结构用慈竹单板层积材的制备工艺与性能

1、第 25卷 第 4期 Vol 125 No 14木材工业C HINA WOOD INDUSTRY 2011年 7月 July 2011收稿日期 :2010-08-23; 修改日期 :2011-06-16基金项目 :国家高新技术研究发展计划 (863计划 项目 (2010AA101701。 作者简介 :于雪斐 (1984 , 女 , 中 国林科院 木材工业 研究所 博士研 究生。 通讯作者 :于文吉 , 男 , 中国林科院木材工业研究所研 究员 , 博士生导师。/小径竹高效利用技术 0专栏结构用慈竹单板层积材的制备工艺与性能于雪斐 , 孙华林 , 于文吉(中国林科院木材工业研究所 ; 国家林业局

2、木材科学与技术重点实验室 , 北京 100091摘要 : 以慈竹和毛竹为材料 , 采用竹材纤维可控分离技术 , 在去 除竹青和 竹黄后 , 制造竹材 单板层积 材 , 并 测定板材 的性能 。 结果表明 :以去青黄竹材压制单板层积材的性能 , 高于未处理竹材 ; 慈竹单板层积材的性能高于毛竹 ; 随着密 度的增大 , 30mm 厚慈竹单板层积材的力学 强度提高 , 可达到集装箱底板用胶合板和风电叶片材 料的标准要求 。 关键词 : 慈竹 ; 毛竹 ; 竹单板层积材 ; 风电叶片 ; 集装箱底板中图分类号 :S79515; T S653 文献标识码 :A 文章编号 :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、 竹黄是竹材的特殊结构 , 竹青含有大量的 蜡状物质和硅酸盐结晶 , 竹黄由数层高度木质化的细 胞组成 , 其表面含有一层光滑的膜 , 严重影响板材的 胶合。结合集装箱底板和风电叶片的应用要求 , 笔者 以慈竹为材料 , 利用中国 林科院木材工业研 究所的 /高性能竹基复合材料制造技术 01-3, 进行了结构用竹单板层积材的工艺研究 , 重点探讨了竹青竹黄对板 材性能的影响 , 并与同样工艺制备的毛竹单板层积

8、材 进行对比 , 旨为慈竹单板层积材的工艺优化 , 以及应 用范围的拓展提供依据。 1 试验材料与方法 111 材料1 竹材 :¹慈竹 (Bambusa d istegia :产自四川大邑 , 竹 龄 45年 , 胸径 5080m m, 壁厚 23m m;º毛竹 (P hy llostachy s heterocy cla :产自浙江 ,竹龄 35年 , 胸径 120150mm, 壁厚 1015mm 。 2 酚醛树脂胶 :北京太尔公司产 , 黏度 41mPa #s (25e , 固体含量 4611%, 贮存期 90d(2025e , pH 值 10153, 游离醛 0110

9、%, 游离酚 <1%。112设备及仪器定向竹纤维 毡疏解机 4、 锯 切机、 刨 削机、 热压 机、 热压模具、 万能力学试验机、 浸胶槽、 热电偶等。 113板材制备工艺流程 :竹材原竹 y 分段 y 剖分 y 去竹隔 y 竹 材纤维可控分离 +竹青竹黄表面处理 (刨削去除 +竹材纤维化单板展平 y 锯切 y 干燥 y 浸胶 y 干燥 y 组坯 (放入热电偶 y 热压 y 养护 y 裁边 y 试件制作。 114试验设计设计 4组试验 , 分别考察竹青竹黄、 密度、 施胶量 对板材性能的影响 , 以及热压过程中板材内部温度的 变化规律。试验因子与水平设置见表 1, 每种条件均 平行制备

10、3块板材。其中 :24组试验均采用去竹 青竹黄工艺制备板材。表 1试验因子与水平Tab 11Experimental factors and levels试验组号 考察目标 竹种 变量因子 /水平 固定工艺参数1竹青竹黄 慈竹去竹黄 10151%, 去竹青 12123%去青黄总量 22174%毛竹去竹黄 11166%, 去竹青 14125%去青黄总量 25191%板材规格 :160mm 450m m 15mm, 密 度 110g /cm 3; 施胶量 7%;热压温度 150e , 热压时间 40m in, 热压压力 4M Pa2密度 慈竹 密度 :110、 111、 112g /cm 3(3种

11、板材标记为 A 、 B 、 C板材规格 :350mm 500m m 30m m; 施胶量 9%; 热压温度 140e , 热压时间 40m in, 热压压力 4M Pa3施胶量 慈竹 施胶量 :7%、 9%和 11%(3种板材标记为 E 、 B 、 D板材规格 :350mm 500m m 30m m, 密度 111g /cm 3; 热压温度 140e , 热压时间 40m in, 热压压力 4M Pa4 板 材 内 部温 度 变 化规律慈竹不同密度和施胶量的板材 : A 、 B 、 C 、 D 、 E115板材性能检测参照 GB/T 17657-19995人造板及饰面 人造板 理化性能试验方法

