竹篾性能研究及應(yīng)用現(xiàn)狀*

甄晟瑤 陳 紅 連彩萍 張文福

（1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

1 竹篾的定義及類型

竹篾，即竹片經(jīng)過縱向剖分而成的較薄單元，是指圓竹沿縱向經(jīng)剖分等工藝加工處理后得到的具有一定規(guī)格的細(xì)窄的竹材薄片，常用于竹制工藝品的編制。

（續(xù)表1）

現(xiàn)有的竹篾種類十分豐富，根據(jù)不同的分類依據(jù)可劃分為多種，大致類別如表1所示。

表1 竹篾分類Tab.1 Classification of bamboo slivers

以剖切時(shí)的落刀方向與圓竹橫截面半徑的角度差異為依據(jù)，可將竹篾分為沿垂直于半徑方向剖切獲得的弦向篾和沿半徑方向剖切得到的徑向篾。弦向篾通常質(zhì)地均勻，徑向篾可同時(shí)包括竹青、竹黃與竹肉多個(gè)部分（如圖1）。根據(jù)剖篾加工方式的不同，可分為完全靠人工剖分而成的手工篾和機(jī)械加工而成的機(jī)械篾。前者產(chǎn)出率低、表面粗糙且厚度不均；后者平滑均勻，產(chǎn)出率高，但韌性略低。目前弦向篾多用于編織制品，徑向篾多用來制備徑向簾加工成集裝箱底板。市場(chǎng)上銷售的弦向篾往往按照竹篾的顏色及尺寸進(jìn)行分類。圓竹不同位置剖分所得的竹篾顏色也有不同，以此為標(biāo)準(zhǔn)，多將竹篾分為頭層青篾（第一層青）、二層青篾和黃篾，其中以黃篾為市場(chǎng)銷售的主要類別。

圖1 竹篾切割方式示意圖Fig.1 Schematic diagram of bamboo sliver cutting method

此外，在研究或加工時(shí)，竹篾還可按照其竹齡、竹種等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)分。以竹齡為依據(jù)，可分為一年生、兩年生、三年生、五年生等。以竹種為標(biāo)準(zhǔn)，毛竹為最常用的一種。在福建地區(qū)的主要竹種中，由10 種叢生竹制得的竹篾，其拉力強(qiáng)度優(yōu)于毛竹，如粉單竹、青絲黃竹、花竹、水竹更適合作為竹編用材，而撐蒿竹、慈竹則具有更大的生長(zhǎng)量[1]。

2 竹篾制造技術(shù)

2.1 手工制篾

普通的手工剖篾，常采用弦向剖篾，包括取材、卷節(jié)、剖竹、起間、開間、劈篾、劈絲、過圓刀、抽篾、刮篾等工藝流程（如圖2）[2]：①選材。鋸去竹稈上端過細(xì)部分和底端過短的竹節(jié)部分。②卷節(jié)。左手握竹，右手持刀，竹子一頭架在支撐物上，刀頭置于節(jié)疤處，轉(zhuǎn)動(dòng)竹子，使竹節(jié)與整根竹稈基本上達(dá)到圓平。③剖竹。測(cè)定竹稈圓周的正中心，用刀頭在測(cè)定位置各勾開一條縫隙，沿縫隙將竹稈對(duì)半劈開。④起間。用刀頭輕輕勾下，盡量勾直，根據(jù)寬窄需要進(jìn)行分間，分間以偶數(shù)為佳。⑤開間。沿勾槽依次對(duì)半劈開，刮去內(nèi)側(cè)節(jié)隔。⑥劈篾。對(duì)竹條進(jìn)行橫向劈開處理。⑦用嘴配合劈篾。對(duì)較薄的篾片進(jìn)行分層時(shí)，一手捏緊以控制竹篾的厚度，分出的上層用嘴咬住固定，另一手控制竹刀將其劈開。⑧劈絲。將竹篾分成規(guī)格更小的竹篾或竹絲。⑨過圓刀。刮刀右側(cè)刀口可刮去竹篾棱角，左側(cè)刀刃用于刮勻竹篾。⑩抽篾。過劍門刀，修正竹篾的寬度。劍門刀兩個(gè)為一對(duì)配合劍門夾使用。?刮篾。一手用皮質(zhì)墊片將竹篾固定在刮刀上方，另一手快速向后方拉拽。

