重组竹材料力学性能研究

重组竹材料力学性能研究

重组竹是充分利用竹材制成的一种新型结构材料。它具有强度高、密度高、材料和颜色硬阔叶材料的特点。这被认为是设计和家具的良好材料。在家具生产设计中,木材的特殊性能是不能忽视的一个重要因素,其中对家具的结构强度、稳定性、耐久性影响最大的就是木材的干缩湿胀性能。由木材的干缩湿胀所引起的主要质量问题有:板件的开裂、榫接合失效、框架变形、活动部件卡死等,这种影响在框式家具制造中尤为明显。重组竹用于家具产制造的原材料,就必须对重组竹的干缩湿胀性有充分了解,并在生产过程中进行适当的控制,同时也为家具设计提供依据。除此之外,竹质材料干缩湿胀性对表面装饰质量也有影响。被装饰基材的胀缩率或胀缩系数应比较接近于装饰材料的相应数据,也就是说,这两种材料的胀缩性要相近或一致。只有这样,才能保证装饰质量和使用寿命,否则,两者之间的收缩或膨胀差异会导致装饰材料内部出现应力而产生开裂、皱缩、开胶或脱落、翘曲变形等。因此,研究重组竹应用于家具制造,很有必要对其干缩湿胀性进行研究,为重组竹应用于家具制造行业提供数据基础。1试验材料和方法1.1但不含油体系内的纵向纵向弹性对产品尺寸的影响本试验试材所用的规格:重组竹为20mm×20mm×20mm(纵向×弦向×径向);其中纵向为纹理方向、横向分别为板材的宽度方向、厚度方向,由制造工厂提供的标签确定。试验分干缩性和湿胀性两组试验进行,每组两种试样各为15个。1.2不同含水率下木材干缩及干缩系数本试验对重组竹干缩性和湿胀性的测试方法分别依照中华人民共和国国家标准GB1334.2-91和GB1932-91执行。干缩湿胀性是指木材或竹材的含水率在纤维饱和点以下,因水分蒸发减少或吸湿吸水水分增加而引起尺寸收缩或膨胀的特性。主要用干缩率、湿胀率、干缩系数、差异干缩来表示。(1)干缩(湿胀)率:是指材料因水分变化引起尺寸收缩(膨胀)变化的百分比。β=Lw−LoLw×100%β=Lw-LoLw×100%α=Lw−LoLo×100%α=Lw-LoLo×100%式中:β为试样干缩率,%;为α试样湿胀率,%;Lo、Lw为试样绝干时尺寸和含水率为w时尺寸,mm。(2)差异干缩:木材弦向干缩与径向干缩的比值称为差异干缩。由于重组竹无弦、径向之分,将其宽度和厚度方向的干缩之比定为差异干缩。收缩率大小是估量木材稳定性好坏的主要依据,差异干缩是反映重组竹干燥或使用时,是否易翘曲和开裂的重要指标。根据木材差异干缩的大小,大致可决定木材对特殊用材的适应性。为了比较横向两个方向上,宽度和厚度方向上的干缩差异程度,通常表示为:D=αTαRD=αΤαR或D=βTβRD=βΤβR在本研究中,式中:αT、αR、αL分别为重组生试样宽度、厚度方向和纵向线湿胀率,%;βT、βR、βL分别为重组生试样宽度、厚度方向、纵向线干缩率,%;D值分为三级:D>2为大,1.5≤D≤2为中,1.5≤D为小。(3)干缩系数。为了能比较在不同含水率区段下的干缩值,采用干缩系数这一指标,以计算确定出木材加工过程中重组材进行机械加工如锯铣刨时的应留出的干缩余量。生材和湿材干缩值计算,其起点含水率可取纤维饱和点30%的数值进行计算。干缩系数是指吸着水每变化1%时木材的干缩率变化值,用K来表式。宽度方向、厚度方向干缩系数分别记为KT、KR。KR、T=βw/(W1-W2)式中:KT、R、L分别为重组竹宽度方向、厚度方向系数,准确到0.001%;W1,W2为木材二个状态下的含水率,%。