結(jié)構(gòu)用慈竹單板層積材的制備工藝與性能

1、第 25卷 第 4期 Vol 125 No 14木材工業(yè)C HINA WOOD INDUSTRY 2011年 7月 July 2011收稿日期 :2010-08-23; 修改日期 :2011-06-16基金項(xiàng)目 :國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 (863計(jì)劃 項(xiàng)目 (2010AA101701。 作者簡(jiǎn)介 :于雪斐 (1984 , 女 , 中 國(guó)林科院 木材工業(yè) 研究所 博士研 究生。 通訊作者 :于文吉 , 男 , 中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所研 究員 , 博士生導(dǎo)師。/小徑竹高效利用技術(shù) 0專(zhuān)欄結(jié)構(gòu)用慈竹單板層積材的制備工藝與性能于雪斐 , 孫華林 , 于文吉(中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所 ; 國(guó)家林業(yè)局

2、木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 北京 100091摘要 : 以慈竹和毛竹為材料 , 采用竹材纖維可控分離技術(shù) , 在去 除竹青和 竹黃后 , 制造竹材 單板層積 材 , 并 測(cè)定板材 的性能 。 結(jié)果表明 :以去青黃竹材壓制單板層積材的性能 , 高于未處理竹材 ; 慈竹單板層積材的性能高于毛竹 ; 隨著密 度的增大 , 30mm 厚慈竹單板層積材的力學(xué) 強(qiáng)度提高 , 可達(dá)到集裝箱底板用膠合板和風(fēng)電葉片材 料的標(biāo)準(zhǔn)要求 。 關(guān)鍵詞 : 慈竹 ; 毛竹 ; 竹單板層積材 ; 風(fēng)電葉片 ; 集裝箱底板中圖分類(lèi)號(hào) :S79515; T S653 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1001-8654(2011

3、 04-0001-03Manufacturing Technology and Performance of Structural LaminatedVeneer Lu mber from Bambusa distegiaYU Xue -fei, SUN H ua -lin, YU Wen -ji(Research Ins titu te of Wood Indu stry,Ch ines e Academy of Fores try;Key Laboratory of W ood Science and T ech nologyof S tate Fores try Admin istrat

4、ion,Beijing 100091,Chin aAbstract: A new technolog y for making bamboo laminated veneer lum ber w as developed by the authors. B ambusa d istegia and P hy llostachy s heter ocy cla w ere used to m ake the v eneer lum ber forcontainer floor ing and w ind blade applications. It w as found that:1 the l

5、am inated veneer lum ber, made from bamboo w ithout the outer and inner surfaces, show ed superior perfo rmance than that made from all bamboo parts. 2 The laminated veneer lum ber made from Bambusa distegia had better perform ance than that made from Phy llostachy s heter ocy cla. 3 For the 30mm -t

6、hick lum ber made from Bambusa distegia , its mechanical pr operties increased as the density increased fr om 1. 0g/cm 3to 1. 2g/cm 3, and could m eet the natio nal standard specificatio ns for container floo ring and w ind blade making materials.Key words: B ambusa distegia; Phy llostachy s heteroc

7、y cla ; bamboo laminated veneer lum ber (BLVL ; w ind tur bine blade; co ntainer floo ring 竹青、 竹黃是竹材的特殊結(jié)構(gòu) , 竹青含有大量的 蠟狀物質(zhì)和硅酸鹽結(jié)晶 , 竹黃由數(shù)層高度木質(zhì)化的細(xì) 胞組成 , 其表面含有一層光滑的膜 , 嚴(yán)重影響板材的 膠合。結(jié)合集裝箱底板和風(fēng)電葉片的應(yīng)用要求 , 筆者 以慈竹為材料 , 利用中國(guó) 林科院木材工業(yè)研 究所的 /高性能竹基復(fù)合材料制造技術(shù) 01-3, 進(jìn)行了結(jié)構(gòu)用竹單板層積材的工藝研究 , 重點(diǎn)探討了竹青竹黃對(duì)板 材性能的影響 , 并與同樣工藝制備的毛竹單板層積

8、材 進(jìn)行對(duì)比 , 旨為慈竹單板層積材的工藝優(yōu)化 , 以及應(yīng) 用范圍的拓展提供依據(jù)。 1 試驗(yàn)材料與方法 111 材料1 竹材 :¹慈竹 (Bambusa d istegia :產(chǎn)自四川大邑 , 竹 齡 45年 , 胸徑 5080m m, 壁厚 23m m;º毛竹 (P hy llostachy s heterocy cla :產(chǎn)自浙江 ,竹齡 35年 , 胸徑 120150mm, 壁厚 1015mm 。 2 酚醛樹(shù)脂膠 :北京太爾公司產(chǎn) , 黏度 41mPa #s (25e , 固體含量 4611%, 貯存期 90d(2025e , pH 值 10153, 游離醛 0110

