速生人工林木材機械加工特點?

黃敏高

（常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院,常州 213164)

在我國部分地區(qū)，速生人工林通常被視為提升綠化效果的理想樹種。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的木材加工產(chǎn)業(yè)，特別是人造板產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，國內(nèi)從事木材加工的企業(yè)，為保持木材原料資源供應(yīng)穩(wěn)定，降低對進口大徑級木材資源的依賴程度，以速生人工林為原材料，生產(chǎn)鋸材、刨光材以及人造板材?；诖?，國家實施了速生人工林木材資源戰(zhàn)略儲備制度，由地方政府按照實際需要，重新劃定區(qū)域之后專門投入到速生人工林的培育和綜合利用中，這不僅能夠保證木材加工企業(yè)的原料需求，還能避免天然林資源的亂砍濫伐，最大限度地保護天然林資源[1-3]。

1 速生人工林木材種植意義

隨著“天?！惫こ痰膶嵤?，一系列以“退耕還林”為主的配合措施，政府在政策層面上全面提升了對林木資源的管控力度，這能夠強有力地保護自然林業(yè)資源，但對于林業(yè)資源的綜合利用，特別是以原木板材加工為主的林木資源商業(yè)化運用會產(chǎn)生影響。為有效緩解供需矛盾，確保終端市場的林木資源能夠得到有效保障，以區(qū)域為單位所進行的速生人工林培育和綜合化利用工作取得了階段性成果，而且這些速生人工林無論是初加工還是深加工基本實現(xiàn)了機械化，這為林木資源實現(xiàn)科學(xué)種植、科學(xué)利用積累了寶貴經(jīng)驗[4-5]。

1.1 速生人工林經(jīng)濟價值

據(jù)原國家林業(yè)局提供的《全國林地保護利用規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，木材及其制品的國內(nèi)消費迅速增長，到 2020年中國木材消費總量將突破4.57～4.77億m3，木材供應(yīng)缺口將長期保持在1～1.5億m3。

根據(jù)相關(guān)政策，我國自1998年啟動了天然林保護工程，所有的“退耕還林”措施都必須充分結(jié)合生態(tài)保護工程配合落實。這有效緩解了天然林資源因亂砍濫伐而極具銳減的情況。然而，也加劇了林業(yè)產(chǎn)業(yè)源頭與終端市場供需失衡的矛盾。

為有效緩解供需結(jié)構(gòu)性矛盾，各地啟動了速生人工林種植工程，特別是在一些傳統(tǒng)林區(qū)，在封山育林的基礎(chǔ)上，專門劃定一個區(qū)域來進行速生人工林的培育和種植，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)逐步形成了“邊保護、邊開發(fā)”的良性循環(huán)趨勢，這些規(guī)模不等的速生人工林培育措施，不僅在一定程度上滿足了終端消費市場的基本需求，而且還創(chuàng)造出較好的經(jīng)濟效益。據(jù)國家林業(yè)和草原局、商務(wù)部等部門提供的數(shù)據(jù)顯示，我國速生人工林產(chǎn)業(yè)年綜合生產(chǎn)總值已經(jīng)接近5 400億元，約占全國林業(yè)產(chǎn)值的7%[6-8]。

1.2 速生人工林經(jīng)濟價值

全面啟動速生人工林的培育工程，在強化和突出其綠化作用的基礎(chǔ)上，也在很大程度上扭轉(zhuǎn)了消費者的傳統(tǒng)消費主張，對于之前一味強調(diào)以“原木”或者“實木”為原材料的木材加工產(chǎn)業(yè)中，以速生人工林資源代替，讓消費者體驗到了“綠色環(huán)保消費”的全新消費主張。這種社會價值所產(chǎn)生的影響效應(yīng)是長期的，甚至有可能在一段時間內(nèi)直接改變該地區(qū)的區(qū)域性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[9]。

1.3 緩解木材供需矛盾

人工速生人工林經(jīng)過重組、優(yōu)化之后，有效改善了防腐性，這樣就能夠明顯拓展其在終端應(yīng)用環(huán)節(jié)上的適用范圍，提升速生人工林的商業(yè)價值，這對于緩解一段時期以來我國優(yōu)質(zhì)木材的供需缺口意義重大[10-11]。