试验按上述干缩湿胀缩性测试标准中的方法,分别进行干缩与湿胀性两组试验,第一组进行湿胀性试验,首先分别将两种试样放在烘箱中烘干,并测量出全干时的质量和尺寸,接着将试样放置在温度为(20±2)℃,相对湿度为65%±5%的条件下至尺寸稳定,并测量出此时的质量和尺寸,最后将试样浸入盛有蒸馏水的容器中,待吸收水分后尺寸达到稳定时再测量出质量和尺寸。另一组进行干缩试验,具体过程与湿胀性相反。根据上述测量数据和上述公式可分别求出气干时、吸水后的湿胀率及湿胀系数、湿胀差异和气干时、全干时的干缩率及干缩系数、干缩差异等。2结果与分析2.1干缩尺寸稳定性分析在干缩试验中“湿材-气干”和“湿材-全干”两个阶段的试件尺寸变化经测试统计分析后可以得到试材的干缩率值,如表1所示。表1可见,在试验的两个阶段,试材尺寸变化都具有很强的方向性,其中厚度与宽度方向远远大于纵向,并且宽度方向尺寸要比厚向尺寸变化大。全干时,宽度干缩率达到8.01%,而厚度方向仅为4.7%。所以重组竹在应用于家具制造时,零部件的设计必须考虑这个因素,留出干缩余量。根据木材干燥特性,弦径向干缩之比小,纵向干缩小,木材尺寸稳定性好。从表1可看出,重组竹的干缩差异值最大为1.72。重组竹的D值为1.72,1.70,处于1.5≤D≤2之间,从木材的差异干缩值所定的等级,重组竹的差异干缩为中,尺寸稳定性较好。2.2第1阶段全干-气干阶段在湿胀试验中“全干-气干”和“全干-湿材”两个阶段的尺寸变化测试分析统计结果见表2。表2中可见,在“全干-气干”阶段,重组竹的湿用率都在1.5%以下,这说重组竹在这个阶段尺寸稳定性较好。在“全干-气干”阶段,重组竹的宽度和厚度方向湿胀率都明显低于其干缩率,说明重组竹也有明显的吸湿滞后现象。这样重组竹在使用过程中只要有很好地干燥平衡处理,在气干状态下的吸湿膨胀则较小,适宜作室内家具用材。其从全干到全湿的湿胀率较高,厚度方向湿胀率达到了8%,说明其吸水膨胀较为明显,用做浴室家具材时需予以考虑留出相应的变化余量,防止由于湿胀产生的变形。差异湿胀值,重组竹表现相对比较小,在1.6左右。结合表1中的D值,可以看出,重组竹的差异湿胀比差异干缩要大。2.3重组竹干缩湿胀性能将重组竹从气干到绝干时的厚度与宽度方向上的干缩率除以含水率的变化求解出重组竹的干缩系数,同时将常用于家具制造用的硬阔叶材的干缩系数排列在同一表中进行对比。结果见表3。表3显示,重组竹的干缩湿胀系数相对较小,干缩系数与柚木相近,柚木是尺寸稳定性较好的木材,重组竹在干缩性上可以与之相比。重组竹的密度近于蚬木,在密度相近的情况下,重组竹的干缩系数比麻栎、黄檀、水青冈、蚬木都低,是这几种常见家具用硬阔叶材的干缩系数中最小的,这表明重组竹的尺寸稳定性能满足设计与制造的要求。重组竹的干缩湿胀性能研究为其用于家具设计制造时,提供了构件的设计的基础依据,为加工制造留有合理的余量提供了技术支持。根据重组竹的干缩湿胀性,还应在涂饰时选用干缩湿胀相近的涂饰材料,只有这样,才能保证装饰质量和使用寿命。4各阶段的湿胀率(1)重组竹的干缩湿胀性均表现出很强的方向性,重组竹表现为宽度最大,厚度次之,纵向最小。重组竹出厂时应注明制造时的压制方向,以利用于家具用材加工时进行加工余量的确定。二者的湿胀率要比干缩率要高。(2)在“全干-气干”阶段,重组竹的湿胀率都在1.5%以下,这说重组竹在这个阶段尺寸稳定性较好,差异干缩为中。但在“全干-湿材”阶段,重组竹的宽度和厚度方向湿胀率