竹質(zhì)托盤的開發(fā)與應(yīng)用前景分析

龐 燕，曾 光，李健林

(中南林業(yè)科技大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 引言

振興現(xiàn)代物流業(yè)是我國(guó)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略舉措，發(fā)展物流的一項(xiàng)重要工作就是發(fā)展物流裝備。托盤是用于物流裝卸、搬運(yùn)和運(yùn)輸?shù)囊环N重要裝備。當(dāng)前，我國(guó)所使用的托盤主要有木質(zhì)的、塑料的和金屬材料的。木質(zhì)托盤使用廣泛，但強(qiáng)度不夠，且消耗大量木材；金屬托盤比較昂貴，也容易銹蝕；塑料托盤非再生資源，且不環(huán)保。從國(guó)際上看，托盤技術(shù)已成熟，但均比較昂貴，或不利于環(huán)保。而以竹材為原料，開發(fā)新一代托盤，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。對(duì)于促進(jìn)我國(guó)竹子加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決三農(nóng)問題，推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)進(jìn)程也具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。將竹子加工產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代綠色裝備產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，對(duì)振興我國(guó)傳統(tǒng)竹子加工產(chǎn)業(yè)，加速竹質(zhì)新材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程意義重大。

2 竹質(zhì)包裝材料研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外竹質(zhì)包裝材料研究現(xiàn)狀

德國(guó)包裝專家對(duì)四川德陽第二重型機(jī)器廠的竹木包裝箱進(jìn)行了研究，并指出該包裝箱輕、結(jié)實(shí)、耐用，將在德國(guó)取得很好的應(yīng)用效果，擁有美好的前景。2009年戴爾公司率先將竹子用于計(jì)算機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品包裝，且將Dell Inspiron Mini10和Mini10v上網(wǎng)本的緩沖包裝更換為竹質(zhì)包裝，替代了原來的紙漿模塑包裝、泡沫塑料包裝和瓦楞紙板包裝等。戴爾公司全球包裝高級(jí)經(jīng)理Oliver Campbell指出“竹質(zhì)包裝的強(qiáng)度高，可持續(xù)性好，而且成本較低，我們正嘗試將其應(yīng)用于移動(dòng)通信產(chǎn)品的包裝。同時(shí)，我們正在積極地將竹質(zhì)材料與其他農(nóng)作物原料整合在一起，用于公司其他系列產(chǎn)品的包裝”。到2011年底，已經(jīng)有2/3移動(dòng)設(shè)備使用這種竹質(zhì)包裝。弗里多尼亞公司最新調(diào)查報(bào)告提出了美國(guó)未來以竹子為原料的可持續(xù)包裝將成為綠色包裝家族中的新成員。日本某專家到安徽楊獅村考察，發(fā)現(xiàn)竹殼是一絕好的綠色包裝材料，研究發(fā)現(xiàn)竹殼工藝包裝盒經(jīng)久耐用，物美價(jià)廉，是日用品理想的綠色包裝，在竹編盒樣品在日本市場(chǎng)亮相后，深受日商的好評(píng)。

2.2 國(guó)內(nèi)竹質(zhì)包裝材料研究現(xiàn)狀

我國(guó)竹子的種類眾多，資源豐富，且我國(guó)竹包裝的歷史悠久。我國(guó)一些竹產(chǎn)地少數(shù)民族用竹筒蒸煮飯食，或直接用于酒具餐具，款待客人。目前，相關(guān)研究主要有：江南大學(xué)杜丹克在對(duì)竹加工廢棄物模壓托盤的結(jié)構(gòu)研究中，將一定竹加工廢棄物碎料與膠粘劑混合后，放入專用的金屬模具中，在一定的溫度和壓力作用下固化成型[1]；陜西科技大學(xué)秦歲明，劉在斌從綠色環(huán)保包裝的需求著手，分析了竹材資源的可再生性及竹材易于包裝裝潢等方面的特點(diǎn)[2]；重慶大學(xué)戚序、趙云雪以梁平竹簾包裝設(shè)計(jì)的地域文化特色為解析點(diǎn)，探索現(xiàn)代包裝設(shè)計(jì)如何與本土地域文化特色和風(fēng)格相結(jié)合的設(shè)計(jì)理論[3]；中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院的王朝暉和江澤慧分析了竹編膠合板、竹篾積成膠合板和竹材膠合板的生產(chǎn)工藝與技術(shù)參數(shù)，比較了三種基本類型竹質(zhì)人造板強(qiáng)度差異；并在竹質(zhì)人造板標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂、增加防火和防腐處理規(guī)定等方面提出了建議[4]。