1.4 維護我國木材安全

在改革開放初期，我國部分地區(qū)，尤其是天然林主產(chǎn)區(qū)，不同程度上存在“以資源換金錢”的現(xiàn)象，這些地方也在短期內(nèi)獲得了較大的經(jīng)濟利益。然而因為亂砍濫伐情況的加劇，尤其是在毫無保護性措施的情況下對天然林資源進行砍伐之后導(dǎo)致天然林總量銳減，給氣候、土壤、水資源造成不可逆的破壞之后，直接威脅到了我國的木材安全，促使我國木材以及整個林產(chǎn)工業(yè)亟待轉(zhuǎn)型升級[12]。

2 主要速生人工林木材機械加工特點

由于在終端消費市場上對于木材的基本需求存在差異性，有些需要結(jié)合實際應(yīng)用進行二次加工，所以在這些速生人工林的分類與加工過程中，都按照初加工、精加工這種加工方式的差異性來進行區(qū)分。

2.1 楊木機械加工特點

按照傳統(tǒng)楊木的生產(chǎn)特性，其并不符合速生人工林木標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)過林業(yè)技術(shù)人員優(yōu)化和重新培育的“改性楊木”，其生長周期可以縮短至6～10年，而且因為其木質(zhì)硬度和柔韌性都符合板材加工的基本需要，得到了有效推廣[13]。

2.1.1 楊木板材初加工

由于楊木板材耐腐蝕性較高，因此在粗加工階段，在加工的過程中，會按照楊木的基本尺寸不同程度地增加化學(xué)制劑，從而達到明顯提升其木質(zhì)結(jié)構(gòu)韌性和防腐性的效果（如圖1所示）。根據(jù)其物理特征來看，經(jīng)過粗加工的LVL單板層積材可以投入使用，經(jīng)過初級階段粗加工的楊木板材其尺寸基本一致，這樣便于消費者按照實際需求對其進行拼接或者裁切。一般來說，其尺寸大致被控制在：長度為4～8 m長（最長8 m,8 m以內(nèi)可任意鋸割），寬度為任意寬度 （常規(guī)寬度為40～200 mm），厚度為20～200 cm（最厚可以達300 mm）[14]。

圖1 楊木單板層積材Fig.1 Poplar laminated veneer lumber（LVL）

2.1.2 楊木板材精加工

楊木板材的紋理線條較為美觀，且色調(diào)相對較為豐富，所以無論是作為建筑構(gòu)件還是家具，都能夠傳遞出較為豐富的視覺傳達信息，特別是在層次結(jié)構(gòu)上的條理性能夠明顯提升板材的立體感效果，將其應(yīng)用于文體器材上，能產(chǎn)生一種視覺效果上的美感，從而拓展楊木板材的實際應(yīng)用范圍[15]。

基于此，楊木板材在進行精細加工的過程中，對于工藝要求比較嚴(yán)格，以至于其價格也從初加工的1 700元/m3增加到精加工的4 500～6 000元/ m3，其中白楊木材質(zhì)的板材市場銷售價格基本在8 000元/ m3以上。

如此高的商業(yè)附加值說明了其精加工的工藝比較復(fù)雜，整個工藝過程主要實現(xiàn)兩個目的，其一是有效降低甲醛含量，相關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，經(jīng)過精加工工藝的楊木板材甲醛含量較低；其二是進一步優(yōu)化尺寸，粗加工的楊木板材尺寸較為固定，可以任意切割，但體積較大，而經(jīng)過精細加工的板材，其尺寸基本上在長度為500～600 mm之間，厚度不超過100 mm，基本屬于半成品尺寸。

2.2 桉木機械加工特點

桉木材質(zhì)較軟，其硬度、韌性和抗震性能相對較差，不過由于其天然的氣干性較強，因此被大量應(yīng)用在家具行業(yè)中，因此桉木在進行機械加工的過程中，無論是粗加工還是精細加工，都應(yīng)圍繞其終端用途來進行[16]。

