俄蒙进口木材检疫检验及增值利用技术简述

王喜明 姚利宏 王雅梅 张晓涛 于建芳 贺勤 王哲 李源河

1.内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院 2.内蒙古农业大学理学院

随着新时代社会主义建设的发展，我国社会的主要矛盾已转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾。人民生活品质的日益提高，使得我国对木材的需求量也逐年增加。然而，我国森林覆盖率不高，森林人均储备量低于世界林业资源丰富国家的平均水平，加之天然林保护政策的实施，国产木材资源多依赖于人工林提供的小径材，国产高质量木材资源严重短缺，我国对木材资源进口的依赖性极高。2019年，我国木材消费总量为6.31 亿立方米，占全球木材市场消费的19%，占亚洲木材市场消费的73.1%。仅2019年，我国木材进口总量就高达9788.36 万立方米，比2010年增长了104%，其中原木进口量5980.00 万立方米，锯材进口量3808.36 万立方米。目前，我国是全球最大的进口木材需求国。2010—2019年，我国木材进口量年均增长8.27%，其中进口原木和锯材年均分别增长6.35%和11.15%。我国木材进口国主要有俄罗斯、蒙古、德国、新西兰、澳大利亚、捷克等。

内蒙古与俄罗斯、蒙古国接壤，占全国木材进口总量1/3 的俄蒙进口木材由满洲里、二连浩特口岸进入我国境内，内蒙古也是我国原木进口最多的省区，锯材进口量位居全国第二位，仅略低于广东省。面对数量巨大的俄蒙进口原木、锯材资源，利用先进技术对其进行检疫检验、加工和高效增值利用显得尤为重要。本文总结、介绍了进口木材检疫性有害生物灭杀、绿色高效加工和高效增值利用三项技术。

一、进口木材检疫性有害生物灭杀技术

随着进口木材源源不断地进入我国境内，首先面临的问题就是境外森林病虫害入境对我国森林物种及生态系统的侵害，而且随着进口木材数量的增多，侵害的几率也大幅度增加。森林病虫害会侵染健康的活立木，影响树木生长，造成树叶枯黄，形成瘿瘤，导致树木主干扭曲，甚至整株枯死，严重时可导致树木大面积死亡。入境的森林病虫害不仅会降低木材的利用价值，而且可能导致病虫害的传播，因此，入境森林病虫害是我国林业发展中必须防控的不利因素，是入境木材重要的检疫对象。做好进口木材的检疫检验工作，是保证我国林业系统稳定和维护我国森林资源健康发展的先决条件。利用先进的检疫检验技术和科学有效的防治方法，是防止有害病虫入境，避免因检疫不合格、除害方法不恰当等原因造成森林病虫害在我国境内发展蔓延，从而影响我国木材产量的行之有效的手段。

针对进口木材中的有害生物，内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院依托“内蒙古自治区俄蒙进口木材加工利用工程技术研究中心”，研发了灭杀木材中检疫性有害生物的柔性蒸汽装备及高效处理技术，在不损害木材自身品质和外观的前提下，通过技术升级、成果转化等途径，实现了木材的大规模检疫性处理，并且增加了有害生物体及真菌的灭杀种类，提高了木材中有害生物的杀灭率。

1.真空湿热蒸汽处理技术

真空湿热蒸汽处理系统由水环式真空泵、柔性真空处理室、蒸汽发生器和蒸汽控制器组成。柔性真空处理室由专门定制的柔性真空袋组成，具有良好的气密性和导热性。柔性真空处理室内部配备有测试装置，用于记录柔性袋和被处理木材的温度，湿热蒸汽从蒸汽发生器进入柔性真空袋内部。