3 我國(guó)竹質(zhì)資源的特征

竹子是位居木材之后的第二大森林資源，與木材同屬于非均質(zhì)材料和各向異性材料[5]。與木材相比，竹材具有強(qiáng)度高，韌性好，剛度大，易縱向剖等特點(diǎn)。由于竹子比樹木生長(zhǎng)周期短，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，因此是一種很有發(fā)展前途的代木材料。全世界有70多屬竹類，中國(guó)約有40屬。我國(guó)的竹類資源是世界上最豐富的國(guó)家,竹子的種植面積為700多萬公頃，占世界竹林面積的35%左右，占亞太地區(qū)的58%。竹林面積、蓄積量、竹材產(chǎn)量均居世界之首。其中臺(tái)灣省有竹林170多萬公頃，有60多個(gè)種類。我國(guó)每年伐竹量700萬噸以上，其中主要是毛竹，大約450萬噸。中國(guó)竹子按照地理分布，散生竹和叢生竹大致各占一半[6]。

中國(guó)部分省市竹類資源情況見表1。

由此可見，我國(guó)竹類資源十分豐富，尤其是毛竹林資源分布廣，占60%以上，可利用空間和潛力很大。目前，由于竹材的綜合物理力學(xué)性能良好，竹材膠合板、竹編膠合板、竹材拼花板、竹木復(fù)合板、竹材施切板、裝飾板、竹纖維板、竹絲板、竹刨花板等各種竹制品在建筑行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。雅致的小樓、奇特的館所、漂流的船舶、藤架的橋梁等均可用竹材造成。施工建筑的模板和腳手架、臨時(shí)的工棚也頗為常見，竹地板深受歡迎。竹制茶室、成套家具新奇高雅，暢銷不衰[7]。

4 竹質(zhì)材料性能分析與竹質(zhì)托盤的基本特征

4.1 竹質(zhì)材料的性能分析

從材質(zhì)角度來看，竹材主要具有以下物理性能：

（1）含水率。竹材的纖維和管束中含有能溶于熱水、酒精的戊糖、果膠和淀粉等物質(zhì)（占總質(zhì)量6%～13%），故有強(qiáng)烈的吸濕性和保水性。其含水量隨外界溫度和濕度而改變，但無明顯的纖維飽和點(diǎn)。當(dāng)含水量在15%左右時(shí)，其強(qiáng)度隨含水量的減少而增強(qiáng)，但含水量小于7%左右時(shí)，強(qiáng)度隨水分減少反而降低。當(dāng)含水量介于15%～30%之間時(shí)，強(qiáng)度略減。含水量大于30%時(shí)，則強(qiáng)度變化甚微。

（2）體積脹縮。竹材體積脹縮隨含水量的多少而改變，各個(gè)方向不一致，弦向最大（約為0.274%），徑向次之（約為0.255%），縱向最?。s為0.222%）。竹青的弦向收縮為髓部的三倍，縱向收縮小于髓部收縮。因此，竹材在干燥過程中極易翹曲和干裂。

（3）質(zhì)量。竹材的質(zhì)量隨纖維管分布情況，有無竹節(jié)以及部位的不同而改變。竹材的質(zhì)量很容易受含水量的影響，但是烘干后，一般介于 0.6～1.2g/cm3。

