竹基重組結(jié)構(gòu)材料制造技術(shù)的研究.pdf

1、竹材是我國(guó)重要的森林資源，在我國(guó)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(lái)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(guó)又是一個(gè)森林資源匱乏的國(guó)家，無(wú)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(jí)的針葉材和優(yōu)質(zhì)的闊葉材。本研究借鑒復(fù)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(guó)南方的主要人工林樹(shù)種—楊木(Populus Canadensis cv)、桉樹(shù)(Eucalyptus robusta Smith)或杉木(Cunninghamia lanceolata)有效復(fù)合，開(kāi)發(fā)新型竹基復(fù)合重組材料產(chǎn)品及建立制造技術(shù)平臺(tái)，從而有效地緩解我國(guó)用材供應(yīng)的緊張狀況，優(yōu)化農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入。本文通過(guò)對(duì)竹基重組結(jié)構(gòu)材料的竹束基本單元制備，組坯成型技術(shù)，制造工藝技術(shù)，復(fù)

3、合重組技術(shù)，主要力學(xué)性能檢測(cè)和抗彎性能等研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際，重點(diǎn)研究了竹基重組結(jié)構(gòu)材料制造關(guān)鍵工藝技術(shù)，并得出如下結(jié)論：
　　(1)提出了定性和定量相結(jié)合的竹束疏解效果評(píng)價(jià)方法，包括竹束直觀定性評(píng)價(jià)，浸水率和單元橫截面積測(cè)量。竹基復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的單元基本形態(tài)受其加工工藝和加工設(shè)備的影響明顯，并對(duì)后期處理工藝起關(guān)鍵作用。以壓裂為主的設(shè)備的疏解效果要好于碾壓、疏離作用的設(shè)備，隨著疏解加工設(shè)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(jiǎn)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(shè)備聯(lián)合處理作為竹束單元的最佳疏解工藝方案。
　　(2)通過(guò)對(duì)竹基復(fù)合結(jié)構(gòu)材料組坯成型工藝因子影響研究，對(duì)最佳組坯效果的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到干燥溫度越高，對(duì)膠粘劑的固化程度影響越大，板材力學(xué)強(qiáng)度損失越多，因而采用的浸膠竹束干燥溫度為50℃，組坯時(shí)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(shí)間5min為竹束的實(shí)驗(yàn)最佳組坯成

5、型工藝參數(shù)。并提出了自動(dòng)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(xué)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(qiáng)度和IB都出現(xiàn)了明顯的降低趨勢(shì)。疏解處理過(guò)度會(huì)大大降低了竹束的本身強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)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(gè)方向上的MOE、MOR和剪切強(qiáng)度都會(huì)呈現(xiàn)降低，而IB則因?yàn)橹袂嘟Y(jié)構(gòu)被分

6、離破壞逐漸增大。碾壓式浸膠工藝相對(duì)于普通浸膠工藝，其最終板材各項(xiàng)力學(xué)性能強(qiáng)度值都有明顯的提高，說(shuō)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(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度值曲線隨密度變化基本上是平行的直線關(guān)系。
　　(4)探討了板材最終密度對(duì)木材重組結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能影響的基本規(guī)律，以及均勻混雜比、夾芯混雜比對(duì)竹材/木材復(fù)合重組結(jié)構(gòu)材料力學(xué)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(fù)合重組結(jié)構(gòu)材料的各項(xiàng)力學(xué)性能也出現(xiàn)了顯著變化，彈性模量、靜曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都大幅降低，而在垂直加載條件下，剪切強(qiáng)度從夾芯混雜比為8:2降至3:7，相對(duì)MOR和MOE降低幅度僅為7.66%，降低幅度最小。與木束與竹束復(fù)合相比，利用木刨花和木纖維與竹束均勻混雜制備增強(qiáng)型重組竹結(jié)構(gòu)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(guò)靜

8、態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量竹質(zhì)重組結(jié)構(gòu)材料的彎曲性能。重組竹材相對(duì)普通竹木復(fù)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(yàn)梁的撓度逐漸增大，各點(diǎn)理論應(yīng)力值基本也是隨著載荷的增加線性增加，理論應(yīng)力在相同的加載載荷作用下，離中心層越遠(yuǎn)的應(yīng)變點(diǎn)的應(yīng)力值越大。在彈性變形范圍外，在同一加載點(diǎn)靠近中心層+1、-1應(yīng)變量增幅要大于外測(cè)應(yīng)變點(diǎn)+2、-2，五個(gè)應(yīng)變點(diǎn)所測(cè)得應(yīng)變值呈非線性的折線變化趨勢(shì)。
　　(6)通過(guò)對(duì)