集装箱底板用竹基纤维复合制造技术
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基金项目:广东省重大专项研发计划项目 竹重组材制备关键装备研发 (2020B020216001)ꎮ第一作者:杨娜ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ从事木材科学与技术研究ꎮE-mail:yangnakl1989@163 comꎮ通信作者:张亚慧ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ从事木材科学与技术研究ꎮE-mail:zhangyahui@caf ac cnꎮ重组竹材料技术创新与面临的关键问题杨㊀娜㊀张亚慧(1国家林业和草原局机关服务局北京100714ꎻ2中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091)摘㊀要:重组竹是将竹材重新组织并加以强化成型的一种竹质新材料ꎬ是中国拥有自主知识产权㊁并已实现产业化利用的一种竹基复合材料ꎬ具有原材料利用率高㊁力学性能优异的特点ꎬ产品可应用于室内外地板㊁家具㊁建筑结构材㊁装修装潢材ꎬ以及风电桨叶等高强度材料领域ꎮ目前ꎬ中国在重组竹制造技术领域取得重要进展ꎬ但也面临着许多制约产品开发与应用的基础研究障碍ꎬ亟待解决ꎮ文章总结了重组竹材料技术研究取得的重要进展ꎬ分析了重组竹材料在产品开发利用中尚需解决的技术问题ꎬ以期为高性能重组竹材料的理论研究和实践提供参考ꎮ关键词:重组竹材料ꎻ技术创新ꎻ基础研究DOI:10.12168/sjzttx.2021.05.010TechnologicalInnovationforBambooScrimberandItsKeyTechnicalProblemsFacedYangNa1ꎬZhangYahui2(1 DepartmentofSercivesꎬNationalForestryandGrasslandAdministrationꎬBeijing100714ꎬChinaꎻ2 ResearchInstituteofWoodIndustryꎬChineseAcademyofForestrySciencesꎬBeijing100091ꎬChina)Abstract:Bambooscrimberisanewbamboo ̄basedmaterialthatreorganizesandreconstitutesbamboointoanewform.ItisthematerialwithindependentintellectualpropertyrightsꎬwhichhasbeenalreadyutilizedinindustrializedwayinChina.Ithasthecharacteristicsofhighutilizationrateandexcellentmechanicalpropertiesꎬandcanbeappliedinindoorandoutdoorflooringꎬfurnitureꎬbuildingframesanddecorationꎬwindpowerbladesandotherhigh ̄strengthmaterialfields.AtpresentꎬChinahasmadeanimportantprogressinthefieldofbambooscrimbermanufacturingtechnologyꎬbutalsofacesmanyobstaclesinbasicresearchrestrictingproductdevelopmentandapplicationꎬwhichneedtobesolvedurgently.Thispapersummarizestheimportantprogressinthetechnicalresearchonrecombinantbamboomaterialsꎬandanalyzesthetechnicalproblemstobesolvedinthedevelopmentandutilizationofrecombinantbamboomaterialsꎬinordertoprovidereferencesforthetheoreticalresearchandpracticesofhigh ̄performancerecombinantbamboomaterials.Keywords:bambooscrimberꎬtechnologicalinnovationꎬbasicresearchꎬchallenge㊀㊀竹材具有巨大的生态㊁产业和文化价值ꎮ中国竹产业自1991年兴起ꎬ至今已发展30年之久ꎬ成为国民经济中绿色富民㊁低碳㊁可持续发展的朝阳产业ꎬ2019年中国竹产业产值接近3000亿元ꎮ2017年中国全面停止天然林商业性采伐ꎬ由此导致木材资源供给严重不足ꎬ同时人民对木材产品及优美生态产品的需求日益增长ꎬ寻找木材替代品和提高木材利用率成为迫切需要解决的问46题ꎮ中国是竹资源大国ꎬ竹产业发展水平位居全球首位ꎬ竹子生长快㊁周期短㊁材质优ꎬ是替代木材的最佳选择ꎬ因此发挥中国竹资源优势㊁创新竹材利用方式是解决木材资源短缺的有效途径ꎮ竹材人造板作为实现竹材工业化㊁规模化和高值化利用的有效途径之一ꎬ主要产品包括竹胶合板[1-3]㊁竹刨花板[4-5]㊁竹纤维板[6]㊁竹集成材[7]㊁竹层积材[8]和重组竹[9]等6大产品ꎮ其中ꎬ重组竹在总结传统重组材技术特点的基础上ꎬ攻克了竹材青黄难以胶合和竹材单板化利用的技术瓶颈ꎬ大大提高了竹材人造板的附加值[10]ꎬ实现了竹材的高值化和高效利用ꎬ并已成为中国竹产业的主流产品之一ꎮ本文总结了重组竹材料技术研究取得的重要进展ꎬ分析了重组竹材料在产业化应用中尚需解决的技术问题ꎬ以期为今后的高性能木质重组材料的理论研究和实践应用提供参考ꎮ1㊀重组竹材料技术取得的重要进展重组竹是由竹束或竹束片为构成单元ꎬ按顺纹组坯㊁经胶合压制而成的板方材ꎮ中国已自主研发出重组竹制造关键技术ꎬ并实现产业化推广应用ꎮ1 1㊀压制工艺持续优化ꎬ 结构 性能 关联研究不断深入㊀㊀在宏观方面ꎬ探讨了基本单元㊁浸渍工艺㊁固化工艺㊁压缩力度等因素对重组材物理力学性能的影响[11-14]ꎮ研究结果表明ꎬ上述因素影响胶合过程中树脂的流变性ꎬ进而决定胶合界面的性能ꎬ最终反映为材料产品性能的差异ꎻ在微观结构方面ꎬ木质基材的薄壁组织㊁导管和纤维等细胞均发生了不同程度的密实ꎬ细胞壁出现褶皱甚至压溃等现象ꎬ同时酚醛树脂在湿热 高压的作用下ꎬ与基材的裂纹以及导管㊁薄壁细胞的细胞腔之间均形成了胶合界面ꎻ在化学组分方面ꎬ细胞壁的纤维素发生结晶化和晶区出现规整化ꎬ但结晶度无明显变化ꎬ浸渍用低分子量的酚醛树脂发生了固化ꎬ并与细胞壁的活性基团发生交联反应形成疏水基团[15]ꎮ目前ꎬ已经完成刚竹(Phyllostachyssulphureavar viridis)㊁淡竹(P glauca)㊁雷竹(P praecoxf pervernalis)㊁毛竹(P pubescens)㊁红壳竹(P iridescens)㊁白夹竹(P bissetii)㊁寿竹(P bambusoidesf shouzhu)㊁台湾桂竹(P makinoi)㊁慈竹(Neosinocalamusaffinis)㊁绿竹(Dendrocalamopsisoldhamii)㊁梁山慈竹(Dendrocalamusfarinosus)㊁麻竹(D latiflorus)㊁巨龙竹(D sinicus)㊁白节竹(D albonudus)㊁毛龙竹(D tomentosus)㊁缅竹(Bambusaburmanica)㊁料慈竹(B distegia)㊁粉单竹(Bchungii)㊁撑绿杂交竹(BambusapervariabilisˑDendrocalamopsis)等19种竹材的重组竹压制工艺优化ꎬ不同竹种解剖特征的差异最终影响材料性能[16-20]ꎮ1 