竹林资源加工利用的科技创新

　　科学技术是第一生产力，而且是先进生产力的集中表现和主要标志。大力推动科技进步和创新，是实现我国生产力发展的跨越所必须的。竹林资源的加工利用是一种新型产业，更必须依靠科技进步，来增强国内外市场的竞争力。
　　1 竹林资源加工利用科技创新的进展
　　我国竹林资源丰富，竹林资源的加工利用近20年来取得了长足的进步，初步形成了竹材工业体系，其科技创新成果甚至超过木材工业，并处于世界领先地位。
　　竹子与树木相比，其有一次成林，长期利用，生长快，成材周期短，生产力高等特点，被称为我国的"第二森林"，不仅如此，树木只有在成材之后才有经济价值，而竹林资源生长期间的不同阶段都有产物可供利用。如地下的冬笋是山珍之一，地上的春笋可供食用，是膳食纤维的主要原材料；幼龄竹(1～3年生)是造纸之材；成年竹是竹材人造板、竹纤维织物和竹制日用品的主要原材料；老年竹可用来烧制竹炭、竹醋。此外竹枝、竹叶均有较高的利用价值。正因为如此竹林资源的培育与利用，受到了前所未有的重视，竹产业发展极为迅速。例如浙江安吉一县的竹业产值高达45亿元，成为该县支柱性产业。竹林资源加工利用科技创新的进展主要表现在物理利用、化学利用和生物利用几个方面。
　　1.1 竹笋膳食纤维添加剂与竹笋糕点
　　我国年产鲜笋约160万t，竹笋中纤维含量较高而脂肪、淀粉含量较低，食用它能够促进肠道蠕动，可预防便秘和结肠，同时可降低人体对脂肪的吸收，从而起到减肥保健的作用。因此，竹产区人民每年都要食用大量竹笋，我国每年都有罐装竹笋、竹笋干出口到日本和欧美各国。
　　中南林学院研制出以竹笋为原料的膳食纤维添加剂，北京市食品研究所以竹笋和谷物粉为原料加工竹笋糕点如饼干、蛋糕和面包等食品，具有开创性意义。竹笋膳食纤维添加剂及其系列产品是以竹笋为原料，用竹笋生产饮料，其笋渣制备膳食纤维添加剂，以及高生物活性竹笋DF胶囊、竹笋DF糊等系列产品。该项研究将竹笋利用率由30％提高到100％，产品可广泛应用于食品、医药工业，不仅为我国竹笋资源开辟了一条新的综合利用途径，而且对竹笋加I实现了多层次增值。例如1t鲜笋可生产发酵饮料2t，售价1万元，除去生产成本，可获利3 400元，1t竹笋的笋渣可生产竹笋添加剂30-50kg，以售价5万元／t计，每吨竹笋生产膳食添加剂可获利1 000～2 000元，仅上述两个产品的生产，每吨竹笋可获利4 400～5 400元。
　　1.2 可拆装的竹材板式家具
　　以竹集成材为原材料的可拆装板式家具，有可能成为竹家具产业的新增长点。今年4月由国际竹藤组织在浙江召开了竹集成材板式家具展示研讨会，聚集了来自美国、瑞典等近百个国家的专家、学者，会议把可拆装板式家具的概念成功地引进到竹家具。它与传统的原竹家具相比，不但具有优质木质板式家具的特点，诸如易于拆装，运输体积小，成本低；不易开裂变形，不生虫蛀，耐磨性高，使用寿命长等，而且还保留了传统竹家具质感独特，色泽典雅等特点。 
　　1.3 竹纤维织物
　　最近国内已将竹材通过生物的方法，加工成竹纤维，并在株洲麻纺厂等地纺纱、织布、印染和加工成服装。这种竹纤维力学强度高于棉纤维，相当于麻纤维。16t竹材可加成1t竹纤维，1t竹纤维的国内试销价为5万元，国外试销价为7万元，不但加工增值可观，而且为纺织工业增加了新的植物资源。竹材生物方法，既有别于常见的竹材机械加工，也不同于传统的热磨制浆造纸，是竹材加工中的创新方法。 
　　1.4 竹炭、竹醋
　　1.4.1 竹炭
