竹增強(qiáng)環(huán)氧集成材的改性研究

謝敏芳 黃曉東

（1 福建農(nóng)林大學(xué)園林藝術(shù)學(xué)院 福州金山 350002 2 福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院 福州金山 350002）

竹增強(qiáng)環(huán)氧集成材的改性研究

謝敏芳1黃曉東2

（1 福建農(nóng)林大學(xué)園林藝術(shù)學(xué)院 福州金山 350002 2 福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院 福州金山 350002）

采用高強(qiáng)度玻璃纖維對(duì)竹環(huán)氧集成材進(jìn)行改性試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)采用熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為7.5 mm/根、熱壓時(shí)間為1.0 min/mm(厚)、熱壓溫度為145℃的生產(chǎn)工藝，環(huán)氧集成材壓縮強(qiáng)度最佳；當(dāng)采用熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為5.0 mm/根、熱壓時(shí)間為1.2 min/mm(厚) 、熱壓溫度140℃的生產(chǎn)工藝，環(huán)氧集成材層間剪切性能最佳。

環(huán)氧集成材; 玻璃纖維; 壓縮強(qiáng)度; 層間剪切性能

中國(guó)是森林資源貧乏的國(guó)家，無(wú)論森林的覆蓋率還是人均占有量都低于世界的平均水平。但我國(guó)的竹類資源十分豐富，其面積和產(chǎn)量均居世界的首位[1-3]，這為竹材加工成各種產(chǎn)品滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活的需要提供了有利的條件[4]。

竹材集成材由定寬定厚的竹片為基本構(gòu)成單元，采用雙向加壓的膠合工藝和膠合設(shè)備制備而成。產(chǎn)品用途主要用于替代珍貴樹(shù)種木材制作竹家具、竹制品、室內(nèi)裝修和鋪設(shè)地板，是一種尺寸穩(wěn)定、紋理清晰雅致、結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)良和木材集成材相似的一種產(chǎn)品[5]。

由于竹材的纖維及維管束呈縱向分布，竹材的縱向壓縮及剪切性能較高，而橫向的相關(guān)力學(xué)性能就顯著降低，由竹材制成的竹環(huán)氧層積材也存在這一問(wèn)題[6-7]。

本研究通過(guò)在竹環(huán)氧集成材中添加高強(qiáng)度玻璃纖維束，研究玻璃纖維束對(duì)竹環(huán)氧集成材物理力學(xué)性能的影響，最終確定最佳的竹環(huán)氧集成材生產(chǎn)工藝，為進(jìn)一步合理利用竹環(huán)氧集成材打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.實(shí)驗(yàn)材料和條件

1.1 試樣來(lái)源

本批次毛竹采至浙江省新昌縣，長(zhǎng)約15 m左右，端頭直徑10 cm以上，竹齡約3～5年左右。

玻璃纖維：選擇南京玻璃纖維研究院生產(chǎn)的高強(qiáng)度玻璃纖維束。把玻璃纖維剪裁成長(zhǎng)度300 mm的若干束，備用。

1.2 儀器設(shè)備

恒溫恒濕箱，竹材橫截鋸，竹材破篾機(jī)，竹材炭化罐，熱壓機(jī)，INSTRON 5582萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等。

1.3 竹青薄板集成材的加工

將采伐來(lái)的毛竹，從根部端頭1m以上處截?cái)啵￠L(zhǎng)度1.25 m、通直毛竹段若干； 在破蔑機(jī)上破蔑，破蔑竹片規(guī)格為1 250 mm×16 mm×9 mm(長(zhǎng)×寬×厚)；在四面刨上加工成規(guī)格竹片（留竹青），規(guī)格為1 250 mm×12 mm×5 mm；送入炭化罐里對(duì)青竹片進(jìn)行炭化處理；將炭化完成的竹片送入干燥窯干燥，竹片含水率控制在8%以下；竹片涂刷泰爾地板膠，竹青面朝上組坯熱壓成型（加側(cè)壓）；將成型后的竹板毛坯送入壓刨，定厚加工成竹青薄板。