2㊀夯实基础理论研究ꎬ谋求重组技术进一步突破㊀㊀针对重组材料具有尺寸稳定性较好㊁强耐腐㊁力学性能高等特点ꎬ重点从单板分离㊁力学性能增强和耐水性能改善等机理㊁机制方面进行全面解析ꎮ研究表明:单板分离的机理主要是基材细胞在摩擦力㊁挤压力和切割力的作用下发生脱落和破坏ꎬ从而实现分离ꎬ并最大限度地保留了纤维的强度ꎬ使其不受损伤ꎻ力学性能增强的机理包括基本组织和导管等细胞的压缩密实增强和酚醛树脂胶黏剂与基材微观结构形成界面增强2个方面ꎻ耐水性改善的机制包括竹纤维束的表面酚醛树脂胶膜层憎水胶膜层的形成和酚醛树脂胶黏在细胞腔内胶钉的固定[21]ꎮ同时ꎬ在重组竹环境作用基础理论研究方面ꎬ基于Grotthus ̄Draper和Stark ̄Einstein定律的光化学原理为重组竹光老化降解原理提供了理论支撑ꎬ同时重组竹湿热老化降解作用遵循Fick扩散定律ꎮ上述作用机理使材料最终发生可逆的物理或化学反应ꎬ导致材料性能发生改变ꎬ从过程上看ꎬ是对竹材㊁酚醛树脂及其胶合界面的复杂作用ꎻ从效果上看ꎬ是材料的物理㊁化学和力学性能的衰减ꎻ从本质上看ꎬ是对竹材㊁酚醛树脂及其胶合界面结构与性能的56降解作用ꎮ1 3㊀应用领域不断拓展ꎬ推动产品多样化㊁功能化㊀㊀针对重组材料具有性能可控㊁结构可设计㊁尺寸规格可调整的特性ꎬ克服了速生材的瓶颈ꎬ促进重组材料产品多样化㊁系列化ꎮ重点从以下方面取得突破ꎮ1)相关学者提出了重组竹材料力学性能的可靠性评价技术[22-23]ꎬ重点表征了材料的强度指标[24-27]㊁应力应变[28-29]㊁断裂特性[30-34]和粘弹性[35-38]ꎬ研究了梁柱构件[39-46]和连接设计[47-50]优化技术ꎬ实现重组材料在建筑建构领域的应用ꎮ2)通过研发胶合技术ꎬ生产功能重组材料ꎬ改善材料使用性能ꎬ拓展重组材料产品使用领域ꎮ重点集成竹材重组单元物理化学手段预处理优化工艺㊁染料体系筛选㊁上染可控工艺以及复合压制耦合工艺等技术手段[51-52]ꎬ形成竹材重组染色复合技术体系ꎬ实现重组竹色彩调控ꎻ采用分子组装㊁尺度调控和共混复配等技术手段ꎬ完成了材料表面紫外屏蔽系统的构建ꎬ达到重组竹表观的长效防护ꎻ基于重组竹表面浸渍纸饰面与漆面涂饰的工艺优化[53-55]ꎬ实现了重组竹装饰性能的改良ꎻ采用不同添加方式和处理工艺完成对重组竹产品的物理填充ꎬ提高药剂的固着率和抗流失性ꎬ达到良好的霉菌防治作用[56-61]ꎻ通过优化无机矿物质[62]㊁氮磷系㊁硼系以及氮磷硼复合系阻燃剂[63-65]添加工艺ꎬ达到阻燃抑烟功能ꎮ通过上述研究ꎬ极大促进了重组竹产品的多样化㊁系列化ꎮ目前ꎬ竹材重组材料已经实现了从室内地板㊁家具[66-67]㊁集装箱底板[68]到风电叶片[69]㊁建筑结构[70]㊁户外材料[71]等领域拓展ꎮ2㊀重组竹产品开发需要解决的科学问题虽然重组竹材料技术取得了突破性进展ꎬ但作为一项新技术ꎬ对重组竹材料的基础研究和应用基础研究相对较少ꎬ限制了以该种材料为基础的新产品开发ꎮ因此ꎬ有必要借鉴传统复合材料的先进理论和研究方法对重组竹材料进行系统研究ꎬ从而进一步促进材料的推广与应用ꎮ2 1㊀微观结构变化重组竹的成型有冷成型热固化工艺和热压工艺2种ꎬ其区别在于热压工艺压缩过程伴随着湿热的传递过程ꎬ细胞壁组织有一个逐渐受热软化的过程ꎬ而冷成型热固化工艺则没有此过程ꎮ因此ꎬ将木质重组材料压缩至同样的密度ꎬ热压工艺过程所需要的压力只有冷成型工艺过程的十分之一左右ꎮ初步研究结果发现ꎬ在重组竹成型过程中ꎬ基材的薄壁组织几乎处于完全闭合状态ꎬ而微管束组织中的空隙也几乎被压缩了90%以上ꎮ但由于基材细胞的细胞壁厚度不同ꎬ如竹纤维是厚壁细胞ꎬ基本组织和导管是薄壁细胞ꎬ从而导致在压缩过程中各细胞受到的损害程度可能有较大差异ꎬ对于特定的材种来讲ꎬ其极限压溃值依据不同的成型工艺有所不同ꎬ不同材种的微观结构变化所呈现出的 结构 性能 关联性ꎬ有待于进一步研究确认ꎮ2 2㊀力学性能变化重组竹通过压缩密实和界面增强使力学性能得到大幅度增强ꎬ宏观表现为密度和施胶量的协同增强效应ꎬ但这种协同效应并非简单的线性关系ꎬ不同力学性能指标呈现的变化规律不同ꎬ同时竹种的差异对木质重组材料力学性能影响很大ꎮ材种的差异对力学性能的影响机制以及不同材种力学性能变化规律与极限力学性能需要进一步研究ꎮ2 