竹材弧形原態(tài)重組材料制造技術(shù)研究.pdf

1、我國竹材資源豐富，利用具有豐富資源的竹材開發(fā)新型竹材弧形原態(tài)重組材料及其相關(guān)技術(shù)，以竹代木，對包括非木質(zhì)材料在內(nèi)的生物質(zhì)材料的可持續(xù)發(fā)展和利用具有十分重要的意義。
　　本文為國家“十一五”科技支撐計劃重大項目“以竹代木高效利用關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與開發(fā)”（2006BAD11A16）課題資助。開展創(chuàng)新性研究，將毛竹通過加工（含切段、破竹、去青去黃等）成符合要求的弧型竹片，前期處理、干燥、指接、涂膠、組坯、熱壓（含平壓、側(cè)壓）、刨光等工序

2、，開發(fā)竹材弧形原態(tài)重組材，并研發(fā)了機(jī)械破竹機(jī)、高頻熱壓機(jī)(含平壓與側(cè)壓)等專用設(shè)備。本文對竹材原態(tài)弧形重組材料及其相關(guān)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：
　?。?）根據(jù)竹材弧形原態(tài)重組材料的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行力學(xué)分析，相對于曲率半徑趨于?的矩形竹單元而言，具有較小曲率半徑的弧形竹材單元強(qiáng)度較高，在承受相同荷載的情況下，相對不易發(fā)生變形或斷裂。當(dāng)荷載均勻分布的情況下，弧形竹材單元曲率半徑為常量，圓弧形的竹單元相對于非圓弧形(包括矩形竹單元)

3、能夠承受較大的荷載。竹材弧形原態(tài)重組材料充分合理利用竹材纖維材料的固有特性，使竹竿抗彎、抗壓和抗剪能力增強(qiáng)，既保留了竹材原有的物理力學(xué)性能，又保證了竹材的高利用率，強(qiáng)度高、規(guī)格大、密度分布均勻，保持了竹材的天然紋理結(jié)構(gòu)。
　?。?）在前期制造工藝中，涉及保持竹材原態(tài)以及后續(xù)成型高頻熱壓，對弧形竹片的干燥尤為重要。在弧形竹片的干燥特性試驗中，干燥溫度越高，干燥速度越快，在干燥時間相同時，干燥溫度高的含水率低，而高溫干燥較低溫干燥，干

4、縮率大，變形也較大。隨著弧形竹片含水率的下降，干縮率提高，半徑增大，當(dāng)含水率降至5％以下時，干縮率與半徑趨于穩(wěn)定?；⌒沃衿诟稍镞^程中，除了發(fā)生干縮變形外，還會產(chǎn)生皺縮、開裂等缺陷。干燥溫度不同，弧形竹片發(fā)生缺陷的情況也不同。當(dāng)干燥溫度低于70℃時，干燥效果較好，并未產(chǎn)生明顯缺陷，當(dāng)干燥溫度高于70℃時，弧形竹片將產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象；當(dāng)干燥溫度大于90℃時，弧形竹片在產(chǎn)生翹曲變形的同時還伴隨著皺縮現(xiàn)象；當(dāng)干燥溫度大于100℃時，弧形竹片同時存

5、在翹曲、皺縮和開裂現(xiàn)象。在弧形竹片的不同部位，存在著一定的干縮差異。在弦向，竹青側(cè)干縮率大于竹黃側(cè)干縮率，約為竹黃側(cè)干縮率的2倍；弦向平均干縮率大于徑向平均干縮率。就弧形竹片整體而言，長度和竹節(jié)對竹片的干縮率、幾何尺寸及半徑的影響不大，但竹節(jié)部位干縮率小于無節(jié)部位干縮率。
　　（3）根據(jù)實驗室試驗和工廠中試，以酚醛樹脂為膠黏劑生產(chǎn)竹材弧形原態(tài)重組材比水溶性異氰酸酯生產(chǎn)竹材弧形原態(tài)重組材的性能略低，考慮到生產(chǎn)成本，工業(yè)生產(chǎn)中以采用酚

6、醛樹脂膠粘劑為宜。酚醛樹脂膠粘劑雙面涂膠量為250g/m2時，板材的各項性能良好。單位熱壓力為2.0MPa和3.0MPa時，板材的各項性較好，相差不大。考慮到節(jié)約能源、降低成本，單位壓力為2.0MPa是理想的單位壓力條件。經(jīng)力學(xué)測試，竹材弧形原態(tài)重組材的靜曲強(qiáng)度及彈性模量基本達(dá)到60E優(yōu)等品結(jié)構(gòu)用單板層積材、C級結(jié)構(gòu)用竹木復(fù)合板和B類50型竹膠合板，可作為結(jié)構(gòu)材用于承重場合。
　?。?）在竹材的破除過程中開發(fā)設(shè)計彈力夾緊式去內(nèi)節(jié)破

7、竹機(jī)，在破竹刀盤上安裝固定去內(nèi)節(jié)刀盒，破竹刀盤后部內(nèi)壁固定刀盒，刀盒內(nèi)裝有彈力夾緊式的固定片、彈力動片以及去內(nèi)節(jié)刀。集破竹、去內(nèi)節(jié)于一體，節(jié)約成本，簡化工藝流程，提高生產(chǎn)效率。
　?。?）在竹材弧形原態(tài)重組材料生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備中，高頻熱壓機(jī)是尤為重要的設(shè)備。高頻熱壓機(jī)具有上壓、側(cè)壓、縱壓三維加壓功能，具有雙工位生產(chǎn)方式，自動進(jìn)出料功能；壓機(jī)的控制系統(tǒng)采用三級聯(lián)網(wǎng)控制結(jié)構(gòu)，設(shè)備控制級控制機(jī)器，現(xiàn)場控制級完成工藝控制，可選項工廠控制級完成