新型结构竹木复合集装箱底板的生产技术
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集装箱板制造工艺流程同学们!今天咱们来聊聊集装箱板是咋制造出来的,也就是集装箱板的制造工艺流程。
这集装箱板啊,可是很重要的东西呢,它们组成了那些大大的集装箱,让货物能够安全地运输到各个地方。
咱们得知道制造集装箱板需要准备些啥材料。
一般来说,主要的材料就是钢材啦。
这种钢材可不是普通的钢材哦,它得有足够的强度和韧性,才能承受住集装箱在运输过程中受到的各种压力和冲击。
有了材料之后,接下来就是第一步啦,那就是钢材的预处理。
这就像是我们要去参加重要活动之前,得先把自己打扮得干干净净的一样。
钢材要经过清洗、除锈等处理,把表面的杂质和铁锈都去掉,这样才能保证后面的加工过程顺利进行。
预处理完了,就进入到关键的环节了,那就是钢材的轧制。
轧制就像是用一个大机器把钢材压扁、拉长,变成我们需要的形状和厚度。
这个过程可厉害了,需要很大的力量和精准的控制。
通过轧制,钢材就变成了一块块平整的钢板,这就是集装箱板的雏形啦。
但是这还不够哦,接下来还要对钢板进行切割。
根据集装箱的不同尺寸和要求,把钢板切成合适的大小。
切割的时候要非常小心,不能有误差,不然集装箱就拼不起来啦。
切割完之后,就得给钢板进行打孔和焊接啦。
打孔是为了安装集装箱的各种配件,比如门锁、铰链啥的。
焊接呢,则是把一块块的钢板连接在一起,组成一个完整的集装箱。
焊接可是个技术活,需要专业的焊工来操作,要保证焊缝牢固、美观,不能有裂缝或者气孔。
焊接完之后,集装箱板还需要进行表面处理。
这就像是给集装箱板穿上一件漂亮的衣服一样。
表面处理可以有很多种方法,比如喷漆、镀锌、喷塑等等。
这些处理方法可以让集装箱板更加耐腐蚀、耐磨损,延长集装箱的使用寿命。
在整个制造过程中,还有一个很重要的环节,那就是质量检测。
每一块集装箱板都要经过严格的检测,确保它的质量符合标准。
检测的项目有很多,比如强度、韧性、尺寸精度、表面质量等等。
只有通过了检测的集装箱板才能被使用,不合格的就得淘汰掉。
最后呢,合格的集装箱板就可以被组装成集装箱啦。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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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竹钢简介--一种新型的结构材料篇一:竹钢绿色环保建材“竹钢”科技名词定义中文名称:高性能竹基纤维复合材料(竹钢)英文名称:woodenbamboo定义:高性能竹基纤维复合材料,主要是指以竹基纤维帘为基本构成单元按顺纹理方向经热(冷)压胶合而成的板材。
依托中国林科院专利技术,由洪雅竹元科技有限公司制造的高性能竹基纤维复合材料,商标名称为“竹钢”,为世界首创的竹制品,是完全由中国人自主开发的新材料。
简介“竹钢”是以我国南方地区大量生长的竹材资源为原料,通过纤维化竹束帘制备技术、酚醛树脂均匀导入技术、连续式网带干燥技术、大幅面板坯铺装技术、成型固化技术等多项技术集成,实现竹基纤维复合材料的高性能和可调控,最终制造成高性能多用途竹基纤维复合材料。
竹钢剖面该产品技术节省了传统的剖蔑工序,是我国在竹材加工应用领域的一项重大突破,属于竹材工业化利用的第五代技术,竹材的利用率从目前的20%~50%,可以提高到95%以上。
产品的力学性能指标,如抗弯强度可以达到350mpa以上,抗拉强度达360mpa以上,抗压强度达到140mpa以上,弹性模量达到30gpa以上,其强重比超过玻璃钢纤维复合材料,可以应用于风电叶片材料的制造。
高性能竹基纤维复合材料具有广谱可设计性,既可以用于制造高强度风电叶片材料、船舶甲板、集装箱底板以及建筑结构等工程材料,又可以用作室内装饰装潢材料、高耐候性室外材料、家具材料,具有广阔的应用前景。
材料特点“竹钢”采用纯天然慈竹经酚醛树脂热压胶合而成,具有高强度、低碳环保、高耐候性、阻燃、净化空气、使用寿命长等特点,是“以竹代木、以竹代钢”的最佳产品;是一种将竹材重新组织并加以强化成型的竹质新材料,对增加竹农的收入、促进农民就业和发展竹产区经济具有十分重要的意义。
1绿色环保随着全球气候变暖,森林愈发显得弥足珍贵,竹钢的出现,更加有效地保护了人类的生存环境。
同面积的竹林可比树林多释放35%的氧气,也可以这样说:竹产业不仅仅是低碳产业,而更应该是负碳产业。
日前,2017-2018年度(第四届)三明市质量奖获奖名单出炉,三家企业获此殊荣,而福建和其昌竹业股份有限公司(以下简称“和其昌”)就在其中。
和其昌董事长俞先禄既兴奋又忐忑,“这是一份沉甸甸的荣誉,更是莫大的鞭策和责任。
”作为永安“4+4”高成长企业之一,和其昌发展势头强劲,成绩可圈可点,从2008年成立至今,凭借着11年生产集装箱底板的经验,率先推出竹木胶合集装箱底板,用竹材替代大口径热带林木,现下拥有7大类60小类竹木胶合板系列,先后被授予“国家林业重点龙头企业”“中国竹业龙头企业” “国家林业标准化示范企业”“国家高新技术企业” “农业产业化国家龙头企业”“福建省农业产业化重点龙头企业”“福建省科技小巨人领军企业”等,品牌知名度、产值、产量、市场占有率等指标在全国同行业中名列前茅,成为中国大规模的竹木复合集装箱底板单体生产厂家。
借技发力,赋能聚变作为行业龙头企业,和其昌践行绿色循环理念,推行“零废料、生物材料精细加工”新概念,采用新技术和应用生态科学开发新产品,为市场提供优质、绿色、低碳的竹制精品,实现“以竹代木”到“以竹胜木”的转变。
近年来,和其昌多次启动了生产线技改项目。
“智能化生产可以改变传统生产环节高成本、低效率的困境,也是有助于企业转型升级的方法之一。
” 俞先禄介绍,“以我们率先开发出的全国第一条锯铣生产线为例,该条生产线实现了锯、铣、倒角、抹灰、油漆全自动生产线,使其产品合格率提高约2%左右,相较于同行业相同设备生产效率提高约120%,相同产量用工比原设备减少50%,有效减少工序工资开支,节约物流运输成本,有助于我们从‘劳动力密集’向‘机器代工’转型。
”不仅如此,和其昌还配置了11条自动热压生产线,在热压机上安装了国内唯一的能控制产品厚度的“总行程控制系统”,通过PLC的程序设置完成各工艺要求,产品厚度合格率可达到99%。