3㊀材料耐候性重组竹作为一种户外用新型产品ꎬ其耐久性是评价产品在使用和存放过程中能否长期保持其性能的技术指标之一ꎮ现阶段虽然对重组材料的老化性能进行了一些探索性的研究ꎬ发现其在自然老化环境下重组材的颜色会逐渐加深ꎬ力学性能发生变化ꎬ在不同人工老化条件下重组材性能呈现不同程度的变化[72-73]ꎻ但缺乏木质重组材料在光辐射 湿热协同作用下微观层面的结构 性能关联研究ꎬ对其气候老化机理的研究尚待进一66步深入ꎬ同时在根据人工加速老化规律提出的自然老化寿命预测方法的研究还很欠缺ꎬ而这些研究对重组竹的可靠性的评价非常重要ꎮ2 4㊀其他问题重组竹材作为一种新型建筑材料ꎬ需在结构设计规范的整体框架内ꎬ规定重组竹材料及构件加工制作时的基本要求和生产制作质量控制要求ꎬ并进一步确定重组竹产品的强度等级和设计指标ꎬ规定胶合木构件设计㊁连接设计㊁防火设计的计算方法ꎮ同时ꎬ重组竹作为新开发的一种生物质基复合材料ꎬ除了上述所提到的部分科学问题ꎬ其他如热处理条件下材料的强度化学变化机理ꎬ热处理对树脂渗透性能的影响规律ꎬ材料的阻燃㊁防霉㊁防腐机理ꎬ重组材料的表面性能等ꎬ都需要进一步研究探索ꎬ以期更好地促进其技术进步和行业发展ꎮ同时对于成型制造工艺来说ꎬ工艺装备是其研究与应用的基础ꎬ现阶段ꎬ相关流程设备主要存在因无法连续化㊁衔接性差而造成生产效率低以及信息化水平偏低等技术难题ꎬ后续单机还是成套设备都将围绕高效率㊁高品质㊁节能降耗㊁提高可靠性㊁简化操作和提高适宜性等方面进行研究开发ꎮ在机械结构上应向零部件㊁装置和功能等的模块化设计发展ꎬ并采用精良的制造工艺ꎮ另外ꎬ高效利用㊁节约能耗㊁设计人性化也将成为关注的重点ꎬ最终为实现重组竹整线的连续化生产提供设备基础ꎮ3㊀结语重组竹是中国自主研发的高附加值竹材ꎬ为中国竹材加工产业提质增效和产业升级提供了强有力的科技支撑ꎬ在同类研究中处于国际领先水平ꎮ随着中国大力发展生物质建材及木竹结构建筑ꎬ重组竹的推广和应用将进入高速发展期ꎮ参考文献[1]㊀于文吉.竹编胶合板组合方式及热压工艺的研究[J].木材工业ꎬ1992ꎬ6(4):5-12.[2]张齐生.竹材胶合板的新进展[J].中国木材ꎬ1993ꎬ7(1):21-23.[3]赵仁杰.竹帘胶合板的科技创新与发展方向[J].人造板通讯ꎬ2003(5):8-11.[4]夏元洲ꎬ缪印华.用计算机图象处理法研究胶滴在刨花表面的分布[J].林产工业ꎬ1993.20(2):11-13.[5]张宏健ꎬ张福兴ꎬ廖兆明ꎬ等.竹大片/定向刨花板工业生产技术的研发和应用[J].中国人造板ꎬ2007ꎬ14(8):30-33.[6]宋孝金ꎬ叶忠华ꎬ叶友章ꎬ等.福建省几种竹材在纤维板工业上的利用研究[J].木材加工机械ꎬ2007ꎬ18(3):3-7.[7]江泽慧ꎬ常亮ꎬ王正ꎬ等.结构用竹集成材物理力学性能研究[J].木材工业ꎬ200519(4):22-24.[8]傅峰.竹帘层积材的工艺与性能[J].林业科技通讯ꎬ1999(4):6-9.[9]李琴ꎬ汪奎宏ꎬ杨伟明ꎬ等.重组竹材胶合板制造技术的研究[J].竹子研究汇刊ꎬ2003ꎬ22(4):56-60.[10]张亚慧ꎬ孟凡丹ꎬ于文吉ꎬ等.浸胶竹纤维化单板干燥温度对竹基纤维复合材料性能的影响[J].木材工业ꎬ2011ꎬ25(6):1-3.[11]程亮.重组竹材制造技术的研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学ꎬ2009.[12]孟凡丹ꎬ余养伦ꎬ祝荣先ꎬ等.浸胶量对纤维化竹单板层积材物理力学性能的影响[J].木材工业ꎬ2011ꎬ25(2):1-3.[13]徐有明ꎬ滕方玲ꎬ陈红ꎬ等.重组竹碾压疏解竹丝高效组合设备的创新研究[J].木材加工机械ꎬ2014ꎬ25(6):4-8.[14]祝荣先ꎬ周月ꎬ任丁华ꎬ等.制造工艺对竹基纤维复合材料性能的影响[J].木材工业ꎬ2011ꎬ25(3):1-3.[15]余养伦.高性能竹基纤维复合材料制造技术及机理研究[D].北京:中国林业科学研究院ꎬ2014.[16]于文吉ꎬ余养伦ꎬ周月ꎬ等.小径竹重组结构材料性能影响因子的研究[J].林产工业ꎬ2006ꎬ33(6):24-28.[17]孟凡丹.纤维化竹单板重组材的制造工艺及性能研究[D].