竹篾加工现状与发展前景

第一作者:梁璞ꎬ硕士ꎬ中级经济师ꎬ从事竹基复合新材的设备迭代和技术授权ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｉｃｅｇｅｍｓｓ＠１６３􀆰ｃｏｍꎮ竹篾加工现状与发展前景

梁　璞１　高　昭２　王　雯１　顾　冉１　孔祥涛１

(１中林绿碳(北京)科技有限公司北京１０００８４ꎻ２中林鑫宙竹缠绕发展有限公司杭州３１１１２２)

摘　要:我国竹林资源丰富ꎬ竹子具有生长快、产量高、物理力学性能优良等特性ꎬ还是一种可再生、绿色、低碳、可降解等的生物质材料ꎬ具有巨大的社会、经济和生态价值ꎮ虽然竹产业近年来发展迅速ꎬ但是目前竹材初加工自动化程度不高ꎬ下游以初级加工产品为主ꎬ导致大量竹资源闲置ꎮ竹篾是一种常用的竹材初加工单元ꎬ在竹材加工产业链上占据重要位置ꎬ其结构设计、加工处理工艺和加工效率及精度对下游竹集成材等高附加值竹深加工产品质量和成本控制具有显著影响ꎮ文章介绍了竹材微观结构与宏观力学性能之间的关系ꎬ概述了竹篾生产工艺和制造设备的发展现状ꎬ指出竹篾加工产业存在的问题ꎬ提出了提高竹材利用率、改善设备及配套设施、加快竹材精深产品研究的发展方向ꎮ关键词:竹篾ꎻ力学性能ꎻ加工单元ꎻ竹材利用率ꎻ加工装备ＤＯＩ:１０.１２１６８/ｓｊｚｔｔｘ.２０２３.１１.１３.００１

ＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＢａｍｂｏｏＳｔｒｉｐＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

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中国竹材资源丰富ꎬ竹种资源约占世界的１/３ꎬ

竹林面积位于世界首位ꎮ据统计ꎬ２０２１年我国竹

林面积为７５６􀆰２７万ｈｍ２ꎬ占全国森林面积的３􀆰３１％[１]ꎮ竹子具有生长快、产量高、物理力学

性能优良等特性ꎬ而且还具有可再生、绿色、低

碳、可降解等特点ꎬ具有巨大的社会、经济和生

６０１态价值ꎮ目前ꎬ在国家“以竹代塑”发展计划

下ꎬ竹产业蓬勃发展ꎬ横跨一二三产业ꎬ并向着

深加工、精加工方向发展ꎬ被广泛应用于建筑、

家具、汽车和日用品等多个领域[２]ꎮ

由于竹子固有的径小、壁薄、中空、有尖削

度等特性ꎬ导致原竹应用受到了极大的限制ꎮ自

古以来ꎬ人们就懂得将竹子加工成薄片形竹篾用

于制作各类生产与生活用具ꎬ现代竹加工产业同

样也继承了该理念ꎬ因此竹篾的出现和应用ꎬ大

大的打破了竹材的应用局限ꎮ通过对竹材微观结

构的了解ꎬ并根据竹材结构特点加工成不同规格

的竹篾ꎬ不仅有助于指导竹篾结构设计和制造ꎬ

对竹资源利用、下游产品设计与制造等均具有重

要意义ꎮ

１　竹材微观结构与宏观力学性能关系

竹子是由维管束和薄壁细胞基体所组成的天

然复合材料ꎬ这些细胞结构的形态和排列方式对

竹材的宏观力学性能有着直接的影响ꎮ其中ꎬ维

管束沿轴向排列整齐ꎬ对竹材的力学性能贡献最

大ꎬ是主要的承力元件ꎬ使竹材具有较高的强度

和刚度ꎬ薄壁细胞则主要起连接和传递载荷的

作用ꎮ

竹横截面微观结构显示(图１)ꎬ维管束的分

布密度自内层(竹黄)至表皮(竹青)沿径向逐

渐增大ꎮ竹青组织致密ꎬ细胞排列整齐ꎬ纤维含

量高ꎬ薄壁细胞较少ꎮ这一部分的竹材具有纤维

增强材料的特性ꎬ其密度、强度、模量等力学性

能都比较高ꎮ竹黄组织疏松ꎬ薄壁细胞较多ꎬ质

地脆弱ꎬ除少量的维管束具有较高的强度外ꎬ其

他性质均与木材相近[３－４]ꎮ

在纵切面上ꎬ由于竹材靠上部(８０％竹高范

围)相对下部光合作用养分吸收较丰富ꎬ竹材秆

壁的密度自下向上逐渐增大ꎬ纤维层较厚且细胞

排列更加规则整齐ꎬ所以竹材靠上部力学性能更

优ꎬ整体呈现上部竹秆高于下部竹秆ꎬ且沿竹壁

径向自内层向外层递增的变化规律ꎮ

竹材独特的宏观和微观结构使其理化性能呈

现阶梯性变化ꎬ差异较大ꎬ

限制了竹材自身的利图１　竹材维管束—薄壁细胞微观结构示意图Ｆｉｇ􀆰１　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｂａｍｂｏｏｖａｓｃｕｌａｒｂｕｎｄｌｅａｎｄｐａｒｅｎｃｈｙｍａｃｅｌｌ

