Effects of Hydrothermal Environment on the Deformation of the Thin Bamboo Bundle Veneer Laminated Composites

To overcome warping in thin bamboo bundle veneer laminated composites(TBLC),their hydrothermal deformation characteristics were systematically investigated in this study.It was found that TBLCs accelerated the release of internal stress in the thickness direction in a hydrothermal environment,which increased their warpage.TBLCs showed increased warpage in the width and diagonal directions upon increasing the temperature.The warpage of Type E increased by 155.88%and 66.67%in the width and diagonal directions,respectively,when the temperature increased from 25
C to 100
C.The symmetrical TBLC with cross-lay-up and odd layers displayed better hydrothermal stability.We revealed that the deformation of the TBLCs could be regulated under the synergistic effect of water and temperature.These results provide a scientific basis for improving the uniformity of bamboo bundle composite materials and for developing thin bamboo bundle fiber composite materials with designable structures and controllable performance.

LVL结构调控及应用研究进展

在我国木材资源紧缺、人工林材质较差、而竹材资源较为丰富的背景下,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)作为一种生物质工程材料,具备高效利用现有资源的优势,并且以其出色的力学性能可实现标准化、系列化生产,展现出广阔的应用前景。本文结合我国人造板产业的发展现况,概述了LVL的起源和发展,着重从复合材料力学性能的角度分析了LVL的结构特点,对单板分等和LVL组坯特点进行了介绍。同时,综述了酚醛树脂浸渍和纤维材料复合两种LVL增强方式。最后,对比讨论了国内外LVL的评价标准,并针对我国木结构建筑产业的发展现状和LVL应用过程中存在的问题,提出了若干建议。

刨切薄竹研究与应用现状

竹材作为一种重要的自然资源,其应用形式逐渐从圆竹、竹篾、竹条等传统形式转向竹纤维、竹丝、刨切薄竹等新形式。刨切薄竹的研发拓展了竹材的应用领域,但其在制备工艺、产品性能方面的研究尚未形成成熟的体系。文章综述了刨切薄竹的种类及其制备工艺,分析了不同种类刨切薄竹的具体生产工艺流程以及相关工艺的影响机制,总结了刨切薄竹的基本应用形式和典型应用案例,提出了刨切薄竹进一步研究与应用的重点方向,以期为刨切薄竹生产技术改进和应用创新提供参考。

不同胶黏剂制备竹单板/泡沫铝夹芯板材性能研究

本研究以竹单板和多孔泡沫铝为原料,采用卡夫特AB胶、环氧树脂胶和酚醛树脂胶等三种胶黏剂将竹单板与泡沫铝黏合成型,制备竹单板/泡沫铝夹芯复合板材。探究了不同胶黏剂种类及施胶量对竹单板/泡沫铝夹板材力学性能、吸水性能和胶层形貌的影响。结果表明:采用水溶性酚醛树脂作为胶黏剂,施胶量为340 g·m^(-2)时所制备的板材,其静曲强度、弹性模量及胶合强度均达到最大值,24 h吸水厚度膨胀率和72 h吸水率达到最低值,竹单板和泡沫铝的胶合界面黏合更紧密,证明板材的综合性能最优,最适于工业化生产和实际推广利用。

基于响应面法与NSGA-Ⅱ的重组竹翻转夹爪优化设计

目的 解决纤维竹单板翻面问题,同时保证竹单板的完整性及夹爪的轻量化。方法 设计一款专用翻转机械手,将重组竹翻转夹爪作为研究对象,提出一种基于响应面法与NSGA-Ⅱ相结合的优化设计方法;建立夹爪模型,进行有限元分析并进行优化实验方案的设计,优化中将夹爪质量和最大变形量设定为目标,其许用应力设定为约束,对其进行多目标优化,得到Pareto最优解集。结果 对重组竹翻转夹爪进行优化设计,优化后单个夹爪的质量减少了11.19%,达到了轻量化目的。结论 优化改进后的重组竹翻转夹爪能够在保证其工作可靠的情况下,实现重组竹翻转夹爪的轻量化,同时减小对竹单板造成的破损,为纤维化竹单板集装箱底板包装的规模化发展提供一定基础。