哈尔滨:东北林业大学ꎬ2011.[18]齐锦秋.基于竹材维管束和纤维形态特征的竹基纤维复合材料性能研究[D].北京:中国林业科学研究院ꎬ2013.[19]张亚慧ꎬ孟凡丹ꎬ于文吉.白夹竹和寿竹制备竹基纤维复合材料初探[J].中国人造板ꎬ2013(1):13-16.[20]张亚梅ꎬ于文吉.麻竹制备竹基纤维复合材料的性能初探[J].林产工业ꎬ2016ꎬ43(4):16-18.[21]左迎峰ꎬ吴义强ꎬ肖俊华ꎬ等.基于响应曲面优化法的重组竹热压工艺[J].功能材料ꎬ2016(11):11196-11200.[22]上官蔚蔚.重组竹物理力学性质基础研究[D].北京:中国林业科学研究院ꎬ2015.[23]钟永.结构用重组竹及其复合梁的力学性能研究[D].北京:中国林业科学研究院ꎬ2018.[24]于子绚ꎬ江泽慧ꎬ王戈ꎬ等.重组竹的耐冲击性能[J].东北林业大学学报ꎬ2012ꎬ40(4):46-48.[25]张俊珍ꎬ任海青ꎬ钟永ꎬ等.重组竹抗压与抗拉力学性能的分析[J].南京林业大学学报ꎬ2012ꎬ36(4):107-111.[26]李霞镇.重组竹螺栓连接节点承载性能研究[D].北京:中76国林业科学研究院.2013.[27]盛宝璐ꎬ周爱萍ꎬ黄东升ꎬ等.重组竹的顺纹拉压强度与本构关系[J].南京林业大学学报(自然科学版)ꎬ2015ꎬ39(5):123-128.[28]盛宝璐ꎬ周爱萍ꎬ黄东升.重组竹的单轴与纯剪应力应变关系[J].土木建筑与环境工程ꎬ2015ꎬ37(6):24-31.[29]魏洋ꎬ纪雪微ꎬ端茂军ꎬ等.重组竹轴向应力-应变关系模型[J].复合材料学报.2018ꎬ35(3):572-579.[30]杨蕾ꎬ周爱萍ꎬ黄东升ꎬ等.基于VIC 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科技成果——高性能竹基纤维复合材料(重组竹)制造技术技术类别减碳技术适用范围建筑、建材行业低层木(竹)结构建筑以及建筑室内/外装潢装饰材料和园林、湿地等景观工程材料领域行业现状据统计,我国建筑行业耗能约占全社会终端总能耗的30%左右,其中主要耗能原料为钢筋和水泥。
在低层建筑中采用木质结构不仅绿色环保,而且可以减少钢筋混凝土的消耗。
然而我国木材资源短缺,对外依存度超过50%,因此推广木质结构建筑难度较大。
我国拥有丰富竹子资源,竹材年产量约5000万t,但由于竹材径级小,中空、易开裂等缺陷,难以在现代木结构建筑中应用。
通过对竹材进行定向重组生产的竹基纤维复合材料,具有性能可控、规格可调、结构可设计等特点,可替代木质材料,用于木结构建筑。
目前该技术已经在全国11个竹产区推广,年产能达到100万m3,产品已经广泛地应用于建筑结构材、户外材、园林景观材等领域。
成果简介1、技术原理重组竹是以竹子为基材,利用疏解设备将毛竹纤维排列进行定向分离,形成纵向不断裂、横向相互交错的竹束(纤维化竹单板),并以竹束为构成单元,按顺纹组坯、经热压(或冷压)胶合压制而成的板方材。
该板材具有强度高、密度大、耐侯性强,可广泛用于工程建筑用结构材、梁柱、墙板、楼面板、室内外装饰装潢材料等。
竹子属再生资源,竹基纤维复合材料在建材领域可有效替代木材,大幅减少大径木材的使用量;在建筑领域可部分替代钢筋水泥、石料砖瓦、玻璃纤维等,大幅减少高能耗物资生产过程中的二氧化碳排放。
同时,竹基纤维复合材料生产过程中主要是物理压制,能耗及CO2排放明显低于钢筋水泥等传统建材,并具有储碳的功能,节能减碳效果显著。
2、关键技术(1)竹材纤维定向可控分离技术通过机械点裂、疏解辊异步差速摩擦和表面微创技术的联合实施,解决了竹材不去竹青竹黄的胶合问题;采用机械非连续分离方法,将竹材分离成1-5个维管束并形成连续的纤维化竹单板,实现了精细疏解,竹材一次利用率从20-50%提高到90%以上。