还对竹帘烘烤房进行了改造,使烘烤效率由七天缩短到三天,极大地提高生产效率,降低了能耗。
林业工程学报,2023,8(4):43-50JournalofForestryEngineeringDOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202211028收稿日期:2022-11-19㊀㊀㊀㊀修回日期:2023-01-22基金项目:云南省新型生物质预制建材研发创新团队项目(202105ZA160002)㊂作者简介:董浩,男,研究方向为木质复合材料㊂通信作者:黄素涌,女,副教授㊂E⁃mail:lillahuangsuyong@163.com竹⁃橡胶木复合正交胶合木的制备和性能董浩1,黄素涌1∗,肖岩2,王建和1,3,缪本浩1(1.西南林业大学材料与化学工程学院,昆明650224;2.浙江大学(宁海)生物质材料与碳中和建设联合研究中心,宁海315600;3.宁波中加低碳新技术研究院有限公司,宁海315600)摘㊀要:以锯材为基本单元的正交胶合木是具有广泛应用前景的重型木结构建筑材料㊂为减少对国外树种的进口和依赖,首次采用竹篾层积材与橡胶木2种本土层板原料,以相同制备工艺(胶黏剂为单组分聚氨酯,施胶量为180g/m2,冷压时间1h,压力为1.0MPa),在大幅面压机上压制尺寸为2400mmˑ1200mmˑ96mm的三层竹木复合正交胶合木(cross⁃laminatedtimber,CLT)以及另外3种不同复合形式的CLT(纯木CLT㊁木竹复合CLT㊁纯竹CLT),通过对竹木复合CLT强轴方向的抗弯弹性模量㊁抗弯强度㊁胶层剪切强度㊁层间剪切强度和浸渍剥离率等性能的评估和不同复合形式CLT弯曲性能差异的分析,研究国内树种与竹材制备足尺竹木复合CLT的可行性㊂结果表明:采用单组分聚氨酯制备的竹木复合CLT,其干态和真空加压状态下的强度㊁木破率以及浸渍剥离率均符合ANSIAPAPRG320-2019 Standardforperformance⁃ratedcross⁃laminatedtimber 中使用环境1的要求;抗弯性能和剪切性能测试值均能达到以上标准和LY/T3039—2018‘正交胶合木“标准中E2等级性能的要求㊂上述试验研究和分析为竹木复合CLT在建筑工程中的应用提供了设计参考及理论依据㊂关键词:正交胶合木;竹篾层积材;橡胶木;竹木复合CLT;抗弯弹性模量;抗弯强度;胶层剪切;浸渍剥离中图分类号:S781.9㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2096-1359(2023)04-0043-08Manufactureandperformanceofnewcross⁃laminatedtimbermadefrombambooandrubberwoodDONGHao1,HUANGSuyong1∗,XIAOYan2,WANG(Brad)Jianhe1,3,MIAOBenhao1(1.SchoolofMaterialsandChemicalEngineering,SouthwestForestryUniversity,Kunming650024,China;2.ZhejiangUniversity(Ninghai)JointResearchCenterforBio⁃BasedMaterialsandCarbonNeutralDevelopment,Ninghai315600,China;3.NingboSino⁃CanadaLow⁃CarbonNewTechnologyResearchInstituteCo.Ltd.,Ninghai315600,China)Abstract:Duringtheglobalindustrializationprocessofmanufacturingcross⁃laminatedtimber(CLT),attemptshavebeenmadetoefficientutilizethelow⁃costlocalwoodspecies.CLTisapanelproductobtainedbygluingsawnlumberorstructuralcompositelumbertoformalargedimensionalprefabricatedproductsforbuildingwall,floor,androofapplications.However,thereisarelativeshortageoftimberresourcesinChina,andwiththeimplementationofthenationalnaturalresourceprotectionpolicy,thesupplyofdomestictimberhasbeeninsufficient,somostofthedimen⁃siontimberusedinthedomesticproductionofCLThasbeenimportedfromabroad.Inordertoovercomethissituationandreducethecarbonemissionduringtransportation,inthisstudy,thelaminatedbambooandGradeH18rubberwoodwereselectedaslaminationmaterialstomanufacturebamboo⁃woodcompositeCLT,whichisanoveltechnique.Usingthesameprocessingparameters(one⁃componentpolyurethaneadhesivewithaglueapplicationrateof180g/m2,1hcoldpressingtime,and1.0MPapressure)tomanufacturethree⁃layerbamboo⁃woodcompositeCLTandthreeotherstructuresofCLT(purewoodCLT,wood⁃bamboocompositeCLT,andpurebambooCLT).Thefeasibilityofman⁃ufacturingfull⁃sizebamboo⁃woodcompositeCLTfromdomesticspeciesandbamboowasinvestigatedbyevaluatingthepanel