木质复合材料
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摘要：随着人口的不断增长，对木材的需求量也逐渐增加。本文主要介绍木质复合材料在国内和国外的应用现状，以及未来的发展趋势，并就其中不足的地方提出了一些改进的意见。
Abstract：The expanding human population of the world is placing greater demand on forest resources, both natural forests and plantations. Situation and prospect analysis on wood-based Composites in application as structure materials are presented, also some suggestions are involved.
引言：木质复合材料的最大特点在于不仅能保持原单一组分材料各自的特性，而且可以性能互补，使材料具有优异的综合性能，因而在航空、航天、汽车及体育用品等领域都得到广泛应用。同时利用人工速生林木材和其它材料复合成新的木质复合材料，是缓解木材资源紧张并提升木材产业结构的有效途径。
关键词： 木质复合材料 集成材 应用现状 发展趋势
国内应用现状
集成材的概念始于1901 年, 由德国人Otto Hotzer提出, 1952 年日本引进集成材制造和生产技术, 并在此基础上加以改进, 使集成材得到了很大的发展。20 世纪80 年代, 集成材被引进我国, 首先进行此项研究的是黑龙江省林产工业研究所, 并于1987 年建厂, 当时产品主要出口日本。
我国在利用人造板制造结构用复合材料方面虽然起步较晚,但发展很快, LVL 的生产已达到一定的规模, 并已有产品出口。但目前我国木结构建筑主体框架材料绝大多数从北美国家进口, 其设计和建造技术也来源于国外, 由于缺乏检验技术、标准和规范,因此对已建成竣工的木结构建筑质量无法进行检验。近几年, 为规范和完善木结构市场, 以应对国外木结构住宅在我国的迅速发展, 我国相继制定出台了GB50206- 2002 《木结构工程施工质量验收规范》、GB50005- 2003《木结构设计规范》和《木结构设计手册》。同时, 我国在“十一五”期间, 将对木结构规格材的锯割工艺、规格材的分级检测、木结构的增强技术和木结构连接件等进行重点研究和开发, 并制定《结构用原木》、《结构用锯材》、《结构用胶合木检验方法》和《结构规格材机械分等》等相关标准和规范。此外, 我国还是国际标准化组织木结构技术委员会ISO/TC165 的P ( 积极)成员国, 并且参加第2( 胶合木结构) 、第6( 胶合指接)和第9( 原木结构含竹材) 3 个工作组的工作。建设部批准成立的建筑学会、建筑结构分会、木结构专业委员会等对我国今后木质结构复合材料的发展, 都具有非常重要的意义。
近几年, 随着北美木结构进入我国建筑市场, 我国开始对木结构房屋及其材料进行研究, 并取得了一些成果。但总体而言, 我国对木质复合材料应用于住宅建筑方面的研究与国外发达国家相比差距较大。通过引进一些国外木结构建筑技术和经验的项目, 对发展我国的木结构市场有很大促进作用。
与此同时，我国各大高校和科研院所也致力于研究各种新型木质复合材料，并取得很大进展。例如：贺福等研究发现碳纤维增强塑料--木材(CFRW)的增强效果十分显著，其弯曲模量可比木材提高12倍；张双保等[12-13]进行了玻璃纤维增强人造板的一系列研究，发表的研究报告有：木材玻璃纤维复合材料性能改善的研究、玻璃纤维增强三倍体毛白杨木质(纤维)复合材料等研究；王卫东等[14]进行了金属网增强型杨木单板层积材的研究。以上研究得到的复合材料，其物理力学性能以及耐老化性能均有明显改善，可以达到或超过相关的欧洲结构板(PrEN300-94 OSB/4)标准要求，用作为工程结构材料。王增春等[15]关于新型高性能材料FRP加固木结构的应用和理论研究。
国外应用现状
国外结构用木质复合材料的发展较早( 如日本、澳大利亚、美国和加拿大等国) 。1973 年, 由澳大利亚人J.D.Coleman 提出将木材天然结构解离到重新组合为所需要产品的程度, 即不打乱纤维的排列方向, 保留木材的基本特性, 进而重新组合成具有木桁梁那样强度的产品。1985 年Repco 公司宣布重组木诞生, 同时宣布重组木为澳大利亚联邦科学院林业产品研究所( CSIRO)发明, 并于1987 年在澳大利亚南方公司建厂生产重组木。1985 年日本也进行了类似的研究, 1986 年重组木在日本进入了工业化试生产。
