构33
2.3.2杨木和落叶松纤维化单板微观结构34
2.3.3杨木和落叶松重组木微观结构34
2.4小结35

第3章树种和制造工艺对重组木力学性能和耐水性能的影响37
3.1重组木制造参数38
3.2树种对纤维化单板重组木性能的影响38
3.2.1树种对重组木力学性能的影响39
3.2.2树种对重组木耐水性能的影响41
3.3制造工艺因子对纤维化单板重组木性能的影响44
3.3.1密度对重组木力学性能和耐水性能的影响44
3.3.2树脂浸渍量对重组木力学性能和耐水性能的影响44
3.3.3单板厚度对重组木性能的影响48
3.3.4铺装工艺对重组木性能的影响51
3.3.5胶黏剂对重组木性能的影响55
3.3.6厚单板疏解和薄单板高浸渍量技术对重组木性能的影响56
3.4重组木的密度梯度和含水率梯度59
3.5小结61

第4章重组木表面性能研究63
4.1重组木制造参数及方法64
4.1.1重组木制造参数64
4.1.2重组木试件制造方法65
4.2重组木的表面硬度分析69
4.3重组木的表面粗糙度分析71
4.4重组木的表面润湿性能分析73
4.4.1重组木的表面接触角73
4.4.2重组木的表面自由能77
4.5重组木的表面形貌特征79
4.6小结82

第5章重组木耐候性能研究84
5.1重组木的制造参数和性能测试方法85
5.1.1重组木制造参数85
5.1.2重组木性能测试方法86
5.2重组木自然老化性能分析89
5.2.1自然老化力学性能分析89
5.2.2自然老化耐水性能分析90
5.2.3自然老化表面颜色分析91
5.2.4自然老化重组木表面化学基团分析94
5.2.5自然老化重组木表面C和O元素分析97
5.3重组木人工加速老化性能分析99
5.3.1人工加速老化力学性能分析99
5.3.2人工加速老化耐水性能分析100
5.3.3人工加速老化重组木表面粗糙度分析101
5.4小结102

参考文献105

附录117