smodulusofelasticity,modulusofrupture,interlaminarshearstrength,blockshearanddelaminationper⁃centageinthemajorstrengthdirectionandanalyzingthedifferencesinbendingpropertiesfordifferentcompositeformsofCLT.Theresultsshowedthattheaverageshearstrengthofthebamboo⁃woodcompositeCLTunderdrycon⁃ditionwas3.25MPa,whichwasdecreasedto1.15MPaunderwetcondition.Itwasdemonstratedthatthebondingqualityofthebamboo⁃woodcompositeCLTwassensitivetothechangeofenvironmentalhumidity.IntheusingofEnvironment#1,bothbondingqualityanddelaminationpercentageofthebamboo⁃woodcompositeCLTcouldmeettherequirementsspecifiedinANSIAPAPRG320⁃2019andLY/T3039-2018standardsindryorwetcondition.林业工程学报第8卷Bamboo⁃woodcompositeCLTbeamsweretestedbythemethodofout⁃of⁃planefour⁃pointbending,andthecross⁃sec⁃tionstraininthemiddleofthespanwasuniformlyandsymmetricallylinear⁃distributedalongtheheightdirection.Therefore,itcouldbeconsideredthatthebendingdeformationofCLTbeamsfollowedtheplanesectionassumptionwithalargespan⁃heightratio.Themodulusofelasticityandmodulusofruptureofthebamboo⁃woodcompositeCLTwere9631and44.7MPa,respectively.BothbendingandshearperformancescouldmeetE2graderequirementsintheabovestandards.Thus,itisfeasibletomanufacturethebamboo⁃woodcompositeCLTwithrubberwoodandlami⁃natedbambooforitsengineeredapplications.Keywords:CLT;laminatedbamboo;rubberwood;bamboo⁃woodcompositeCLT;modulusofelasticity;modulusofrupture;blockshear;delamination㊀㊀正交胶合木(cross⁃laminatedtimber,CLT)是一种由欧洲较早开发的三层及以上锯材以正交组坯的方式制成的重型木结构产品,主要优势体现在绿色低碳㊁轻质高强㊁保温隔热性能好㊁可预制㊁组装快速方便及耐久性优异等方面[1-2]㊂但我国的木材资源相对短缺,随着天然林保护工程的实施,国内木材的供应量进一步下降,供需矛盾突出,因此国内生产CLT所用的规格材大部分从国外进口,高额的运输成本和贸易壁垒成为CLT在中国推广受限的重要因素㊂我国竹材资源十分丰富,由此发展而来的竹产品更是多种多样,主要包括重组竹㊁竹胶板和集成竹等,且强度高㊁韧性好,物理力学性能优异㊂竹产品的出现满足了现代竹结构建筑对建筑材料力学性能及尺寸等方面的要求,解决了原竹不能用于现代竹结构建筑的问题㊂因此,为了降低运输成本和碳排放,减少对国外木材的依赖,充分利用国内树种及竹材资源制备CLT是科学㊁合理地开发利用竹材资源及推动CLT国产化进程的有效途径㊂国内针对竹木复合材料的研究在广度和深度上都超出国外水平,但目前仍然集中于产品开发和生产工艺研究㊂张齐生等[3-5]的研究集中于集装箱底板,使竹木复合材料成为一个研究热点㊂王志强等[6]研究了不同树种复合制备CLT的力学性能㊂Wei等[7-8]㊁Li等[9]和张齐生等[10]在国际上较早提出了利用竹木复合来生产轻质高强建筑预制板 竹木复合CLT的想法,并获得了中国发明专利㊂Wei等[7-8]和Li等[9]研究了不同结构的竹材层板与木材复合制备CLT的可行性,结果表明:竹篾重组材㊁三层正交展平竹㊁竹帘竹席复合材与进口铁杉复合制备CLT在工业上是可行的㊂但以上研究均未考虑采用国产工业或经济树种与竹材复合制备CLT㊂笔者采用国产竹材制备的竹篾层积材与云南产橡胶木复合制备新型竹木复合CLT,以探索其生产的可行性㊂竹篾层积材是采用径向竹篾通过编织得到竹帘后,再通过浸胶㊁干燥㊁热压等工序制成的层积板材,目前国内主要运用于集装箱底板和车厢底板;而橡胶树是我国云南和海南等地的重要工业或经济树种,每年有90万 120万m2的种植量,居世界第4位[11]㊂云南地区目前有超过30万m2的橡胶树林区,橡胶树在种植㊁采胶25 30a后需更新,待更新的橡胶木是一种具有很高利用价值的木材,因其颜色浅白㊁纹理通直㊁材质均匀㊁加工性能好等优点主要运用于家具及家具部件制造㊁室内装饰材[12]㊂但竹材和橡胶木鲜见在建筑领域制备复合材,而采用新树种和竹材复合材料作为CLT层板制造的原材料,加工工艺和参数应严格控制,否则新型竹木复合CLT产品性能参数不能满足建筑和结构工程的应用要求[13]㊂因此,笔者测试并分析了新型竹木复合CLT材料强轴方向的抗弯弹性模量㊁抗弯强度㊁剪切强度㊁胶层剪切强度和胶合耐久性,判断其性能是否满足相关标准要求,从而为建筑工程的实际应用打下基础㊂图1㊀竹篾层积材示意图Fig.1㊀Diagramoflaminatedbamboo1㊀材料与方法1.1㊀试验材料竹材层板采用的竹篾层积材产自湖南桃花江,共19层,外层为竹篾经过编织后得到的竹帘材料,内层按照4ʒ1的比例正交组坯(图1),保证了一定的主次强度㊂竹篾层积材尺寸为2440mmˑ1200mmˑ28mm,气干密度为0.83g/cm3,含水率为8.7%,平面弯曲弹性模量均值为12GPa,侧面弯曲弹性模量均值为10.5GPa,抗弯强度均值为88MPa,变异系数均小于10%㊂因此,本研究中竹篾层积材按照T/CECS10138 