竹木工藝筷物理力學(xué)性能試驗(yàn)分析

郝向陽(yáng)，王洪艷，袁少飛，袁超哲，石林，張建，李琴

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 杭州 311300；2.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023）

筷子是一種具體表現(xiàn)飲食民俗的特色餐具，其豐富的象征意義和文化內(nèi)涵已成為中華民族文化特有的符號(hào)[1-2]。隨著竹材、木材加工利用技術(shù)的進(jìn)步和大眾環(huán)保、生態(tài)意識(shí)的加強(qiáng)，可多次反復(fù)使用的以竹或木為材質(zhì)的工藝筷，因其具有產(chǎn)品質(zhì)量好、種類多、文化內(nèi)涵豐富、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的青睞，發(fā)展日益迅速。但隨著加工技術(shù)的快速發(fā)展，因其較低的生產(chǎn)門檻、監(jiān)管難度大和缺乏相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致竹木工藝筷的質(zhì)量良莠不齊?？曜优c人的健康安全密切相關(guān)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)一次性筷子已進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究[3-5]，也有學(xué)者對(duì)竹木工藝筷的涂層重金屬等有害物質(zhì)進(jìn)行了研究[6-8]，但針對(duì)竹木工藝筷的使用性能還未有系統(tǒng)的研究。本文重點(diǎn)對(duì)影響竹木工藝筷使用的含水率、尺寸偏差、彎曲量、耐熱水、耐熱油、折斷和跌落等物理力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)和研究，旨在為進(jìn)一步規(guī)范竹木工藝筷產(chǎn)品質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)制定、保障消費(fèi)者權(quán)益以及推動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的竹木工藝筷樣品共有47 種，每種樣品60 雙，分別購(gòu)自浙江雙槍竹木有限公司、浙江九川竹木股份有限公司、浙江味老大工貿(mào)有限公司、浙江天竹工貿(mào)有限公司、浙江利眾竹木有限公司、泰順縣喜來(lái)福竹木制品有限公司、浙江三禾竹木科技股份有限公司、浙江峰暉竹木制品有限公司、龍泉市日用竹木制品廠、浙江佳馳竹木有限公司等生產(chǎn)企業(yè)，其中未漆飾23 種、漆飾24 種；16 種木質(zhì)工藝筷樣品中未漆飾和漆飾各8 種；31 種竹質(zhì)工藝筷樣品中未漆飾15 種、漆飾16 種，材質(zhì)均為毛竹Phyllostachys edulis材，其中本色15 種、炭化16 種；具體見(jiàn)表1 和表2。食用油為5L 裝金龍魚(yú)牌食用大豆色拉油（上海嘉里食品工業(yè)有限公司生產(chǎn)）。水為蒸餾水。

表1 未漆飾竹木工藝筷樣品情況Table 1 Unpainted bamboo and wood chopsticks

表2 漆飾竹木工藝筷樣品情況Table 2 Painted bamboo and wood chopsticks

1.2 主要儀器

DK-S 型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；W-5 型恒溫水浴鍋，鞏義市英峪高科儀器廠；D10S 型新納達(dá)帶鋸機(jī)，新納達(dá)科技有限公司；DHG-9203A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司；游標(biāo)卡尺（分度值1.0 mm，精度0.02 mm）；鋼板尺（分度值0.5 mm，精度0.5 mm）；塞尺（精度等級(jí)1 級(jí)）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 含水率測(cè)試 參照GB/T 1931—2009《木材含水率測(cè)定方法》中規(guī)定的檢驗(yàn)方法進(jìn)行[9]。每雙筷子為一個(gè)試樣，取樣時(shí)先截取每根筷子的兩端（25±5）mm，再沿筷子長(zhǎng)度方向分別截取長(zhǎng)度約（20±5）mm 的小段，每根筷子取3 個(gè)小段。試樣制取時(shí)要避開(kāi)鑲嵌有裝飾性部件的位置。試樣制取后立即用塑料袋密封。每種樣品隨機(jī)取5 雙筷子進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果取平均值。

1.3.2 尺寸偏差測(cè)試 參照GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》和GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》中規(guī)格尺寸的相關(guān)檢驗(yàn)方法進(jìn)行[10-11]，主要測(cè)試竹木工藝筷的長(zhǎng)度及大頭端面、小頭端面的尺寸，其中大頭端面和小頭端面為正方形的測(cè)試邊長(zhǎng)，大頭端面和小頭端面為圓形的測(cè)試直徑，并與生產(chǎn)廠家標(biāo)注的尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以偏差來(lái)評(píng)價(jià)竹木工藝筷的尺寸情況。測(cè)試時(shí)采用鋼板尺沿筷子中心軸線方向測(cè)量長(zhǎng)度尺寸，大頭和小頭端面尺寸用游標(biāo)卡尺測(cè)量。每種樣品隨機(jī)抽取5 雙筷子進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果取平均值。

