全 文 ：72 林业科技开发 2014 年第 28 卷第 6 期
doi:10． 13360 / j． issn． 1000－8101． 2014． 06． 017
淡竹增强空心刨花板抗压强度分析
张海洋，罗海，卢晓宁* ，蒋军
(南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037)
摘 要:研究了小径淡竹的上、中、下部增强空心刨花板所形成的竹木复合材料的抗压强度性能，并利用 Minitab
16． 0 对 3 组复合材料的抗压强度进行了统计分析。结果表明，受到竹秆尖削度和淡竹沿高度方向的力学性能差异
的影响，上部淡竹增强材料的抗压强度平均值最小，标准差较大，其抗压强度较为符合 Weibull分布;下部竹材增强
材料的抗压强度最大，标准差较小;中部竹材增强材料的抗压强度次之，但是中、下部增强材料的抗压强度较为符
合正态分布。3 组增强材料抗压强度的累积分布曲线也表明，下部竹材增强材料的力学性能最优。
关键词:淡竹;空心刨花板;竹木复合材料;抗压强度;Weibull分布
The analysis of compression strength of hennon bamboo-reinforced extruded particleboard∥ ZHANG
Haiyang，LUO Hai，LU Xiaoning，JIANG Jun
Abstract:The compression strength of extruded particleboards reinforced by top，middle and bottom part of Hennon bamboo
was studied． Minitab 16． 0 was used to analyze the compression strength of three groups of composites． The results showed
that with the influence of taper and the different strength of the bamboo，the composite reinforced by the top part of bamboo
had the lowest compression strength with the largest standard deviation． Its compression strength values followed the Weibull
distribution． The composite reinforced by the bottom part of bamboo exhibited the highest compression strength with small
standard deviation． The compression strength of composites reinforced by either bottom or middle part of bamboo follows the
normal distribution． The cumulative distribution curves also showed that the composite reinforced by the bottom part of bam-
boo has the best mechanical performance．
Key words:Phyllostachys glauca;tubular particleboard;bamboo-wood composite;compression strength;Weibull distribu-
tion
Author’s address:College of Materials Science and Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China
收稿日期:2014－04－15 修回日期:2014－06－15
基金项目:国家林业公益性行业科研专项项目(201104042)。
作者简介:张海洋(1985 －)，男，博士生，研究方向为木质复合材料。
通讯作者:卢晓宁，男，教授。E-mail:luxiaoning － nfu@ 126． com
竹材及其相关产业是许多竹材资源丰富地区
(如浙江、安徽、福建等)重要的经济发展支柱。提高
竹类产品的附加值以提升竹产业的利润率一直是相
关企业和研究人员的共同目标［1－2］。在这种目标的
激励下，竹类结构材料应运而生，目前主要有竹材胶
合板、竹材定向刨花板、平行竹条层积材、竹集成材和
竹重组材等［3－8］。这些竹结构材的生产原料主要为
较大直径(外径 ＞ 8 cm)的毛竹，而资源丰富的中、小
径竹材的工业化利用率则一直较低［9］。笔者利用小
径淡竹为增强材料，结合空心刨花板开发出一种新型
原竹增强竹木复合材料，为小径竹材的工业化利用提
供一种新方法和新思路。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
小径淡竹(Phyllostachys glauca)产于江苏句容，
竹龄为 2 ～ 3 a，高 3 ～ 4 m，外径 15 ～ 25 mm，气干至
12%含水率。
空心刨花板由江苏凯旋木业生产，生产原料为制
材厂、家具厂的松木与杉木加工剩余物制成的中等刨
花。刨花板厚度为 33 mm，孔径为 22 mm，空隙之间
的圆心距离为 28 mm，含水率为 12%左右，表观密度
(包含空心部分的刨花板密度)为 0． 28 g /cm3，实质
密度(不包含空心部分的刨花板实心部分的密度)为
0． 60 g /cm3。
胶黏剂选用汉高公司所产的工程用木质单组分
