竹片質(zhì)量對(duì)竹簾膠合板靜曲強(qiáng)度與彈性模量的影響

王琮琮，錢俊

（浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300）

竹片質(zhì)量對(duì)竹簾膠合板靜曲強(qiáng)度與彈性模量的影響

王琮琮，錢俊

（浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300）

采用不同質(zhì)量的竹片（竹篾），按產(chǎn)品特定的結(jié)構(gòu)與工藝要求，制造用于車箱底板的32.0mm竹簾膠合板。通過對(duì)其縱向靜曲強(qiáng)度與彈性模量的測試與分析，研究制造車箱底板用的竹片（竹篾）的質(zhì)量優(yōu)化方案。結(jié)果表明：①竹片厚度誤差、不規(guī)則彎曲程度越小，表面質(zhì)量越好，缺陷越少，產(chǎn)品的縱向靜曲強(qiáng)度與彈性模量越高；②厚度誤差小于0.2 mm的A類竹片制成的竹簾膠合板，其靜曲強(qiáng)度與彈性模量達(dá)到較高值，分別為124.5 MPa和7 468.3MPa；③竹片厚度誤差與表面質(zhì)量對(duì)竹簾膠合板強(qiáng)度影響顯著，竹片質(zhì)量較好的A類竹片制成的竹簾膠合板的靜曲強(qiáng)度為竹片質(zhì)量一般的E類竹片制成的竹簾膠合板靜曲強(qiáng)度的3倍，彈性模量則提高了45%。圖13表3參12

木材科學(xué)與技術(shù)；竹簾膠合板；竹片質(zhì)量；靜曲強(qiáng)度；彈性模量

竹材人造板是以竹材為原料，經(jīng)過一系列的機(jī)械和化學(xué)加工，在一定的溫度和壓力下，借助膠黏劑或竹材自身結(jié)合力的作用，膠合而成的板狀材料［1］。20多年來，中國竹材的開發(fā)得到了很大的發(fā)展［2］。出現(xiàn)了如竹材膠合板、竹蔑簾復(fù)合板、竹簾人造板等一批有代表性的工業(yè)化產(chǎn)品［3］，在一定程度上緩解了木材供應(yīng)的短缺，彌補(bǔ)了木材制品的不足。但是，以上3種竹材人造板的單元材料都是竹條（竹篾），特別是竹簾膠合板生產(chǎn)企業(yè)的原料（竹簾）收購質(zhì)量控制僅僅局限于竹簾編織的疏密，而對(duì)同一竹簾中竹片的厚度均勻性、形態(tài)特征、缺陷等問題不夠重視，生產(chǎn)過程中只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)粗略的組坯，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，既浪費(fèi)原料，又使產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力增加，穩(wěn)定性較差。為了解決上述問題，研究了在同一層中采用不同質(zhì)量（包括厚度均勻性、形態(tài)特征、缺陷等）的竹片制造竹簾膠合板，通過對(duì)其縱向靜曲強(qiáng)度和彈性模量的測試和分析，尋求竹片的厚度誤差允許值以及缺陷和形態(tài)特征要求，以便于在相同密度下生產(chǎn)出具有較高強(qiáng)度的竹簾膠合材。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

竹片由浙江省江山市某竹業(yè)有限公司提供，規(guī)格：厚竹片450.0mm×18.0 mm（14.0～25.0 mm）× 3.0 mm；薄竹片450.0 mm×15.0 mm×1.2 mm。不同類型竹片的形態(tài)特征見表1。膠黏劑為固含量為28%的水溶性酚醛樹脂浸漬膠，由浙江省江山市某竹業(yè)有限公司供應(yīng)。

表1 不同類型竹片的形態(tài)特征Table1 Morphological characteristics of different typesof bamboo

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

XLB-D500×D500×1平板硫化機(jī)，JA2003電子天平，MWD-50微機(jī)控制式木材萬能試驗(yàn)機(jī)，推臺(tái)鋸，烘箱，游標(biāo)卡尺，卷尺，厚度規(guī)等。

1.3 制板工藝流程

試驗(yàn)制板工藝流程為竹片選材→干燥→稱量→施膠→涼干（干燥）→鋪裝→膠合→取樣→檢測。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)密度為850～880 kg·m-3的竹簾膠合板，厚、薄竹片浸膠時(shí)間都為5min，鋪裝時(shí)采用以中間層對(duì)稱的原則，自下而上為：縱向3層薄竹片，縱向3層厚竹片，橫向1層厚竹片，縱向1層厚竹片（芯層），橫向1層厚竹片，縱向3層厚竹片，縱向3層薄竹片（圖1）。在上下各蓋1層脫膜紙，然后再覆蓋上鋼板。采用厚度為32.0mm的厚度規(guī)。