　　利用材性较差的老龄竹，可烧制竹炭，并且竹龄越大，出炭率越高，枯死竹合格率最高。由于竹炭的燃烧热值比木炭高30％，因此它不仅是一种高级燃料，而且由于其特性，可用于保鲜、除臭、调湿和污水处理等方面，还可以作食品添加剂和保健用品，并且主要是作为功能炭使用。竹炭制品有几十个如竹炭布、竹炭枕头、竹炭鞋垫、竹炭工艺品、竹炭复合板等等。可以分为调湿用、保鲜用、水处理用、饮料水用、煮饭用和沐浴用、脱臭用、寝具用等八大类竹炭，并将分别制定相应的标准。竹炭制品目前主要销往日本，欧美市场与国内市场还有待开拓。4～5t竹材可烧制lt竹炭，而1t竹炭的出口价为l万元以上。目前国内浙江省竹炭业发展很快，并成立国内唯一的竹炭行业组织--浙江省竹炭协会。竹炭系列产品的开发为老龄竹资源的利用开辟了新的工业化利用途径。日本专家认为竹炭是功能性材料的宝库，是具有无限机遇的领域。
　　1.4.2 竹醋
　　竹醋液是竹炭生产过程中，由竹材所含的各种物质被热解而得到的具有强烈烟臭味的馏出液。竹醋液有多种功能，它对植物和动物的组织具有很好的渗透性和吸收性，根据这种性能若利用于农业则可以提高农药和肥料的效果，并可以减少用量。即使对家畜的粪便和厨房垃圾的恶臭也具有消除的效果。如果在水中加入适量的竹醋液，则和竹炭一样使水分子团变小、易于吸收、改变水质。竹醋液还可以起到植物激素方面的作用，给作物加入极微量的竹醋液，则可以起到促进植物生根、发芽、生长，使果实的味道变好的效果。总之，它可广泛应用于农业、医疗、保健等各领域。
　　1.5 刨切微薄竹
　　浙江林学院以竹地板条(长2000mm以上)为原料，采用加压浸注提高含水率和特殊的胶粘剂，将其顺纹组坯、冷压湿胶合成竹方，然后径向刨切成0.2～1.2mm的微薄竹，作为装饰贴面材料。创切微薄竹具有竹材的质感和高附加值的特点，目前出口价为2.5美元／m2左右，极具推广应用前景。
　　1.6 竹叶黄酮
　　利用竹叶提取植物类黄酮制剂是浙江大学张英博士的一项专利技术。竹叶黄酮以其丰富的原料来源，明确的功能因子，良好的食用安全性，高效稳定的制剂品质和清新甜香的竹子风味，近年来在天然功能性食品添加剂和医药保健品领域崭露头角。因为竹叶黄酮具有优良的抗自由基、抗氧化、抗衰老、抗菌、抗病毒及保护心脑血管，防治老年退行疾病等生物学功效。目前，竹叶黄酮的系列产品如竹康宁胶囊等均已上市，并小批最出口至日、韩、美、加拿大等国。我国现有竹林面积500万hm2，以每公顷年产750kg干竹叶计算，若利用其中l％，每年就可提供3.75万t的干竹叶原料，且可永续利用，无需特别投入，其资源优势明显。
　　1.7 竹制一次性食品包装容器
　　采用台湾设备，利用大径毛竹，通过旋切成竹单板、经漂白处理、两层胶合、模压成型。目前湖南省永洲、攸县均在生产。竹制一次性食品包装容器取代塑料食品盒是一种必然趋势，可以消除困扰人们的白色污染问题，市场前景极为看好，也是竹材工业化利用的科技创新产品。 
　　1.8 竹材加工剩余物与废旧塑料的复合利用
　　利用对环境造成严重污染的废旧塑料和竹材加工剩余物为原料，通过共混粉碎后铺装，压制成一种复合板材，其物理力学性能良好，完全可以替代中密度纤维板使用。复合板在制造和使用过程中无甲醛等有毒气体释放，在长期使用报废后仍可再生利用，因而可以优化人类生存环境，是一种完全的环保材料，其生态效益和经济效益显著。
　　1.9 竹材全方位利用与竹材高效加工利用 
　　我国竹材资源和加工利用虽然处于世界领先地位，竹材的工业化利用比重也逐年增加，但这主要是指径级较大的毛竹的加工利用，中小直径的其他经济竹种，除了少量作为造纸和竹碎料板原料外，基本上未进行工业化利用，即使是毛竹其加工利用率也不高。在我国木材资源长期短缺的情况下，全方位、高效率加工利用竹材资源，以弥补木材资源之不足，具有很重要的意义。所谓全方位加工利用竹材资源，是要求对具有经济利用价值的各个竹种，不论其径级大小都进行有效的工业化利用，而竹材的高效加工利用是要求寻求一种出材率高、加工效率高和产品性能高的工业化利用方法。中南林学院在1999年采用径向剖篾、径向胶合方法，研制的径向竹篾帘复合板系列产品，是对竹材资源全方位、高效加工利用进行探索的一个具体实例。