9、%, 游離酚 <1%。112設(shè)備及儀器定向竹纖維 氈疏解機(jī) 4、 鋸 切機(jī)、 刨 削機(jī)、 熱壓 機(jī)、 熱壓模具、 萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、 浸膠槽、 熱電偶等。 113板材制備工藝流程 :竹材原竹 y 分段 y 剖分 y 去竹隔 y 竹 材纖維可控分離 +竹青竹黃表面處理 (刨削去除 +竹材纖維化單板展平 y 鋸切 y 干燥 y 浸膠 y 干燥 y 組坯 (放入熱電偶 y 熱壓 y 養(yǎng)護(hù) y 裁邊 y 試件制作。 114試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4組試驗(yàn) , 分別考察竹青竹黃、 密度、 施膠量 對(duì)板材性能的影響 , 以及熱壓過(guò)程中板材內(nèi)部溫度的 變化規(guī)律。試驗(yàn)因子與水平設(shè)置見(jiàn)表 1, 每種條件均 平行制備

10、3塊板材。其中 :24組試驗(yàn)均采用去竹 青竹黃工藝制備板材。表 1試驗(yàn)因子與水平Tab 11Experimental factors and levels試驗(yàn)組號(hào) 考察目標(biāo) 竹種 變量因子 /水平 固定工藝參數(shù)1竹青竹黃 慈竹去竹黃 10151%, 去竹青 12123%去青黃總量 22174%毛竹去竹黃 11166%, 去竹青 14125%去青黃總量 25191%板材規(guī)格 :160mm 450m m 15mm, 密 度 110g /cm 3; 施膠量 7%;熱壓溫度 150e , 熱壓時(shí)間 40m in, 熱壓壓力 4M Pa2密度 慈竹 密度 :110、 111、 112g /cm 3(3種

11、板材標(biāo)記為 A 、 B 、 C板材規(guī)格 :350mm 500m m 30m m; 施膠量 9%; 熱壓溫度 140e , 熱壓時(shí)間 40m in, 熱壓壓力 4M Pa3施膠量 慈竹 施膠量 :7%、 9%和 11%(3種板材標(biāo)記為 E 、 B 、 D板材規(guī)格 :350mm 500m m 30m m, 密度 111g /cm 3; 熱壓溫度 140e , 熱壓時(shí)間 40m in, 熱壓壓力 4M Pa4 板 材 內(nèi) 部溫 度 變 化規(guī)律慈竹不同密度和施膠量的板材 : A 、 B 、 C 、 D 、 E115板材性能檢測(cè)參照 GB/T 17657-19995人造板及飾面 人造板 理化性能試驗(yàn)方法

12、 6, 測(cè)試試材的密度 (Density , D 、 彎曲 強(qiáng) 度 (M odulus of rupture, M OR 、 彈 性 模 量 (M odulus of elasticity, M OE 、 24h 吸 水 率 (24 ho urs w ater absorptio n rate, WAR 和吸水厚度膨脹 率 (T hickness sw elling rate, TSR ;參照美國(guó) ASTM D 3500-19905膠合板 承受拉 力 的 標(biāo) 準(zhǔn) 試 驗(yàn) 方 法 6, 測(cè) 試 抗 拉 強(qiáng) 度 (Tensile streng th, TS ; 參照 ASTM D 3501-200

13、55木基結(jié)構(gòu) 板 的 壓 縮 標(biāo) 準(zhǔn) 試 驗(yàn) 方 法 6, 測(cè) 試 抗 壓 強(qiáng) 度 (Compressiv e strength, CS 測(cè)試 ; 參照 GB/T 20241-20065單板層積材 6, 測(cè)試水平剪切強(qiáng)度 (H o rizontal shear strength, H SS 。2試驗(yàn)結(jié)果與分析211竹青、 竹黃對(duì)竹單板層積材性能的影響表 2列出慈竹和毛竹 2種竹材 , 經(jīng)不同表面處理 后 , 制備竹單板層積材的性能測(cè)試結(jié)果。由表 2可知 , 對(duì)慈竹和毛竹 , 均以去除竹黃和青 黃后壓制的試材性能更優(yōu) ; 而且 , 以?xún)H去除竹黃的試 材性能最高。這是由于竹黃的結(jié)構(gòu)較竹青疏松 ,

14、其對(duì)表 2竹青竹黃對(duì)竹 單板層積材性能的影響Tab 12Effects of bamboo outer and inner onbamboo laminated veneer lumber(BLVL properties 竹種處理?xiàng)l件D/(g #cm -3T SR/%M OR/M PaM OE/M PaT S/M PaC S/M PaH SS/ M Pa 未去除 111501922322272520111025128慈竹 去竹黃 111201982872992425614126105去青黃 110901832762886328814024175未去除 111401721741710913210