表板热处理温度对展平竹—杨木复合板物理力学性能的影响

【目的】充分发挥杨木与竹展平板各自的性能优势。【方法】以不同温度(120℃、140℃、160℃,0 MPa处理2 h)热处理的竹展平板为表板,杨木单板为芯板顺纹组坯制作展平竹—杨木复合板,通过测试其含水率、色差、光泽度、胶合强度、浸渍剥离率、抗弯强度、抗弯弹性模量等性能,分析表板热处理对复合板材物理力学性能的影响。【结果】物理性质方面,表板热处理使得复合板含水率大幅度降低;光泽度逐渐减小,色觉稳定性增大;总色差皆大于1.5,但材色变化不明显;胶合性质方面,表板热处理使得复合板胶合强度下降,140℃处理时达最低值;浸渍剥离试验表明,表板热处理使得复合板胶合耐久性先增强后减弱;力学性质方面,随表板热处理温度的升高,弹性模量、抗弯强度均有一定提高,140℃处理时达最大值。【结论】表板热处理丰富了展平竹—杨木复合板的视觉效果,改善了复合板的抗弯强度、弹性模量,但对复合板的胶合性能具有一定的不利影响,实际使用中应根据具体需求进行选择。

刨切薄竹生产工艺研究

为提高竹材产品的科技含量和附加值,提高资源的利用效率,将毛竹Phyllostachyspubescens横截、纵锯、粗刨、蒸煮和干燥等工序加工成矩形断面的竹条;再经精刨、砂光、涂胶和侧拼制成侧拼单层竹片胶合板块;之后注入软化剂、竹块叠层湿胶合制得竹方。将竹方升温软化处理,在刨切机上刨切获得0 20～1 50mm,柔韧性良好且厚度均匀的刨切薄竹片,为竹材精深加工和高效利用开辟了工业化利用新途径。刨切薄竹片可代替广泛使用的珍贵薄木用于装饰材料的贴面和家具表面装饰。

FRW阻燃刨切薄竹的阻燃特性

采用FRW阻燃剂对刨切薄竹进行阻燃处理,用锥形量热仪(CONE)测定不同载药率下处理材与未处理材的阻燃性能。结果表明:在25kW·m-2的热辐射功率下,刨切薄竹经FRW阻燃处理后,热释放速率、总热释放量和总烟释放量随着载药率的增大而减小,处理材在燃烧过程中不会出现较高火焰的燃烧过程;处理材与未处理材相比,点燃时间延长,残余物质量增加;FRW阻燃处理刨切薄竹的阻燃和抑烟效果明显。

刨切微薄竹的大幅面化

将尺寸较小的刨切微薄竹与无纺布粘贴 ,横向拼宽制成大幅面刨切微薄竹。实验结果表明 :刨切微薄竹大幅面化后 ,不但可克服微薄竹脆性大、易开裂、幅面小等缺点 ,而且可实现微薄竹贴面的机械化、连续化生产 ;施胶微薄竹与带胶和不带胶无纺布粘合的较佳工艺参数为 :热压温度 10 0℃、热压时间 90s、热压压力 1.0MPa ,上胶量分别为 3 0、45g/m2 。

大幅面刨切薄竹的生产工艺

采用竹材制成竹片、竹板、竹方的加工工艺,再刨切制得刨切薄竹,与无纺布(纸)粘贴,制成大幅面刨切薄竹产品。实践表明:薄竹大幅面的工业化生产切实可行,克服了以往刨切薄竹脆性大、易破损、幅面小等缺陷,提高了竹材资源利用率和拓展了精、深加工的途径。

