綠色設計走向：竹材裝飾開發(fā)應用

撰文：張齊生

一、中國的竹類資源

竹材是地球上生長速度最快、繁殖最容易、成熟期最短的一種生物質(zhì)材料。世界竹類植物有70多屬1200多種，中國竹類植物占其中41屬500多種，中國竹資源覆蓋了世界主要的竹品類，無論是竹種資源的數(shù)量、竹林面積和蓄積量，還是竹林產(chǎn)品的產(chǎn)量，皆居世界之首。

竹林

高頻熱壓竹重組材剖料

從生長形態(tài)和地下莖分類情況看，竹子有散生竹和叢生竹兩種。散生竹直徑一般為八九公分，大的可達一尺以上，材性非常好。全世界約90%的散生毛竹分布在中國，我國浙江安吉產(chǎn)的毛竹就是其中之一。叢生竹一叢一叢生長，直徑有三十至四十多公分，我國廣東省廣寧縣的青皮竹和云南省的巨龍竹都屬于叢生竹。此外還有綠化用的地皮竹，它像草一樣生長，直徑很小，只有一兩個毫米。

竹類資源生長速度快，成熟周期短，叢生竹三年就可以開發(fā)。在適合竹類資源生長的竹鄉(xiāng)，絕對不采伐對竹類資源的生長并沒有好處。通常新竹長出，就要把三年前的成竹砍掉。從這個意義上說，竹類資源可實現(xiàn)源源不斷的供應，只要適時采伐，既可充分利用，也有利于竹子的可持續(xù)生長。竹子直徑有大有小，竹壁有厚有薄，若設計制作、生產(chǎn)得當，便可制成各種各樣的竹產(chǎn)品、竹裝飾材料。某些成功的竹鄉(xiāng)，其竹產(chǎn)業(yè)效益遠遠大于糧食種植效益。

二、竹裝飾材料的開發(fā)與應用

因為竹材具有直徑相對較小、中空、壁厚不均勻等生物特點，直接用于裝飾材料的效果遠不如木材，也很難與其它材料競爭。但竹材生長周期短，有很好的強度、韌性，其紋路通直，顏色簡潔且可進行漂白或染色處理，這就為其進行二次加工并制備竹裝飾用材創(chuàng)造了有利的條件。經(jīng)過長期的探索和研究，我國已經(jīng)獲得的竹裝飾材料包括竹集成材、竹重組材、竹刨切單板、竹旋切單板、精制竹編膠合板、竹簾膠合板等。

1.竹集成材

所謂集成材，就是將竹子加工成竹條，經(jīng)熱壓膠合制成的材料。集成材主要有如下類型：加工好的竹條側(cè)向膠拼，成為側(cè)壓集成材；正面橫向膠拼，成為平壓集成材；還可根據(jù)需要，經(jīng)數(shù)層膠合后成為多層板。平壓和側(cè)壓沒有本質(zhì)上的區(qū)別。在加工過程中，側(cè)壓較容易加工，膠合面比較大，特點是節(jié)子的效果分散；平壓的要求相對較高，因為膠合面較小，特點是竹節(jié)效果明顯，且通常以多層形式使用。竹集成材主要用于地板、家具、門、樓梯、裝飾線條、裝飾板材等。

竹裝飾效果圖

集成材經(jīng)數(shù)層膠合起來就構(gòu)成一定厚度的大板材，可用于地板；層積層數(shù)增加，便可形成一定厚度和體積，作為家具面板使用。考慮到面積、體積、重量、價格等原因，竹集成材還可以通過和木材復合制成竹木復合材料。厚型竹集成材主要用作大型桌面、樓梯立柱等；薄型竹集成材多用作裝飾或與木質(zhì)人造板復合。

1）竹集成材地板

竹集成材地板于90年代初由臺灣竹加工設備廠商（如臺灣錦榮機器廠）通過技術(shù)合作的方式引入大陸。隨著生產(chǎn)工藝、設備、含水率控制的不斷完善以及環(huán)保型膠黏劑的發(fā)展，普竹地板的質(zhì)量大幅提高，產(chǎn)品深受歐美消費者的喜愛。

2012年，全國竹地板產(chǎn)量約為3500萬m2，其中竹集成材地板近2000萬m2，重組材地板和竹木復合地板1500多萬m2，竹集成材地板占多數(shù)。

2）竹集成材家具

利用竹材強度高、韌性好的特點，竹集成材家具可制成結(jié)構(gòu)簡潔的拆裝式家具或曲線型家具。雕刻點綴后的竹集成材家具增加了雍榮華貴感。竹材紋理清新，本色竹家具色彩淡雅，炭化竹家具穩(wěn)重大方。此外，竹集成材也可用于門窗、日用電子產(chǎn)品和各種日用竹制品的制作。

竹集成材家具近年來發(fā)展迅速，規(guī)模較大的竹業(yè)公司聘請國外知名設計師，面向國際市場設計式樣新穎、結(jié)構(gòu)獨特的竹家具，并以其環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展的特點，迅速打開了歐美市場。