2021‘工程竹材“全部统一为Ep14等级,为后续足尺竹木复合CLT计算提供力学数据基础㊂44㊀第4期董浩,等:竹⁃橡胶木复合正交胶合木的制备和性能木材原料采用橡胶树(HeveaBrasiliensis)锯材,产地为云南省西双版纳州,尺寸规格为1400mmˑ140mmˑ40mm,平均含水率为7.8%,气干密度均值为0.63g/cm3,顺纹弹性模量均值为9.09GPa,抗弯强度均值为105MPa,变异系数为13%㊂将310根规格材橡胶木按照LY/T2383 2014‘结构用木材强度等级“,通过应力分等,以抗弯弹性模量平均值和抗弯强度特征值为参数分为H14㊁H18㊁H243个等级㊂1.2㊀制备工艺本试验选取的胶黏剂为单组分聚氨酯树脂PUR(浅黄色液体,黏度7500mPa㊃s,固含量100%),陈放时间15 20min,采用冷压时间1h㊁冷压压力1.0MPa工艺制备竹木复合CLT㊂不同复合方式制备的CLT如表1所示,为了对比不同复合方式对CLT力学性能的影响,选用H14㊁H18㊁H243个等级橡胶木与竹篾层积材,采用相同的制备工艺制造出4种不同复合方式的CLT:竹木复合CLT(以下简称CLTBWB)㊁纯木CLT(以下简称CLTWWW)㊁木竹复合CLT(竹材在芯层,以下简称CLTWBW)㊁纯竹CLT(以下简称CLTBBB)㊂本试验在宁波中加低碳新技术研究院有限公司完成㊂新型竹木复合CLT主要制备工艺流程如图2所示㊂表1㊀4种不同复合形式CLT尺寸参数Table1㊀DimensionparametersofCLTwithfourcompositestructuresCLT类型平行层层板选择平行层厚度/mm垂直层层板选择垂直层厚度/mm尺寸/mm结构示意图CLTBWB竹篾层积材28橡胶木402000ˑ305ˑ96CLTWWW橡胶木40橡胶木402400ˑ305ˑ120CLTWBW橡胶木40竹篾层积材282200ˑ305ˑ108CLTBBB竹篾层积材28竹篾层积材282400ˑ305ˑ84图2㊀新型竹木复合CLT生产工艺流程Fig.2㊀Manufacturingprocessofnewbamboo⁃woodcompositeCLT图3㊀新型竹木复合CLT结构示意图Fig.3㊀Structureofnewbamboo⁃woodcompositeCLT㊀㊀通过上述生产工艺流程制备的竹木复合CLT结构示意图如图3所示㊂其中分等是为了确保锯材的力学性能达到制备竹木复合CLT楼板或墙板的要求,层板刨光和砂光可统一规格材尺寸并消除表面氧化层,提高胶合性能㊂通过刨光将层板厚度控制在(40ʃ0.1)mm,通过砂光可将竹篾层积材表面不利于胶黏剂渗透的竹青砂掉,而喷雾(喷雾量为25mL/m2)可较好改善竹木复合胶合界面的含水率状况,促进PUR均匀并充分发泡,从而提高胶合性能㊂1.3㊀抗弯性能测试及等效刚度计算试件锯割示意图见图4㊂将制备好的竹木复合CLT锯割为所需尺寸,如图4A1区域所示,每块板材取2个试件㊂锯割完成后,利用万能力学性能试验机(济南天辰公司)进行测试㊂测试时跨距取18倍试件厚54林业工程学报第8卷注:L1和L2分别为剪切试验与浸渍试验取样区域长度和宽度,mm;a为试件中心与取样区域边缘的距离,mm;其中L1和L2均为900mm,a为100mm㊂图4㊀试件锯割示意图Fig.4㊀Schematicdiagramofcuttingspecimens度(1710mm),加载点之间的距离为667mm,观察并分析竹木复合CLT试件在试验过程中的破坏模式,记录竹木复合CLT试件破坏并失效时的最大破坏载荷,计算出弯曲强度和模量,并与表1所示中不同复合形式的CLT进行弯曲性能的对比㊂考虑到竹篾层积材制造工艺的影响,竹材层板厚度与木材不同,因此,需要考虑层板厚度对竹木复合CLT弹性模量的影响㊂依据LY/T3039 2018‘正交胶合木“中的剪切类比法,以CLTWWW为对照组,再对不同复合形式的CLT进行等效刚度的计算,分析竹篾层积材厚度与CLT力学性能的关系㊂1.4㊀竹木复合CLT层间剪切强度测试根据LY/T3039 2018标准规定,测试时跨距取6倍试件厚度(576mm)㊂试验过程中时刻观察试件破坏形式与位置,直到试件破坏为止㊂测试结束时,记录试件破坏一瞬间的最大载荷,计算竹木复合CLT层间剪切强度㊂1.5㊀竹木复合CLT胶层剪切强度及木破率测试如图4B1区域所示,根据LY/T3039 2018标准规定制备试件,每块板材取3个试件,进一步加工成楼梯状试件(尺寸为112mmˑ100mmˑ96mm)㊂运用块状剪切法(blockshear)测试了竹木复合CLT试件在干湿两态条件下的胶层剪切强度和木破率㊂测试前,用游标卡尺测量剪切面的尺寸并记录,并对不同试件的每个胶合界面进行编号㊂1.6㊀浸渍剥离测试如图4D1区域所示,依据ANSIAPAPRG320-2019 Standardforperformance⁃ratedcross⁃laminatedtimber 及LY/T3039 2018标准锯割试件,每块板材取3个试件,用自制的真空⁃加压罐通过浸渍的方法处理后进行测试㊂测试设备包括真空压力罐(0.1m3)㊁真空泵㊁空气压缩设备以及气管若干(图5)㊂具体试验方法:将试件放入可施加真空和压力的密闭容器中,并加入足量的(22ʃ5)ħ水,使试件完全浸没;施加(85ʃ10)kPa的真空并维持30min;释放真空,施加500 600kPa的压力并维持2h;取出试件,将试件放置于65 78ħ的烘箱中干燥10 15h,试件质量达到初始质量的100% 