圖2 手工制篾流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of manual bamboo slivers making process

2.2 機(jī)械制篾

為提高竹篾的制造效率，人們一直在對(duì)竹篾加工方式的機(jī)械化進(jìn)行不斷探索。根據(jù)動(dòng)力源的不同，可以將劈篾機(jī)分為手搖劈篾機(jī)與電動(dòng)劈篾機(jī)。小型劈篾機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、進(jìn)給功率小，進(jìn)給加工有厚度限制；大型劈篾機(jī)結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，對(duì)加工的竹條厚度無(wú)最大限制。侯軼民等[3]對(duì)竹篾加工設(shè)備與竹簾編織加工設(shè)備進(jìn)行了研究、優(yōu)化并投產(chǎn)，提高了竹篾加工的效率。何林[4]提出了一種可沿徑向?qū)⒅癫姆智谐芍耋椭衿牡毒?，通過調(diào)節(jié)刀片間距可在一次運(yùn)行后獲得數(shù)條至數(shù)十條竹篾或竹片。謝傳春等[5]在六片式竹篾破片機(jī)中采用內(nèi)置驅(qū)動(dòng)輥與從動(dòng)輥，能夠在一次剖切后獲得六條篾片，有效提高了竹篾的剖切效率。

作為竹制板材、復(fù)合材料等常用竹材的重要加工原料之一，徑向篾常采用竹材多頭徑向刨片機(jī)加工，沿竹材徑向進(jìn)行刨切，采取二步送料的方式，從而使材料能夠?qū)崿F(xiàn)從大到小逐步刨切成型[6]。此外，還可以通過對(duì)刀具的更換與調(diào)整，配合適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料與剖篾方式，獲得精度較高的徑向竹篾條。

3 竹篾基本性能

3.1 物理性能

竹篾的物理性能與其特殊的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在竹子的生長(zhǎng)過程中，其橫向木質(zhì)化是沿竹壁由竹青向竹黃進(jìn)行的[7]。竹篾堅(jiān)實(shí)而富有彈性，在加工利用過程中，靠近竹青的部分組織緊密、質(zhì)地堅(jiān)韌、對(duì)膠黏劑的可浸潤(rùn)性差，不利于膠合，存在膠合質(zhì)量不高等問題[8]。熱處理會(huì)明顯改變竹材的顏色[9]。經(jīng)炭化處理后，竹材的密度有所下降，吸水率降低。受含水率變化的影響，竹篾的顏色會(huì)產(chǎn)生較為顯著的變化，且竹黃面顏色變化較竹青面更為明顯[10]。

3.2 力學(xué)性能

竹材的力學(xué)性能在很大程度上取決于纖維的分布[11]。竹材韌性好、強(qiáng)度高、力學(xué)性能優(yōu)良，強(qiáng)度比一般木材高50%~100%[12]。剖切后的竹篾由于其在圓竹中所處部位的不同導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)上的差異，也對(duì)其力學(xué)性能造成了決定性的影響。

通過對(duì)不同切割方向獲得的、位于竹壁不同位置的竹篾進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)定，測(cè)得抗拉強(qiáng)度竹黃篾＜徑向篾＜竹肉部位的弦向篾＜竹青篾，竹材中的維管組織與薄壁組織具有較強(qiáng)的彎曲擴(kuò)展能力。由于徑向篾中纖維或纖維束的承載能力不均勻，在拉伸強(qiáng)度過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)階梯形斷裂[13]。