2.竹重組材

冷壓法生產(chǎn)的竹重組材

竹重組材產(chǎn)品、生產(chǎn)方法和設備具有自主知識產(chǎn)權(quán)。21世紀初，在竹材層壓板基礎(chǔ)上演變發(fā)展而來。與竹集成材相比，它具有生產(chǎn)工藝簡單、材料利用率高、色澤和紋理接近于珍貴硬闊葉木材的優(yōu)點受到國內(nèi)外消費者廣泛歡迎。竹重組材密度大(≥1.05g/cm2)、強度高、耐水性好、質(zhì)感佳。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，有冷壓成型-高溫固化和熱壓膠合兩種成型方法。

1）高頻加熱固化成型技術(shù)

高頻加熱固化成型屬于高頻介質(zhì)加熱法，將待膠合竹材（竹片、竹篾等）置于正負電極之間作為介質(zhì)，在正負極間施加頻率很高（6.78MC）的電場。被加熱體（介質(zhì)）在高頻電場中的偶極分子被極化，相應產(chǎn)生介質(zhì)損耗而自身發(fā)熱，實現(xiàn)板坯內(nèi)外一致同步升溫，加熱固化的目的。安吉的企業(yè)家們經(jīng)過十幾年艱苦努力，成功研制了竹重組材的制備工藝， 將碾壓后的竹篾施膠后放入模具中固定，置于烘房內(nèi)加熱，高溫固化后形成竹方，竹方根據(jù)需要加工成規(guī)格尺寸的板材。在此基礎(chǔ)上，利用高頻膠合方法對竹重組材制備工藝進行探索和研究，在高頻電場將竹材膠粘劑中的極性分子產(chǎn)生振蕩而發(fā)熱，實現(xiàn)快速加熱的目的，集成材大方幾分鐘就能實現(xiàn)膠合，大大提高了效率。試驗結(jié)果表明：高頻加熱25mm厚的竹集成材，4-5min就能完成膠合，膠合質(zhì)量良好。工業(yè)化生產(chǎn)的高頻加熱成型設備是“十一五”項目的成果之一，目前在安吉永裕進行試驗，完善生產(chǎn)工藝。竹重組材的制備不僅可以實現(xiàn)機械化，產(chǎn)品質(zhì)量也會更好，勞動力消耗會更低，能耗也會更少。

2）竹重組材地板

竹重組材的主要用途之一是制作竹重組材地板（又稱重竹地板），這種竹地板密度高、耐磨損、紋理致密、外觀優(yōu)美，為優(yōu)質(zhì)的竹地板。冷壓法生產(chǎn)的竹重組材地板多用于室內(nèi)，熱壓法生產(chǎn)的竹重組材經(jīng)防霉、表面涂布彈性油漆或木蠟油等處理后也可用于室外。將竹重組材鋸切成薄板，可與速生實木、膠合板、高密度纖維板復合成竹木復合地板。

3）竹重組材家具

竹重組材具有較好的力學性能，適用于結(jié)構(gòu)用材和特殊用材。用竹重組材設計制作的仿明清家具材質(zhì)有仿紅木效果，以竹重組材制作的樓梯給人感覺更莊重、更安全。

3. 竹單板

竹裝飾單板是通過刨切竹集成方材后制成的厚度0.3mm左右的薄片材，可粘貼于其他人造板表面獲得裝飾效果。竹刨切單板具有自主知識產(chǎn)權(quán)，經(jīng)過多年研究開發(fā)，技術(shù)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，得到越來越多的應用，是竹材裝飾材料的主要產(chǎn)品之一。2007年10月，國家標準《竹單板飾面人造板》(GB/T 21129-2007)正式發(fā)布，促進了竹刨切單板的發(fā)展。

1）刨切竹單板

刨切竹單板是將竹子加工成竹條，熱壓膠合制成竹方，通過浸泡和加溫軟化后，使竹材在較高的溫度和含水率下經(jīng)刨切成厚度為0.3毫米的大幅面竹單板。板下附無紡布，可直接送至使用現(xiàn)場，也可做成一卷一卷的刨切竹材待用。

2）旋切竹單板

將最長不超過六七十公分的竹筒卡在竹筒旋切機上，通過旋切獲得竹單板。竹單板下附無紡布，經(jīng)接長后制成一卷一卷的單板材料。

永裕竹扶手椅局部

永裕竹扶手椅

張齊生

中國工程院院士，中國竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會副理事長，中國室內(nèi)裝飾協(xié)會副會長。先后獲得國家星火科技先進工作者、國家科技推廣先進工作者等榮譽稱號。