110%即可认为试验结束㊂图5㊀浸渍剥离测试Fig.5㊀Delaminationtesting2㊀结果与分析2.1㊀抗弯性能竹木复合CLT抗弯性能测试载荷⁃位移曲线及破坏模式见图6㊂通过分析可得,竹木复合CLT梁在抗弯受力过程中,其面外四点弯曲破坏过程大致可以分为3个阶段(图6a)㊂第1阶段为弹性阶段,跨中位移随载荷的增加而增加,载荷⁃位移曲线的斜率基本不变㊂第2阶段为弹塑性阶段,当载荷增加到弹性阶段最大值后,跨中位移随载荷增加而加速度增大,载荷⁃位移曲线的斜率略微减小,发生竹篾层积材的胶层破坏,分析原因为竹篾层积材表面孔隙率较大,层板有效胶合面积较小,载荷不断地施加容易导致应力集中于胶合较弱或未胶合处㊂第3阶段为破坏阶段,竹木复合CLT梁即将到达极限载荷前,发出一系列密集的响声,并在一声较大声响后试件发生层间剪切破坏,载荷迅速下降㊂竹木复合CLT梁的芯层橡胶木层板横纹强度较低,导致竹木复合CLT梁整体抗弯承载力下降㊂64㊀第4期董浩,等:竹⁃橡胶木复合正交胶合木的制备和性能图6㊀竹木复合CLT抗弯性能测试载荷⁃位移曲线及破坏模式Fig.6㊀Load⁃displacementcurveandfailuremodeofbamboo⁃woodcompositeCLTbendingpropertytest㊀㊀竹木复合CLT与不同复合形式的CLT抗弯性能对比结果见表2㊂通过表2分析可得,竹木复合CLT的弯曲强度和弹性模量均优于CLTWWW及CLTWBW,与王韵璐等[13]研究的三层加拿大铁杉CLT抗弯模量结果相似,与Li等[9]研究的BMCP与加拿大杉木复合制备竹木复合CLT抗弯弹性模量相比高约50%㊂证明将竹篾层积材放在三层CLT的平行层可以充分发挥其竹篾层积材抗弯性能优异的优势,改善整体构件的性能,其抗弯强度高出CLTWWW约46%,高出CLTWBW约82%,而抗弯弹性模量与CLTWWW相似,但高出CLTWBW约33%㊂纯竹CLT在弯曲强度上优于竹木复合CLT,但弹性模量低于竹木复合CLT,因此还有待进一步研究㊂将橡胶木作为平行层制备的CLT其弯曲强度变异性较大,分析原因为橡胶木指接材工艺目前还不完善,需要进一步改善㊂表2㊀CLT抗弯性能对比Table2㊀ComparisonofCLTbendingpropertiesCLT类型密度/(g㊃cm-3)含水率/%弯曲强度弹性模量平均值/MPa标准差/MPa变异系数/%平均值/MPa标准差/MPa变异系数/%CLTBWB0.768.444.70.761.79631444.74.8CLTWWW0.637.830.75.6418.69218449.04.9CLTWBW0.698.124.65.2921.57252123.71.7CLTBBB0.838.785.24.625.48510501.85.9㊀㊀1.3节中4种不同复合形式的CLT等效刚度计算结果见表3㊂分析可知,CLTWBW和CLTBBB均需要竹材达到40mm厚时才能达到CLTWWW的等效力学性能,考虑成本等因素,这两种复合形式不可取㊂竹木复合CLT竹篾层积材厚度为35mm时,其等效刚度和承载力均超过CLTWWW,因此可在CLTWWW的基础上将平行层方向40mm厚的木材层板更换为35mm厚的竹材层板,从而减少板厚并有效利用竹材㊂表3㊀不同厚度层板制备CLT的等效刚度计算Table3㊀CalculationofeffectivestiffnessofCLTpreparedbylaminatewithdifferentthicknessCLT类型竹篾层积材厚度/mm等效弯曲承载力/(ˑ106N㊃mm㊃m-1)等效弯曲刚度/(ˑ109N㊃mm2㊃m-1)等效剪切刚度/(ˑ106N㊃m-1)CLTWWW0222.215147.1CLTBWB35232.6152212.5CLTWBW40248.615258.1CLTBBB40260.114909.72.2㊀层间剪切性能竹木复合CLT短梁三点弯曲层间剪切试验的典型载荷⁃位移曲线及破坏模式见图7㊂依据LY/T3039 2018标准中层间剪切强度计算公式,计算竹木复合CLT三点弯曲测试的层间剪切强度,分析了竹木复合CLT层间剪切性能测试的载荷⁃位移曲线及破坏模式㊂通过计算得到竹木复合CLT的层间剪切强度平均值为2.61MPa,与Li等[9]研究的BMCP与加拿大杉木复合制备竹木复合CLT层间剪切强度相74林业工程学报第8卷图7㊀竹木复合CLT层间剪切性能测试载荷⁃位移曲线及破坏模式Fig.7㊀Load⁃displacementcurveandfailuremodeofbamboo⁃woodcompositeCLTinterlayershearpropertytest似㊂由图7可以发现,与面外四点弯曲试验一样,三点弯曲试验的破坏也可分为3个阶段㊂第1阶段为弹性阶段,试件的载荷⁃位移曲线斜率基本不变,载荷随着位移的增加而增大㊂第2阶段为弹塑性阶段,试件在所承受的载荷到达比例极限后进入弹塑性阶段,随着位移的增加,荷载挠度曲线的斜率不断减小,同样先发生胶层破坏㊂分析原因为竹篾层积材孔隙率较大,在层板内部的有效胶合面积较小,不断施加载荷容易导致应力集中于未胶合图8㊀竹木复合CLT干态及真空加压状态下胶层剪切强度及木破率Fig.8㊀Shearstrengthandwoodfailurepercentageunderdryandwetconditionsofbamboo⁃woodcompositeCLT处,导致胶层的破坏;竹木复合CLT梁在弹塑性阶段中后期平行层会因为孔隙率较大,受压产生连续声响㊂第3阶段为破坏阶段,竹木复合CLT梁到达极限荷载时,芯层木材产生的滚动剪切破坏裂纹向胶层处迅速发展,导致竹木复合胶合界面破坏,从而发生层间剪切破坏,且试验过程中层间剪切破坏主要发生在试件支撑点附近的位置,且一般位于竹木复合交界面上,且偏向木材较多㊂根据剪应力互等定理,破坏面偏向于界面的纵向层或横向层是与各自层板的剪切模量和剪切强度有关的,经前期试验测得木材剪切模量为440MPa,竹材剪切模量为810MPa高于木材,因此破坏主要发生在木材㊂从材料力学角度分析,在三点加载的弯曲试验测试下,由于测试跨距较短,试件受剪力影响较大[14],对试件施加一个处于跨距中点且方向向下的载荷P,2个支座都会对竹木复合CLT试件产生与载荷方向相反的约束力㊂因此,试件在尤为靠近2个支座内侧的部位假想切开,从而使其发生剪切变形[15]㊂2.3㊀胶层剪切强度及木破率干态及真空加压状态下剪切强度及木破率结果见图8㊂依据LY/T3039 2018记录试件的破坏载荷,根据计算公式算得竹木复合CLT干态和真空加压状态下的胶层剪切强度,再根据每个试件84㊀第4期董浩,等:竹⁃橡胶木复合正交胶合木的制备和性能2个胶合界面的胶合强度及木破率变异系数分析其所有竹木复合CLT试件的胶合耐久及耐候性㊂通过计算分析可得:在干态下,竹木复合CLT的胶层剪切强度均值为3.25MPa,木破率均值为59.11%;在真空加压状态下,竹木复合CLT的胶层剪切均值为1.15MPa,木破率均值为25.91%,与Wang等[16]测试的规格材加拿大杉木CLT胶层剪切强度类似㊂2种状态下的胶层剪切强度以及木破率变异系数都较高,原因可能为橡胶木的复杂性及各向异性,同时橡胶木密度较大,胶合性能差㊂相比干态条件,真空加压条件处理后竹木复合CLT的胶层剪切强度下降了64%,而木破率降低了30%,产生上述现象的原因为:木材顺纹湿胀远小于横纹湿胀,将橡胶木作为竹木复合CLT芯层时,横纹湿胀应力较大,湿胀率为9% 