慈竹片/杨木单板条重组材制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

目前工业上采用的竹材原料基本为大径毛竹，小径级竹材和中、大径级的慈竹、龙竹等丛生竹还尚未大规模工业化利用。我国有200万hm2的杂竹面积、1180万t的杂竹产量中，大部分为小径杂竹。这部分竹子竹青多、竹黄厚、竹壁薄中空、径向强度低、纤维含量少，除少量用作竹篱笆、钓鱼杆等用途外，目前不能很好的利用起来，基本处于废弃不用的状态。相关计算资料表明一个年产3000m3的重组竹生产厂，年耗竹材约为4600t，因此用小径杂竹制造重组竹具有充足的资源保证。但若采用去青去黄生产工艺制造重组竹，资源利用率将会大大的下降，所以可以选取它们做生产全竹利用的重组竹材的原料，这样就可以合理开发利用这部分资源，扩大重组竹原料来源，对振兴广大竹产区经济，保证我国竹产业健康持续发展具有重要意义。竹木重组材是在重组木和重组竹研究的基础上提出的，是利用小径级木材、枝枉材、竹材等材料，经碾压加工为纵向不断裂、横向松散而交错相连的木束、竹束，然后干燥、施胶、组坯、热压而成的一种结构用竹木复合材料，竹木组材的研究，将对提高木材、竹材利用率、缓解我国木材资源不足具有重要意义。竹木重组材的研究一方面以充分利用竹材强度高杨木密度低的特点，通过混杂复合的方法开发出轻质、高强，能够满足建筑用木结构、建筑和造船用脚手板、汽车车厢底板等不同力学性能要求的结构用材。另一方面,随着我国国民经济的快速发展，铁路及城市轨道交通里程迅速增长，城市园林景观中的木结构建筑也比比皆是，为功能型的竹木材料研究开发提供了良好的机遇。竹木重组材由于构成单元的特殊性，在制造过程中，可使防腐剂、阻燃剂、防虫剂等极易均匀地加入至产品的各个部位，从而使产品的内涵得以延伸，使用功能进一步扩大。特别适用于铁路和城市轨道的交通的轨枕、城市园林景观的木结构建筑、各种古建筑的修缮、仿古建筑的建造以及其他对木材防腐、防火性能要求较高的场合。

2. 国内外研究现状分析

国内外对竹材人造板的研究主要集中在竹集成材、竹胶合板等产品的研究，而对竹材重组材的研究较少，主要集中在亚洲国家。印度尼西亚进行了大量的竹重组材的研究，这种类似于重组木的板材通常被称为zephyr，目前已经投产了一些小规模的竹重组材生产线。印度作为第二大竹子资源国，政府重视竹材加工产业，已经开始着手进行竹重组材的研发工作。日本FFPRI的Shibusawa和Kim自1998年来一直致力于竹重组材的研究，但产品大规模工业化应用仍然存在很多困难。日本京都大学的NaresworoNugroho和NaotoAndo也做了大量关于竹重组材的实验，并对其物理力学性能等进行了研究分析。

3. 研究的基本内容与计划

慈竹竹束片、杨木单板条浸胶量的研究

试验研究竹束片、木束的浸胶工艺，浸胶是重组材制造常用的施胶工艺，它的主要优点在于工艺简单和施胶均匀。浸胶量大小影响板材的性能，早在1997年浙江林学院研究了浸胶量竹材层压板物理力学性能的影响，得出的结论是浸胶量板材厚度膨胀率随浸胶量的增大而减少；程亮等研究表明，浸胶量越低板材的物理力学性能会越低；贺磊等得出了胶浓度增加弹模也会相应增加的结论；孟凡丹等认为随着浸胶量的增加，板材的弯曲强度和抗拉强度会降低。所以，控制浸胶量是一个非常重要的工艺，设计一个合理的浸胶工艺可以优化生产、节约成本。同时他们都分析了浸胶量的影响因素问题，基本结论都是浸胶量的主要影响因素是胶的浓度和浸胶时间，其中浸胶时间影响较小。至于为什么会有这样的现象，都没有给出相应的理论解释和分析，更没有建立一个系统的浸胶量与时间、浓度的关系。基于慈竹竹束片和杨木单板，杨木单板木束在酚醛树脂胶液中浸胶量的研究，对竹束片浸胶量进行了详细的研究，且力图对试验结果做出合理的理论描述与数学分析，并试探性的建立了浸胶量与浓度、时间的关系，为竹束片重组材制造工艺提供参考。