聚氨酯胶黏剂“HB 309”。该胶黏剂能够与空气中的
水分发生反应，产生发泡硬固化效果，其凝胶时间为
30 min，固化时间为 75 min。
1． 2 制板工艺
由于淡竹表面的竹青不利于胶合，为了增强空心
刨花板与竹材外表面的胶合性能，首先利用特制的砂
光机将竹青和竹节突出部分全部去除，保持淡竹表面
光滑;然后将淡竹沿长度方向的上部、中部和下部截
成 3 段约 1． 2 m的竹段，截断过程中需要尽量保证竹
应用研究 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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段的通直;在竹段表面均匀涂抹一层厚度 1 mm 左右
的胶黏剂;再将竹段插入预先锯制好的沿孔径方向长
度为 1 m的空心刨花板孔洞中，然后水平放置，使其
能够完全固化。将所得淡竹增强刨花板按照竹段的
位置分为上、中、下部增强组。
1． 3 抗压强度测试和分析方法
淡竹增强空心刨花板的抗压强度测试试件的横
截面如图 1a所示，试件宽度为 59 mm，沿孔洞方向的
长度为 100 mm。抗压强度测试在万能力学实验机上
进行(图 1b)，试件受压方向与竹材长度方向一致。
加载速度为 10 mm /min，试件在 30 ～ 90 s 内发生破
坏，每组试件重复 50 个。
利用 Minitab 16． 0 绘制直方图、分布检验图和累
计分布图。
图 1 抗压试件和抗压强度测试
2 结果与分析
空心刨花板在挤压法生产中所受热压压力小于
平压法生产，从而使得空心刨花板的实质密度较低。
而且由于挤压法工艺的特点，使得空心刨花板中的刨
花厚度方向与空心刨花板的长度方向较为一致，但该
方向的力学性能较低，使得空心刨花板难以用做结构
材料，一般只能用做隔断材料，在大多数情况下不需
要承受任何荷载。淡竹的加入使得增强后的板材沿
孔洞方向的力学性能大大提高，具有作为抗压材料的
潜质，因此将抗压强度作为最重要的力学性能进行了
测试。
从图 1 可以看出，复合材料的抗压破坏在外部表
现为空心刨花板的撑裂，这种撑裂主要发生在力学性
能较差的空心刨花板孔洞之间的腹板上，表现为向两
边撕裂的破坏形式，而内部淡竹的破坏主要是沿竹纤
维方向的开裂和向四周的开裂，外部刨花板在竹材向
四周开裂的作用下发生开裂破坏。这种破坏形式进
一步提高了竹材的抗压强度。
竹材在单独受压下的失效形式主要为长细比较
大时的压杆不稳定和长细比较小时竹材沿竹纤维方
向的向四周开裂。竹材与空心刨花板的复合，不但使
竹材横截面的惯性矩变大，提高了压杆稳定极限，且
外部空心刨花板的向内挤压作用有效阻止了竹材在
受压达到极限时竹纤维向外开裂的现象，延缓了竹材
的破坏，提高了复合材料中竹材的抗压强度。这种复
合材料的抗压极限并非竹材和空心刨花板抗压极限
的简单相加，而是大于这两种材料的抗压极限之和。
例如在下部增强组抗压强度测试中，单独两根竹材的
抗压极限之和为 20 ～ 25 kN，单独空心刨花板的抗压
极限为 4 ～ 5 kN，而复合材料的的抗压极限则为 35 ～
40 kN，相比单独材料之和增加 30% ～ 40%。这更好
地发挥了小径竹的抗压承载能力，使小径竹用做结构
材成为可能。
测试结果显示，上部增强组的抗压强度均值为
18． 28 MPa，标准差为 4． 21 MPa;中部增强组的抗压
强度平均值为 18． 65 MPa，标准差为 3． 15 MPa;下部
增强组的抗压强度平均值为 19． 68 MPa，标准差为
2． 80 MPa。抗压强度分布情况如图 2 所示，其中，上
部增强组的抗压强度变异性最大，抗压强度的分布偏
向于小于平均值的一边;而中部和下部增强组的抗压
强度分布则较为符合正态分布，没有明显的偏向性。
根据这 3 组材料的强度分布规律，可以得出强度的稳
定性和可靠性，为材料的进一步利用提供设计和计算
依据。
图 2 上部、中部和下部增强组抗压强度的分布
将上部、中部和下部 3 组增强组的抗压强度数值
在 Minitab 16． 0中分别利用Weibull分布、正态分布和
对数正态分布进行拟合，得到的结果如图 3 所示。
Weibull分布一般可作为分析材料强度分布的首选。
Weibull在 20世纪 30年代初发现，正态分布不能描述
许多材料的强度分布结果，于是发明了Weibull分布来
分析不同材料的强度，例如棉花和金属等［10－11］。从图
3 可知，上部增强组的抗压强度最符合 Weibull 分布，
因为许多中间的抗压强度数值都在正态分布和对数
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 应用研究
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正态分布的 95%置信区间线所包含的范围之外，而
Weibull分布可以将这些数值都包含在 95%置信区间
范围内，因此利用Weibull分布来描述上部增强组的抗
压强度的分布特点最合适，其形状参数为 8． 16，尺度参
数为 19． 41。而中、下部增强组的抗压强度都符合正态
分布，正态分布的 95%置信区间较好地包含了所有的
抗压强度数值，而 Weibull 分布与对数正态分布不能
使所有数值或强度数值落于 95%的区间线上。中部
增强组的抗压强度的数学期望是 18． 76 MPa，标准差
为 2． 63;下部增强材料的抗压强度的数学期望是
20． 70 MPa，标准差为 2． 14。
抗压强度不同的分布形式主要是由淡竹竹材外
径的变化所致。通过测量淡竹的上、中、下部的外径
可知，淡竹上部的外径变化较大，即上部竹秆的尖削
度较大，而空心刨花板的孔径都是相同的;这就使得
增强材料中的竹材和空心刨花板之间的缝隙由顶部
