我国是一个木材资源不足,人均低于全世界平均水平的发展中国家。数据统计,我国作为全球zui大木材消耗国和木材进口国,木材资源消耗主要应用于造纸、人造木料板材、实木家具等行业领域。目前我国年木材资源消耗总量超过5.7亿立方米,对外依赖度超过59%。
随着越来越多的行业崛起,对木材资源的需求量仍将持续增长。预计到2021年,我国对木材资源的需求量可能达到8亿立方米。为了缓解对木材资源的大量需求,解决木材资源匮乏危机的zui佳途径是寻找一种绿色环保可再生的生物质材料代替木材资源。
现如今可以代替木材资源的可再生绿色环保生物质材料有秸秆、甘蔗、菌草等。而多年生禾本科菌草作为生物质资源大家庭里的一员,素有“第二森林”美誉之称。
由于成年菌草木质化程度高、纤维长、拉力大、用于做板材,其质量高于同类产品。生长期为6~7个月的菌草是替代秸秆的优质高效原料,其质量优于秸秆产品,生长期一年的菌草可以替代木屑,可大大降低板材的生产成本和提高人造板的综合利用率。(1立方米菌草的利用价值相当于3立方米原木所制成的板材)
据统计,如果在每年生物质材料板材生产过程中加入1亿吨菌草,将会产生1.7亿吨生物质材料,这相当于取代了近3.5亿立方米的森林,从大气中吸收大约4500万吨二氧化碳等温室气体。
虽然相比于秸秆和甘蔗,菌草用于工业化起步zui晚,但应用较为广泛,国内科研人员用菌草制造非木质板材的工艺条件和经济可行性作了大量的研究,有些已经投入了生产工业化,并取得了一定的经济效益,如已经成功开发出的不同密度的菌草密度板、菌草刨花板、菌草纤维板、菌草复合纤维板等多种菌草板材产品。
菌草板材
菌草板材的力学性能分析
1、抗弯强度
注:选取相同质量的菌草、水稻秸秆、甘蔗为原料,采用自由基引入法,以过氧化氢为引发剂的热压下压制而成的板材并对其进行抗弯强度、冲击韧性、拉伸强度等物理机械性能测试和比较。
抗弯强度的大小如同水杯容量体积的多少一样。抗弯强度大,体现板材承受的压力大,坚硬、不折断;反之,抗弯强度小,板材承受压力的负载小,易折断。
从表1所示,在相同的热压工艺条件下,三种不同原料制成的非木质板材的抗弯强度,用菌草制成板材的抗弯强度zui大为95.43Mpa。
菌草密度板
经过刷漆的菌草密度板
2、冲击韧性
注:选取相同质量的菌草、水稻秸秆、甘蔗为原料,采用自由基引入法,以过氧化氢为引发剂的热压下压制而成的板材并对其进行抗弯强度、冲击韧性、拉伸强度等物理机械性能测试和比较。
冲击韧性是指在外力冲击作用下检测材料抵抗变形的能力,冲击韧性数值的大小体现了板材是脆性材料还是韧性材料。如果一个板材的冲击韧性大,那么它就是韧性板材材料,反之,若板材材料冲击韧性小,就是脆性材料。
如表2所示,菌草板材的冲击韧性zui小为2.41kJ/㎡是韧性材料,而甘蔗制成的板材冲击韧性zui大为2.68kJ/m?,是脆性材料。
菌草刨花板
菌草刨花板
3、拉伸强度
注:选取相同质量的菌草、水稻秸秆、甘蔗为原料,采用自由基引入法,以过氧化氢为引发剂的热压下压制而成的板材并对其进行抗弯强度、冲击韧性、拉伸强度等物理机械性能测试和比较。
拉伸强度又叫抗拉强度,拉伸强度体现了材料在顺力方向上承受拉力荷载的zui大能力。
如表3所示,用菌草制成的板材抗拉强度zui大为9.2MPa,其次为水稻秸秆制成的板材抗拉强度为8.3MPa,而用甘蔗制成的板材抗拉强度zui低为7.7MPa,显着低于其他原料。
菌草密度板
菌草板材的优点
1、菌草板材(密度板、刨花板)表面平整易进行涂饰加工。各种涂料、油漆类均可均匀的涂在板材上,是做油漆效果的首选基材;
2、菌草板材(密度板、刨花板)又是一种美观的装饰板材,板材的纹理逼真,美观耐看、经久耐用,比实木家具外观更胜一筹;
3、各种木皮、印刷纸、PVC、胶纸薄膜、三聚氰胺浸渍纸和轻金属薄板等材料均可在菌草板材(密度板、刨花板)表面上进行饰面;
4、物理性能极好,材质均匀,硬质菌草板材(密度板、刨花板)耐冲击、钻孔、耐高温、横向承重力好,因具有良好的吸音和隔音性能,还可制成吸声板,应用于建筑的装饰工程中。
建筑装饰
用菌草制成的板材是环保型板材,可自然降解,完全可以直接还田再利用或造纸,达到材料的可再生循环,具有价廉、易得、质轻、无污染等优点。
随着当前人民生活水平的提高,人们的健康意识、环保意识、美观意识不断增强,菌草板材(密度板、刨花板)作为一种新型人造板,不仅可以代替木料板材,而且强度已经接近传统人造板材和木料板材,超越了一般的无胶板材,被广泛运用于建材、家具、家用电器、乐器、家庭装潢等。而且还能以此来推动农业发展,帮助农民脱贫增收,提高农民对菌草利用的积极性,有着较大市场潜力和发展前景。