1.4 試驗(yàn)方案

采用L9(34)正交試驗(yàn)方案（表1），設(shè)計(jì)熱壓壓力、玻璃纖維均布密度、熱壓時(shí)間、熱壓溫度4個(gè)因素。選定試驗(yàn)方案后，在試驗(yàn)用的竹青薄板上分別標(biāo)注玻璃纖維放置間隙為5 mm、7.5 mm、10 mm的定位線。

1.5 浸漬環(huán)氧混合樹(shù)脂的調(diào)制

調(diào)制浸漬環(huán)氧混合樹(shù)脂，配比為：618環(huán)氧樹(shù)脂30%，SK3環(huán)氧樹(shù)脂30%，2124酚醛樹(shù)脂40%；調(diào)勻后按GB/T14074.5-93的要求測(cè)環(huán)氧混和樹(shù)脂的固含量，再根據(jù)實(shí)測(cè)的樹(shù)脂固含量用丙酮稀釋成40%固含量的樹(shù)脂備用。將標(biāo)注好玻璃纖維放置間隙的竹青薄板放入加壓浸漬罐內(nèi)并固定，加壓壓力為0.8 MPa，時(shí)間為60 min，樹(shù)脂的浸漬量約為10%左右；陳化1～2h左右，把竹青薄板放入烘箱低溫（60℃）干燥，待竹青薄板表面膠粘劑不再粘手后取出，備用。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.6 玻璃纖維增強(qiáng)竹環(huán)氧集成材制作

根據(jù)竹青薄板上標(biāo)注的玻璃纖維定位線，把玻璃纖維束布置在竹青薄板上面，再涂刷一遍浸漬環(huán)氧混合樹(shù)脂膠對(duì)玻璃纖維束加以固定，然后放在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行陳放，陳放時(shí)間為24 h。

將陳放好的竹青薄板按表1的正交試驗(yàn)方案組合好，然后利用實(shí)驗(yàn)室里萬(wàn)能熱壓機(jī)進(jìn)行壓板，按要求制成璃纖維增強(qiáng)竹環(huán)氧集成材。

1.7 物理力學(xué)性能測(cè)試方法

將加工好的玻璃纖維增強(qiáng)竹環(huán)氧集成材（500 mm×220 mm×28 mm（長(zhǎng)×寬×厚））取出，放置24h后，在壓刨上精加工成500 mm×200 mm×25 mm（長(zhǎng)×寬×厚）的規(guī)格集成材板材。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1448-2005纖維增強(qiáng)塑料壓縮性能試驗(yàn)方法的要求制作試件，本次試樣中試樣高度取(30士0.2 mm)，試件的厚度就為板厚；根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1450.1-2005纖維增強(qiáng)塑料層間剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法的要求制作試件；試驗(yàn)前，試件應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（溫度要求為(23士2)℃、相對(duì)濕度為（50士10）%）下至少放置24 h。若不具備實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件，試驗(yàn)前試件可在干燥器內(nèi)至少放置24 h，再進(jìn)行玻璃纖維增強(qiáng)竹環(huán)氧集成材壓縮性能和層間剪切性能的檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)氧集成材壓縮性能結(jié)果分析

環(huán)氧集成材壓縮性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2所示，壓縮強(qiáng)度的極差分析見(jiàn)圖1所示。從表2可知，盡管各因素對(duì)環(huán)氧集成材壓縮性能的影響程度不一，但其強(qiáng)弱趨勢(shì)明顯。對(duì)環(huán)氧集成材壓縮性能的影響強(qiáng)弱依次為：玻璃纖維均布密度＞熱壓時(shí)間＞熱壓壓力＞熱壓溫度。由表2和圖1分析得出，壓縮強(qiáng)度最佳的環(huán)氧集成材最佳生產(chǎn)工藝為：熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為7.5 mm/根、熱壓時(shí)間為1.0 min/mm、熱壓溫度145℃。