向下逐渐减小，而缝隙大的材料在抗压强度测试中的
破坏是由于增强竹材的偏心受压所致，使其抗压强度
有很大降低，所以上部增强组的抗压强度分布向左偏
置，其整体分布符合 Weibull 分布。而中、下部竹材
的外径变化小于上部，使其发生正常的竹材和刨花板
开裂破坏，所以抗压强度更接近于正态分布。从标准
差中可看出，上部增强组的标准差大于中、下部，而
中、下部则比较接近。
图 3 抗压强度的Weibull分布、正态分布和对数正态分布检验
上、中、下部 3 组增强组的抗压强度累积分布图
和各自的拟合曲线见图 4，上部增强组是利用Weibull
分布拟合的，而中、下部增强组是利用正态分布拟合
的。从图 4 可看出，下部增强组与上、中部增强组的
抗压强度之间有显著区别，这与图 3 有所不同，图 3
显示中、下部增强组比较相似，但与上部增强组相差
较大。3 组材料在 95%置信区间不发生破坏的抗压
强度由上至下分别为 13． 43，13． 47 和 15． 07 MPa，
上、中部之间的差别很小，主要是由于中部竹段也受 图 4 抗压强度累积分布曲线
应用研究 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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到了竹秆尖削度的影响，使其增强后的抗压强度也
偏小。
3 结 论
利用小径淡竹增强空心刨花板所得到的复合材
料充分发挥了淡竹沿纤维方向的力学性能优势，使得
增强材料具有相对较好的抗压强度。由于淡竹下部
竹材的外径尺寸变化较小且力学性能优异，使得下部
竹材可作为最好的增强材料，其抗压强度平均值较大
且标准差较小，抗压强度符合正态分布;而上部竹材
由于受竹秆尖削度的影响，标准差较大，抗压强度的
平均值较小，抗压强度符合 Weibull 分布形式;中部
淡竹增强组抗压强度平均值略高于上部，且其标准差
也较大。所以利用淡竹下部生产的增强复合材料，其
力学性能最优且最稳定。
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(责任编辑 葛华忠
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
)
doi:10． 13360 / j． issn． 1000－8101． 2014． 06． 018
协同改性对水性 UV木器涂料性能的影响
闫小星，赵静，吴燕，徐伟
(南京林业大学家具与工业设计学院，南京 210037)
收稿日期:2014－06－05 修回日期:2014－08－16
基金项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD);教育部高等
学校博士学科点专项科研基金项目(20123204120019);江苏省高校自
然科 学 研 究 项 目 资 助 (14KJB220007);国 家 自 然 科 学 基 金
(31100417)。
作者简介:闫小星(1981 －)，女，讲师，博士，主要从事涂料制备与改性
方面的研究工作。E-mail:yanxiaoxing@ nuaa． edu． cn
摘 要:采用 SiO2 和 CaCO3 对水性紫外光(UV)固化木器涂料进行协同改性，通过优化工艺参数制备了水性 UV
固化木器涂层，并对涂层的力学性能和光泽度进行了测试。发现当水性 UV固化木器涂料中 CaCO3 的含量控制在
5． 0%，SiO2 含量在 2． 0% ～ 3． 0%时，先将水性 UV固化木器涂料在 40 ℃烘箱中干燥 10 min，然后在 UV灯下照射 1
min，得到的水性 UV固化木器涂层具有良好的硬度、附着力和抗冲击强度;但是当 SiO2 含量高于 3． 0%时，水性 UV
固化木器涂层的力学性能反而下降。光泽度测试表明，当 CaCO3 含量控制在 5． 0%，水性 UV固化木器涂层的光泽
度随 SiO2 含量的升高而下降，当 SiO2 含量超过 1． 0%时，水性 UV固化木器涂层呈现亚光光泽度。
关键词:协同改性;水性 UV;涂层;力学;光泽度
Synergistical modification on the properties of waterborne UV-curing wood coatings∥YAN Xiaoxing，
ZHAO Jing，WU Yan，XU Wei
Abstract:Waterborne ultraviolet(UV)-curing wood paint were synergistically modified by silica(SiO2)and calcium carbo-
nate (CaCO3)，and waterborne UV-curing wood coatings were prepared by optimizing the process parameters． The mecha-
nical properties and gloss of waterborne UV-curing wood
coatings were tested． It was found that when CaCO3
content was fixed at 5． 0% and SiO2 content was 2． 0% －
3． 0%，waterborne UV-curing wood coatings was firstly
dried at 40 ℃ for 10 min in an oven，then irradiated for 2
min with UV lamp，the obtained waterborne UV-curing
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 应用研究