太原竹帘层积材的工艺与制造技术

    竹子在构造上自根部至梢部的直径和壁厚都逐渐减小,较难使用薄木旋切技术得到竹质单板,但利用劈片和拼织技术却可以得到完整的竹帘单板。近年开发的竹帘层积材是以竹片拼织的竹帘单板为原料,通过涂胶、组坯、热压等一系列工序制得的一种新型竹质人造板产品,制造时,既消除了竹编胶合板繁琐的手工编席,也避免了竹材胶合板复杂的软化处理和加压展平等工序,简化了制造工艺。生产竹帘层积材的关键在竹帘单板,特点表现于：

(1)竹帘单板中的竹片平行排列, 编织线垂直于竹片,单板中的竹片无重叠,表面平整,故生产时耗胶量少,热压时所需的单 位压力也较低；(2)拼织的竹帘单板可保持整体一张,实现了“单板整张化”,减轻了工人组坯时拼放芯板的劳动强度,提高了生产率；(3)竹帘单板中竹片间隙的存在,使得热压时板坯内的水蒸汽易于排出,几乎没有鼓泡、分层等缺陷,生产操作容易,合格品率较高。

　　80年代末至今,国内外兴起了研究结构人造板的高潮,这一过程符合材料科学发展的必然趋势。竹材的力学性能优于木材,若其本体强度能充分体现,竹帘层积材可在结构产品上得到广泛的应用,也是实现其产品增值的一条途径。　

2　材料和方法

2.1　实验材料

　　竹帘单板由毛竹(Phyllostachys pubescens)纵向劈削成宽10 mm、平均厚度2 mm的竹片拼织而成。竹片平行排列无重叠,但片间有侧向间隙。表１给出了厚度偏差和竹片间隙,并借此衡量竹帘单板的质量。从表中可见,竹帘单板中单板厚度和竹片间隙都显示出较大的变异系数和平均偏差,说明竹帘单板的质量较差,这主要源于竹帘单板的构造特点。由于竹节处维管束单向弧形弯曲,不仅使竹节处的厚度增大,而且竹帘单板中相邻竹片的侧向间隙也较大。

　　胶粘剂为脲醛树脂,pH值6.5,固体含量62%,粘度300cp/20 ℃。此外还有固化剂和增强剂,施加量以树脂固体含量的重量百分比计。

2.2　制造工艺

　　　　竹帘单板经干燥至含水率3%～5％。需要说明的是：单板中未劈去竹黄的竹片,干燥后朝竹黄一侧出现曲率较大的弯曲,破坏了单板的平面性。观竹黄一侧,发现较多的横向裂纹,间隔约4cm,甚至在裂纹处竹片断裂。该现象起因于竹壁内侧的竹黄组织疏松,干缩率较大,力学性能较差。树脂中加定量增强剂和固化剂,搅拌均匀后对单板单面施胶,然后按对称原则垂直组配成板坯。闭合陈化50～60 min后送入压机,采用一段加压工艺压制竹帘层积材。

2.4　性能检测

　　竹帘层积材性能按日本相关标准检测,指标以力学强度为主。其中胶层剪切强度依针对脲醛树脂的日本普通合板标准测试,其余的力学指标,包括抗压强度(顺纹、横纹和斜纹)、静曲强度和弹性模量(纵向和横向)依日本结构合板标准测试。此外,还测试了密度和含水率。

3.3　竹材特性的影响

3.3.1　试件破损形式竹片间隙是竹帘层积材的构成特点,试件中分散相的竹片构成的竹帘单板非同于整体连续的木质单板,不能连续减缓应力,易产生应力集中,由此部分试件检测强度较低,破损也具有一定的特征。竹片较大的厚度偏差使抗剪加载时破损面有二种形式,较高的呈芯板竹片一侧整体拉脱,较低的为芯板竹片两侧局部拉脱；抗压时呈非压溃的“灯笼”或“折断”状,弯曲时为单一的芯板承载,横纹和横向检测表现得更为突出。因此,竹帘单板质量是影响竹帘层积材各项力学性能的重要因素,劈片时应提高竹片两侧边的平行度和垂直度。这样竹片拼织成单板后,竹片间隙小,胶合面积相对增大,

且还产生部分竹片的侧向胶合,整体性好,强度性能都会得以改善。

3.3.2　变异性　竹材变异性虽较大,但竹帘层积材性能的变异性则不尽然可见通过竹帘单板重组的层积材削弱了竹材变异性。对比各指标的变异系数,剪切强度大,密度和含水率小,其余指标适中,且顺纹(纵向)的变异系数比横纹(横向)和斜纹的小,原因是竹帘单板的厚度偏差及竹片间隙使试件出现不同形式破损的影响。此外,旋转设计选择因子数较多数,且若各因子变化间距Δj较小时,也可能产生误差,并增大变异性。

3.3.3　霉变　竹帘层积材裸露于空气中陈放４个月,表面发现较多暗绿色霉斑,这是竹材自身富含糖类、淀粉、含氮化合物等营养物质所致,属竹质产品的共同缺陷,还有待于从竹材特性上进一步深入其防霉性。

4　结论及建议

　　（1）竹帘层积材是利用我国丰富的竹类资源、开发竹材工业利用的一条新途径。它的生产可缓解我国木材资源的紧张局面,也是实现竹质产品较大增值的重要途径。

　　（2）竹帘层积材具有较高的力学性能,部分指标充分体现了竹材自身的强度优势。剪切强度达到日本普通合板的标准要求,抗压强度、静曲强度和弹性模量超过日本结构合板的标准要求,产品可用于结构板材。

　　（3）竹帘单板是竹帘层积材的构成单元,具有较大的厚度偏差和竹片间隙,导致检测时出现不同的破损形式。提高竹帘单板质量,有助于改善竹帘层积材的力学性能和变异性。

　　（4）以旋转设计研究竹帘层积材性能指标与工艺参数之间的非线性关系是可行的。减少变量因子的个数或增大其变化间距,都有利于实验结果的显著性。

　　（5）竹质产品的防霉性有待于深入研究。