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广东茶秆竹材性分析及开发利用研究



全 文 :广东茶秆竹材性分析及开发利用研究
云 虹, 涂登云, 欧丽芳, 郭 琼
(华南农业大学林学院,广东 广州 510642)
摘 要:物理力学性能测试结果表明,茶秆竹的密度为 0.873g/cm3,抗弯强度和抗弯弹性模量分别达到了
276.6MPa和 21 060MPa,属于常见竹种中的优良品种。结合广东省丰富的茶秆竹资源,分析了深入开发茶秆竹的意
义,并在此基础上提出了开发茶秆竹家具、竹纤维、高档竹制品及竹生态旅游等方面的建议。
关键词:广东省;茶秆竹;高附加值
中图分类号:S759文献标识码:A 文章编号:2095-2953(2013)09-0014-03
Guangdong Pseudosasa Amabilis Performance Analysis and
Its Development and Utilization
YUN Hong, TU Deng -yun, OU Li-fang, GUO Qiong
(College of Forestry,South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong 510642, China)
Abstract:ThephysicalandmechanicalpropertiestestresultsofPseudosasaamabilisshowthatthedensity,modulusof
ruptureandmodulusofelasticityhavereached0.873g/m3,276.6MPaand21060MParespectively,agoodvarietyofcommon
bamboos.BasedonrichPseudosasaamabilisresourcesinGuangdong,thesignificanceofin-depthdevelopmentof
Pseudosasaamabilisisanalyzed,basedonwhichsuggestionsfordevelopingPseudosasaamabilisfurniture,bamboofiver,
high-gradebambooproductsandbambooeco-tourismareputforward.
Key words:GuangdongProvince;Pseudosasaamabilis;highvalueadded
茶秆竹(Pseudosasa amabilis)别名厘竹、青厘竹,是
一种优良的笋、竹两用竹种,其茎杆通直、节平、坚韧、
弹性强、耐腐蚀、不易虫蛀,既可作为建筑材料,也可用
于家具、胶合板和竹浆造纸等,是广东省的传统出口商
品竹。目前,广东省茶秆竹林面积约 4.04万 hm2,占全省
竹林面积的 9.5%。茶秆竹具有生长迅速、轮伐期短、产
量高、收益大等特点。此外茶秆竹的地下根系发达,是
有利于水土保持、生态公益的优良竹种[1]。长期以来,广
东省的茶秆竹加工和利用一直处于初级阶段,其主要产
品有竹笋、竹板、竹杆、竹篾、竹纸等[2],产品附加值低。
本文旨在通过对茶秆竹的材性分析并结合其产业现状,
研究和探索新的加工方式及产业发展方向,以期提高茶
秆竹的附加值,推动竹产业的发展。
1 广东茶秆竹利用现状
广东省怀集县和广宁县是茶秆竹的主产区,其出
口量约占全国的 70%[3]。其中,怀集县茶秆竹林面积
3.4万 hm2,全县茶秆竹加工企业 300多家,年产值达
1.1亿元人民币,每年出口创汇 1 200多万美元[4]。广宁
县内的茶秆竹主要分布在与怀集县交界的古水镇、坑
口镇、石咀镇、赤坑镇和南街镇的部分村庄,面积约
1 万 hm2。广宁县的县志中曾记述:“山背几顷种青篁,
抵得东田万亩粮”。
虽然占有资源上的优势,但茶秆竹产品的开发却
比较单一和传统。支撑杆是茶秆竹最常见的产品之一,
主要用于支撑香蕉、树木、瓜豆、葡萄等,由于茶秆竹茎
杆通直,不易虫蛀,节平、坚轫、弹性强,因此对其稍作
简单的防腐处理即可作为支撑杆用。但支撑杆产品价
格偏低,常见的“沙白竹”支撑杆约 4元/根。
收稿日期:2013-06-07
基金项目:广东省地方标准项目“家具用竹集成材”(2009-