径向竹篾帘复合板系列产品的竹篾加工，是采用对竹材进行径向剖篾来取代传统的弦向剖篾。由于径向竹篾无须剔除竹青、竹黄而能有效的进行径向胶合，它克服了目前国内外竹质胶合板普遍采用的弦向胶合，必须易除竹材弦向面内外两侧难以胶合的竹青、竹黄，并因此导致竹材利用率降低的缺点。径向剖篾的竹材利用率比弦向剖篾大大提高，而且可以利用装备有锥形刀轮的径向剖篾机，实现机械化剖篾，使剖篾效率大大提高。更重要的是径向剖篾可以适应不同竹种和不同径级的竹材加工，这不但增加了工业化利用的竹材资源数量，而且可以实现竹材资源的全方位利用。
　　2 竹帘胶合板的科技创新与发展方向
　　2.1 产品结构的改进
　　长期以来竹帘胶合板的结构是以弦向竹篾帘为主体材料作芯层、竹席为表层的板材。这种结构存在两个缺点：一是弦向竹篾帘的竹材利用率低，使产品的竹材成本居高不下。二是表层竹席的弦向竹篾厚度仅0.5mm，剖篾工作量大；加之竹席只能采用手工编织、加工效率低；此外竹席的施胶无论采用辊涂、淋涂或浸胶方式都难以达到均匀施胶的目的；更重要的是竹席的经纬交叉结构使其在热压后，表面仍然存在凹凸不平的现象，严重影响板材的外观。即使在板坯的竹席外表面用浸溃纸复膜，进行一次热压的复塑竹帘胶合板，也存在板面不平和颜色深浅不一的缺陷，这些缺陷都是由表层竹席所造成的。针对竹帘胶合板存在的上述两个方面的缺点，经分析认为可以对其产品结构进行如下两个方面的改进：一是用径向竹篾帘替代弦向竹篾帘作板材的主体材料，以提高竹材利用率；二是用木单板替代表层竹席。木单板可以是材质较软的人工速生材单板，由于材质较软热压成板时，可以填补竹篾帘所造成的沟槽痕迹，使板面平整光滑，也有利于对板面进行等厚砂光，从而提高板面质量和减少厚度偏差。此外，木单板的纹理方向与芯层竹帘垂直，即木单板的长度为板材的宽度，使木单板的生产与供应更易得到解决。采用径向竹篾帘为主体材料作芯层，木单板为表层材料的这种产品结构，与现有结构相比其优势是显而易见的。 
　　2.2 降低板材密度，改善综合性能
　　竹帘胶合板的密度多为0.95～1.05g／cm3，它不仅远高于木材人造板的密度，也高于竹材胶合板、竹地板的密度。板材密度高虽然有力学强度高的优点，但存在许多负面效应，若在保证一定力学强度的前提下，降低其密度，将给产品带来如下好处。
　　(1)减少单位产品的原材料消耗量。当竹帘胶合板的密度由10g／cm3降低到0.8g／m3时，则单位产品的竹帘用量可以节约20％，据概略计算每立方米成品可相应降低竹材成本约400元。
　　(2)改善产品物理性能。密度高的竹帘胶合板，由于板坯厚度偏差造成板内各处的密度差异较大，在储存和使用过程中吸湿或吸水后，必然造成较大的厚度膨胀量的差异。密度大的部位，厚度膨胀量大，反之则小，因而极易造成板材的翘曲变形和表面不平。这对于用作加钢框的竹帘胶合板模板来说，将严重影响其加工性能而无法使用，若降低产品密度并进行等厚砂光，可以较好的改善板材的尺寸稳定性和形状稳定性，这无疑将有利于板材的应用。
　　(3)提高产品的使用性能。密度高的板材在使用时存在两个问题：一是过重增加工人劳动强度；二是难以在施工现场进行锯、刨等切削加工和进行钉接合，增加了使用时的操作难度。高密度的竹帘胶合板甚至要用钢钉或预先钻孔的方法，才能进行钉接合。当密度降低到0.8g／cm3或以下时，板材的难锯、难刨、难钉钉、难搬运与装卸的四难问题将得以解决，由于板材的使用性能大大提高，必将受到施工单位与施工操作者的欢迎。
　　2.3 工艺创新，提高经济效益
　　2.3.1 调整工艺流程