（4）耐久性。竹材在較高溫度和濕度環(huán)境中容易發(fā)霉，變色和腐朽而大大降低其強(qiáng)度，耐久性還不及木材。用于木材的防腐劑和處理方法也適用于竹材，以氯化鋅或硫酸銅防腐劑的效果最好[6]。

從竹材的力學(xué)性能角度而言，竹材的力學(xué)性質(zhì)隨竹子的種類、竹齡、部位和生長(zhǎng)條件而有明顯的不同，竹材的纖維管束的尺寸和纖維的長(zhǎng)度與竹材的彈性模量和抗壓強(qiáng)度有著必然的聯(lián)系[8]。受含水量和竹紋方向的影響最大。其順紋方向大于橫紋方向，節(jié)間部分大于竹節(jié)部分，竹青部分大于竹肉部分，基部大于稍部。一般來說，毛竹、臺(tái)竹的力學(xué)性質(zhì)以生長(zhǎng)6年為最佳，低于或者高于6年的都有所降低，其順紋抗拉強(qiáng)度一般在90mpa以上，順紋耐壓強(qiáng)度在50mpa以上[9]。

4.2 竹質(zhì)材料托盤基本特性

利用天然竹編包裝及原始竹節(jié)作為包裝歷史悠久。傳統(tǒng)的竹包裝技術(shù)只能解決小包裝問題，多為竹簍竹筐，現(xiàn)在竹包裝板材多是采用高溫?zé)釅耗z合工藝的制板成型技術(shù)，如竹膠合板。竹膠合板根據(jù)竹篦片纖維條理結(jié)構(gòu)，相互垂直，按經(jīng)緯編織成后經(jīng)干燥、涂膠、組坯、熱壓合而成。制成的竹編膠合板具有良好的物理性能和化學(xué)性能，產(chǎn)品幅面大，縱橫方向物理力學(xué)性能差異小、強(qiáng)度高、防濕性能好。此外，還有不脫落、不變形、抗蟲蛀、耐磨、耐沖擊、外觀大方美觀，易于加工，可鋸、可刨、可釘釘子等優(yōu)良性能。竹編膠合板與相同厚度的木材比較，其靜彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度與木材（云松）橫紋方向基本相同[10]。比木材的順紋靜彎曲強(qiáng)度大20多倍，顯然，竹托盤的強(qiáng)度和承載能力要高于木托盤。

與木質(zhì)托盤相比，竹托盤的波紋板的抗彎界面模量增加了1倍以上，使得竹板的剛度得到了很好地提升。而且竹托盤不需要熏蒸處理，由于竹托盤的竹板材在生產(chǎn)過程中有高溫高壓加工過程，且夾層芯板厚度小于6mm，根據(jù)IPPC國(guó)際木質(zhì)包裝檢疫措施標(biāo)準(zhǔn)ISPM-15文件的規(guī)定，使用該竹板材制作的包裝無需進(jìn)行熏蒸或者熱處理。

在現(xiàn)代包裝工業(yè)中，紙及紙制品、塑料、玻璃、金屬和木材是幾大常用的包裝材料。在國(guó)際貿(mào)易中，木質(zhì)包裝被廣泛使用，然而，近年來實(shí)木包裝材料在國(guó)際間傳播擴(kuò)散森林病蟲害的速度和頻率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，世界上很多國(guó)家都對(duì)進(jìn)境貨物木質(zhì)包裝采取了更為嚴(yán)格的檢驗(yàn)檢疫制度，加之我國(guó)森林資源又相對(duì)匱乏，近年來木材供需之間的矛盾也越來越激烈，使得實(shí)木在包裝工業(yè)中的繼續(xù)發(fā)展受到了限制。因此，使用竹質(zhì)材料做成的平托盤，比木質(zhì)材料的托盤有著更加廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

