竹基重組結構材料制造技術的研究.pdf

1、竹材是我國重要的森林資源，在我國特別是南方地區(qū)分布廣泛，其面積和產(chǎn)量均居世界首位。雖然近年來竹產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但仍有很大一部分小徑竹材及毛竹加工剩余物尚未得到有效利用。我國又是一個森林資源匱乏的國家，無論森林覆蓋率還是人均占有量均低于世界平均水平，尤其缺乏大徑級的針葉材和優(yōu)質(zhì)的闊葉材。本研究借鑒復合材料理論原理，以毛竹(Phyllostachys edulis(Carr.) H. de Lehaie)和龍竹(Dendrocalamus g

2、iganteus Munro)作為主要原料，與我國南方的主要人工林樹種—楊木(Populus Canadensis cv)、桉樹(Eucalyptus robusta Smith)或杉木(Cunninghamia lanceolata)有效復合，開發(fā)新型竹基復合重組材料產(chǎn)品及建立制造技術平臺，從而有效地緩解我國用材供應的緊張狀況，優(yōu)化農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構，增加農(nóng)民收入。本文通過對竹基重組結構材料的竹束基本單元制備，組坯成型技術，制造工藝技術，復

3、合重組技術，主要力學性能檢測和抗彎性能等研究的基礎上，結合生產(chǎn)應用實際，重點研究了竹基重組結構材料制造關鍵工藝技術，并得出如下結論：
　　(1)提出了定性和定量相結合的竹束疏解效果評價方法，包括竹束直觀定性評價，浸水率和單元橫截面積測量。竹基復合結構材料的單元基本形態(tài)受其加工工藝和加工設備的影響明顯，并對后期處理工藝起關鍵作用。以壓裂為主的設備的疏解效果要好于碾壓、疏離作用的設備，隨著疏解加工設備的增多和疏解遍數(shù)的增加，其基本單元

4、的橫截面積逐漸減小。本著簡化工藝和提高效率的原則，選取疏離作用與壓裂作用的加工設備聯(lián)合處理作為竹束單元的最佳疏解工藝方案。
　　(2)通過對竹基復合結構材料組坯成型工藝因子影響研究，對最佳組坯效果的工藝參數(shù)進行優(yōu)化?？紤]到干燥溫度越高，對膠粘劑的固化程度影響越大，板材力學強度損失越多，因而采用的浸膠竹束干燥溫度為50℃，組坯時竹束含水率為12％，成型板坯壓縮率為60%，板坯干燥溫度50℃和板坯保持時間5min為竹束的實驗最佳組坯成

5、型工藝參數(shù)。并提出了自動化程度高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的整套組坯成型方法。
　　(3)竹材重組材料板材力學性能受疏解單元形態(tài)、疏解處理工藝、浸膠工藝和板材最終密度的影響顯著。隨著竹束形態(tài)由A型增大到C型，重組竹MOE、MOR、剪切強度和IB都出現(xiàn)了明顯的降低趨勢。疏解處理過度會大大降低了竹束的本身強度，經(jīng)過兩遍疏解處理的竹束制備重組板材在垂直加載和平行加載兩個方向上的MOE、MOR和剪切強度都會呈現(xiàn)降低，而IB則因為竹青結構被分

6、離破壞逐漸增大。碾壓式浸膠工藝相對于普通浸膠工藝，其最終板材各項力學性能強度值都有明顯的提高，說明碾壓式浸膠方法是可行的，能有效提高竹束浸膠量和施膠均勻性。隨著密度在1.00-1.30g/cm3范圍內(nèi)的升高，重組竹各項力學強度值曲線隨密度變化基本上是平行的直線關系。
　　(4)探討了板材最終密度對木材重組結構材料力學性能影響的基本規(guī)律，以及均勻混雜比、夾芯混雜比對竹材/木材復合重組結構材料力學性能的影響規(guī)律。隨著竹束與木束混雜比從

7、3:1變化至1:2，竹束含量逐漸降低，A型均勻混雜和C型夾芯混雜竹木復合重組結構材料的各項力學性能也出現(xiàn)了顯著變化，彈性模量、靜曲強度和剪切強度都大幅降低，而在垂直加載條件下，剪切強度從夾芯混雜比為8:2降至3:7，相對MOR和MOE降低幅度僅為7.66%，降低幅度最小。與木束與竹束復合相比，利用木刨花和木纖維與竹束均勻混雜制備增強型重組竹結構材料較為可行，刨花-竹束以及纖維-竹束的較優(yōu)混雜比分別為15%、5%。
　　(5)通過靜

8、態(tài)應變測試系統(tǒng)測量竹質(zhì)重組結構材料的彎曲性能。重組竹材相對普通竹木復合、重組木具有更好地抗彎性能，能夠承受更大的載荷。在彈性范圍內(nèi)，隨著載荷的增加，試驗梁的撓度逐漸增大，各點理論應力值基本也是隨著載荷的增加線性增加，理論應力在相同的加載載荷作用下，離中心層越遠的應變點的應力值越大。在彈性變形范圍外，在同一加載點靠近中心層+1、-1應變量增幅要大于外測應變點+2、-2，五個應變點所測得應變值呈非線性的折線變化趨勢。
　　(6)通過對