板材制备

竹木复合采用的热压工艺采用本次试验制板工艺如下图：

慈竹竹束片、单板木束----浸胶----干燥----组坯----热压----陈放----裁边

浸胶量的控制采用改变浸胶浓度和控制浸胶时间，浸好胶后将竹束片、木束放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度50℃，将竹束片、木束烘至含水率8%~12%。干燥好后，在模具中组坯竹束片。热压工艺采用热进冷出工艺，当温度达到140℃后将模具和模具中组坯好的竹束片一起放入压机中，当压力达到预定压力开始计时。热压时间1.2mm/min。热压工艺结束后，在保压的情况下通冷水冷将板坯温度冷却至50℃以下再卸板，将板坯在重物压力下陈放两天，以防止其变形，最后再进行板坯的后期处理，裁边处理和锯成性能测试的试件。

物理力学性能测试

抗弯强度

抗弯强度是确定试件在最大载荷作用时的弯矩和抗弯截面模量之比。

计算公式如下：

b=3Pmaxl/2bh2

其中：σb为试件的抗弯强度，Mpa；Pmax为试件破坏时的最大载荷，N；L为两支座间最大距离，mm；B为试件宽度，mm；H为试件厚度，mm。

试件尺寸要求为：长l=（20h 50）mm，

h为试件公称厚度，

试件长度l不得小于150mm；

宽b=50mm1mm。

弹性模量

弹性模量是确定试件在材料的弹性极限范围内，载荷产生的应力与应变之比。计算公式如下：

Eb=(l3/4bh3)(Δf/Δs)

其中：Eb为试件的弹性模量，Mpa；L为两支座间距离，mm；B为试件宽度，mm；H为试件厚度，mm；f为在载荷-变形图中直线段内的载荷增加量，N；s为在力f2-f1区间试件变形量，mm。计算结果精确至0.1MPa。

试件要求：长l=（20h 50）mm；

h为试件公称厚度

试件长度l不得小于150mm；

宽b=50mm1mm。

内结合强度的测定

板坯的制作采用的是浸胶方式，因而压制好的板材表面有一层薄胶层，需要砂光然后用热熔胶与卡头交接牢固，内接强度计算公式如下。

b=Pmax/1b

其中：为内接和强度，MPa;Pmax为破坏时最大载荷，N；l为试件长度，mm；b为试件宽度,mm

试件要求：长l=50mm1mm；宽b=50mm1mm。

室外加速老化后的内结合强度、尺寸变化

采用国标CB/T17657-1999室外型人造板加通老化性能测定方法，把试件放在(20士5)℃水中，然后在1-2h内慢慢地加热至100℃，到达100℃时开始计时，试件在沸水中煮2h，试件之间的距离最少15mm，以使水渗人试件中，试件可任意膨胀。沸水煮2h后，取出试件并马上放人(20士5)℃的水中冷却1h。在老化后测试其内结合强度和试件长、宽、厚的变化。

竹束片和木束的复合方式、复合比

1设计慈竹竹束片与杨木单板木束采用两种复合方式，第一种为层间均匀复合，第二种夹芯复合，其中木束为芯。

2复合比取1:3、1:1、3:1，均为质量比。

3试验设计表：

4. 研究创新点

在当今的经济发展形势下，木材资源已经逐步减少，尤其在全球提倡环保低能耗的今日，森林保护工作业已进去立法程序，如何在木材资源紧缺情况下发展经济效益，成为迫在眉睫的工作。而竹材通过机械加工、化学加工，生产各种竹制品，以竹代木，减少木材消耗量，可以有效缓解木材供需之间的矛盾。