竹基纤维复合材料纤维化单板的形态研究

对梁山慈竹纤维化单板形态进行了研究。结果表明:节间竹青面和竹黄面、节部竹青面和竹黄面的平均裂隙角度为60°～70°;节间52%的竹青、节部75%的竹青发生脱落;节间竹束平均断面面积1.97mm2,包含4.61个维管束。节部竹束平均断面积1.83mm2,包含4.07个维管束。通过碾压疏解,对原竹进行可控分离,使复合材料制备达到广谱可设计性。

室外地板用竹基纤维复合材料制备技术

以酚醛树脂为胶黏剂,以毛竹和慈竹为原料,在不去竹青和竹黄的条件下,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板,经过热处理、浸胶、热压等工序制造本色和炭化色室外地板用竹基纤维复合材料,并与室外地板用重组竹的性能进行对比。结果表明:竹基纤维复合材料性能优于重组竹,慈竹竹基纤维复合材料的性能优于毛竹;热处理对吸水厚度膨胀率、防腐和防霉等性能具有改善作用,对水平剪切强度具有不利影响;采用纤维化单板,改变了传统重组竹的束状元结构,提高了竹材的利用率和生产效率,可促进竹材产业升级尤其是丛生竹的工业化利用。

基于响应面优化竹单板泡沫铝复合材料工艺研究

以竹单板、泡沫铝为原材料,采用中温固化型酚醛树脂胶黏剂制备竹单板泡沫铝夹芯复合材料。应用单因素试验结合响应曲面法,探究施胶量、热压温度和热压时间三因素对复合材料静曲强度和胶合强度的影响规律,对制备工艺进行优化。结果表明:三因素按影响复合材料力学性能程度大小依次排序为施胶量>热压温度>热压时间。通过构建复合材料的力学性能与施胶量、热压温度和热压时间之间的回归方程模型,得出优化的制备工艺条件为:施胶量340 g/m^(2)、热压温度132℃、热压时间1.5 mm/min,在此条件下制得的复合材料静曲强度为122.6 MPa,胶合强度为3.20 MPa,测量误差在3%以内。

疏解竹单板高温干热处理对竹基纤维复合材料性能的影响

【目的】以高温干热处理疏解竹单板为基本单元,制备竹基纤维复合材料,分析不同热处理温度对疏解竹单板物理化学性能以及竹基纤维复合材料物理力学性能的影响,为高温干热处理竹基纤维复合材料生产工艺优化和新产品开发提供依据。【方法】以毛竹疏解单板为原料,以180和200℃干热空气为介质,在氧气含量2%~2.5%条件下对其进行热处理;以不同温度处理的疏解竹单板为基本单元制备竹基纤维复合材料,对热处理后疏解竹单板以及竹基纤维复合材料的性能进行分析。【结果】200℃处理4 h疏解竹单板的质量损失比180℃大;随着热处理温度升高,疏解竹单板的综纤维素和α-纤维素含量分别降低11.36%、20.15%和21.95%、35.94%,木质素相对含量分别增加16.36%、43.56%,pH和缓冲容量降低;傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析显示,热处理后疏解竹单板表面羟基数量减少,导致其对水分的再吸收能力降低;热处理后疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;经180和200℃处理后,竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率分别降低11.20%、15.88%、7.03%和21.60%、32.27%、26.60%,静曲强度和剪切强度分别降低39.07%、33.51%和56.14%、42.15%,弹性模量变化不显著。【结论】随着热处理温度升高,疏解竹单板的抽提物挥发和化学组分降解,其质量损失率增加,pH和缓冲容量降低;半纤维素优先降解,导致其对水分的再吸收能力降低,而降解生成的可溶性小分子物质增加,导致其抽提物和木质素相对含量增加;热处理疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率降低,耐水性能增加,静曲强度和剪切强度大幅降低。