5 竹質(zhì)托盤的應(yīng)用前景分析

5.1 我國(guó)托盤的使用現(xiàn)狀

隨著全球一體化的進(jìn)程加快，目前各國(guó)都在加大標(biāo)準(zhǔn)化托盤的使用量，日本標(biāo)準(zhǔn)化托盤的使用率為35%，居亞洲之首，韓國(guó)為27%。世界上澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)化托盤使用率最高，達(dá)到95%，其次歐洲為70%，美國(guó)為55%。目前，美國(guó)擁有15-20億個(gè)托盤，日本擁有約7-8億個(gè)托盤，所以在美國(guó)和日本，托盤是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，政府為了推進(jìn)物流標(biāo)準(zhǔn)化、提高托盤的利用率，相繼出臺(tái)了很多鼓勵(lì)政策和優(yōu)惠措施。

據(jù)中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)托盤專業(yè)委員會(huì)第六屆中國(guó)托盤國(guó)際會(huì)議暨2011全球托盤企業(yè)家年會(huì)報(bào)告中，對(duì)托盤的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出中國(guó)托盤總數(shù)達(dá)到了8億個(gè)，是前兩次托盤調(diào)研的數(shù)倍。其中木托盤市場(chǎng)占有率降到了80%，比2008年減少了約6%，比2002年減少了約10%。如圖1所示。

從圖1中看出，木材在我國(guó)托盤制造業(yè)中使用相當(dāng)廣泛，其它材料如塑料、鋼材、塑木復(fù)合材料等所占比例有所增加，竹質(zhì)托盤因其具有塑料托盤與木質(zhì)托盤的優(yōu)點(diǎn)，在使用中所占比例有上升的趨勢(shì)。

目前我國(guó)流通中的托盤規(guī)格很多,標(biāo)準(zhǔn)化托盤的使用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)主要使用的托盤規(guī)格有:1 100mm×1 100mm、1 200mm×1 000mm、2 000mm×1 000mm、1 500mm×1 100mm等幾十種之多，2007年我國(guó)已經(jīng)選擇前兩種作為中國(guó)托盤的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)估計(jì)，托盤的標(biāo)準(zhǔn)化和托盤聯(lián)營(yíng)體系的建立，能夠使得我國(guó)物流成本降低1%～1.5%，它將為我國(guó)每年節(jié)約物流成本1 000～1 500億元。

5.2 竹質(zhì)托盤的應(yīng)用前景分析

竹材具有強(qiáng)度高、環(huán)保性好、且是再生性資源，是加工制造新一代托盤的理想原料。以竹材為原料，開發(fā)新一代托盤，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。以竹材作為主生產(chǎn)材料制造托盤有著廣泛的應(yīng)用前景。

（1）竹質(zhì)托盤的社會(huì)效益。目前，我國(guó)木質(zhì)托盤使用最為廣泛，但其強(qiáng)度不夠且木材資源消耗較大；金屬托盤則價(jià)格昂貴且易銹蝕，而塑料托盤因不能降解，對(duì)環(huán)境有害。集生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益于一身的竹子加工產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)其技術(shù)、生產(chǎn)、科技已經(jīng)在世界上遙遙領(lǐng)先，完全處于絕對(duì)領(lǐng)先的地位。加上竹子普遍大量生長(zhǎng)在我國(guó)南方山區(qū)，開發(fā)竹業(yè)對(duì)解決“三農(nóng)”問題具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。所以，選擇竹材作為原材料與綠色物流裝備理念相結(jié)合研制托盤是一條切實(shí)可行的道路。

（2）竹質(zhì)托盤的經(jīng)濟(jì)效益。首先，因?yàn)橹褡臃N植后第三年可間伐竹材1-1.5t/畝，第四年可間伐3t/畝，第五年以后高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，可間伐5t/畝以上。另外，現(xiàn)行竹子的收購(gòu)價(jià)約為800元/t，而木材的收購(gòu)均價(jià)為1 800元/m3，這幾乎是2-3倍的差價(jià)。而且，目前我國(guó)使用代用木材可達(dá)4 000萬-5 000萬m3，可彌補(bǔ)我國(guó)木材供需缺口的1/3[9]，假如我們?cè)賹⒅癫囊M(jìn)消耗大量木材的物流裝備領(lǐng)域，就可以進(jìn)一步彌補(bǔ)我國(guó)木材的供需缺口。因此，以竹材為主生產(chǎn)材料的托盤原材料成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以木材為主的托盤成本，在經(jīng)濟(jì)效益上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