經(jīng)炭化處理的竹篾，其儲(chǔ)能模量與損耗模量均有增加，即彈性降低、剛性增強(qiáng)[9]。弦向篾的儲(chǔ)能模量按其所處位置由竹黃到竹青逐漸增大[14]，其密度、靜曲強(qiáng)度與彈性模量均會(huì)隨著炭化時(shí)間與壓力的增加而降低[10]。竹青篾比竹黃篾具有更好的彎曲柔韌性。同時(shí)，通過吸收水分能夠使得變形限度更大、物質(zhì)重新排列，以避免應(yīng)力集中或裂紋擴(kuò)展，使得濕的竹篾具有更好的彎曲柔韌性和斷裂韌性[15]。

3.3 化學(xué)成分

竹篾為圓竹材直接剖削加工而成，在加工過程中并沒有對(duì)其原本的化學(xué)成分造成明顯的改變。竹材的化學(xué)成分主要包括約55%的纖維素、約20%的半纖維素和約25%的木質(zhì)素，以及少量的灰分與二氧化硅等物質(zhì)。竹材的化學(xué)成分會(huì)因竹種、竹齡、竹稈部位不同而產(chǎn)生差異，其中竹種和竹齡是影響化學(xué)成分含量的主要因素，其次為竹稈部位[16]。

竹材是一種梯度結(jié)構(gòu)，其成分與性能在徑向上呈現(xiàn)出由竹青到竹黃的梯度變化。根據(jù)在竹壁中所處部位的不同，由竹黃到竹青，維管束分布密度逐漸增加，纖維素、木質(zhì)素含量逐漸增加，半纖維素含量降低，纖維素結(jié)晶呈現(xiàn)出先增后減并逐漸趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律[17]。纖維素是竹青最主要的成分，是構(gòu)成竹材的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)主要組成部分，竹青部位的木質(zhì)素和α-纖維素含量均高于竹肉和竹黃部位，竹青部位的有機(jī)成分交聯(lián)程度大于竹肉和竹黃部位[15,18-19]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)熱處理后，竹篾中的木質(zhì)素與提取物含量提高，纖維素、半纖維素發(fā)生氧化，含量降低[20]。

4 竹篾應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 竹編制品

竹編在我國(guó)有著悠久的傳承歷史與珍貴的文化價(jià)值，能夠滿足人們?cè)谏a(chǎn)生活中的使用與審美需求。傳統(tǒng)竹編需要經(jīng)匠人手工編織，現(xiàn)今已能夠借助3D打印等技術(shù)實(shí)現(xiàn)竹編產(chǎn)品的生產(chǎn)制造[21]，有助于將竹編與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念更好的融合。

徐華鐺[2]和沈珉[22]在其著作中，對(duì)一些較為常用且具有特點(diǎn)的編織技法與紋樣（如圖3）進(jìn)行了系統(tǒng)化的整理，對(duì)竹編的發(fā)展歷史以及各個(gè)時(shí)代的精美制品的編制方式、使用功能、鑒別方法與市場(chǎng)價(jià)值等進(jìn)行了全面的介紹，為竹編技藝的傳承提供了參考。日本“民藝之父”柳宗悅對(duì)日本竹編工藝現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與記錄。其他學(xué)者從文化角度，對(duì)印度尼西亞竹編等手工藝設(shè)計(jì)發(fā)展中的傳統(tǒng)文化提出了保護(hù)策略[23-24]。吳婕妤等[25-28]根據(jù)我國(guó)幾大竹區(qū)的分布，對(duì)福建、四川、云南、浙江及兩湖地區(qū)的竹編紋樣與編織技法進(jìn)行了收集與整理。

圖3 竹編紋樣Fig.3 The pattern of bamboo weaving

吳春年[29]以江南竹籃為關(guān)注點(diǎn)，通過探討其所涉及的竹編發(fā)展史、編織技法、技藝特點(diǎn)、文化內(nèi)涵以及功能特性，為竹編文化的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供探尋方向。楊宛螢[30]對(duì)多重設(shè)計(jì)范式下竹類產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)律進(jìn)行研究，將包含各種竹類產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，提出了竹制品在不同設(shè)計(jì)范式下的設(shè)計(jì)原則。