建筑建材领域“以竹代塑”工程材料研究现状与发展趋势目录1. 内容概要 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 文献综述 (5)2. 竹材及其特性 (6)2.1 竹材组成与结构 (7)2.2 竹材特性比较 (8)2.3 竹材资源分布 (9)3. 塑料材料对环境的影响 (10)3.1 塑料的产生与应用 (11)3.2 塑料的环境问题 (12)3.3 塑料回收与替代方案 (13)4. “以竹代塑”工程材料研究 (15)4.1 竹材在工程中的应用 (16)4.2 竹材改性技术 (17)4.3 竹塑复合材料 (18)4.4 竹材在建筑领域的创新应用 (20)5. 现有研究进展 (21)5.1 竹材建材的研发进展 (22)5.2 竹材与塑料的替代性研究 (23)5.3 竹材建材的性能测试 (25)6. 发展策略与展望 (26)6.1 技术研发需求 (27)6.2 政策支持与市场前景 (29)6.3 国际合作与技术交流 (30)1. 内容概要我们将对竹这种天然资源的优势,尤其是在建筑建材领域替代塑料材料方面的潜力进行详细分析。
同时,也将介绍目前国内外已有的竹基工程材料种类、应用案例和技术路线。
我们会深入探讨竹基工程材料发展所面临的挑战,包括竹材加工技术、性能优化、生产规模化和规范标准体系建立等方面。
基于现状分析和挑战展望,我们将对竹基工程材料未来发展趋势进行预测,包括材料多功能化、性能提升、应用领域扩展、产业链完善等方面,并为其未来的发展提出建议和展望。
以竹代塑是可持续发展的重要方向,竹基工程材料将为建筑行业提供更环保、更优质的绿色解决方案,并推动竹产业的转型升级。
1.1 研究背景在全球范围内,塑料污染问题的日趋严峻引发了各界关注。
传统塑料产品的广泛应用带来了废弃塑料的累积和排放到自然环境中,导致严重的生态问题。
化石燃料资源的枯竭以及石油基塑料在生产过程中排放的大量温室气体和高能耗问题,也对人类的可持续发展构成了巨大威胁。
竹材加工与利用技术作业指导书第1章竹材基础知识 (3)1.1 竹子的分类与分布 (3)1.2 竹材的物理与化学性质 (4)1.3 竹材的力学功能 (4)第2章竹材采集与预处理 (5)2.1 竹材采集技术 (5)2.1.1 选择竹材 (5)2.1.2 采伐工具 (5)2.1.3 采伐方法 (5)2.1.4 采伐时间 (5)2.1.5 采伐后处理 (5)2.2 竹材预处理方法 (5)2.2.1 竹材切割 (5)2.2.2 竹材去皮 (5)2.2.3 竹材蒸煮 (5)2.2.4 竹材漂白 (5)2.2.5 竹材干燥 (5)2.3 竹材储存与运输 (5)2.3.1 竹材储存 (6)2.3.2 竹材堆放 (6)2.3.3 竹材运输 (6)2.3.4 竹材装卸 (6)第3章竹材切割与加工 (6)3.1 竹材切割技术 (6)3.1.1 切割前的准备 (6)3.1.2 竹材切割方法 (6)3.1.3 切割注意事项 (6)3.2 竹材锯切与刨光 (6)3.2.1 锯切 (6)3.2.2 刨光 (7)3.2.3 锯切与刨光注意事项 (7)3.3 竹材表面处理 (7)3.3.1 表面处理方法 (7)3.3.2 表面处理注意事项 (7)第4章竹材胶合技术 (7)4.1 胶黏剂的选择与应用 (7)4.1.1 胶黏剂类型 (7)4.1.2 胶黏剂功能要求 (7)4.1.3 胶黏剂的应用 (8)4.2 竹材胶合工艺 (8)4.2.1 胶合前的准备 (8)4.2.3 胶合工艺参数 (8)4.3 胶合质量检测与控制 (8)4.3.1 胶合强度检测 (8)4.3.2 外观质量检测 (8)4.3.3 胶合质量控制 (8)第5章竹集成材加工技术 (9)5.1 竹集成材概述 (9)5.2 竹集成材加工工艺 (9)5.2.1 原料准备 (9)5.2.2 干燥 (9)5.2.3 胶合 (9)5.2.4 热压 (9)5.2.5 精加工 (9)5.3 竹集成材表面装饰 (9)5.3.1 涂饰 (9)5.3.2 贴膜 (10)5.3.3 烫印 (10)5.3.4 镀膜 (10)5.3.5 烤漆 (10)第6章竹编工艺技术 (10)6.1 竹编基础知识 (10)6.1.1 竹编材料的选择 (10)6.1.2 竹编工具及设备 (10)6.1.3 竹编基本技法 (10)6.2 竹编工艺流程 (10)6.2.1 竹材处理 (10)6.2.2 编织 (10)6.2.3 后期处理 (11)6.3 竹编产品设计与应用 (11)6.3.1 竹编产品设计 (11)6.3.2 竹编产品应用 (11)6.3.3 竹编产品市场与发展 (11)第7章竹塑复合材料加工技术 (11)7.1 竹塑复合材料概述 (11)7.2 竹塑复合材料的制备工艺 (11)7.2.1 竹材预处理 (11)7.2.2 竹纤维制备 (12)7.2.3 塑料基体选择 (12)7.2.4 混合与成型 (12)7.2.5 后处理 (12)7.3 竹塑复合材料的应用 (12)第8章竹材环保利用技术 (12)8.1 竹材废料处理与利用 (12)8.1.2 竹材废料处理方法 (13)8.1.3 竹材废料利用途径 (13)8.2 竹材生物质能源开发 (13)8.2.1 竹材生物质能源特点 (13)8.2.2 竹材生物质能源转化技术 (13)8.2.3 竹材生物质能源应用 (13)8.3 竹材环保产品应用 (13)8.3.1 环保型竹制品 (13)8.3.2 竹基复合材料 (13)8.3.3 竹材环保产品市场前景 (13)第9章竹材加工设备与维护 (13)9.1 竹材加工设备选型 (14)9.1.1 设备选型原则 (14)9.1.2 设备选型方法 (14)9.2 设备操作与维护 (14)9.2.1 设备操作 (14)9.2.2 设备维护 (14)9.3 设备故障排除与维修 (15)9.3.1 故障排除 (15)9.3.2 维修技巧 (15)第10章竹材产品质量检测与认证 (15)10.1 竹材产品质量标准 (15)10.1.1 概述 (15)10.1.2 我国竹材产品质量标准体系 (15)10.1.3 主要竹材产品标准 (15)10.2 竹材产品检测方法 (15)10.2.1 检测方法概述 (15)10.2.2 物理功能检测 (16)10.2.3 力学功能检测 (16)10.2.4 化学功能检测 (16)10.2.5 生物功能检测 (16)10.3 竹材产品认证与评价体系 (16)10.3.1 认证与评价体系概述 (16)10.3.2 我国竹材产品认证制度 (16)10.3.3 竹材产品评价方法 (16)10.3.4 竹材产品绿色认证 (16)10.3.5 竹材产品质量追溯体系 (16)第1章竹材基础知识1.1 竹子的分类与分布竹子,作为禾本科竹亚科植物,具有丰富的种类和广泛的分布。
纤维化竹单板重组材的制造技术及性能研究竹重组材料是90年代开始研究的新产品。
近年来,随着竹重组材料种类的增加、竹材利用率的不断提高以及材料理化性能的不断完善,竹重组材料越来越受到人们的关注。
但大部分竹重组材料都是以大径级的毛竹为原料,而占一大部分的小径竹资源尚未得到有效充分的利用。
纤维化竹单板重组材作为一种新型的竹重组结构材料,它的开发和应用,使小径杂竹的大规模工业化利用成为了现实。
纤维化竹单板重组材采用纤维化竹单板制造技术制造,突破了传统竹材人造板单元的制备方法,不需要刻意去除竹青和竹黄,将竹材的一次利用率提高到90%-95%,同时也使原来不能充分利用的小径竹资源得到有效的利用。
另外,竹材在疏解的过程中,避免了竹纤维损伤的问题,保留了竹纤维高强度的特性,赋予了板材较高的物理力学性能。
纤维化竹单板重组材不仅可以用于室内装修装潢材料、集装箱底板等,而且也可以用于风电叶片桨叶材料等高强度材料和户外地板等高耐候性材料。
本研究以慈竹(Neosinocalamus affinis (Rendle) Keng f.)、绿竹(Phyllostachys arcana McClure)、红壳竹(Phyllostachys iridescens C. Y. Yao et C. Y. Chen)、小毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) H. de Lehaie)、白夹竹、寿竹、撑篙竹等竹材为主要原料,针对不同胶黏剂浸渍量以及不同竹基本单元的处理方式进行探索性试验设计,考察了不同工艺条件对板材的主要物理力学性能和耐水性能的影响,最终通过分析不同试验条件下制造的板材吸水厚度膨胀率、抗拉强度、抗压强度、静曲强度和弹性模量等性能指标,并将纤维化竹单板重组材与竹集成材、重组竹、A级竹篾层积材的物理力学性能进行了比较,最终得出纤维化竹单板重组材的性能优良,是一种可持续发展的新型材料,它的开发和应用将对竹材人造板的发展和提高竹材的利用率具有积极的意义。