圖1 鋪裝結(jié)構(gòu)Figure 1 Laying-structure

熱壓參數(shù)為：熱壓溫度為（140±5）℃，壓力為3.5～4.0MPa。等待上下壓板溫度達(dá)到要求后將板坯放入熱壓機(jī)進(jìn)行45min熱壓，然后冷卻到70℃以下取出，自然存放48 h［4-7］。

每一種竹片各制得4塊竹簾膠合板，用推臺(tái)鋸機(jī)鋸成350.0 mm×210.0 mm×32.0 mm（長×寬×厚）的樣品塊，再將樣品塊鋸成350.0 mm×50.0mm×32.0mm（長×寬×厚）的條形竹膠板4塊，即同類竹片制得的板材檢測試樣共16塊，用于檢測靜曲強(qiáng)度（MOR）與彈性模量（MOE）。將同一塊板上的4個(gè)試樣數(shù)據(jù)取平均值，記錄試驗(yàn)結(jié)果如表2（表2中同一塊竹膠板上的4個(gè)試件只列出性能平均值，如E：1-1表示E類竹片制得的1-1號(hào)竹膠板上4個(gè)試件的縱向靜曲強(qiáng)度及彈性模量的平均值，以此類推）。

表2 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)Table 2 Tentative data

2 結(jié)果與分析

2.1 E類竹片制造的竹膠板

E類竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖2～3。

圖2 E類竹片形態(tài)特征圖Figure 2 Form characteristic of E kind bamboo slices

圖3 橫向與縱向Figure 3 Transverse and longitudinally

根據(jù)表2可知：采用E類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度為41.3 MPa，彈性模量為5 163.5 MPa。采用E類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量數(shù)值都較低，從圖3的橫向端面中可以清晰地看到，在鋪裝過程中厚層竹片有明顯的厚薄不均的現(xiàn)象，導(dǎo)致薄的竹片在壓力不足的情況下無法得到完全膠合。另外，竹片上存在竹黃，而竹黃組織疏松，質(zhì)地脆弱，強(qiáng)度低，難以劈篾，因此也導(dǎo)致了膠合后強(qiáng)度不高［8-10］。在圖3中橫向的竹片有非常明顯的拱形現(xiàn)象，主要由于竹片厚度不均，從而使得在熱壓過程中需要的壓力極高，否則極易產(chǎn)生竹片之間接觸不良導(dǎo)致無法膠合的情況。在橫向和縱向的竹片排列中，竹片之間不夠緊密，空隙比較大。結(jié)合以上的幾點(diǎn)原因，靜曲強(qiáng)度和彈性模量與實(shí)際想要的結(jié)果相差甚大。

2.2 D類竹片制造的竹膠板

D類竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖4～5。

圖4 D類竹片形態(tài)特征圖Figure 4 Form characteristic of D kind bamboo slices

圖5 橫向與縱向Figure 5 Transverse and longitudinally

根據(jù)表2可知：采用D類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度為65.2 MPa，彈性模量為5 449.5 MPa。采用D類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量數(shù)值與采用E類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量數(shù)值相比有所提高，主要是在竹片鋪裝方面有了改進(jìn)，排列得比較緊密，并且對(duì)竹片竹黃部分進(jìn)行了碾壓，有利于熱壓過程中的膠合。在圖5中，竹片不平整，成拱形，有明顯的竹黃層，且發(fā)現(xiàn)厚層竹片的厚薄差異較大，而且有的竹片中間厚，兩邊薄，增加了膠合的難度。由于竹片厚度誤差仍然很高，因此，可以在在圖5縱向圖中看出，橫向排列的竹片與縱向的竹片仍未完全膠合，存在縫隙。但縱向與縱向的竹片膠合完全，較為平整。因此，靜曲強(qiáng)度和彈性模量相比于E類有一定程度的提高。

2.3 C類竹片生產(chǎn)的竹膠板

C類竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖6～7。

圖6 C類竹片形態(tài)特征圖Figure 6 Form characteristic of C kind bamboo slices

圖7 橫向與縱向Figure 7 Transverse and longitudinally

根據(jù)表2可知：采用C類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度為80.1MPa，彈性模量為5 987.7MPa。采用C類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量數(shù)值在前2個(gè)試件的基礎(chǔ)上都有所提高。在選擇竹片方面盡可能地避免了那些彎曲變形、表面不平整、有竹黃層的竹片，使得每塊試件性能的差值小。不過從圖7中可以看出：竹膠合板的上半部分和下半部分的厚竹片層差異比較大，就直接導(dǎo)致了試件上、下部分竹膠合板的密度不均勻，使得產(chǎn)品的性能變差。