12%;竹篾层积材主要以轴向竹材组坯,其湿胀应力较小,湿胀率为3% 6%㊂部分湿应力抵消后仍有较大应力,因此湿强度下降较多[17]㊂这证明胶合界面附近竹木材料力学性能受真空加压处理的影响比胶层本身更为显著,且单组分PUR胶黏剂的耐候耐久性能达到ANSIAPAPRG320-2019标准中使用环境1的相关要求㊂2.4㊀浸渍剥离浸渍剥离率结果见图9,根据ANSIAPAPRG320-2019标准中规定的计算方法,计算干燥达到指定质量的试件胶层剥离率,同时计算了变异系数㊂竹木复合CLT浸渍剥离率均值为9.11%,满足标准规定值,其变化区间为0% 20%,与王建和等[18]采用加拿大西部铁杉制备的CLT浸渍剥离率相似,因此竹木复合CLT的耐久耐候性能达到实际项目的应用要求㊂尽管浸渍剥离率在不同试件间变异较大,但导致胶层剥离的机理对于所有试件而言极有可能是一样的㊂对于大多数试验而言,浸渍剥离发生在单侧胶层㊂由于真空⁃加压循环导致图9㊀竹木复合CLT浸渍剥离率Fig.9㊀Delaminationpercentageofbamboo⁃woodcompositeCLT木材弦向和径向膨胀远大于长度方向的膨胀,且木材的湿胀大于竹材,这会导致胶合界面形成层间剪切正应力㊂但仍有个别试件浸渍剥离率高于标准值,且变异系数较大,考虑因素:竹篾层积材孔隙较多,有效胶合面积小,且橡胶木本身胶合性能较差,其干缩应力大于胶合强度导致试件剥离;较低胶合压力下,胶黏剂渗透木材较浅,胶层较厚,会导致更多的胶接面直接暴露于水中导致浸渍剥离率增加㊂此外,PUR可以和水发生化学反应,所以使用PUR作为CLT胶黏剂时,适当增加压力可提高胶合的耐久性㊂因此,后续将对竹篾层积材孔隙率及胶合工艺参数做进一步研究㊂3㊀结㊀论通过对新型竹木复合CLT强轴方向的弯曲模量㊁弯曲强度㊁剪切强度㊁胶合质量及胶层的耐候耐久性系统地测评和剖析,结果表明,利用竹篾层积材与橡胶木层板单元制备竹木复合CLT是可行的㊂主要结论如下:1)竹篾层积材㊁橡胶木规格材所制备的竹木复合CLT主要性能测试值均能达到ANSIAPAPRG320-2019和LY/T3039 2018等标准的相关要求㊂2)用单组份PUR胶黏剂制备的竹木复合CLT符合建筑和结构工程使用时对竹木复合CLT胶合耐久性的要求㊂其干态下胶层剪切强度均值为3.25MPa,真空加压状态下均值为1.15MPa,较干态下降了65%,说明环境湿度变化对竹木复合CLT胶合质量影响很大㊂3)竹木复合CLT梁的平均弹性模量是9631MPa,平均抗弯强度是44.7MPa,均高于其他以橡胶木和竹篾层积材为层板原料制备的CLT,且破坏模式没有平行层拉伸断裂破坏㊂证明将竹材放在CLT表面能充分发挥竹材弯曲强度较高的优势,使得三层竹木复合CLT的弯曲性能得到充分保障㊂4)三层竹木复合CLT(CLTBWB)在竹材层板厚度为35mm时就能达到纯木CLTWWW层板厚度为40mm时的承载刚度要求,因此竹木复合CLT不仅可充分利用竹材优势,减少CLT的板厚,还可推进CLT生产原料的国产化㊂致谢:对宁波中加低碳新技术研究院有限公司为本项目提供试验场所,以及浙江大学(宁海)生物质材料和碳中和建设联合研究中心为本项目提供竹篾层积材表示感谢,同时感谢宁波中加低碳新技术研究院有限公司员工对本项目研究的支持和建议㊂94林业工程学报第8卷参考文献(References):[1]曹瑜,王韵璐,王正,等.国外正交胶合木建筑技术的应用与研究进展[J].林产工业,2016,43(12):3-7.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.2016.12.001.CAOY,WANGYL,WANGZ,etal.Applicationandresearchprogressofoverseascross⁃laminatedtimber(CLT)construction[J].ChinaForestProductsIndustry,2016,43(12):3-7.[2]张婷婷,孙巧,孙雪敏,等.正交胶合木的研究现状及国产化展望[J].林业机械与木工设备,2017,45(1):4-7.DOI:10.13279/j.cnki.fmwe.2017.0001.ZHANGTT,SUNQ,SUNXM,etal.Researchstatusandlo⁃calizationprospectsofcross⁃laminatedtimber[J].ForestryMa⁃chinery&WoodworkingEquipment,2017,45(1):4-7.[3]张齐生,孙丰文.竹木复合结构是科学合理利用竹材资源的有效途径[J].林产工业,1995,22(6):4-6.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.1995.06.002.ZHANGQS,SUNFW.Bamboo⁃woodcompositestructureisaneffectivewaytomakescientificandrationaluseofbamboore⁃sources[J].ChinaForestProductsIndustry,1995,22(6):4-6.[4]张齐生,孙丰文.竹木复合集装箱底板的研究[J].林业科学,1997,33(6):546-554.ZHANGQS,SUNFW.Astudyonbamboowoodcompositeboardforcontainerfloor[J].ScientiaSilvaeSinicae,1997,33(6):546-554.[5]张齐生,朱一辛,蒋身学,等.结构用竹木复合空心板的初步研究[J].林产工业,1997,24(3):6-9.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.1997.03.003.ZHANGQS,ZHUYX,JIANGSX,etal.Preliminarystudyonbamboo⁃woodcompositehollowslabforstructure[J].ChinaForestProductsIndustry,1997,24(3):6-9.