经过真空条件下的湿热蒸汽处理后，将进口木材从柔性袋中取出，再将每根原木劈开，以检查是否存在存活的天牛幼虫，若3 小时内没有任何活动迹象，即表示幼虫死亡。经过观察，处理后的原木中所有的亚洲长角天牛幼虫、蛹和成虫均已死亡。在不同的初始温度下，10～26 厘米径级的原木所需要的最长处理时间为500 分钟。原木的平均初始含水率为32.4%，处理后原木的重量有所增加，平均含水率上升了9.1%，含水率的上升与加热原木及补偿热量损失所需要的湿热蒸汽正比例相关。该研究表明，在500 分钟以内，真空湿热蒸汽处理技术可以杀灭10～26 厘米径级原木中的亚洲长角天牛。在木芯温度达到60℃、处理时间为60 分钟的条件下，该技术可以完全杀灭目前所有的亚洲长角天牛幼虫、蛹和成虫；在木芯温度达到70℃、处理时间为60 分钟的条件下，该技术可以完全杀灭木材中的真菌微生物。研究中发现柔性真空处理系统对热处理兼容性良好，热量损失较少，对原木含水率的影响较小，且比传统热处理技术节能约25%，是一种经济有效的进口木材病虫害处理系统。

2.60Co-γ 射线电子束辐照技术

竹产品中的竹绿虎天牛幼虫可以采用60Co-γ 射线对其进行辐照处理，辐照可以抑制幼虫的发育，该技术采用86-Gy 作为标准的辐照剂量。研究发现，电子束辐照技术不会产生放射性废物，而且没有辐照源，其操作高效、精准、可控性强，整体上属于一种绿色环保的处理技术，是国内未来进口木材检疫检验技术发展的热点。辐照处理技术还可与其他检疫处理技术结合使用，从而对进口木材中病虫害的灭杀起到增效作用，并且能极大程度减少对所处理木材的影响。

二、进口木材绿色高效加工技术

1.基于内应力的木材干燥精准控制技术

该技术针对木材因水分缺失出现的干缩湿胀现象，设计了一种基于温湿度试验箱控制的温度、湿度、力学性能测试系统，PLC 干缩力控制系统和模糊自整定PID 切换控制系统，旨在揭示木材干燥全程的含水率、质量、干缩量、干缩力的多元线性关系。

基于这种一体化控制系统的理念，以俄罗斯进口樟子松为例，在温度为60℃、相对湿度为40%时，通过木材控温测试系统实时检测，樟子松的干缩量随时间正比例增大，质量随时间变化减小，干缩力随时间变化先减小后增大，11 小时左右达到平衡状态。在干缩力达到平衡状态时，质量变化、干缩量也随即达到相对平衡，且其所受最大干缩力和最大干缩量分别为0.28 兆帕和1.69 毫米，质量变化为19.36 克。

利用PLC 干缩力控制系统，可以快速、自动、准确地实现对木材干缩力的有效控制，避免木材的内裂。当相对湿度为30%，在70℃、80℃、90℃3个不同的温度条件下，干缩力分别为324 牛顿、249牛顿、319 牛顿时，木材出现了内部开裂；在相同条件下，分别预设干缩力数值为250 牛顿、215 牛顿、260 牛顿，使其小于木材开裂的极限值，干缩力的变化模式为先减小后增大，并且达到预定值后基本保持不变。由此表明：利用PLC 干缩力控制系统作为核心控制器可以将木材干缩力控制在理想范围之内。

2.木材密实、炭化、干燥一体化技术

该技术可以有效改善木材的力学性能，增强木材的尺寸稳定性、耐腐性和耐久性等。采用正交试验法测试炭化温度、压缩比、炭化时间、干燥温度4个因素与被处理进口木材力学性能之间的关系，根据对密度、硬度、抗弯强度、抗弯弹性模量几方面的探索，经过综合考量，确定最佳工艺为：炭化温度200℃、压缩率50%、炭化时间为3 小时、干燥温度160℃。