（3）竹質(zhì)托盤的生態(tài)效益。竹材是可再生資源，一株毛竹成材期只需2-3年，而拿成材較快的速生楊樹而言，也需要8-10年才可以砍伐使用，這已經(jīng)比一般樹快了8年左右。同時(shí)竹林具有極強(qiáng)的截留降水、凈化環(huán)境和固土能力。據(jù)專家測(cè)算，每公頃竹林可蓄水1 000t，竹林的滲水率為草地的1倍，固土能力是馬尾松林的1.5倍，同等面積的竹林比一般樹林多釋放35%的氧氣。另外，我國(guó)森林資源蓄積不足，僅占世界的3.2%，人均森林面積和人均蓄積量分別為世界人均的1/5和1/8，而據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)局資料顯示，目前我國(guó)木托盤占市場(chǎng)的86%以上，消耗4 000多萬m3木材，如果我們用竹材替代木材制作托盤的話，將大大緩解國(guó)內(nèi)木材的供需矛盾，保護(hù)森林。因此，竹林在維護(hù)生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要的作用。而且很好的利用竹材作為產(chǎn)品的話，也有利于竹材的生長(zhǎng)，竹材生長(zhǎng)過于密集，反而會(huì)停滯它的繁殖生長(zhǎng)。所以從生態(tài)效益上看，竹質(zhì)托盤的開發(fā)對(duì)于竹材的生長(zhǎng)與利用意義重大[11]。

6 結(jié)語

我國(guó)竹質(zhì)托盤市場(chǎng)巨大，而且還在不斷增長(zhǎng)。竹質(zhì)包裝材料作為一種環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，具有綠色包裝材料的特點(diǎn)，將會(huì)受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。選用竹質(zhì)材料制的包裝用材也成為研究的熱點(diǎn)。竹質(zhì)托盤具有強(qiáng)度高，環(huán)保性能好，經(jīng)濟(jì)效益顯著的一種新型物流裝備，只要對(duì)其加工過程進(jìn)行一些防霉防腐處理，其一定能帶來可觀的社會(huì)效益，生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]杜丹克.竹加工廢棄物模壓托盤的結(jié)構(gòu)研究[D].無錫：江南大學(xué)，2009.

[2]秦歲明，劉在斌.中國(guó)竹文化的包裝特點(diǎn)分析[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)，2011，（5）：25-26.

[3]戚序，趙云雪.解析梁平竹簾包裝設(shè)計(jì)的地域文化特色[J].包裝工程，2011，（1）：111-113.

[4]王朝暉，江澤慧.竹質(zhì)人造板標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與前景介析[J].世界竹藤通訊，2003，（3）：1-5.

[5]Pang Yan,Wang Zhongwei.Project Design for Environment-Friendly Packing Material in Logistic Processing[A].International Conference on Logistics Engineering and Supply Chain[C].2008.

[6]鄧和平，江新喜.竹質(zhì)新材料[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

[7]劉玉強(qiáng)，喻遒秋，陶以明.代木材料及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[8]馮萍.竹材的新空間[J].工業(yè)建筑，2009，39（8）：125-127.

[9]賀勇,戈振楊.竹材性質(zhì)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].福建林業(yè)科技，2009，36（2）：135-139.

[10]楊云芳，劉志坤.毛竹材抗拉彈性模量及抗拉強(qiáng)度[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，13（1）：21-27.

[11]趙雪松，王喜明，塔娜，于秋霞.基于ANSYS軟件的竹材曲面受壓過程分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（1）：224-228.