中國和世界竹材加工利用研究領(lǐng)域的開拓者，為竹材加工利用事業(yè)做出了創(chuàng)造性貢獻。

三、竹裝飾材料領(lǐng)域的技術(shù)進步

竹裝飾材料應用趨于普及。為更好提升有機竹材的優(yōu)點，彌補不足，相關(guān)產(chǎn)學研合作在如下方面取得了長足的進步。

1.提高竹裝飾材料的尺寸穩(wěn)定性

1）竹材熱改性處理

竹材主要由纖維素、木素、半纖維素組成，其中，半纖維素具有親水基團，是竹材干縮濕脹、尺寸不穩(wěn)定的主要因素。熱改性處理利用三大素熱分解溫度不同，將竹材在限氧的介質(zhì)條件下加熱，使得半纖維素上游離羥基發(fā)生橫向連接，形成氫鍵，從而達到提高竹產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性的目的。

2）竹篾熱處理改性

永裕竹燈

經(jīng)“干燥—高溫熱處理—保溫—降溫—調(diào)濕”等工藝對竹篾進行熱處理改性，再經(jīng)浸膠、干燥、熱壓膠合，制成竹重組材，其吸濕率大幅度降低，尺寸穩(wěn)定性大幅提高；蟲蛀、霉變的幾率相應降低。經(jīng)熱處理后的竹篾制備的竹重組材和竹重組地板，進行適當?shù)谋砻嫣幚砜砷L時間用于室外。大莊地板和永裕公司已經(jīng)申請了這方面的技術(shù)專利。

3）竹片加壓浸漬處理

使用防腐劑、防霉劑等穩(wěn)定劑對竹片進行真空-壓力浸漬處理，同樣也可以降低竹材的吸濕性，達到穩(wěn)定尺寸的目的。經(jīng)防腐防霉處理后的竹片制成的竹集成材具有防裂、防腐、防霉等性能，現(xiàn)已成功研制出可用于室外的竹集成材地板，經(jīng)3-4年的室外耐候性試驗，未出現(xiàn)霉變、開裂等現(xiàn)象。

2.提高竹裝飾材耐火等級

竹裝飾材料用于大型公共建筑裝飾，對材料的阻燃、難燃性能提出了很高的要求。提高竹材耐火性能是擴大竹裝飾材應用的重要前提。國內(nèi)竹材加工企業(yè)和科研部門針對提高竹裝飾材耐火等級方面也做了大量研究工作，不少竹裝飾材料已通過了國際檢驗機構(gòu)的認證，開始進軍國際市場。

3.提高防霉效果

竹材是天然生長的有機體，其淀粉和蛋白質(zhì)含量高于木材，因此，在合適的溫度和濕度條件下，竹材比木材更易霉變。近年來，浙江農(nóng)林大學、南京林業(yè)大學、國際竹藤中心均開展大量研究，研制出一批低毒、高效的防霉試劑，經(jīng)竹加工企業(yè)的應用試驗，取得了可喜的成效。在板材壓制前，將防腐劑、防霉劑經(jīng)高壓注入竹材內(nèi)部，再進行干燥、膠合成型，使材料具備防霉防蛀防腐的性能。

四.竹材加工先進技術(shù)探索

1）竹重組材連續(xù)熱壓成型技術(shù)

竹重組材連續(xù)熱壓成型技術(shù)的基本思路是借鑒單板條層積材（PSL）的生產(chǎn)工藝和設備，根據(jù)竹材自身特性進行相應的改進（如連續(xù)組坯裝置、增加側(cè)壓裝置、適當增加壓力等），制備大規(guī)格的無限長的竹方材，可用于竹建筑的梁和柱。由北京林機所牽頭，聯(lián)合南京林業(yè)大學、林科院、國際竹藤中心、捷雅科技（昆山）有限公司和浙江農(nóng)林大學等企業(yè)和科研院所共同申報了國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項，預計兩年內(nèi)有望實現(xiàn)竹重組材料在其長度（3米、5米、8米）方向上任意截斷，用于兩層、三層建筑用梁、柱。國家科技部已專門組織力量建設竹重組材連續(xù)熱壓生產(chǎn)線，將為竹材在建設領(lǐng)域的應用提供新的途徑。此外，“大莊地板”通過研發(fā)，大膽創(chuàng)新，已成功開發(fā)了無裂縫展開的竹地板。

2）低成本環(huán)保膠黏劑

膠黏劑是構(gòu)成竹裝飾材中的主要成本，也是產(chǎn)品在使用過程中是否對環(huán)境產(chǎn)生不利影響的關(guān)鍵因素。市場雖然已有低游離甲醛釋放量的脲醛樹脂和膠合性能良好的酚醛樹脂，但價格較高，影響竹產(chǎn)品的市場競爭力。目前，科研單位結(jié)合企業(yè)努力開發(fā)出環(huán)保型膠黏劑，如淀粉類膠黏劑，木素酚醛膠黏劑等。尤其是木素酚醛膠黏劑，可替代30%-50%的苯酚，既環(huán)保，又可降低成本，一旦研發(fā)成功，將對竹材加工行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

永裕竹案