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中国竹材加工技术与装备研发取得新突破

时间:2017-07-04 10:43来源:国家林业局网站 作者:佚名
 

  竹材加工领域正在经历一场革新。

  历经十几年研究,“原态重组等四种竹材加工关键技术装备开发与应用”项目产生一系列创新成果。我国有了竹材加工专用设备,有望就此告别多年使用木工机械加工竹材的历史,推动竹材加工最终走上机械化、自动化、智能化的道路。项目研发出竹材原态弧形重组技术,并研制出专用成套设备,较大幅度提高了原料利用率,增强了材料力学强度,减少了胶黏剂用量,拓展了板材应用领域。

  研究成果由国家林业局北京林业机械研究所、南京林业大学、中国福马机械集团有限公司、湖南省林业科学研究院、安吉吉泰机械有限公司、中国林业科学研究院木材工业研究所、福建省大田县金门油压机制造有限公司7家单位共同完成,既有科研院所和高校,又有一线机械制造企业。北京林机所所长傅万四担任项目主持人,主要完成人包括中国工程院院士张齐生等一批国内顶级专家。

  傅万四说:“市场有需求,我们有基础。”

  我国竹资源丰富,竹林面积、蓄积及竹制品产量和出口额均居世界第一。竹材加工是一项庞大产业,是实现林木资源循环利用的朝阳产业,竹碳、竹醋、竹纤维、竹家具、竹工艺品等竹制用品更是充斥着我们的生活。可是,我国竹产业仍处于半机械半手工状态,多年来主要依靠借用、代用、改造木工机械,加工效果极不理想。

  傅万四解释说,竹材和木材的纤维素、半纤维素和木质素含量不同,竹材中空、有弧度,竹青和竹黄物理理学性能差异巨大,可以劈裂加工、拉丝加工,这些特性木材不具备,木工机械加工竹材难以胜任。

  可不可以进口?欧美国家只使用竹产品,却没有竹产业,当然也就谈不上专用的竹材加工机械。韩国和我国台湾省在20世纪80年代曾有较好的竹材加工产业,但由于劳动力成本和竹材价格上涨,产业逐渐萎缩和转移,专用机械研发、生产无以为继。

  正是在这样的背景下,“原态重组等四种竹材加工关键技术装备开发与应用”项目提出并上马,坚持十几年不辍。

  傅万四说,北京林机所长期致力于林业机械化研究,虽不是研究竹材专用设备,但机械原理相通。同时,张齐生院士带领的科研团队,给予项目组强有力的技术支撑。

  项目鉴定会上,专家评价,“研究成果填补国内空白,总体达到国内领先、部分处于国际先进水平”。业内评价研究实现了4点创新。

  创新点一,发明了竹材原态重组技术与装备。

  竹材断面呈弧形,外有竹青、内有竹黄。用传统方法加工,先要去掉竹青、竹黄,然后将竹片加工成矩形,最后实现“矩形重组”。去掉竹青、竹黄,降低了竹材的强度;弧形竹材加工成矩形竹片,最大利用率只有40%,最大重组厚度也只有20毫米,只能作为板材使用。原态弧形重组,顾名思义,是将竹材加工成弧形竹坯,保持天然竹结构,进行“弧形重组”。因为保留了竹材的弧度,重组材强度提高,竹材利用率达到70%,一次重组厚度达到45毫米,可用作板材或方材,能够替代实木。

  “资源利用效率更高,板材强度更大、重量更轻,用胶更少、更为环保。”北京林机所副研究员周建波说。他是项目主要完成人之一。

  项目团队研发了竹材定型弧铣机、竹材弧形重组高频拼板机、弧形竹片精铣机、去内节破竹机、竹片指接机等竹材原态弧形重组技术装备。目前,这些设备已应用在浙江、湖南等地多家竹材企业的集装箱底板、弧形材家具等生产线上,生产的成品已投放市场,获得良好社会反响。

  创新点二,开发了承载型竹基复合材料制造关键技术与装备。

  受规格和力学性能制约,传统竹基复合材料仅适用于家装或小制品制造等领域,难以应用于建筑结构等承载型用途。周建波说,项目团队开发了竹质定向结构刨花板(竹质OSB)、大规格竹篾积成材、对剖联丝重组3种竹基复合材料制造关键技术及装备,攻克了竹基复合材料难以应用于建筑结构、车船制造等承载型用途难关,拓展了竹基复合材料应用领域。竹质OSB技术已经国家林业局鉴定为“技术创新性较强,处于国际先进水平”,并被国家林业局科技司列入100项科技成果推广项目。

  创新点三,创制了竹材基本单元加工关键共性技术装备。

  该项成果包括突破剖分、粗刨、精刨、切割、开榫关键技术,创新研制剖竹机、竹材切割机、作榫机、竹片四面刨床、多轴竹材精铣机5种关键装备。周建波说,竹材基本单元加工设备在生产效率、降低能耗等方面,都表现出极大优势。剖竹机可将生产效率提高2-3倍,节电25%。竹片四面刨床可降低装备生产成本15%,同时提高加工精度20%以上,加工效率提高50%以上。

  创新点四,突破了竹材热压机3项关键技术。

  竹子变成竹材,热压是必须经过的工序。过去,竹材生产大多采用蒸汽加热的单向加压成型法,能耗高、效率低。项目团队突破了竹材热压机3项关键装备技术,变单向加压为双向加压同时侧压,使热压过程加热更迅速、均匀,能耗更低。傅万四打了一个形象的比喻:“就像热饼一样,传统加热方法是在大锅里热,高频热压方法就如同把饼放在微波炉里加热。”

  迄今为止,项目取得累累硕果,共开发装备32种,开发新材料4种、新工艺5项,获得国家授权专利65件,获得科技奖励5项,通过检验、检测29项,颁布实施企业标准13项。项目研究成果已在全国300多家企业推广应用,并建成5个设备制造基地,累计销售竹工设备2603台,近3年新增销售额62994万元,利润达到11423万元,部分技术装备市场占有率超过60%。

  傅万四说,他和团队正在研制一条集材料生产、深加工于一体的竹材生产线。他们的目标是,尽快实现我国竹材加工的完全机械化、自动化、智能化,大幅提高生产效率、降低生产成本。

  2016年,这一研究成果成为中国林科院首度颁发的5项年度“重大科技成果奖”之一。此前,项目组还获得了北京市科学技术二等奖、第十六届中国专利优秀奖、第四届和第六届梁希林业科学技术二等奖、中国林业产业创新奖。


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