竹木复合单板层积材制备工艺嘿,朋友们!今天咱来聊聊竹木复合单板层积材制备工艺,这可有意思啦!你看啊,竹木就像一对好兄弟,要想让它们完美结合,那可得下一番功夫呢!首先得把竹子和木材都准备好,这就好比做菜前要把食材备好一样。
竹子要挑那种直直的、结实的,木材呢,也得是质量上乘的。
然后呢,就是切片啦!把竹子和木材切成薄薄的单板,这就像是给它们来个“瘦身计划”。
可别小看这一步,切得不好可就影响后面的效果啦!就好像一件衣服,如果裁剪得歪歪扭扭,那做出来能好看吗?接着就是关键的复合环节啦!把竹单板和木单板一层一层地叠起来,就跟搭积木似的。
这可得细心点,要让它们紧紧地贴在一起,不能有缝隙哦,不然这“房子”可就不牢固啦!在这个过程中,胶水可是个重要的角色,就像把积木粘在一起的胶水一样,得选好的,才能保证它们稳稳当当的。
再之后就是压制啦!把叠好的单板放在压机里,用力压一压,让它们更加紧密地结合在一起。
这就好像给它们来个“拥抱”,让它们感情更深。
等压制好了,这竹木复合单板层积材可就初步成型啦!但还没完事儿呢,还得进行一些修整和处理,把边边角角弄整齐,让它看起来更漂亮。
这就像是给一个人打扮一样,得精心打理才能出效果呀!你说这竹木复合单板层积材制备工艺神奇不神奇?它把竹子和木材的优点都结合起来了,既结实又环保。
这就像一个优秀的团队,每个人都发挥自己的长处,共同创造出好的成果。
咱平时用的好多东西可能都有竹木复合单板层积材的身影呢!你想想,要是没有这么好的工艺,那我们的生活得多无趣呀!所以说呀,这工艺可太重要啦!这就是竹木复合单板层积材制备工艺,它看似简单,实则蕴含着大大的智慧呢!咱得好好珍惜这来之不易的成果,好好利用它们,让我们的生活更加美好,更加丰富多彩!怎么样,朋友们,是不是对这工艺有了更深的了解啦?。
竹塑复合材料的研究现状与发展趋势摘要:本文讲述了竹塑复合材料的定义和特性,并阐述了竹塑复合材料的研究现状,并从复合机理、制备工艺等方面,对其加工现状以及加工中的技术难点问题进行分析,提出竹塑复合材料的发展趋势,为竹塑复合材料的研究与开发提供参考。
关键词:竹塑复合竹塑复合增强研究现状发展趋势我国竹材资源丰富, 竹子种类和竹林面积约占世界的1/4, 竹材产量约占世界的1/3, 均居世界首位[1]。
在竹材资源的加工利用中, 我国处于世界领先地位, 竹材工业化利用的比重也逐年增加。
然而由于竹材具有壁薄中空、组织结构不均匀及易发生虫蛀和霉变等缺点, 导致其加工利用率不高, 严重制约了竹材资源的综合加工利用。
因此, 大力开发竹质复合材料, 赋予其更多的功能,拓宽其使用空间, 对实现我国竹材工业的可持续发展具有十分重要的意义[2]。
1 竹塑复合材料1.1 定义竹塑复合材料(B a m b o o - p l a s t i c Composites,缩写BPC)是以竹锯末、竹屑、竹渣等竹纤维为主要原料,利用高分子化学界面融合原理和增强填充改性的特点,配混一定比例的塑料基料,辅以适当的加工助剂,经特殊工艺处理后加工成型的一种具有可逆循环的多种用途的新型材料[3]。
1.2 特性该种材料表面光洁,质地密实,既克服了木材强度低和变异性等使用局限性,又克服了有机材料模量低等缺点,具有较好的力学及吸音性能[4],且其耐腐蚀,抗虫蛀,吸水性小,易回收,是一种新型的代木环保材料。
对其进行深入研究有利于缓解目前木材资源紧缺和塑料废弃物污染等严重问题,且用途及市场前景非常广阔,可广泛应用于建筑、包装、运输和家装等领域[5]。
2 竹塑复合材料的研究2.1竹材层积塑料研究竹材层积塑料是以旋切竹材单板为组元, 在浸注热固性树脂后, 通过热压工艺制得的竹塑复合材料。
若按照不同的纤维方向配置板坯中的各单板层, 就可以制得力学性能不同的竹材层积塑料。