DB-16)
第 41卷 第 9期 林 业 机 械 与 木 工 设 备 Vo1 41 No.9
2013年 9月 FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT Sep. 2013
综 述
注:以上数据均在节间部位测试
表 1 茶秆竹物理力学性能
竹签也是茶秆竹的主要产品之一,属于竹材的粗
加工产品,用于烧烤、牙签、工艺品等,其分染色和未染
色两种。竹签的加工工艺简单,只需锯竹-破竹-开片-
拉丝-锯丝-抛光这几道工序即可加工出产品,但产品
附加值低,生产规模有限,因此竹签的加工企业多为家
庭作坊式加工厂,工作环境差,生产效率低。
茶秆竹是传统钓鱼竿的制作材料。怀集县的“坳仔
牌”茶秆竹是有名的钓鱼竹,其竹材茎正圆笔直,径细肉
厚,节小环平,隆起不明显,干燥后 120°弯曲回复率为
100%,是制作钓鱼竿的绝佳材料。日本九州等地客商每
年都要来怀集采购大量茶秆竹作为钓鱼竿的原材料,
回国后进行二次加工。一支成品钓鱼竿在美国售价每
支最低 100美元,最高可达 300美元。此外,茶秆竹还
是制作滑雪杆、笔杆、花架、雕刻工艺品等的绝好材料,
但目前广东省仍是以出口原材料为主,并没有进行产
品的精深加工。
目前,怀集县每年产茶秆竹 10万 t,全县有竹业加
工企业 300多家,长年出口茶秆竹至欧洲、美洲、澳洲
等地区。虽然政府通过协调使茶秆竹的种植、加工和贸
易等整个产业链得到了系统改善,但就整体而言,全省
的茶秆竹加工利用技术仍旧处于较低水平,亟需通过
产业规划和新产品开发来带动产业升级。
2 茶秆竹材性分析
为了更好地对茶秆竹进行利用,对其密度、抗弯强
度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度等物理力学性能进行
测试与分析,从而能够更加合理地对材料进行高附加
值的利用。
2.1 实验材料
测试用茶秆竹采自广东省怀集县坳仔镇,取 2年
生、3年生的典型茶秆竹各两株,自基部离地面 1.0m的
整竹节处,向上取约 2.0m长一段并在整竹节处截断。
2.2 实验仪器
木材万能力学实验机;电子分析天平(1/10000);电
热恒温烘箱;干燥器。
2.3 实验方法
将竹株气干后置于温度为20±2℃、相对湿度为65%±5%
的环境中进行含水率调整,至质量达到基本稳定后按
照 GB/T 15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》要
求制作试样,并分别测试其密度、抗弯强度、抗弯弹性
模量及顺纹抗压强度指标。
纤维形态测定时将竹材削成 1.5cm×1.5cm×0.1cm
的竹条,将其装入玻璃试管中,用沸水煮 1h,然后按照
氯酸钾∶60%硝酸∶水为 1∶2∶1的比例将水煮后的小竹条
进行浸泡分离,直至解离成单个纤维,将样品冲洗至中
性并用番红试剂染色,再使用生物显微镜进行观测。
2.4 实验结果
茶秆竹物理力学性能见表 1。
由表 1可知,3年生的茶秆竹密度比 2年生的略大
且力学性能稍好些,其中密度达到了 0.873g/cm3,比普
通毛竹密度大 0.06g/cm3,属于竹材当中密度较大的品
种。抗弯强度和抗弯弹性模量分别达到了 276.6MPa和
21 060MPa,比普通毛竹的平均抗弯强度和抗弯弹性模
量高约 81%和 74%[5]。顺纹抗压强度平均为 116.6MPa,
由此可知茶秆竹是一种结构质密、强度大的材料,可作
为支撑件或结构件。茶秆竹平均纤维长度为 1885.18μm,
纤维宽度为 18.44μm,长宽比大,适于做造纸用材和纺
织用纤维。
3 茶秆竹高附加值开发利用
虽然广东省茶秆竹远销欧美、东南亚、日本、韩国
等 40多个国家和地区,在国际市场上享有很高的声
誉,但目前茶秆竹产品的种类单一、档次低,基本上是
只对竹材进行粗略加工便投入市场或出口,因此产业
收益率低。茶秆竹开发利用的重点是在保留其传统优
势的前提下进一步开发新产品,提高产品档次以增加
产品附加值。
3.1 茶秆竹家具开发
圆竹家具是用圆竹材、竹条、竹片等通过应用现代
家具设计理念和传承传统中华竹文化,利用现代加工
技术和工艺制成的。圆竹家具能够体现竹子本身特点
与韵味,使用者能看到竹材直线与曲线的完美结合,与
家具产生情感上的交融。茶秆竹茎杆通直,节平,平均