木材热压密实处理技术是一种绿色、环保的木材物理改性方法，可以有效改善木材的尺寸稳定性和生物耐久性，还能有效改善木材颜色。木材在热压处理的过程中，细胞腔内的温度迅速上升而使水分在短时间内蒸发，温度和水分的变化导致压力急剧上升，形成较高的总压力差。总压力差会使水分向外部转移，从而在数小时甚至十几分钟内使木材快速干燥。基于此原理，该技术研究了热压工艺对木材尺寸、径向和弦向纹理、水蒸气压力、木材内部温度的影响。结果表明：板材内部温度和蒸汽压力随着热压时间、温度的增加呈正比例增长。当热压温度为120℃时，可确保30 毫米厚木材内蒸汽压力充足，但不能满足80 毫米厚试件的压力要求，板材内部温度和蒸汽压力达到平衡所用时间与热压温度呈反比例关系。

与未处理木材相比，处理后的木材密度增大了23%～37%，吸湿性明显降低，尺寸稳定性得到极大改善，减少了木材开裂、扭曲、膨胀等现象，抗弯强度和弹性模量分别提高了150.9%、445.3%，硬度也提高了87.5%。随着热压密实、干燥、高温热处理效果的共同作用，木材各方面性能都得到明显改善。密实、炭化、干燥一体化处理过程中伴随着半纤维素的分解、水分的减少，导致木材中碳水化合物减少，切断了腐朽菌生存所必需的能源物质，有效改善了木材的耐久性、耐腐性，从而达到延长木材使用寿命的效果。就生产周期而言，一般的压缩工艺、炭化工艺或者压缩炭化联合工艺需要1～3 天，而该技术所提供的处理方法在环保效果好的基础上仅需要4.5～7 小时，极大地缩短了工艺周期，具有很强的可操作性和可观的利润空间。

3.木材干燥VOCs 智能捕捉技术

木材在干燥过程中排放出的挥发性有机化合物（VOCs）主要成分是萜烯类化合物和非萜烯类化合物。首先利用木材干燥VOCs 的采样方法和测试分析方法，采用GC 和GC-MS 方法分析了VOCs 的主要成分。以进口俄罗斯樟子松木材为研究对象，检测到在木材常规干燥过程中，其平均含水率从最初的55.86%下降到10.2%，在干燥过程中释放出15 种化合物，其中包括甲醛等在内的7 种不同的醛，α-蒎烯等6种不同的萜烯，以及其他2 种化合物。高温干燥过程中释放出的大多数挥发性有机化合物是萜烯，其中88.19%是α-蒎烯，并且高温干燥时挥发性有机化合物的释放量比常规干燥增加了6.4 倍。进口木材在高温干燥过程中，醛类VOCs 的变化规律大致相似，前期逐渐增加，中期略有减少，后期又有所增加，尤其是正己醛和正戊醛的释放速率在干燥后期大幅增加；对于其他醛类VOCs，整个干燥过程中释放速率的变化很小。

木材干燥VOCs 智能捕捉技术针对高温干燥过程中释放的VOCs 的种类，采用氯化钕、硝酸铈和硝酸镧3 种金属盐与配体黑色素瘤抗原（MAGE）设计制备了不同的稀有金属有机复合材料（Rare-MOFs）。测试结果表明，氯化钕与配体（Nd-MOFs）吸附材料和硝酸铈与配体（Ce-MOFs）吸附材料分别对α-蒎烯、β-蒎烯、苯、四氯化碳4 种气体都表现出了较好的吸附效果；硝酸镧与配体（La-MOFs）吸附材料对α-蒎烯、β-蒎烯和四氯化碳吸附效果较好，对苯的吸附效果较差。进一步的试验表明，所制备的3种MOFs 材料除了对4 种VOCs 气体的脱附效果较好之外，还具备良好的循环利用性能。

三、进口木材高效增值利用技术

1.复合结构梁、柱结构材制造技术

该技术中研发了一种基于沙柳和乔木的复合结构梁、柱的制备方法，即将沙柳制成规定厚度的网状木束，含水率为8% ；将木段旋切成2.5～6.0 毫米厚的单板，气干至规定含水率9%；采用浸胶方式施加胶黏剂，对沙柳木束进行浸胶，单板不涂胶，施胶后的木束在50℃条件下再干燥2.5 小时，将施胶木束的含水率控制在15%，然后组坯；将热压好的结构板材进行接长、拼宽，制备复合结构梁、柱。本发明对沙柳原料进行施胶，不需要对沙柳进行细小单元加工，然后利用奇数层组坯原则进行组坯，单板不用涂胶，简化了沙柳材料利用的制造工艺，减少了能源的消耗。