[6]王志强,付红梅,戴骁汉,等.不同树种木材复合交错层压胶合木的力学性能[J].中南林业科技大学学报,2014,34(12):141-145.DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2014.12.025.WANGZQ,FUHM,DAIXH,etal.Experimentalstudyonmechanicalpropertiesofcross⁃laminatedtimberwithdifferenttreespecieswood[J].JournalofCentralSouthUniversityofForestry&Technology,2014,34(12):141-145.[7]WEIPX,WANGBJ,WANGLB,etal.Anexploratorystudyofcompositecross⁃laminatedtimber(CCLT)madefrombambooandhemlock⁃firmix[J].BioResources,2019,14(1):2160-2170.DOI:10.15376/biores.14.1.2160-2170.[8]WEIPX,WANGBJ,LIH,etal.Performanceevaluationofanovelcross⁃laminatedtimbermadefromflattenedbambooandwoodlumber[J].BioResources,2021,16(3):5187-5202.DOI:10.15376/biores.16.3.5187-5202.[9]LIH,WANGBJ,WANGLB,etal.Characterizingengineeringperformanceofbamboo⁃woodcompositecross⁃laminatedtimbermadefrombamboomat⁃curtainpanelandhem⁃firlumber[J].CompositeStructures,2021,266:113785.DOI:10.1016/j.compstruct.2021.113785.[10]张齐生,王建和,李瑜,等.轻质高强木或竹基层积复合预制板或梁:CN101817189B[P].2015-12-02.ZHANGQS,WANGJH,LIY,etal.Lightweighthighstrengthwoodorbamboobaselaminatedcompositeprecastslaborbeamandmanufacturingmethodthereof:CN101817189B[P].2015-12-02.[11]刘秀英,蒋明亮.中国橡胶木加工利用调查[J].木材工业,1997,11(5):6-8.DOI:10.19455/j.mcgy.1997.05.002.LIUXY,JIANGML.CurrentsituationofrubberwoodprocessingandutilizationtechnologyinChina[J].ChinaWoodIndustry,1997,11(5):6-8.[12]陈绪和,郭焰明.橡胶木加工利用现状和展望[J].世界林业研究,1994,7(4):42-47.DOI:10.13348/j.cnki.sjlyyj.1994.04.009.CHENXH,GUOYM.Thestateandoutlookofprocessingandutilizationofrubbertreewood[J].WorldForestryResearch,1994,7(4):42-47.[13]王韵璐,曹瑜,王正,等.加拿大铁杉正交胶合木弯曲性能预测与评估[J].林产工业,2017,44(7):15-20.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.201707004.WANGYL,CAOY,WANGZ,etal.PredictionandassessmentofCanadianhemlockCLTbendingperformance[J].ChinaForestProductsIndustry,2017,44(7):15-20.[14]SIKORAKS,MCPOLINDO,HARTEAM.Effectsofthethicknessofcross⁃laminatedtimber(CLT)panelsmadefromIrishSitkaspruceonmechanicalperformanceinbendingandshear[J].ConstructionandBuildingMaterials,2016,116:141-150.DOI:10.1016/j.conbuildmat.2016.04.145.[15]谢文博,王正,高子震,等.正交胶合木(CLT)性能测试及其分析[J].林产工业,2018,45(10):40-45.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.201810009.XIEWB,WANGZ,GAOZZ,etal.Performancetestandanal⁃ysisofcross⁃laminatedtimber(CLT)[J].ChinaForestProductsIndustry,2018,45(10):40-45.[16]WANGJB,WEIPX,GAOZZ,etal.Theevaluationofpanelbondqualityanddurabilityofhem⁃fircross⁃laminatedtimber(CLT)[J].EuropeanJournalofWoodandWoodProducts,2018,76(3):833-841.DOI:10.1007/s00107-017-1283-7.[17]卫佩行,王建和,郭叶莹子,等.层积结构对加拿大铁杉三层胶合木典型力学性能的影响[J].林业工程学报,2023,8(1):59-65.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202203037.WEIPX,WANGJH,GUOYYZ,etal.Theinfluenceoflam⁃inatedstructureonthetypicalmechanicalpropertiesofCanadahemlockplywood[J].JournalofForestryEngineering,2023,8(1):59-65.[18]王建和,卫佩行,高子震,等.加拿大西部铁杉正交胶合木胶合性能与耐久性初探[J].林产工业,2017,44(4):12-15.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.201704003.WANGJH,WEIPX,GAOZZ,etal.PreliminaryinvestigationofhemlockCLTbondingperformanceanddurability[J].ChinaForestProductsIndustry,2017,44(4):12-15.(责任编辑㊀莫弦丰)05。