　　竹帘胶合板现行的工艺流程是干竹帘浸胶后再干燥，然后组坯，再热压成板。这种工艺流程的缺点：一是各个工序之间不能连续；二是湿竹帘干燥浸胶后又回头进入同一台干燥机进行第二次干燥，不但造成半成品回头运输，影响车间物流畅通，更重要的是使干燥机负荷过大；三是喷气式干燥机的投资大，能耗高，从而使竹帘的干燥成本居高不下。为了克服上述弊端，调整后的工艺流程如下：干竹帘一浸胶一堆码气干一组坯一预热一热压。其特点是取消了竹帘的第二次干燥，用竹帘的堆码气干和板坯的预热来取代。板坯的预热是在特殊结构的装板机上进行的。这种工艺的优点如下：①可以大大节约浸胶竹帘的干燥成本，并且由于减少了干燥程序，竹帘不容易损坏，因而有利于提高组坯效率和板坯质量；②生产流程上无交叉回头现象，有利于车间物料的有序流通，并且也减少了物料搬运的工作量；③预热后的板坯进入热压机后，可以缩短热压时间和提高热压机的生产率。 
　　2.3.2 设计多功能生产线，采用不同的制板方式生产多个产品
　　现有的竹帘胶合板生产线可以通过技术改造设计成多功能生产线，克服仅能生产素板和复膜板两个品种的局限。在新设计的多功能生产线上，可以根据市场不同时期的需要，采用一次热压和二次加工的制板方式来生产不同档次的多个产品。如一次复塑竹帘胶合板、浸渍纸贴面竹帘胶合板、涂膜竹帘胶合板和素板等。二次加工制板可以消除一次热压制板存在的板面色差和厚度偏差大的缺陷，大大提升了产品档次，从而为产品的出口创汇创造了条件。
　　2.3.3 改进热压胶合工艺，提高产量，降低能耗
　　竹帘胶合板现行的热压胶合工艺，无论素板与复膜板全都采用冷一热一冷工艺，其优点是板材平整不翘曲，板面质量好且有光泽，卸压时不全产生鼓泡缺陷。缺点是热压周期长，降低了热压机的生产率，而且需要消耗大量的蒸气与冷却水，增加了产品成本。为了改变这种状况，进行了大量的热一热胶合工艺研究。研究结果表明：当采用一种中温快速固化(115～125*C)的酚醛树脂胶，分段卸压和卸板后立即进行密堆加压等工艺措施后，热一热胶合工艺是完全可行的。这样不仅可使热压机的生产效率提高一倍，同时节约了大量的蒸气和冷却水。如果进一步采用板坯预热工艺与热一热胶合工艺相结合，热压时间还将缩短，热压机生产率还将进一步提高。 
　　2.4 研制专用设备，提高加工效率
　　为了实现工艺技术创新的需要，中南林学院设计并在加工制造如下几种专用设备，以期提高加工效率。
　　(1)径向竹篾的加工设备。径向竹篾具有竹材剖篾利用率高的优点，为了提高加工效率，必须研制竹筒去内节机和径向剖篾机。这两种设备虽然结构简单，但刀头的设计与加工难度较大，因为竹材是一种禾本科植物纤维材料，每一根竹材的形态各不相同。从加工工艺上要求刀头的结构，要适应在2600mm竹筒长度上的弯曲度、尖削度和不圆度的变化。目前这两种设备的设计已经完成，正在试制样机。
　　(2)横向进料织帘机。现有各种类型的竹篾织帘机都是采用竹篾纵向进料与经线交叉两个动作的配合来完成的。对于长竹帘来说，由于竹篾长达2 600mm，尽管进料速度较高，但每根竹篾的进料时间仍然较长，因而影响了织帘机的生产效率。现在已设计的竹篾横向进料织帘机，由于竹篾横向进料的行程比纵向进料行程大为缩短，因而进料时间也相应减少，生产效率可以大大提高。 
　　(3)板坯预热装置。为了实现竹帘胶合板工艺流程的调整和采用板坯预热工艺，该设备已 设计了板坯预热装置。这种装置有两种结构方案，一种是在现有装板机的基础上加以改造。它包括在装板机的两侧安装散热器和顶部安装轴流风机；在装板机的四周与顶部安装密封与保温隔热材料。这种结构需要解决油缸在90*C左右环境温度下的正常工作问题。另一种结构是采用链条带动横杆进行提升装板，推板器同样也采用链条拉动。空气加热与气流循环装置，密封与保温隔热装置与前一种结构基本相同。
　　集10年之生产实践经验和科学研究成果，形成了竹帘胶合板全面系统的科技创新方案，应当相信当上述科技创新成果与方案，推广应用到工业化生产中，并形成新型的中密度径向竹篾帘复合板系列产品的产业化时，定将是竹帘胶合板的生产跃上新台阶，出现崭新局面之日。
　　随着我国科技创新力度的加大和科技创新体制的形成，在具备丰富竹林资源优势的条件下，我国竹林资源加工利用，定将在现有工业化利用的基础上，出现更多的新技术、新产品，并在竹产业方面领先于世界水平。