高温软化处理对竹材性能及旋切单板质量的影响

采用高温软化竹材工艺,对在120℃密闭高温条件下软化30min的软化工艺效果进行研究。结果表明:竹材经密闭高温120℃软化30min后,其弹性模量大幅度下降,由未处理前的8912MPa下降到6417MPa,竹材经高温软化处理后塑性提高。动态热机械分析(DMA)的试验结果表明:未软化处理竹材的Tg为120℃,高温软化处理竹材的Tg为88℃,软化处理竹材比未软化处理竹材的Tg下降了26.7%。硬度测试结果表明:经高温软化处理后,竹材的硬度大幅度下降,近青面和近黄面分别下降了42.0%和54.7%。通过对旋切竹单板质量的测定表明:竹材在密闭高温120℃软化30min的工艺下,旋切的竹材单板表面质量可以得到保证。

薄竹面竹纤维增强酚醛泡沫夹芯复合板制备研究

利用竹纤维、薄竹单板等短生长周期的可再生生物质资源制备了薄竹面竹纤维增强酚醛泡沫夹芯复合板材。研究环氧AB胶、白胶、万能胶和塑料胶4种市场上常见粘合剂对复合板材的胶合强度和耐高温性能的影响,确定最佳粘合剂为环氧AB胶。对无纺布、玻璃纤维布、不锈钢丝网、天然麻纤维网格布、抗裂的确良等5种不同网格材料增强薄竹面竹纤维增强酚醛泡沫夹芯复合板材的力学性能和尺寸稳定性进行了对比研究。结果表明,天然麻纤维网格布是最佳增强材料,与未用网格材料增强的薄竹面竹纤维增强酚醛泡沫夹芯复合板材相比,其压缩强度提高5.55%,纵向弯曲强度提高26.28%,横向弯曲强度提高28.33%,冲击强度提高68.47%。且天然麻纤维网格布增强薄竹面竹纤维增强酚醛泡沫夹芯复合板材性能基本达到JC/T 1051–2007"铝箔面硬质酚醛泡沫夹芯板"行业标准要求。

浸胶量对纤维化竹单板层积材物理力学性能的影响

利用慈竹(Bambusa distegia)制备纤维化竹单板层积材,分析浸胶量对板材力学性能和耐水性能的影响。试验结果表明:随着浸胶量的增加,板材的弯曲强度和抗拉强度降低,弯曲模量和抗压强度的变化不明显,耐水性能增强,水平剪切强度提高。因此,可通过控制浸胶量,进行板材性能的设计,以适应不同用途的需求。

集装箱底板用竹基纤维复合制造技术

以毛竹和绿竹为原料,酚醛树脂为胶黏剂,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒分离形成由竹纤维束组成的网状结构的纤维化单板,经过工艺和结构设计,制造竹基纤维复合集装箱底板,并与传统阿必通、竹木和竹篾全竹集装箱底板的性能进行对比分析。结果表明:在不去竹青和竹黄的条件下,采用合理的结构和工艺制造的竹基纤维复合材料,性能达到或超过GB/T19536-2004《集装箱底板用胶合板》标准规定的各项指标要求,其综合性能超过传统阿必通、竹木和竹篾全竹集装箱底板。采用纤维化单板,可改变传统竹条和竹篾的单元结构,既简化加工过程,提高竹材的利用率和生产效率,竹材一次利用率达到90%以上,竹基纤维复合集装箱底板是一种新型的高效利用的集装箱底板。

结构用竹集成材物理力学性能研究

测定结构用竹集成材及其竹指接集成材的主要物理力学性能,并将测试结果与几种人工林单板层积材以及常见建筑用材种的相关性能进行比较。结果表明:竹集成材的水平剪切强度、静曲强度以及弹性模量等力学性能非常优越,浸渍剥离性能较差。

组坯结构对竹束单板层压板物理力学性能的影响

以竹束单板层压板为研究对象,分析组坯结构对板材物理力学性能和连接性能的影响。试验结果表明:在组坯层数相同的条件下,随着铺装方向的增多,层压板顺纹的各项力学性能呈下降趋势,采用多向铺装方式的板材的耐水性能低于单一铺装方向的性能,但板材的连接性能得到了提高。因此,实际应用中,在保证竹束单板层合板力学性能达到使用要求的条件下,可以增h层合板组坯方向,改善其连接性能,提高使用的安全性。