4.2 室內(nèi)裝飾材料

竹篾在室內(nèi)裝飾中也得到了一定的應(yīng)用。在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，竹編的豐富紋樣與自然的紋理質(zhì)感可以將竹材與金屬、陶瓷、木材、皮革布藝等材料結(jié)合使用，增加呈現(xiàn)效果的對(duì)比感、立體感，使竹篾成為表達(dá)現(xiàn)代時(shí)尚文化的載體[31]。在2021 年廣州的家具展會(huì)上，出現(xiàn)了竹編與金屬結(jié)合的燈具、置物架等展品，通過材料的結(jié)合凸顯出竹編的精美性與獨(dú)特性，中和了厚重感，使整體更加和諧美觀?，F(xiàn)今的一些商家，尤其是在一些竹資源豐富地區(qū)的特色店鋪，在家具的選擇上也注意到了竹編家具（如圖4）[32]。此外，竹編隔斷（如圖5）[33]、竹編置物筐、竹編長(zhǎng)凳、竹編燈罩等已成為常用的氛圍營(yíng)造配置[33]。

圖4 竹編產(chǎn)品Fig.4 Bamboo products

圖5 竹編隔斷Fig.5 Bamboo partition

竹編在家居中的應(yīng)用可以分為平面竹編和立體竹編。平面竹編又分為生活用具類和藝術(shù)欣賞類，其中生活用具類主要是竹編柜門；藝術(shù)欣賞類如青神的竹編畫，常作室內(nèi)的竹簾，濾光卻不遮光，式樣繁多，質(zhì)感獨(dú)特，精致典雅，可分隔空間，具有良好的靈活性、通透性、裝飾性與自然感。立體竹編中比較有代表性的如淡雅樸素的四川成都瓷胎竹編花瓶與豪放富麗的福建泉州彈篾花瓶，二者呈現(xiàn)出截然不同的感覺，但都具有良好的觀賞性與裝飾性[34]。以Nendo工作室的“東京部落”系列、Bamboo in steel和素生SOZEN模塊化編織、空SUNYATA系列座椅為例，可以將竹編的創(chuàng)新策略歸為傳統(tǒng)竹編工藝的裝飾性與功能性策略、傳統(tǒng)竹編工藝的分解重構(gòu)策略，以及用其他材料進(jìn)行模擬以呈現(xiàn)出竹編工藝的精巧三種在現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新策略[35]。通過國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的竹編家具案例（如圖6~8）[36-38]，分析了竹編工藝在現(xiàn)代家居中的三種應(yīng)用途徑：將平面竹編飾面應(yīng)用于家具面材、立體竹編家具、將竹編技法應(yīng)用于新型材料的設(shè)計(jì)中。Air Chair、BAMWOOD、春秋竹椅、Bamboo chair以及竹柔、對(duì)白、蓬蓬裙椅、Bamboo屏風(fēng)等作品也體現(xiàn)了將竹編融入現(xiàn)代家居中的圖案創(chuàng)新、肌理創(chuàng)新、材料創(chuàng)新與造型創(chuàng)新等創(chuàng)新應(yīng)用途徑[39-40]。日本設(shè)計(jì)師Hiroki Takada設(shè)計(jì)的茶道椅子、設(shè)計(jì)師石大宇所設(shè)計(jì)的屏茶等作品也反映出竹編文化對(duì)家具設(shè)計(jì)的影響[41]。

圖6 竹柔對(duì)白Fig.6 ZhurouDuibai

圖7 YII designFig.7 YII design

圖8 "zumitz"系列家具Fig.8 "zumitz" series furniture

古今中外的建筑與家具領(lǐng)域中都存在著竹編的蹤跡，且正逐步得到相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者越來越多的關(guān)注與考量，越來越多的人開始選擇進(jìn)行將竹編融入現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)的嘗試。

