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竹材人造板是以竹材为原料,经过一系列的机械和化学加工,在一定的温度和压力下,借助胶黏剂或竹材自身结合力的作用,胶合而成的板状材料[1]。20多年来,中国竹材的开发得到了很大的发展[2]。出现了如竹材胶合板、竹蔑帘复合板、竹帘人造板等一批有代表性的工业化产品[3],在一定程度上缓解了木材供应的短缺,弥补了木材制品的不足。但是,以上3种竹材人造板的单元材料都是竹条(竹篾),特别是竹帘胶合板生产企业的原料(竹帘)收购质量控制仅仅局限于竹帘编织的疏密,而对同一竹帘中竹片的厚度均匀性、形态特征、缺陷等问题不够重视,生产过程中只是根据经验粗略的组坯,导致产品质量参差不齐,既浪费原料,又使产品内应力增加,稳定性较差。为了解决上述问题,研究了在同一层中采用不同质量(包括厚度均匀性、形态特征、缺陷等)的竹片制造竹帘胶合板,通过对其纵向静曲强度和弹性模量的测试和分析,寻求竹片的厚度误差允许值以及缺陷和形态特征要求,以便于在相同密度下生产出具有较高强度的竹帘胶合材。
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竹片由浙江省江山市某竹业有限公司提供,规格:厚竹片450.0 mm × 18.0 mm (14.0~25.0 mm) × 3.0 mm;薄竹片450.0 mm × 15.0 mm × 1.2 mm。不同类型竹片的形态特征见表 1。胶黏剂为固含量为28%的水溶性酚醛树脂浸渍胶,由浙江省江山市某竹业有限公司供应。
类别 厚度误差/mm 表面状况及缺陷 有无竹黄层 不规则弯曲情况/mm A类 < ±0.2 表面光洁无缺损 无竹黄 ≤0.5 B类 ±0.2~±0.4 表面光洁无缺损 无竹黄 0.5~1.5 C类 ±0.4~±0.6 表面粗糙无缺损 有少量竹黄 1.5~2.5 D类 ±0.6~±0.8 表面粗糖少量缺损 有大量经碾压竹黄 2.5~3.5 E类 > ±0.8 表面粗糙有缺损 有大量未经碾压竹黄 3.5~4.5 Table 1. Morphological characteristics of different types of bamboo
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XLB-D500×D500×1平板硫化机,JA2003电子天平,MWD-50微机控制式木材万能试验机,推台锯,烘箱,游标卡尺,卷尺,厚度规等。
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试验制板工艺流程为竹片选材→干燥→称量→施胶→凉干(干燥)→铺装→胶合→取样→检测。
试验设计密度为850~880 kg·m-3的竹帘胶合板,厚、薄竹片浸胶时间都为5 min,铺装时采用以中间层对称的原则,自下而上为:纵向3层薄竹片,纵向3层厚竹片,横向1层厚竹片,纵向1层厚竹片(芯层),横向1层厚竹片,纵向3层厚竹片,纵向3层薄竹片(图 1)。在上下各盖1层脱膜纸,然后再覆盖上钢板。采用厚度为32.0 mm的厚度规。
热压参数为:热压温度为(140±5) ℃,压力为3.5~4.0 MPa。等待上下压板温度达到要求后将板坯放入热压机进行45 min热压,然后冷却到70 ℃以下取出,自然存放48 h[4-7]。
每一种竹片各制得4块竹帘胶合板,用推台锯机锯成350.0 mm × 210.0 mm × 32.0 mm(长×宽×厚)的样品块,再将样品块锯成350.0 mm × 50.0 mm × 32.0 mm(长×宽×厚)的条形竹胶板4块,即同类竹片制得的板材检测试样共16块,用于检测静曲强度(MOR)与弹性模量(MOE)。将同一块板上的4个试样数据取平均值,记录试验结果如表 2(表 2中同一块竹胶板上的4个试件只列出性能平均值,如E:1-1表示E类竹片制得的1-1号竹胶板上4个试件的纵向静曲强度及弹性模量的平均值,以此类推)。
试件序号 纵向静曲强度/MPa 弹性模量/MPa E:1-1 39.1 5 051.0 E:1-2 45.7 5 555.8 E:1-3 41.8 4 680.2 E:1-4 38.4 5 366.9 D:2-1 62.6 5 442.2 D:2-2 70.0 5 804.6 D:2-3 66.9 5 243.6 D:2-4 61.3 5 307.4 C:3-1 62.5 5 621.1 C:3-2 82.9 6 051.0 C:3-3 93.9 6 483.3 C:3-4 81.1 5 795.3 B:4-1 115.6 7 295.3 B:4-2 118.2 7 547.7 B:4-3 122.1 8 055.1 B:4-4 113.3 6 945.4 A:5-1 122.8 7 457.8 A:5-2 129.8 7 623.2 A:5-3 121.7 7 498.9 A:5-4 123.8 7 293.3 Table 2. Tentative data
1.1. 试验材料
1.2. 试验设备
1.3. 制板工艺流程
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通过对不同质量的竹片单元制得的竹材胶合板的性能进行研究分析,可以得出:竹片的单元质量,
包括竹片取材部位、竹片弯曲度、竹片厚度均匀性、缺陷以及铺装方式对竹材胶合板的性能都具有一定的影响。另外,部分竹片中存在缺陷,节子突出,而竹子中竹节的维管束走向和分叉严重,影响竹材的韧性强度和均匀度,加工中由于竹节与节间材料的性能不一致,常引起表面不平,从而胶合强度不一致[11-12],因此,在挑选最佳竹片形态时,应尽量避免竹节。
最佳制板竹片形态:挑选的竹片原料表面平整、无弯曲变形现象;各层的竹片厚度接近一致;以中心层对称,上下相应的各层厚度也接近一致;无竹黄层,无虫蛀无腐蚀现象;竹节平滑,不能有大幅度的突出。
最佳竹片单元的形态特征图以及制得的竹胶板厚度方向上的竹片在横向与纵向的排列情况见图 12~13。
采用最佳竹片单元制得的竹帘胶合板的性能数据见表 3。
试件序号 纵向静曲强度/MPa 弹性模量/MPa 6月1日 131.2 10 278.4 6月2日 131.0 10 523.9 6月3日 127.8 10 476.3 6月4日 128.9 10 720.8 Table 3. Bamboo-based plywood repeated tentative data