12、 6, 测试试材的密度 (Density , D 、 弯曲 强 度 (M odulus of rupture, M OR 、 弹 性 模 量 (M odulus of elasticity, M OE 、 24h 吸 水 率 (24 ho urs w ater absorptio n rate, WAR 和吸水厚度膨胀 率 (T hickness sw elling rate, TSR ;参照美国 ASTM D 3500-19905胶合板 承受拉 力 的 标 准 试 验 方 法 6, 测 试 抗 拉 强 度 (Tensile streng th, TS ; 参照 ASTM D 3501-200

13、55木基结构 板 的 压 缩 标 准 试 验 方 法 6, 测 试 抗 压 强 度 (Compressiv e strength, CS 测试 ; 参照 GB/T 20241-20065单板层积材 6, 测试水平剪切强度 (H o rizontal shear strength, H SS 。2试验结果与分析211竹青、 竹黄对竹单板层积材性能的影响表 2列出慈竹和毛竹 2种竹材 , 经不同表面处理 后 , 制备竹单板层积材的性能测试结果。由表 2可知 , 对慈竹和毛竹 , 均以去除竹黄和青 黄后压制的试材性能更优 ; 而且 , 以仅去除竹黄的试 材性能最高。这是由于竹黄的结构较竹青疏松 ,

14、其对表 2竹青竹黄对竹 单板层积材性能的影响Tab 12Effects of bamboo outer and inner onbamboo laminated veneer lumber(BLVL properties 竹种处理条件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 去竹黄 111201982872992425614126105去青黄 110901832762886328814024175未去除 111401721741710913210

15、623140毛竹 去竹黄 111211262041792519310324104去青黄 111201701871742914010522118板材性能的负面影响高于竹青。以竹黄比例较低的 竹材压制的试材 , 其性能较优。在相同试验条件下 , 慈竹试材的力学性能 , 均高于毛竹试材。212密度对慈竹单板层积材性能的影响不同密度慈竹单板层积材的性能检测结果 , 列于 表 3。表 3不同密度慈 竹单板层积材的性能Tab 13BLV L properties with dif ferent densities 编号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数据显示 , 密度越大的试材 , 其抗拉强度和 抗压强度越高。通过多级疏解 , 竹材的基本维管束组 织得以纤维化分离 , 增加了单位体积内竹材的比表面 积 , 树脂的渗透分布更加均匀 , 故板材的强度提高。 213 施胶量对慈竹单板层积材性能的影响不同施胶量试材的性能检

17、测结果 , 列于表 4。表 4 不同施胶量下慈竹单板层积材的性能 Tab 14 BLV L properties with dif ferent resin contents编 号 施胶 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数据表明 , 施胶量提高时 , 试材 M OR 、 M OE略微上升 , 而 24hWAR 、 T S

18、、 CS 和 H SS 有 所降低。 这一方面是由于酚醛树脂具有良好耐水性 , 施胶量增 加 , 提高了板材的胶合程度 , 减少了竹纤维束吸水的 程度 , 故板材的耐水性能提高 ; 另一方面 , 压制同样密 度的板材 , 施胶量增加 , 则相对降低了竹纤维含量 , 造 成板材脆性提高 , 韧性降低 , 故 TS 等强度降低。 214 板材内部温度传导规律图 1显示 5种 30mm 厚度慈竹单板层积材 , 在 热压过程中 , 其内部温度的变化规律。图 1 慈竹单板层积材中心温度变化曲 线 Fig 11 BLVL temperature variation during hot pressing从

19、图 1可以看出 , 板材中心温 度的总体变化趋 势 :先急速增加、 后 趋于平缓 ; 到达胶黏剂固 化温度130e 时 , 所需 的升温时间 随着板密 度的增大 而增 加 , 这是由于密度大的板材内部水分和气体排出阻力 亦较大所致。试板 B 、 D 和 E 的温度变化趋势相近。表明施胶 量在较低的范围内 , 对板材内部温度无明显的影响。 215 优化慈竹单板层积材的性能根据上述试验 , 选取制备慈竹单板层积材的优化工艺参数为 :密度 >110g/cm 3, 施胶量 7%, 热压温度 140150e 。在此条件下制备竹单板层积材的性 能检测结果 , 列于表 5。表 5 优化工艺制造 慈竹单

20、板层积材的性能 Tab 15 Perform ance of BLVL made underoptimized conditions处理 方式 板材厚 度 /mm D/(g #cm-3M OR/M Pa M OE/M Pa TS/M Pa 未处理15111523222725201去竹黄 15111228729924256去青黄 15110927628863288去青黄30110112>240>18000>250GB/T 20241-2006单板层积材 (60E 2215(优等品 6000(平均值 GB/T 19536-2004集装箱底板用胶合板 017585(顺纹 10000(顺纹 JB/T 10194-2000? 90b 玻璃纤维11711920016000200表 5结果表明 , 三种慈竹原料制成的单 板层积 材 , 其主要力学性能均符合 GB/T 20241-20065单板 层积材 6、 GB/T 19536-20045集装箱底板用胶合板 6、 JB/