纵览中国的建筑发展史,可以发现一个有趣的现象,中国古代的建筑材料大多使用木材,从宫殿、庙宇、民居到现代的木结构建筑,木材在中国古代建筑中扮演着举足轻重的角色,被广泛用于结构和装潢装饰材料。这是因为中国人讲究阴阳五行,在五行中木属东方,木材为“阳”,是生命之源,而且我国木材资源丰富,所以自古以来,中国人建筑都“以木独尊”。近年来,随着人工林木材资源的增加,同时,人们对环境保护和高品质生活的追求日益增强,加之随着环境问题也日益凸显,绿色建材的研发和应用成为了时代的迫切需求,这也是建筑行业发展的必然选择。
在当今全球追求可持续发展和绿色经济的大背景下,中国林业科学研究院首席科学家、木材工业研究所于文吉研究员,就在生物质重组与复合材料领域进行了开拓性的技术研究与成果推广工作。凭借着对科研的执着和对绿色未来的坚定信念,于文吉研究员带领研发团队,投身于木质绿色建材的研发工作,在木质重组材料领域取得了创新性的研究成果,为建筑行业带来了突破性的变革,他们研发的产品以其卓越的创新技术和绿色特质,引领着建材行业的绿色新潮流。
技术突破创新 实现绿色建材
当环境恶化的警钟在世界的每一个角落敲响,绿色建材宛如一道希望的曙光,照亮了建筑行业发展的道路。作为一名具有强烈社会责任感的科研人员,于文吉怀揣着炽热的科研梦想和对未来的坚定向往,投入到绿色木质建材研究之中。
自1989年进入中国林业科学研究院木材工业研究所工作以来,于文吉至今已经从事木质重组材料科学与技术研究35年,先后主持了国家“863”“973”、十一五、十二五、十三五、十四五中国重点研发(科技支撑)计划项目(课题)、山东省重点研发计划(重大科技创新工程)专项等项目,取得了丰硕的先进科研成果。
1998年,于文吉组建了人造板与胶黏剂创新团队,他带领团队致力于木竹材料精深加工技术研究与产品开发工作,以我国资源丰富的人工林木材和竹材为原料,构建木质定向重组技术创新平台,深入研究木材的微观结构和物理特性,经过无数次的实验和优化,成功开发出高效的木材分解和重组工艺,突破了木竹材定向重组高效利用关键技术,发明了木质重组材料制造技术及其成套。他们以此先后研制木(竹)重组材料(木、竹钢)和超微木质单元覆面胶合板(聚能板)系列木质绿色建材。
据团队骨干成员余养伦研究员介绍,木(竹)重组材料是人工林木材和竹材为原材料,经过细胞定向疏解分离后,与树脂复合而成的一种新型的高性能木质复合材料。“该材料是根据木(竹)材各类型细胞的结构和组分特征,通过湿-热-力和树脂聚合反应作用改变细胞壁分子结构和压缩密实调控细胞微观构造,克服了人工林木材、竹材等生物质材料径级小、材质软、强度低和材质不均等缺陷,实现木材宏观材性显著改善,并赋予疏水、阻燃、防腐、防霉、防白蚁等新功能,满足国家经济建设对木质材料和低碳材料的需求,使得木(竹)重组材料真正成为继钢铁、水泥、塑料之后的又一大新型建材,实现了人工林木材在工程领域质的飞跃。”他说。
为了实现木质重组材料的规模化生产,研发团队还自主设计并制造了一系列先进的生产装备。这些装备采用了智能化的控制系统和高精度的加工部件,能够精确地完成木材的分解、树脂高效渗透和重组等工艺环节。先进的自动化生产线不仅提高了生产效率,降低了人工成本,还确保了产品质量的一致性和稳定性。
与传统的人工林木材和竹材相比,木(竹)重组材料具有高强度、高尺寸稳定性和高耐候性等优点,可用于替代天然林优质木材,并广泛应用于风电桨叶材料、建筑结构材料、户外景观材料、道路公路护栏、装潢装饰材料、家具材等领域,目前,在我国的生产企业达到100多家,产能达到120万立方米,产能占到全球的90%以上,产品已经出口到欧、美、日等100多个国家和地区。
于文吉结合实际生产需求,提出了一系列创新的设计理念和技术方案,凭借多年积累的深厚经验和渊博专业知识,为团队在持续发展中一次次指明方向,为攻克一个个技术难题提供了宝贵的灵感和策略,并且对技术的可靠性和安全性进行了严格把关,最终实现了木质重组材料技术创新的成果的诞生。
目前,团队在于文吉的带领下创新研发、屡获奖项,2017 年,被中华全国总工会授予“全国工人先锋号”荣誉称号,是我国林业系统第一个获此荣誉的团队;2019 年,入选第一批国家林业和草原科技创新团队;2022年,入选中国林科院卓越团队;2024年,入选首届中国林科院科技成果转化应用,成为该领域国际顶级科研与产业化应用团队。
创制生产装置,以新产品引领产业发展