新型纤维增强材料的应用是近几年发展起来的又一新型结构材料, 包括碳纤维增强集成材、纤维增强集成木梁等。木结构工字木搁栅( Wood I- Joist) 也被广泛应用于木结构建筑中, 它与胶合集成材相匹配, 是替代实木规格材的有效木结构材料, 并已在北美住宅结构中占据了重要的地位。美国和加拿大在木结构中使用工字梁居多, 且已经替换了实木托梁或横梁等。这些木质复合工程材料持续、高速的发展势头, 成为用木质复合材料建筑的发展基础, 同时开发结构用木质复合材料这一特有的林产品市场, 在国内外受到格外关注。
目前，国外利用木质复合材料建造房屋已经达到专业化水平。极大限度的把施工现场的工作转移到工厂中完成，加速了进度，减轻了劳动强度，提高工作效率及产品质量，减少材料损耗，而且不受季节限制，可以取得较好的效益。
发展趋势
我国是一个森林结构失衡和资源匮乏的国家，木材资源供需矛盾日益突出，原料供应的紧缺已成为制约人造板行业发展的瓶颈，但是原料短缺的压力也加快了人造板产业木材供给渠道的调整。
我国的人工林面积已达4466.7 万h m2, 人工林蓄积10.1 亿m3, 居世界首位。当前木材资源结构形式发生了变化, 已由天然优质大径级材向人工速生低质小径木转变, 小径木材已成为我国工业用材的主体。为解决木材供求矛盾, 应最大限度地利用低质小径木和提高木材利用率, 寻找可替代实体结构木材的新产品。
在当前形势下，结构用木质复合材料应致力于利用低等级木材制造出高强度结构材。
木质复合材料的优势在于，提供健康、舒适的生活环境, 给建筑带来新的形式和风格。国内木质工程材料的迅速发展, 使得建筑与装修合二为一, 使用面积增加, 造价明显降低。
相关高校和科研院所都在进行结构用木质复合材料研究, 该研究是一个系统科学, 从结构单元到最终产品环环相扣, 一个结构单元的性能会影响到结构组件、结构系统甚至整个建筑的使用性能。结构用木质复合材料在我国虽起步较晚, 但发展速度非常快, 它的独特功能和良好的结构性能, 越来越受到人们的关注和青睐, 在未来的木结构建筑市场中将具有很强的竞争力。但同时我们也要对其进行客观地分析, 解决好目前存在的问题, 以利于木结构房屋的顺利发展。
目前, 我国建筑行业和房地产业空前发展,，加之政府对木结构建筑的支持,，以及相关规范标准的健全,，非常有利于我国木结构的发展。有关资料显示，“九五”期间城镇住宅竣工面积23.45 亿m2， 大大高于“九五”计划12 亿m2 的目标。“十五”期间全国城乡住宅累计竣工面积57 亿m2，其中城镇住宅竣工而积27 亿m2。但新建住房的大部分为钢筋混凝土结构，只有不到1%为木结构建筑，未能满足不同层次人们的需要。而加拿大90%以上、美国80%以上的别墅和低层公寓采用木结构，日本每年的木结构住宅竣工数达到10 万套。在我国， 木结构建筑还鲜为人知， 木结构房屋市场基本还是空白，因此其发展的空间很大。加拿大联邦政府官员曾宣称，目前在中国内地建造中的木结构房屋只有300 栋，计划再建9000 栋，估计中国内地五年内将使其每年建造的木结构房屋数量达到15000 栋，木结构住宅别墅正在中国悄然兴起。
几点意见
我国结构用木质复合材发展速度缓慢的主要原因有以下几方面: ①缺乏系统的应用研究；②建筑规范标准不完善, 使结构用木质复合材的应用缺乏依据, 进入建筑业巨大的消费市场有一定的难度； ③国产设备与制造工艺尚不成熟, 生产规模、产品质量、制造成本及销售价格缺乏市场竞争力； ④结构用木质复合材的市场定位不够准确。
在市场经济大潮中，当我们不断追逐经济利益时，也应该考虑环境协调可持续发展，在木材加工中，废弃木质材料的循环利用，既可以实现废弃木质材料作为人造板工业的原料，在一定程度上缓解木材资源供应不足的压力，又可以改变传统单方向木材消耗模式，走循环经济发展模式，对建设资源节约型环境友好型社会都具有重要的现实意义。
要落实木质材料循环利用，主要有以下四种方法
1）再使用。即对使用过的板材及木制品经过修整后重新利用，基本上不改变原来的形状、性质和用途。对于质量比较好的废旧木材回收复用，是废旧木材循环利用最直接也应是首选的途径。如建房拆下的废旧建筑木料，经分类后可按市场需求加工成各种可用木料；木质包装材料回收后可根据情况回收复用。
2）再循环利用。即将废弃木质材料进行物理、化学处理后，制造出具有较高附加值的产品，如制造刨花板或纤维板。
3）再生利用。即利用废弃木质材料生成一种与原来木材性质不同，且具有较高价值的产品，如碳纤维增强材料和木塑复合发泡材料。
4）降解。即将再三利用后不能再循环利用的废弃木质材料在自然或人工条件下，降解或水解作为肥料和饲料。
参考文献
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[11] 陈志林等，木质材料阻燃技术浅论，1994-2001
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