胸茎为 4~6cm,此外竹材不易虫蛀、干裂,是制作圆竹
家具的上好材料。通过对茶秆竹圆竹家具的造型设计
创新、加工工艺改进以及产品品牌的创建运营等一系
列工作,使茶秆竹家具成为该区域竹产业的龙头产品。
设计的创新要不仅体现在外观、结构等传统的要
素方面,而且还应满足消费者在功能、环保方面的要
竹龄
2年生
3年生
密度
/g·cm-3
0.825
0.873
抗弯强度
/MPa
238.6
276.6
抗弯弹性
模量/MPa
16640
21060
顺纹抗压
强度/MPa
111.5
121.6
纤维长度
/μm
1766.25
2004.10
纤维宽度
/μm
16.92
9.96
云 虹,等:广东茶秆竹材性分析及开发利用研究 15第 9期
求。茶秆竹家具可以实现圆竹家具的标准化、系列化和
可拆装化,从而改善传统圆竹家具在设计上形态单一、
生产效率低等缺点。零部件标准化及生产模块化可以
作为茶秆竹家具生产开发的重点。因为茶秆竹的茎杆
直,粗细均匀,因此容易对其进行分类和模块化管理。
此外,在设计时通过对家具结构及连接方式的创新改
进,实现圆竹家具的可拆装及可替换性,这都将成为茶
秆竹家具的特色与创新点。新产品的开发过程也是竹
家具品牌的创建过程,整合原有分散的小型家具企业,
进行专业化、规模化生产,通过政府的引导和支持,引
进先进的设备和技术,加强行业管理并进行广泛推广,
使茶秆竹的主要产区形成具有一定规模和知名度的竹
家具生产集群,推动区域经济发展。
3.2 竹纤维产品开发
竹纤维是通过高科技手段从竹子中提取出来的一
种绿色无污染的环保型纤维,具有良好的吸湿透气性、
耐磨性及染色性。同时,竹纤维还具有天然抗菌、抑菌、
防螨、防臭和抗紫外线等特性,被业内专家称为“会呼
吸的纤维”或“纤维皇后”。用竹纤维制成的面料被誉为
是“二十一世纪最具发展前景的健康面料”。
近几年,各地纷纷加大对竹纤维的开发力度,抢占
市场。在竹资源丰富的省市,涌现出很多实力雄厚的竹纤
维生产企业,如山东滨洲的巾品世家、湖南长沙的欧林
雅等。2012年中国竹纤维的十大品牌中没有一个来自广
东省,这与广东省竹材资源丰富的地位是极不相符的。
开发广东地区竹产业的一项重点工作是对竹浆纤
维的开发。茶秆竹的纤维素含量为 53.2%[6],竹纤维细
长,呈纺锤状,两端尖锐,纤维平均长度比针叶木略短,
比阔叶木要长。平均长度随品种而异,大多在 15~20mm
之间,宽度在 15~18μm之间,长宽比较大,纤维素与木
材接近[7],因此适于制作纺织用竹纤维。在茶秆竹的集
中产地,需要进行有重点、有针对性的建设。开发竹纤
维产业需要大量的人力、财力以及技术的支撑,同时还
需要有一个完整的产业链,如竹浆制造、面料制造、服
装设计制造、销售等一条龙产业。对此,可通过学习和
借鉴四川、浙江、湖南等竹纤维产业先进省市的经验和
模式,使广东茶秆竹纤维加工业成为一项可持续发展
的重点产业。
3.3 高端竹制品开发
茶秆竹被人们称之为“钢竹”,又称之为“竹中之
王”。据当地史料记载,清朝道光年间,一位英国商人在
广州街头见一位怀集坳仔镇农民摆卖一捆野生厘竹,
竹色鲜黄,竹质坚韧,他买了几支带回英国,大受赞赏。
之后,英国商人托中国商人大量收购,供应英国市场,
还声称非怀集坳仔镇厘竹不买。从此,茶秆竹远销欧美
市场,被制作成上等的钓鱼竿。美国曾经用塑化后的茶
秆竹做飞机油箱的零部件;20世纪 50年代,苏联用坳
仔镇的茶秆竹制成“古比雪夫”牌滑雪杆,曾风靡一时,
乃至当时的国际滑雪比赛中规定,要用中国坳仔镇的
茶秆竹制作滑雪杆。
在怀集县的坳仔镇,有竹器加工一条街,这条长仅
1.5km的小街由 130多家加工厂组成,房前屋后都堆满
了待加工的茶秆竹。这些茶秆竹被加工成“沙白竹”或
“香骨”,再投入市场或出口,产品附加值很低。充分利
用茶秆竹地域优势,开发高端竹工艺制品是茶秆竹资
源产区发展的又一重要途径。所谓高端竹产品,即使用
最优质的茶秆竹原材料,通过创新设计和先进工艺,以
及完善的品牌建设等一系列措施打造出高品质产品,
但这是一个长期的过程。广东的茶秆竹在竹制品这一
领域完全有实力打造出具有自己品牌的高端产品,如
钓鱼竿、滑雪杆,以及其他体育器械、乐器、工艺品等。
这样,我们出售的就不仅仅是资源,而是带有自己知识
产权和风格的高端产品,经济效益将成倍增长。
3.4 生态旅游产业开发
作为“岁寒三友”之一的竹子总能给人以远离世