2.木结构节点抗震性能评价技术

（1）轻型木结构建筑屋顶—墙体连接（RTWC）节点抗震性能评价

试验以樟子松、SPF（由云杉、松木、冷杉3 种木材组合成的一种软木组合木材）、花旗松3 种木材，配合2 种典型的金属连接件为试验对象，通过单调拉拔试验，首先对每组试件的破坏模式进行了定性分析，然后对6 种RTWC 节点的荷载—位移曲线进行特征值分析，从最大荷载、屈服荷载、变形能力、耗能能力、延性比和初始刚度6 个特征值对节点的抗震性能进行了定量分析，最后利用Foschi 荷载—位移曲线模型对各节点的力学性能进行了仿真验证，验证结果表明测试结果与Foschi 模型拟合良好。结果表明，采用A 型金属连接件试件的承载力远大于采用B 型金属连接件试件的承载力；花旗松试件的力学性能优于SPF 和樟子松，但花旗松试件容易发生脆性破坏。除屈服性能之外，SPF 试件的力学性能均优于樟子松试件。该技术得出了适用于RTWC 节点的Foschi 荷载—位移曲线模型的拟合参数。

（2）雀替—榫卯节点抗震性能评价技术

通过低周反复加载试验，测试了3 种典型的中国传统榫卯节点——直榫、半榫、透榫在含有雀替和不含有雀替构件两种情况下的力学性能。该技术从节点的变形模式、滞回特性、强度和刚度退化以及耗能能力几个方面定量评价了榫卯—雀替组合节点的周期荷载响应性能。试验结果表明：直榫节点的承载力最强，透榫节点和半榫节点由于榫头形式的不对称，滞回环不对称，承载力较弱，并且半榫节点最容易出现拔出榫头的现象。从能耗的角度看，雀替构件可以有效地强化榫卯节点的耗能能力。

3.木材加工剩余物高效利用技术

（1）木材废料回收技术

该技术设计了一种先进的木材废料回收装置，包括设备框架、木材加工装置和出料装置。设备中通过“引屑风扇”的安装，使得细小木屑不会到处飘散。“引屑风扇”为一种可拆卸的构件，增加了装置的实用性，节省了操作人员的劳动力，提高了清理的便利性。通过伸缩杆的安装，可以不用将装置抬起而倒出废料。伸缩杆是由一种合金材质制成的可伸缩压缩杆，增加了整体装置的灵活性、高效性和实用性，方便取出废料，从而节省劳动力。该装置内设有风扇和透风隔离布袋，木材废料粉碎时，风扇产生的风力将锯末和粉尘吸至出风口，通过转杆、齿轮，使木材废料可被轻松推出压缩装置主体，便于取出。

（2）木丝板制造技术

木丝板是一种以木丝为基本材料，采用不同胶粘剂、不同组坯方式、不同热压工艺胶合而成的人造板。木丝板具有吸音、隔热保温、防火防潮、阻燃、防蛀虫等优点，是一种良好的建筑装饰材料。木丝板制造技术（图1）研究了木丝单体制备工艺、木材单体的性能、木丝染色处理工艺以及热压工艺（施胶量、热压时间、热压温度和热压压力）对木丝装饰板物理力学性能和装饰性能的影响。研究结果表明：木丝装饰板最佳制备工艺参数为施胶量18%、热压温度170℃、热压时间5 分钟、热压压力3 兆帕；染色处理后对木丝装饰板的各项物理力学性能影响不显著，且有效提高了其装饰性；木丝单体的排列方式对木丝装饰板的力学性能和吸声性能影响显著，对其物理性能影响不显著。

图1 木丝板制造技术