2.2 環(huán)氧集成材層間剪切性能結(jié)果分析

正交實(shí)驗(yàn)壓板后，環(huán)氧集成材層間剪切性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所示，層間剪切性能的極差分析見(jiàn)圖2所示。從表3可知，盡管各因素對(duì)環(huán)氧集成材層間剪切性能的影響程度不一，但其強(qiáng)弱趨勢(shì)明顯。對(duì)環(huán)氧集成材層間剪切性能的影響強(qiáng)弱依次為：熱壓溫度＞熱壓時(shí)間＞熱壓壓力＞玻璃纖維均布密度。由表3和圖2分析得出，層間剪切性能最佳的環(huán)氧集成材最佳生產(chǎn)工藝為：熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為5.0mm/根、熱壓時(shí)間為1.2 min/mm、熱壓溫度140℃。

表2 環(huán)氧集成材壓縮強(qiáng)度

表3 環(huán)氧集成材層間剪切強(qiáng)度

3 小 結(jié)

（1） 通過(guò)在各竹青薄板間橫向添加高強(qiáng)度的玻璃纖維的方法，能夠明顯提高成品竹環(huán)氧集成材的壓縮強(qiáng)度性能和層間剪切性能。

（2）采用熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為7.5 mm/根、熱壓時(shí)間為1.0 min/mm、熱壓溫度145℃的優(yōu)化生產(chǎn)工藝，可以達(dá)到提高竹環(huán)氧層積材壓縮強(qiáng)度性能的目的。

（3）采用熱壓壓力為1.4 MPa、玻璃纖維均布密度為5.0 mm/根、熱壓時(shí)間為1.2 min/mm、熱壓溫度140℃的生產(chǎn)工藝，可以達(dá)到提高竹環(huán)氧層積材層間剪切性能的目的。

[1]江澤慧.中國(guó)林業(yè)工程[M].濟(jì)南：濟(jì)南出版社，2002:189-196.

[2]雷加富.中國(guó)竹資源和竹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國(guó)熱帶地區(qū)竹藤的發(fā)展（論文集第6卷）.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2001.

[3]李世東，許傳德.中國(guó)竹業(yè)發(fā)展歷程與21世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略[J].竹子研究匯刊，1998，19(1):1-5.

[4]周芳純.20世紀(jì)竹業(yè)回顧和21世紀(jì)的展望[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，1999,(1)：7-9.

[5]唐永裕.中國(guó)竹材加工利用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國(guó)熱帶地區(qū)竹藤的發(fā)展（論文集第6卷）.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2001.

[6]張齊生，孫豐文.竹木復(fù)合結(jié)構(gòu)是科學(xué)合理利用竹材資源的有效途徑[J].林產(chǎn)工業(yè)，1995，22(6):4-6.

[7]江澤慧.世界竹藤[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002:3-6.

A Study of Modif i ed Performance of Epoxy Glued Laminate Bamboo Timber

Xie Minfang1, Huang Xiaodong2
(1 College of Garden Arts, Fujian Agriculture and Forestry University Jinshan 350002, China 2 College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Jinshan 350002, China)

The high strength fiber glass was used for modified performance test of epoxy glued laminate bamboo timber. The results showed that the compressive strength property of epoxy glued laminate bamboo timber was best when the pressure of hot pressing was 1.4 MPa , the average fi berglass distances 7.5mm, the best time of hot pressing 1.0min/mm (thickness)and the temperature of hot pressing 145℃; while the interplay shear properties of epoxy glued laminate bamboo timber was best when the pressure of hot pressing was 1.4 MPa , the average fi berglass distances 5mm, the best time of hot pressing is 1.2 min/mm (thickness) and the temperature of hot pressing 140℃.

epoxy laminate timber, fi ber glass, compressive strength, interplay shear property

福建農(nóng)林大學(xué)校青年教師基金項(xiàng)目---玻璃纖維增強(qiáng)竹環(huán)氧集成材的性能評(píng)價(jià)（項(xiàng)目編號(hào)為2010046）。

謝敏芳（1971-），女，福建農(nóng)林大學(xué)園林藝術(shù)學(xué)院副教授, 從事木材科學(xué)與技術(shù)、竹質(zhì)復(fù)合材料的研究。

黃曉東(1966-)，男，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院副教授,博士，從事木材科學(xué)與技術(shù)、竹質(zhì)復(fù)合材料、木材阻燃的研究。