2.2.1 桉木板材初加工

桉木是世界公認的三大速生人工林木木材資源之一，在國外，桉木有極為廣泛的市場應(yīng)用空間，由于我國桉木種植起步較晚，所以在初級加工階段，有效解決桉木木材中可溶性物質(zhì)的工藝有待提升，但國內(nèi)的桉木基本被應(yīng)用于家具生產(chǎn)與制造，所以只要將初加工的重點放在防腐性能提升上，就基本能夠滿足客戶的需求（如圖2所示）。通常，將新伐桉木在6周內(nèi)進行加工，然后在溫度為65～75 ℃、質(zhì)量濃度為0.8%的氫氧化鈉溶液中浸泡12 h，取出后在通風(fēng)處晾干備用。待水分基本上以風(fēng)干的方式揮發(fā)掉之后，按照長度不超過1 500 mm，寬度不超過300 mm的規(guī)格進行初加工之后，就可以投放市場[17]。

圖2 經(jīng)過防腐處理的柳桉木Fig.2 Preserved eucalyptus.saligna Sm.

2.2.2 桉木板材精加工

由于桉木的韌性不如楊木，所以無論是紅柳桉木還是白柳桉木，都需要在完成初加工之后的3～6個月時間內(nèi)完成精細加工環(huán)節(jié)，這樣才能夠讓桉木的結(jié)構(gòu)特性最大化地顯現(xiàn)出來。其精加工的重點也在拋光和刨光兩個工藝上。已經(jīng)完成初加工的桉木，生材加工容易，切面光滑，磨光性好，握釘力強，干燥處理后，通常都不會對其材料尺寸進行進一步地裁切，因為有些家具，尤其是組合性質(zhì)的家具其基礎(chǔ)尺寸變量性因素較多。只需注意在刨光過程中控制溫濕度，其中變溫箱的溫度控制在15～50 ℃之間，其物理特征變化很小，經(jīng)機械或手工加工后，能直接應(yīng)用于家具生產(chǎn)[18]。

2.3 杉木機械加工特點

老式的家具多為杉木材質(zhì)，然而在現(xiàn)代裝修和家具制造中卻很少用杉木材質(zhì)，這主要是因為之前黃山地區(qū)周圍的杉木資源較為豐富，遵循著就地取材的原則，在杉木的資源利用中其應(yīng)用范圍被擴大。再加上杉木的木纖維化學(xué)穩(wěn)定性較強，不易變形，實木感突出，所以仍然被廣泛使用。隨著一系列護林措施的實施，黃山地區(qū)的杉木資源被保護起來?，F(xiàn)在市面上推出的杉木資源，大多都是經(jīng)過人工改良之后的速生杉木，這些杉木由于是速生品種，其機械加工過程也與傳統(tǒng)的杉木之間存在著一些差異性（如圖3所示）[19-20]。

圖3 杉木材質(zhì)的熏蒸木桶Fig.3 Fumigation barrel made of Chinese fir

2.3.1 杉木板材初加工

杉木表面硬度較軟，外力作用易引起劃痕，同時結(jié)疤多，所以一般較少直接用來做家具，而是用來制作紙漿、細木工板、密度板、刨花板、龍骨，或是做成指接板用來做家具的內(nèi)擋板（如圖3所示）。所以其初加工工藝較簡單，有些僅僅是將原木材料進行去皮處理，因為在其最終用途不確定的情況下，對其尺寸進行較為細致的分割會直接影響其用途。

2.3.2 杉木板材精加工

已經(jīng)完成初加工的杉木通常具有光亮整潔的外觀，顏色從白色到淡黃色，呈致密的通直紋理和光滑的質(zhì)地，其干燥性能良好，經(jīng)過窯干后，其強度高并且性能穩(wěn)定，具有較好的加工性能，適于開槽和鉆孔，易于用釘或螺絲固定。

3 結(jié)語

基于平衡型發(fā)展的原則來看，速生人工林資源的綜合利用，能夠有效緩解我國林木資源供需矛盾。我國速生人工林的健康可持續(xù)發(fā)展，需要制定科學(xué)的木材戰(zhàn)略儲備規(guī)劃，不斷提升木材加工工藝水平，實現(xiàn)木材資源的綜合利用。建議國內(nèi)的木材加工企業(yè)，尤其是以大徑級木材和珍稀木材為原料的企業(yè)，盡快開展“騰籠換鳥”，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，充分利用速生人工林木材（楊木、桉木、杉木等），生產(chǎn)出滿足人們物質(zhì)文化需要的木制產(chǎn)品，從而為實現(xiàn)我國速生人工林資源的科學(xué)永續(xù)加工利用奠定基礎(chǔ)。