15、623140毛竹 去竹黃 111211262041792519310324104去青黃 111201701871742914010522118板材性能的負(fù)面影響高于竹青。以竹黃比例較低的 竹材壓制的試材 , 其性能較優(yōu)。在相同試驗(yàn)條件下 , 慈竹試材的力學(xué)性能 , 均高于毛竹試材。212密度對(duì)慈竹單板層積材性能的影響不同密度慈竹單板層積材的性能檢測(cè)結(jié)果 , 列于 表 3。表 3不同密度慈 竹單板層積材的性能Tab 13BLV L properties with dif ferent densities 編號(hào)D/(g #cm -3W AR/%T SR/%M OR/M PaM OE/M PaT S

16、/M PaC S/M PaH SS/ M PaA 1101416661562462121226911620147B 111918841232562199627213225128C 1128153315129122166355142291692Vol 125No 14CHINA WOOD INDUSTRY July 2011表 3數(shù)據(jù)顯示 , 密度越大的試材 , 其抗拉強(qiáng)度和 抗壓強(qiáng)度越高。通過(guò)多級(jí)疏解 , 竹材的基本維管束組 織得以纖維化分離 , 增加了單位體積內(nèi)竹材的比表面 積 , 樹(shù)脂的滲透分布更加均勻 , 故板材的強(qiáng)度提高。 213 施膠量對(duì)慈竹單板層積材性能的影響不同施膠量試材的性能檢

17、測(cè)結(jié)果 , 列于表 4。表 4 不同施膠量下慈竹單板層積材的性能 Tab 14 BLV L properties with dif ferent resin contents編 號(hào) 施膠 量 /%WAR/%T SR/%M OR/M Pa M OE/M Pa TS/M Pa CS/M Pa H SS/M Pa E 7918941512441848034313727153B 9918841232562199627213225128D11712531082782159125213126188表 4數(shù)據(jù)表明 , 施膠量提高時(shí) , 試材 M OR 、 M OE略微上升 , 而 24hWAR 、 T S

18、、 CS 和 H SS 有 所降低。 這一方面是由于酚醛樹(shù)脂具有良好耐水性 , 施膠量增 加 , 提高了板材的膠合程度 , 減少了竹纖維束吸水的 程度 , 故板材的耐水性能提高 ; 另一方面 , 壓制同樣密 度的板材 , 施膠量增加 , 則相對(duì)降低了竹纖維含量 , 造 成板材脆性提高 , 韌性降低 , 故 TS 等強(qiáng)度降低。 214 板材內(nèi)部溫度傳導(dǎo)規(guī)律圖 1顯示 5種 30mm 厚度慈竹單板層積材 , 在 熱壓過(guò)程中 , 其內(nèi)部溫度的變化規(guī)律。圖 1 慈竹單板層積材中心溫度變化曲 線 Fig 11 BLVL temperature variation during hot pressing從

19、圖 1可以看出 , 板材中心溫 度的總體變化趨 勢(shì) :先急速增加、 后 趨于平緩 ; 到達(dá)膠黏劑固 化溫度130e 時(shí) , 所需 的升溫時(shí)間 隨著板密 度的增大 而增 加 , 這是由于密度大的板材內(nèi)部水分和氣體排出阻力 亦較大所致。試板 B 、 D 和 E 的溫度變化趨勢(shì)相近。表明施膠 量在較低的范圍內(nèi) , 對(duì)板材內(nèi)部溫度無(wú)明顯的影響。 215 優(yōu)化慈竹單板層積材的性能根據(jù)上述試驗(yàn) , 選取制備慈竹單板層積材的優(yōu)化工藝參數(shù)為 :密度 >110g/cm 3, 施膠量 7%, 熱壓溫度 140150e 。在此條件下制備竹單板層積材的性 能檢測(cè)結(jié)果 , 列于表 5。表 5 優(yōu)化工藝制造 慈竹單

20、板層積材的性能 Tab 15 Perform ance of BLVL made underoptimized conditions處理 方式 板材厚 度 /mm D/(g #cm-3M OR/M Pa M OE/M Pa TS/M Pa 未處理15111523222725201去竹黃 15111228729924256去青黃 15110927628863288去青黃30110112>240>18000>250GB/T 20241-2006單板層積材 (60E 2215(優(yōu)等品 6000(平均值 GB/T 19536-2004集裝箱底板用膠合板 017585(順紋 10000(順紋 JB/T 10194-2000? 90b 玻璃纖維11711920016000200表 5結(jié)果表明 , 三種慈竹原料制成的單 板層積 材 , 其主要力學(xué)性能均符合 GB/T 20241-20065單板 層積材 6、 GB/T 19536-20045集裝箱底板用膠合板 6、 JB/