现如今,随着国家“双碳”战略的实施,针对装潢装饰材料、定制家居等绿色建材的重大需求,以及传统胶合板饰面过程存在的生产效率低、能耗高、附加值低等人造板行业技术瓶颈问题,于文吉研究员及其团队,深入企业一线,以科学理论指导企业产品与工艺创新,联合山东晟昌新材料有限公司开发了超微木质单元覆面胶合板新产品、连续平压制造工艺技术以及首台套成套设备。研究团队以超微木质单元为表层,以胶合板为芯材,构建超微木质单元覆面胶合板工艺基础理论,攻克超微木质单元与单板表芯层异步压缩、超微木质单元定向增强、一次热压成型等关键技术,创制了超微木质单元覆面胶合板连续化平压制造全套装备,创新了超微木质单元双覆面三明治夹芯和单覆面非对称两种结构,以此开发出了生态板基材用和地板基材用两大系列超微木质单元覆面胶合板。
目前,已经在山东临沂山东晟昌新材料有限公司建成全国首条年产30万立方米超微木质单元覆面胶合板示范生产线,与传统多次饰面技术相比,单机生产能力提高60倍,人均产值增加17.5倍,单位能耗减少15%,年减少粉尘排放54t,减少VOCs排放500kg,生产的超微木质单元覆面胶合板,具有负碳、无醛环保、表面平整度高、物理力学性能优异等优点,被广泛地应用用于室内装修装饰、定制家居和地板等领域,实现胶合板饰面连续化、自动化生产,为胶合板产业升级提供了样板。超微木质单元覆面胶合板的关键技术、装备和新产品经中国林产工业协会鉴定,均达到国际领先水平,实现了从原材料、技术、装备和产品的创新,填补了国内外市场空白。该产品与技术的开发课题已经成为山东省“碳达峰、碳中和”绿色宜居科技示范工程牵头项目。
据余养伦研究员介绍,超微木质单元覆面胶合板作为一款创新型绿色建材产品,具有众多显著的优势。首先,其环保性能卓越,在生产过程中,能够实现二氧化碳的吸收和固定,是一种负碳产品,经权威机构检测,每立方米碳足迹401.24千克二氧化碳当量,碳储量为-1427.697千克,按年产量30万立方米计算,可减排二氧化碳4283吨,有助于减少温室气体排放,应对全球气候变化;其次,产品应用MDI无醛胶黏剂,不含甲醛等有害物质,对人体健康和室内环境无害;再者,其稳定性优异,饰面效果好,可直接进行多种材料的饰面加工,且外观美观,纹理自然,可满足消费者个性化定制的审美需求。
作为胶合板产业的升级产品,超微木质单元覆面胶合板填补了市场空白,满足了消费者对于高品质、绿色环保建材的新需求,在市场竞争中,凭借其独特的技术优势和健康环保特性,迅速占据了一席之地,为企业带来了新的经济增长点。同时,这一创新产品也带动了相关产业链的发展,开拓了实木多层胶合板的新应用场景,促进了上下游企业的技术创新和产业升级。定制家居行业代表企业欧派、索菲亚、志邦在2024年都相继推出了多层板产品计划。根据中国林产工业协会针对定制家居头部企业的调研数据显示,超微木质单元覆面胶合板的市场需求巨大,未来5到10年,会迅速攀升到100-150亿元规模。截止到2024年,应用连续平压新技术的超微木质单元覆面胶合板,全国仅有山东晟昌新材料有限公司一条生产线30万立方米的产能,另有2条同等规模的生产线在建,预计2025年形成稳定产能,未来市场前景十分广阔。
2023年9月,中共中央办公厅国务院办公厅印发《深化集体林权制度改革方案》,其中主要任务第五点提出积极支持产业发展,支持发展林业产业,提升一批现代产业园区,扶持一批专精特新林业企业,积极推广应用木竹结构建筑和木竹建材。2024年12月12日,中央经济工作会议在北京举行,会议明确要积极发展首发经济,也就是企业发布新产品,推出新业态、新模式、新服务、新技术,开设首店等经济活动。超微木质单元覆面胶合板,是于文吉团队和合作企业不懈努力和创新精神的结晶,从技术创新到装备研发,再到产品推广,他们攻克一个又一个难关,为绿色建材产业的发展树立了新的标杆,产生了巨大的经济效益和社会效益,为“碳达峰碳中和”目标的实现提供了林业解决方案,具有原始创新精神,非常符合首发经济的要求。
截止目前,于文吉研究员凭借在木质重组材料方向的突破和创新,已获得众多荣誉和奖项:包括国家科技进步奖二等奖3项,以第一发明人获得中国专利优秀奖1项、省部级科学技术奖二等奖5项,入选国际木材科学院院士,并获得全国优秀林业科技工作者、全国生态建设突出贡献先进个人、2024三农先进人物、全球前2%顶尖科学家榜单等荣誉称号,是享受国务院政府特殊津贴专家。
科研永无止境,未来仍需攀登。随着人们对绿色环保产品的需求不断增加,于文吉和团队会持续努力、创新研发,推动超微木质单元覆面胶合板在更广阔的领域应用,助力我国的木质建材产业不断迈向新高峰,为推动我国绿色建筑事业的发展、实现经济与环境的和谐共生做出更大的贡献。(文/张丽丽)
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