4.3 復(fù)合材料

竹篾作為竹材常用的結(jié)構(gòu)單元，具有精細(xì)化、均一化等特點(diǎn)。竹篾層積材是以竹篾和環(huán)氧樹脂為原材料制備而成的竹制復(fù)合材料，能耗低、質(zhì)量好、利用率高、成本低?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38071—2019《結(jié)構(gòu)用竹篾層積材》適用于以竹篾或竹篾簾加工而成的結(jié)構(gòu)用竹篾層積材[42]。肖巖等[43]對(duì)結(jié)構(gòu)用膠合竹的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。王春鵬等[44-47]就苯酚-間苯二酚-甲醛樹脂對(duì)竹篾層積材的物理性能的影響進(jìn)行了分析研究，以獲取一種具有高強(qiáng)度性能的結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)材料。

竹纏繞復(fù)合材料是一種以竹篾為基材、利用竹材自身的柔韌性[48]、采用纏繞工藝與高滲透樹脂粘結(jié)技術(shù)復(fù)合而成的新型生物基材料[49]，具有質(zhì)量輕、力學(xué)強(qiáng)度高、承壓力強(qiáng)、保溫性好、節(jié)能環(huán)保、綠色低碳、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，可替代多種傳統(tǒng)材料，現(xiàn)已在建筑、交通、水利、航空、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且初步建立了標(biāo)準(zhǔn)體系[50]。

重組竹是現(xiàn)今家具及地板制造的常用材料之一，由圓竹經(jīng)加工得到的竹篾、竹絲或竹絲束進(jìn)行干燥、浸膠、再干燥至要求含水率后高溫高壓熱固化而得到的竹質(zhì)新材料。與圓竹材料相比，重組竹具有更好的耐腐蝕性[51]，吸水厚度膨脹率也顯著降低[52]。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)重組竹用竹篾進(jìn)行炭化處理可以有效地降低重組竹的霉變和變形，使其產(chǎn)品質(zhì)量有所提升[9]。

竹木膠合板是由竹材與木材加工而成的各種片狀材料縱橫垂直交錯(cuò)復(fù)合組坯并膠壓而成的膠合板材，按照層數(shù)可分為三層板、五層板和七層板。董偉群等[53]利用竹材與木材制造跨層壓木竹復(fù)合材料，將竹材作為橫向?qū)踊驒M向?qū)雍驮谕鈧?cè)縱向?qū)樱?duì)其彎曲性能進(jìn)行檢測(cè)，為竹木交叉層壓材面板產(chǎn)品的工程應(yīng)用提供了發(fā)展基礎(chǔ)。

竹編飾面板是以木材或木質(zhì)材料作為主要骨架，將竹編飾面、竹排板、竹人造板或圓竹材料等作為面層裝飾結(jié)構(gòu)的家具板材[54-56]，采用板式家具生產(chǎn)工藝進(jìn)行加工，提高了碎料與小徑木的利用率，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。常用的竹編飾面板有細(xì)木工式竹編板、刨花板式竹編板、空心板式竹編板等。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)竹篾的類別、加工方式、物理性能、力學(xué)性能與化學(xué)成分進(jìn)行了總結(jié)，并從竹編、家居產(chǎn)品與復(fù)合材料三個(gè)方向闡述了竹篾的應(yīng)用現(xiàn)狀。竹篾因其優(yōu)良性能，在家具、建筑、城市建設(shè)、醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。竹篾復(fù)合材料具備優(yōu)良的性能，在運(yùn)輸、包裝、貯存等領(lǐng)域的應(yīng)用中都顯示出較大優(yōu)勢(shì)，在建筑與家居產(chǎn)品中的應(yīng)用也不再局限于結(jié)構(gòu)材料，出現(xiàn)了竹編飾面板等具有竹材特色的裝飾性材料。對(duì)竹篾類別與性能的深刻認(rèn)識(shí)有助于準(zhǔn)確地區(qū)分竹篾，對(duì)竹篾實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的加工有重要作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)竹篾的合理應(yīng)用。