俗、虚心自持,挺拔俊逸、超凡脱俗的气质。茶秆竹挺拔
且茎杆均匀,一般株高 10m以上,径粗 3~5cm,有的可
达 8cm,竹杆嫩绿,片植效果较好,远远望去,一株株挺
拔的竹子在风中摇曳,景色颇为壮观。茶秆竹的成材砍
伐时间约为 3~4年[8],在营林的同时,还应努力打造出
文化内涵丰富的“竹海大观”生态旅游景区,开展以竹
类资源为载体的生态旅游业。通过对综合开发竹子的
旅游价值重新定位,打造森林旅游精品(如建立茶秆竹
公园、植物园等)。使茶秆竹资源丰富的地区成为集竹
材种植培育、科技示范推广、竹产品生产加工、竹文化
展示以及旅游观光等功能为一体的综合专业县市。
4 结束语
深入开发广东的优质竹资源—茶秆竹,具有巨大
的经济效益和生态效益,对推动当地县市工业发展,促
进产业升级具有重要意义。应通过全方位规划及开发,
使茶秆竹及其产品成为广东省的一张特殊名片。
参考文献:
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第一作者简介:云 虹(1978-),女(蒙古族),内蒙古人,
硕士,华南农业大学林学院讲师,Email:hongy@scau.edu.cn。
仿生学及生物力学研究综述
杜鹏东
(国家林业局哈尔滨林业机械研究所,黑龙江 哈尔滨 150086)
摘 要:介绍了仿生学概念、分类、研究现状及其发展前景;生物力学概念、研究现状及其研究方法。阐述了研
究仿生学及生物力学应用的重要意义。
关键词:仿生学;生物力学;研究综述
中图分类号:Q811文献标识码:A 文章编号:2095-2953(2013)09-0017-05
Review of Bionics and Biomechanics
DU Peng-dong
(Harbin Research Institute of Forestry Machinery, Harbin Heilongjiang 150086, China)
Abstract:The concept, classification, research status and development prospect of bionics and the concept, classification,
research status and research methods of biomechanics are introduced , and the significance of studying the application of
bionicsandbiomechanicsisstated.
Key words:bionics;biomechanics;review
人类在探索自然、寻求发展的过程中,注重对各种
生物运动机理的研究,从而将不同生物的独特特征与
科技发展结合起来以促进人类社会更好、更快地发展,
经过科学实验提供直观而可靠的运动学及动力学数
据,以便为人类提供更好的服务。
1 仿生学
1.1 仿生学概念
仿生学的英文是 bionices,该词是由希腊语 bion(译
为:生命)以及字尾的 ices(译为:工程技术)构成的,于
1960年开始使用。仿生学指的是模仿生物建造技术装
置的科学,是 20世纪中期才出现的一门新的边缘科
学,它涵盖了生物电子学、生物仿真材料、生物物理学
和生物传感器等[1]。
仿生学通过对生物体的结构、行为和功能进行研
究模拟,最大限度地将某些生物的独特优势应用于高
性能的仪器、装置和机器,并且从生物体中得到灵感,
创造新技术为人类科学服务。仿生学从产生到现在只
有短短几十年,但其取得的成绩却举世瞩目,通过全世
界科研人员的不懈努力,仿生学已为科学研究和社会
发展开拓了独特的技术道路,给人类生活与生产创造
了更多的可能,显示出鲜明的创新性和应用性以及强
大的生命力[2]。
像其他学科一样,仿生学也具有自己独特的研究
方法。对于仿生学来说,通常是生产实践提出技术问收稿日期:2013-07-15
第 41卷 第 9期 林 业 机 械 与 木 工 设 备 Vo1 41 No.9
2013年 9月 FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT Sep. 2013
综 述
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