竹集成材家具的造型和生产工艺(康典竹家具)自古以来人类就喜欢用木材和竹材来装点室内环境和制作室内家具。
因此,实木家具和圆竹家具历史悠久,源远流长,直至现代仍为人们所喜爱。
竹集成材家具是近几年开发出来的新生竹家具,因其材料具有大自然赋予的独特美感以及优越的材料特性,并具有生态性和环保性而为国内外,特别为环保意识较强的欧美发达国家所青睐。
笔者从家具基材、典型结构、基材天然的造型要素、特殊件加工及使用场所等几个方面,对竹集成材家具的特点作分析研究。
1 竹集成材家具基材制备竹材纹理通直,韧性大,劈裂性好,易于劈篾编织,通过简单的剖、冲、刨、磨等加工可制成各种生活用品,具有木材无可比拟的优点。
同时竹子具有繁殖容易,生长快,成材早,产量高具有一次造林成功,可年年择伐,永续利用而不破坏生态环境的特点。
由于竹材结构和化学组成都和木材有很大差异,其强度和密度都高于一般木材,竹材产品的强度大于一般木材产品,因此可用较小厚度的竹材产品替代较大厚度的木材产品,以取得经济上的优势。
竹材纹理通直,质感爽滑,色泽简洁,易于漂白、染色和炭化等处理,完全可以和一些阔叶材相媲美,是生产集成材的优质材料。
竹集成材是一种新型的竹质人造板;它是通过以竹材为原料加工成一定规格的矩形竹片,经三防(防腐、防虫、防蛀)、干燥、涂胶等工艺处理进行组坯胶合而成的竹质板方材。
根据家具用材的要求特点,可设计成以下结构:竹质立芯板材结构,竹单板(或竹薄木)结构,竹集成材横拼板,竹集成材竖拼板,上层横拼单板、下层为竖拼单板的双层复合型板,上下表层为竖拼单板、芯层为横拼单板的三层复合型板。
竹集成材家具就是用这种竹集成材加工而成的一类新型家具。
竹集成材最小单元为竹片,因此它继承了竹材的物理化学特性;同时又有自身的特点。
竹集成材具有竹材收缩率低的特性,在一定程度上改善了竹材本身的各向异性;并具有强度大、尺寸稳定、幅面大、变形小、刚性好、耐磨损,并可进行锯截、刨削、镂铣、开榫、钻孔、砂光、装配、各种覆面和涂饰装饰等加工方式,还可以调整产品结构和尺寸,并满足对强度和刚度等方面的要求,来满足不同的使用要求。
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?。
竹木复合板与竹木复合层积材的抗弯性能武秀明,孙正军*,许敏敏,覃道春,宋光喃(国际竹藤中心,北京100102)摘要:采用成熟的竹木复合集装箱底板制造工艺,根据不同的组坯方式,用竹帘及杨木单板压制成竹木复合板和竹木复合层积材。
该工艺的创新点在于只将杨木单板浸胶,而竹帘直接干燥铺装,以减少人工操作对竹帘的破坏。
通过研究两种板的抗弯性能,发现其顺向抗弯性能非常好,可将其分别作为集装箱底板和建筑结构用材。
此外,针对竹木复合板性能不稳定的问题提出了改进方案。
关键词:竹木复合板;竹木复合层积材;弯曲强度;弯曲模量中图分类号:TS 612文献标识码:A文章编号:2095-2953(2014)06-0018-03Flexural Performance of Bamboo-wood Composite Boards andBamboo-wood Composite LVLWU Xiu-ming,SUN Zheng-jun*,XU Min-min,QIN Dao-chun,SONG Guang-nan(International Centre for Bamboo and Rattan,Beijing 100102,China )Abstract :Using mature bamboo-wood composite container floor manufacturing process and according to different assembly modes,bamboo-wood composite plate and laminated bamboo-wood composite lumber are made by using bamboo curtains and poplar veneers.The innovation point of the process is that only the poplar veneer is dipped in the glue and the bamboo curtains are directly dried and paved to reduce the damage to bamboo curtains caused by artificial operation.The study on the flexural performances of the two kinds of boards shows that they have excellent forward bending performances and can be directly used as materials for container floors and building structural material.Besides,an improvement plan for solving the instability of bamboo-wood composite boards is presented.Key words :bamboo-wood composite board;bamboo-wood composite LVL;modulus of rupture;bending modulus近年来,随着竹木复合结构材料在汽车、船舶、铁路、车辆制造及建筑业等领域的广泛应用,人们也越来越重视对竹木复合结构材料的研究。