用率和应用范围ꎬ加强竹材微观结构分布与宏观

力学间的关系的研究ꎬ可以更好地理解和利用这一天然材料ꎬ对于竹篾的设计制造及竹复合材料增强设计均具有实际指导意义ꎮ

２　竹篾加工工艺

２􀆰１　竹材主要加工单元

由于原竹壁薄中空的结构特点ꎬ原竹构件难以满足工业结构对材料力学性能及构件结构尺寸的要求ꎮ为了解决该问题ꎬ人们针对竹材维管束和基本组织的梯度分布结构ꎬ将原竹经剖切、分切等工艺处理后ꎬ加工成长条形初加工单元ꎬ并

利用初加工单元开发了竹胶合板、竹蔑层积材、竹集成材、竹重组材和竹材刨花板等产品ꎬ极大地推展了竹材的应用ꎮ目前竹材加工单元主要有竹片、竹条、竹篾、竹束和竹丝等(图２)ꎮ各竹材单元之间的承力机理和性能有较大差异ꎬ应用范围也有

差别ꎮ竹片是指竹筒经纵向剖分、带有竹青和竹黄的窄长片材ꎬ根据加工厚薄程度ꎬ可制作人造板单元、工艺品及竹席等ꎮ竹条是竹筒开片后ꎬ经过机械加工形成具有一定规格、横断面基本为矩形的长条状竹片ꎬ在厚度上竹条去掉了竹青和竹黄仅剩中间的部分ꎬ

竹条长度一般为５００~３０００ｍｍꎬ宽度为１０~３０ｍｍꎬ厚度为３~１０ｍｍꎬ具有竹材特有的结构

梯度ꎬ主要用于加工竹地板、竹集成材家具以及竹质材料ꎮ

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注:ａ)竹条ꎻｂ)竹篾ꎻｃ)竹束ꎻｄ)竹丝ꎮ图２　几种典型的竹材初加工单元形态Ｆｉｇ􀆰２　Ｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｉｃａｌｂａｍｂｏｏｉｎｉｔｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ

竹篾是竹片在厚度方向经劈分形成的较薄单

元ꎬ厚度通常为０􀆰８~２􀆰０ｍｍꎬ宽度通常为５􀆰０~２５􀆰０ｍｍꎮ竹篾比较柔软、韧性好ꎮ根据竹秆横

截面维管束分布及制备工艺有竹青篾、竹黄篾和

径向篾、弦向篾之分ꎬ常用于制作竹席、竹帘、

胶合板和竹缠绕复合材料等ꎮ

竹束是竹材经碾压或锤击疏解等加工方式形

成的相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松束

状单元ꎮ竹束并没有真正分离成竹单根纤维ꎬ它

是以不规则的、分离成松散状态而又在垂直纤维

方向相互连接的纤维束状态存在ꎬ主要用于重组

竹、工程竹材等竹质复合材料以及编织品ꎮ

竹丝是将原竹压破碎后用梳花机加工成细长形

状的单元ꎬ其直径较小ꎬ一般指截面小４ｍｍ２、且截面

为方形或圆形的长条形竹材ꎬ按照取材部位划分为竹

丝和青丝ꎬ常用于竹编工艺品和竹装饰材等[５－７]ꎮ

２􀆰２　竹篾制造工艺

竹篾作为竹材最常用的初加工单元之一ꎬ因

其优良性能ꎬ在竹材相关领域特别是深加工领域得到了广泛应用ꎮ因此ꎬ这里以竹篾为例介绍竹

材单元的制造工艺ꎮ竹材单元一般选用大直径散

生竹为加工对象ꎬ通常选用全国分布广泛、出材

率高的竹龄在３年以上的毛竹进行加工ꎮ原竹砍伐后ꎬ切断成一定长度并劈成竹片ꎬ再进行开片

和拉丝后就制成竹篾ꎬ竹篾经过蒸煮、“三防”(防霉、防腐、防蛀)、干燥等处理后即可用于竹

人造板材的制造ꎮ具体工艺流程见图３ꎮ

在竹篾加工过程中ꎬ竹条拉丝工序较为关键ꎮ

由于竹材特殊的梯度分布结构ꎬ根据下游应用场景不同开发了多种形式的竹篾ꎮ按照剖切方向ꎬ

可将竹篾分为沿垂直于半径方向剖切获得的弦向

篾和沿半径方向剖切得到的径向篾ꎮ弦向篾材质

相对较为均匀ꎬ但产出率低、表面粗糙且厚度不均ꎻ径向篾同时包括竹青、竹肉与竹黄部分ꎬ平

滑均匀ꎬ产出率高ꎬ但韧性略低ꎮ目前弦向篾多

用于编织制品ꎬ径向篾多用来制造竹胶合板、竹集成材等ꎮ此外ꎬ根据竹篾颜色和取材位置不同ꎬ

可将弦切竹篾继续划分为头层青篾(第１层青)、

二层青篾和黄篾[８]ꎮ

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