1.3.3 彎曲量測(cè)試 彎曲量也就是竹木工藝筷的變形情況。參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中側(cè)面彎曲和正面彎曲的檢驗(yàn)方法進(jìn)行[12]。彎曲量測(cè)量時(shí)將單根筷子凹面朝下靠在鋼板尺上，在最大彎曲處用塞尺測(cè)試其高度。每種樣品隨機(jī)抽取5 雙共10 根筷子進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果取平均值。

1.3.4 耐熱水性能試驗(yàn) 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中耐熱水性能進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)先將燒杯中的蒸餾水加熱至沸騰，然后將筷子小頭垂直浸入沸水中（100±5）mm，分別保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性濾紙擦去表面水分，立即觀察筷子變形、表面變色、漆膜起皮或脫落等現(xiàn)象。每種樣品隨機(jī)抽取5 雙筷子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.5 耐熱油性能試驗(yàn) 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中耐熱油性能檢驗(yàn)方法開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)先將水浴鍋中的食用油加熱至（120±5）℃，然后將筷子小頭垂直浸入食用油中（100±5）mm，分別保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性濾紙擦去表面食用油，立即觀察筷子變形、表面變色、漆膜起皮或脫落等現(xiàn)象。每種樣品隨機(jī)抽取5 雙筷子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.6 折斷性能試驗(yàn) 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中折斷性能檢驗(yàn)方法開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，取1 雙筷子，將筷子大頭一端100 mm 置于水平的桌面上并用質(zhì)量在10 kg 以上的物體壓住固定，筷子其余部分垂直桌邊向外伸出，在另一端（10±2）mm 處懸掛500 g 砝碼分別保持60 s、120 s、180 s，觀察筷子有無(wú)折斷或撕裂等情況。每種樣品隨機(jī)取5 雙筷子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.7 跌落性能試驗(yàn) 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中跌落性能檢驗(yàn)方法開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將1 雙筷子距平整水泥地面或貼瓷磚地面0.8 m 高處，分別水平自由跌落1 次、2 次、3 次，觀察筷子有無(wú)殘缺、斷裂，裝飾性部件有無(wú)松動(dòng)或脫落。每種樣品隨機(jī)取5 雙試樣筷子進(jìn)行試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率測(cè)試結(jié)果分析

從圖1 和圖2 分析后得到，47 種竹木工藝筷的含水率均在7%～ 16%之間，其中，含水率低于14%的有46種、低于12%的有42 種、低于10%的有24 種，全部符合GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中對(duì)7%≤含水率≤各地平衡含水率（浙江為16.0%）的要求；但參照GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》，31 種竹質(zhì)工藝筷中有24 種樣品符合含水率≤10%的要求。從材質(zhì)來(lái)看，16 種木質(zhì)工藝筷的含水率比竹質(zhì)工藝筷的含水率高，含水率在10%以上的有15 種且波動(dòng)范圍較大，最低含水率為9.99%，其中1 種鮑迪豆材質(zhì)的漆飾木質(zhì)工藝筷的含水率最高，為15.12%；31 種竹質(zhì)工藝筷中，含水率≤10%的有24 種，最高含水率為11.5%。本色竹質(zhì)工藝筷的含水率比炭化竹質(zhì)工藝筷的含水率高，在未漆飾工藝筷樣品中尤為明顯。這主要是因?yàn)槟举|(zhì)工藝筷的材質(zhì)種類較多，且木材相對(duì)竹材而言，吸水性好；而竹材炭化后纖維素結(jié)晶度增加，竹材維管束收縮，細(xì)胞間隙變小[13-14]，炭化后竹材耐濕性能提高。