2.4 B類竹片生產(chǎn)的竹膠板

B類竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖8～9。

圖8 B類竹片形態(tài)特征圖Figure 8 Form characteristic of B kind bamboo slices

圖9 橫向與縱向Figure 9 Transverse and longitudinally

根據(jù)表2可知：采用B類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度為117.3 MPa，彈性模量為7 460.9 MPa。采用B類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量數(shù)值有了大幅度的提高，主要是對(duì)竹片進(jìn)行了優(yōu)選，選擇的竹片表面較為平整、盡量彎曲度小，而且在鋪裝上對(duì)竹片優(yōu)化排列，減少了厚薄差異，如圖8～9。不過試件B4-4性能與其他3個(gè)差異較大，分析原因主要是有個(gè)別竹片成拱形狀態(tài)（圖9），在熱壓過程中，中間裂開，導(dǎo)致了竹材膠合板性能的下降。

2.5 A類竹片生產(chǎn)的竹膠板

A類竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖10～11。

根據(jù)表2可知：采用A類竹片單元制得的竹膠板的靜曲強(qiáng)度為124.5 MPa，彈性模量為7 468.3 MPa。采用A類竹片單元制得的竹膠板可以說是比較成功的，靜曲強(qiáng)度和彈性模量也是所有試件中最高的，因?yàn)樵谶x擇竹片方面、鋪裝上都盡可能的做到最好。

3 最佳制板竹片形態(tài)的重復(fù)性試驗(yàn)

圖10 A類竹片形態(tài)特征圖Figure 10 Form characteristic of A kind bamboo slices

圖11 橫向與縱向Figure 11 Transverse and longitudinally

通過對(duì)不同質(zhì)量的竹片單元制得的竹材膠合板的性能進(jìn)行研究分析，可以得出：竹片的單元質(zhì)量，包括竹片取材部位、竹片彎曲度、竹片厚度均勻性、缺陷以及鋪裝方式對(duì)竹材膠合板的性能都具有一定的影響。另外，部分竹片中存在缺陷，節(jié)子突出，而竹子中竹節(jié)的維管束走向和分叉嚴(yán)重，影響竹材的韌性強(qiáng)度和均勻度，加工中由于竹節(jié)與節(jié)間材料的性能不一致，常引起表面不平，從而膠合強(qiáng)度不一致［11-12］，因此，在挑選最佳竹片形態(tài)時(shí)，應(yīng)盡量避免竹節(jié)。

最佳制板竹片形態(tài)：挑選的竹片原料表面平整、無彎曲變形現(xiàn)象；各層的竹片厚度接近一致；以中心層對(duì)稱，上下相應(yīng)的各層厚度也接近一致；無竹黃層，無蟲蛀無腐蝕現(xiàn)象；竹節(jié)平滑，不能有大幅度的突出。

最佳竹片單元的形態(tài)特征圖以及制得的竹膠板厚度方向上的竹片在橫向與縱向的排列情況見圖12～13。

圖12 最佳竹片形態(tài)特征圖Figure 12 Form characteristic of best kind bamboo slices

圖13 橫向與縱向Figure 13 Transverse and longitudinally

采用最佳竹片單元制得的竹簾膠合板的性能數(shù)據(jù)見表3。

4 結(jié)論

最佳制板竹片形態(tài)：竹片原料表面平整、無彎曲拱起的變形現(xiàn)象；各層的竹片厚度均勻性高；以中心層對(duì)稱，上下相應(yīng)的各層厚度也接近一致；盡量避免竹黃層，且無腐蝕及蟲蛀現(xiàn)象；竹節(jié)平滑，無大幅度的突出。

厚度誤差、不規(guī)則彎曲程度越小，表面質(zhì)量越好，則產(chǎn)品的縱向靜曲強(qiáng)度與彈性模量越高；在試驗(yàn)范圍內(nèi)，厚度誤差小于0.2 mm的竹片制成的竹簾膠合板，其縱向靜曲強(qiáng)度與彈性模量達(dá)到最高值，分別為124.5 MPa和7 468.3 MPa。

今后只有制造出高精度的劈篾機(jī)，才能提高竹片單元質(zhì)量，從而提高竹材膠合板的性能。

表3 竹材膠合板重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Bamboo-based plywood repeated tentative data

［1］鄭凱，陳緒和.竹材人造板在預(yù)制房屋建造中的應(yīng)用前景［J］.世界竹藤通訊，2006，4（1）：1-5.

ZHENG Kai，CHEN Xuhe.Application prospect of bamboo-based panels as prefabricated constructionmaterials［J］.WorldBambooRat，2006，4（1）：1-5.

［2］韓建.我國竹材人造板發(fā)展回顧與展望［J］.木材工業(yè)，2006，20（2）：52-55.