圖1 未漆飾竹木工藝筷含水率測(cè)試結(jié)果Figure 1 Moisture content in unpainted chopsticks

圖2 漆飾竹木工藝筷含水率測(cè)試結(jié)果Figure 2 Moisture content in painted chopsticks

2.2 尺寸偏差測(cè)試結(jié)果分析

2.2.1 長(zhǎng)度尺寸及偏差結(jié)果分析 GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中對(duì)長(zhǎng)度尺寸的允許偏差范圍為±1.0 mm。從表3、表4 測(cè)試結(jié)果可知，在47 種竹木工藝筷中有45 種工藝筷的長(zhǎng)度偏差在±2.0 mm 以內(nèi)，占試驗(yàn)樣品數(shù)的95.7%，其中偏差在±1.0 mm 以內(nèi)有38 種，占試驗(yàn)樣品數(shù)的80.9%。對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，未漆飾竹木工藝筷的長(zhǎng)度尺寸偏差整體比漆飾竹木工藝筷的較好，23種未漆飾竹木工藝筷中，尺寸偏差在±1.0 mm以內(nèi)的樣品有21 種、偏差在±0.5 mm 以內(nèi)的樣品有17 種；24 種漆飾竹木工藝筷中，尺寸偏差在±1.0 mm 以內(nèi)的樣品有17 種、偏差在±0.5 mm 以內(nèi)的樣品有11 種。

表3 未漆飾竹木工藝筷長(zhǎng)度尺寸及偏差測(cè)試結(jié)果Table 3 Length and tolerance of unpainted chopsticks

表4 漆飾竹木工藝筷長(zhǎng)度尺寸及偏差測(cè)試結(jié)果Table 4 Length and tolerance of painted chopsticks

2.2.2 大頭端面尺寸及偏差結(jié)果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對(duì)筷子大頭端面尺寸的允許偏差范圍為±0.2 mm。47 種竹木工藝筷樣品中，大頭端面為正方形的有44 種、為圓形的有3 種。從表5、表6 測(cè)試結(jié)果來(lái)看，47 種竹木工藝筷樣品大頭端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以內(nèi)，其中偏差在±0.10 mm 以內(nèi)的樣品有29 種、占試驗(yàn)樣品數(shù)的61.7%，偏差在±0.05 mm 以內(nèi)的樣品有18 種、占試驗(yàn)樣品數(shù)的38.3%。

表6 漆飾竹木工藝筷大頭端面尺寸及偏差測(cè)試結(jié)果Table 6 Head end size and tolerance of painted chopsticks

2.2.3 小頭端面尺寸及偏差結(jié)果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對(duì)筷子小頭端面尺寸允許偏差范圍為±0.20 mm。47 種竹木工藝筷樣品小頭端面均為圓形。從表7、表8 測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，47 種竹木工藝筷的小頭端面直徑尺寸偏差均在±0.20 mm 以內(nèi)，其中偏差在±0.10 mm 以內(nèi)的樣品有31 種，占試驗(yàn)樣品數(shù)的66.0%，偏差在±0.05 mm 以內(nèi)的樣品有16 種，占試驗(yàn)樣品數(shù)的34.0%。

表7 未漆飾竹木工藝筷小頭端面尺寸及偏差測(cè)試結(jié)果Table 7 Tail end size and tolerance of unpainted chopsticks

表8 漆飾竹木工藝筷小頭端面尺寸及偏差測(cè)試結(jié)果Table 8 Tail end size and tolerance of painted chopsticks

2.3 彎曲量測(cè)試結(jié)果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對(duì)筷子正面和側(cè)面的彎曲允許偏差<1.0 mm。從圖3 和圖4 彎曲量測(cè)試結(jié)果來(lái)看，47 種竹木工藝筷樣品的彎曲量均<0.60 mm，最大值為0.52 mm，最小值為0.12 mm；其中46 種樣品的彎曲量<0.50 mm、占樣品總數(shù)的97.9%，42 種樣品的彎曲量<0.40 mm、占樣品總數(shù)的89.4%，30 種樣品彎曲量<0.30 mm、占樣品總數(shù)的63.8%。從材質(zhì)看，木質(zhì)工藝筷的彎曲量相對(duì)優(yōu)于竹質(zhì)工藝筷，木質(zhì)工藝筷彎曲量最高為0.31 mm，而竹質(zhì)工藝筷彎曲量最高為0.52 mm。

圖3 未漆飾竹木工藝筷彎曲量測(cè)試結(jié)果Figure 3 Curvature of unpainted chopsticks

圖4 漆飾竹木工藝筷彎曲量測(cè)試結(jié)果Figure 4 Curvature of painted chopsticks

2.4 耐熱水性能試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)表9、表10 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，未漆飾竹木工藝筷的耐熱水性能較漆飾竹木工藝筷優(yōu)異。23 種未漆飾竹木工藝筷經(jīng)過(guò)60 min 水煮試驗(yàn)后均未出現(xiàn)變形、表面變色、起毛等情況；而24 種漆飾竹木工藝筷的耐熱水性能表現(xiàn)較差，時(shí)間越長(zhǎng)，漆膜起皮或脫落現(xiàn)象越嚴(yán)重，其中漆飾竹質(zhì)工藝筷的耐熱水性能最差。水煮30 min時(shí)，有3 種漆飾本色竹質(zhì)工藝筷出現(xiàn)漆膜起皮或脫落現(xiàn)象；水煮60 min 時(shí)，有7 種樣品出現(xiàn)漆膜起皮或脫落現(xiàn)象，其中漆飾竹質(zhì)工藝筷有6 種。