HAN Jian.History and future of the bamboo-based panel industry in China［J］.ChinaWoodInd，2006，20（2）：52 -55.

［3］宋孝金，劉曉輝.竹材的工業(yè)化利用［J］.林業(yè)科技，2011，36（6）：55-57.

SONG Xiaojin，LIU Xiaohui.Study on industrial utilization of bamboo［J］.ForSci&Technol，2011，36（6）：55-57.

［4］孟凡丹，于文吉，陳廣勝.4種竹材人造板的制造方法和性能比較［J］.木材加工機(jī)械，2011（1）：32-35.

MENG Fandan，YUWenji，CHEN Guangsheng.Processing and properties comparison between four kinds of bamboo-based panel［J］.WoodProcMach，2011（1）：32-35.

［5］王小青，郭莉，劉君良，等.竹木復(fù)合單板層積材制備工藝［J］.木材工業(yè)，2005，19（5）：7-9.

WANG Xiaoqing，GUO Li，LIU Junliang，etal.Processing technology of strengthened bamboo/wood composite LVL［J］.ChinaWoodInd，2005，19（5）：7-9.

［6］趙仁杰，趙星，尹忠健.竹篾層積材的制造新工藝：一種徑向竹篾簾層積材［J］.中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24（5）：57-60.

ZHAO Renjie，ZHAO Xing，YIN Zhongjian.Technical innovation of bamboo strip laminated board：a kind of radial laminated board［J］.JCentSouthForUniv，2004，24（5）：57-60.

［7］蔣身學(xué)，朱一辛，張齊生.竹木復(fù)合層積材結(jié)構(gòu)及其性能［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，26（6）：10-12.

JIANG Shenxue，ZHU Yiyin，ZHANG Qisheng.The structure and properties of laminated bamboo-wood composite lumber［J］.JNanjingForUnivNatSciEd，2002，26（6）：10-12.

［8］張葉田，何禮平.竹集成材與常見建筑結(jié)構(gòu)材力學(xué)性能比較［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24（1）：100-104.

ZHANG Yetian，HE Liping.Comparison ofmechanical properties for glued laminated bamboo wood and common structural timbers［J］.JZhejiangForColl，2007，24（1）：100-104.

［9］劉一星，趙文杰.木質(zhì)資源材料學(xué)［M］.北京；中國林業(yè)出版社，2004：253.

［10］江澤慧，王戈，費(fèi)本華，等.竹木復(fù)合材料的研究及發(fā)展［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2002，15（6）：712-718.

JIANG Zehui，WANG Ge，F(xiàn)EIBenhua，etal.The research and development on bamboo/wood compositematerials［J］.ForRes，2002，15（6）：712-718.

［11］張文福，王戈，于子絢，等.竹材單元形態(tài)對(duì)竹木復(fù)合層積材性能的影響［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，36（5）：167-169.

ZHANGWenfu，WANG Ge，YU Zixuan，etal.Effect of bamboo shape on properties of bamboo/wood LVL［J］.J NanjingForUnivNatSciEd，2012，36（5）：167-169.

［12］向仕龍，蔣遠(yuǎn)舟.非木質(zhì)植物人造板［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2004：132-136.

Quality of pieces for bamboo curtain plywood using MOR and MOE

WANGCongcong，QIAN Jun
（School of Engineering，Zhejiang A&F University，Lin'an 311300，Zhejiang，China）

To find the optimize scheme of bamboo piece quality for specific product，making 32 mm bamboo curtain plywood by using different quality of bamboo pieces.Comparisons and analyses of their longitudinal modulus of rupture（MOR）and modulus of elasticity（MOE）were conducted.Results for the range of comparisons showed：1）A smaller thickness error and higher surface quality of bamboo pieces significantly increased the strength of bamboo curtain plywood；2）The smaller the thickness error，defect，and degree of irregular bending，and the better the surface quality；the higher the numerical value of the longitudinal MORand MOE；3）With thickness error＜0.2 mm，longitudinal MORand MOEwere greatest：MOR=124.5 MPa and MOE=7 468.3 MPa.Itmeans that high-precision bamboo splitmachine is necessary tomake high quality of bamboo pieces in order to improve the performance of the bamboo curtain plywood.［Ch，13 fig.3 tab.12 ref.］

wood science and technology；bamboo curtain plywood；quality of bamboo pieces；modulus of rupture；modulus of etasticity

S781.65

A

2095-0756-（2014）05-0758-06

2013-11-15；

2014-03-03

王琮琮，從事木工機(jī)械研究。E-mail：worm0528@gmail.com。通信作者：錢俊，教授，從事木質(zhì)材料綜合利用技術(shù)研究。E-mail：junqian@zafu.edu.cn