表9 漆飾竹木工藝筷耐熱水性能試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Hot-water resistance of painted chopsticks

表10 未漆飾竹木工藝筷耐熱水性能試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Hot-water resistance of unpainted chopsticks

2.5 耐熱油性能試驗(yàn)結(jié)果分析

從表11、表12 檢測(cè)結(jié)果看，未漆飾竹木工藝的筷耐熱油性能較漆飾竹木工藝筷優(yōu)異。23 種未漆飾竹木工藝筷經(jīng)過(guò)60 min 熱油試驗(yàn)后均未出現(xiàn)變形、表面變色、起毛等情況；而24 種漆飾竹木工藝筷耐熱油性能表現(xiàn)較差，時(shí)間越長(zhǎng)，漆膜起皮或脫落現(xiàn)象越嚴(yán)重；在30 min 時(shí)，就有8 種樣品出現(xiàn)漆膜起皮或脫落現(xiàn)象，在40 min、50 min 和60 min 時(shí)，有9 種樣品出現(xiàn)漆膜起皮或脫落現(xiàn)象；其中，以漆飾本色竹質(zhì)工藝筷的耐熱油性能最差，30 min 時(shí)，8 種樣品中就有6 種樣品出現(xiàn)漆膜起皮或脫落現(xiàn)象。

表11 漆飾竹木工藝筷耐熱油試驗(yàn)結(jié)果Table 11 Hot-oil resistance of painted chopsticks

2.6 折斷性能試驗(yàn)結(jié)果分析

從表13 試驗(yàn)結(jié)果看，47 種竹木工藝筷經(jīng)過(guò)60 s、120 s、180 s 的折斷試驗(yàn)后，表現(xiàn)良好，均未出現(xiàn)折斷、撕裂等情況。

表13 竹木工藝筷折斷試驗(yàn)結(jié)果Table 13 Fracture of tested chopsticks

2.7 跌落性能試驗(yàn)結(jié)果分析

從表14 試驗(yàn)結(jié)果看，47 種竹木工藝筷經(jīng)過(guò)3 次跌落試驗(yàn)后，表現(xiàn)良好，均未出現(xiàn)殘缺、斷裂等情況。

表14 竹木工藝筷跌落試驗(yàn)結(jié)果Table 14 Drop test on tested chopsticks

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）竹木工藝筷的含水率在7%～ 16%之間。從材質(zhì)來(lái)看，木質(zhì)工藝筷的含水率比竹質(zhì)工藝筷的含水率高，而本色竹質(zhì)工藝筷的含水率又比炭化竹質(zhì)工藝筷的含水率高，在未漆飾竹木工藝筷樣品中尤為明顯；（2）竹木工藝筷的長(zhǎng)度偏差基本在±2.0 mm 以內(nèi)，大頭端面和小頭端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以內(nèi)，其中，未漆飾竹木工藝筷的長(zhǎng)度偏差比漆飾竹木工藝筷的相對(duì)較好；（3）竹木工藝筷有較好的尺寸穩(wěn)定性，彎曲量均<0.60 mm，其中木質(zhì)工藝筷彎曲量相對(duì)優(yōu)于竹質(zhì)工藝筷；（4）未漆飾竹木工藝筷比漆飾竹木工藝筷有更好的耐熱水和耐熱油性能，其中漆飾竹質(zhì)工藝筷的耐熱水和耐熱油性能相對(duì)較差。未漆飾竹木工藝筷經(jīng)60 min 水煮試驗(yàn)和60 min熱油試驗(yàn)后均未出現(xiàn)變形、變色、起毛等現(xiàn)象；（5）竹木工藝筷折斷和跌落試驗(yàn)后均未出現(xiàn)殘缺、破損、斷裂等情況，性能優(yōu)異。

3.2 建議

目前，現(xiàn)有筷子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)主要是關(guān)于一次性的竹筷、木筷、植物纖維筷等產(chǎn)品，對(duì)可多次使用的竹木工藝筷尚無(wú)相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，仍是空白，須盡快制訂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。因筷子關(guān)系到人的健康安全，建議在高溫條件下盡量使用未漆飾竹木工藝筷，避免長(zhǎng)時(shí)間使用漆飾竹木工藝筷。