全 文 ：第２７卷　第６期
Ｖｏｌ．２７　Ｎｏ．６
木材工业
ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１３年１１月
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１３
收稿日期：２０１３－０１－３０；修改日期：２０１３－０９－２２
基金项目：浙江省院合作林业科技项目“重组竹产业升级关键技术研
究”（２０１１ＳＹ０１）；四川农业大学大学生创新性实验计划项目“高性能
重组竹材制备工艺研究”。
作者简介：齐锦秋（１９７２—），女，中国林科院木材所博士后，四川
农业大学林学院副教授。
通讯作者：于文吉，男，中国林科院木材工业研究所研究员，博士
生导师。
研究与开发
梁山慈竹重组竹材密度对
其微观形态及性能的影响
齐锦秋１，２，于文吉１，黄兴彦２，陈思敏２，吴秉岭２
（１．中国林科院木材工业研究所；国家林业局木材科学与技术重点实验室，北京　１０００９１；
２．四川农业大学，四川雅安　６２５０１４）
摘要：　对密度为０．８～１．２ｇ／ｃｍ３ 的重组竹材的微观形态、物理力学性能进行分析，结果表明：竹材细胞压溃程度随
板材密度的增加而增大，破坏顺序为：输导组织和基本组织、薄壁纤维细胞，厚壁纤维细胞基本保持完好；与原竹相
比，重组竹材的维管束径向尺寸减少、分布密度增加；随密度的增加，重组竹材的耐水性能和主要力学性能增强。
关键词：　梁山慈竹；重组竹；密度；维管束
中图分类号：Ｓ７９５．５；ＴＳ６５３　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００１－８６５４（２０１３）０６－００２５－０４
Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｂａｍｂｏｏ　Ｓｃｒｉｍｂｅｒ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　Ｖａｓｃｕｌａｒ　Ｂｕｎｄｌｅ　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ＱＩ　Ｊｉｎ－ｑｉｕ１，２，ＹＵ　Ｗｅｎ－ｊｉ　１，ＨＵＡＮＧ　Ｘｉｎｇ－ｙａｎ２，ＣＨＥＮ　Ｓｉ－ｍｉｎ２，ＷＵ　Ｂｉｎｇ－ｌｉｎｇ２
（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ；
Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｗｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００９１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａａｎ　６２５０１４，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ｆｒｏｍ　０．８～１．２ｇ／ｃｍ３　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ　ｃｅｌ
ｄａｍａｇｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｉｓｓｕｅｓ　ｗｅｒｅ
ｄｅｓｔｒｏｙｅｄ　ｆｉｒｓｔ， ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｉｎ　ｗａｌｅｄ　ｆｉｂｅｒｓ， ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｅｎ　ｃｅｌ　ｗａｌ　ｆｉｂｅｒｓ　ｒｅｔａｉｎｅｄ
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｂａｍｂｏｏ，ｒａｄｉａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ
ｖａｓｃｕｌａｒ　ｂｕｎｄｌｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒ　ｓｈｏｗｅｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓ　ｆａｒｉｎｏｓｕｓ；ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒ；ｄｅｎｓｉｔｙ；ｖａｓｃｕｌａｒ　ｂｕｎｄｌｅ
　　重组竹材是以竹束或竹材纤维化单板为构成单
元，通过热压或冷压方式制备的竹材人造板。影响重
组竹材物理力学性能的因素包括：原材料种类、竹材
部位、胶黏剂种类、热压温度、板材密度等［１－４］，其中，
密度是极为重要的因素。当板材的密度大于原材料
的密度时，原材料中的细胞就会受到一定程度的压
缩，当压缩力超过其承载强度时，细胞即会被压溃，导
致板材性能降低。在实际生产中，可根据重组竹材的
使用目的及板材特性，在一定范围内，通过改变板材
的设计密度，调控板材的物理力学性能。
本研究以梁山慈竹为例，观察分析重组竹材的微
观形态，并探讨重组竹材密度对试材微观形态和性能
·５２·
图１　不同设计密度重组竹材的ＳＥＭ图片
Ｆｉｇ．１　ＳＥＭ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ
的影响，以期为高性能重组竹材制备工艺参数的设定
提供依据。
１　试验材料与方法
１．１　材料
梁山慈竹（Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓ　ｆａｒｉｎｏｓｕｓ）：采自四
川长宁县，竹龄３年，胸径５．４ｃｍ，壁厚４．６ｍｍ。
酚醛树脂（ＰＦ）胶：购于北京太尔公司，黏度
４１ｍＰａ·ｓ（２５℃），固体含量４４．７％，水溶倍数＞２
倍，贮存期为３０ｄ（２０～２５℃），ｐＨ值为１１．２。
１．２　试验设备
疏解机，热压机，万能力学试验机，木材切片机，
光学显微镜，扫描电子显微镜等。
１．３　制板工艺
１）疏解：按顺纹方向将竹筒送入自制疏解机，疏
解为纤维化单板［４］。
２）干燥：将纤维化单板晾晒干燥至含水率８％～
１０％。在竹秆基部向上１～２ｍ处截取长度为４５ｃｍ
的纤维化单板。
３）浸胶：称重法控制浸胶量１１％，浸胶后自然干
燥至含水率８％～９％。
４）组坯：板材密度分别设计
为：０．８、０．９、１．０、１．１、１．２ｇ／ｃｍ３，
幅面４５ｃｍ×１６ｃｍ，厚度１５ｍｍ。
① 将纤维化单板沿纤维方向
铺装在模具中，每个密度条件制作
６块试板，用于性能测试。
② 将板坯第一层的纤维化单
板在节间中部锯开，成为２块，１块
作为对照材料（即作为对照原竹试
样），另１块放置在板坯表层的中
部位置，用脱模纸与相邻纤维化单
板隔开，顺纹铺装在模具中，压制
板材，观测重组竹材的微观形态。
每一密度制备３块试板。
５）热压工艺：温度１５０℃，压
力 ２．０ ～ ４．０ ＭＰａ，时 间 １．５
ｍｉｎ／ｍｍ。
１．４　性能检测
１）微观形态　采用扫描电子
显微镜观察重组竹材的压溃状态，并测量原竹和重组
竹材试样的竹壁厚度、维管束径向尺寸和分布密度。
２）物理力学性能　参照文献［３］检测：① 重组
竹材的耐水性能：吸水厚度膨胀率（ＴＳＲ）、吸水宽度
膨胀率（ＷＳＲ）；② 力学性能：抗弯强度、抗弯弹性模
量、抗压强度、垂直加载下的水平剪切强度。
２　试验结果与分析
２．１　微观形态
２．１．１　横切面组织形态
３种设计密度的重组竹材横切面的ＳＥＭ 图，见
图１。
梁山慈竹节间竹秆横切面，竹壁外部维管束为半
分化型，中部为断腰形或双断腰型，内部为开放型，竹
材密度为竹壁外部＞中部＞内部。竹材受压时，基本
组织首先受压相互挤紧，并将力传至维管束使竹壁内
部的导管变形；继续加载，竹壁外部的基本组织被压
溃［５］。图１可以看出，重组竹材压溃程度表现为：竹
壁外部＜中部＜内部。随着密度的增加，板材压溃程
度逐渐增大。各部位形态特征如下。
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Ｖｏｌ．２７　Ｎｏ．６ 　ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　 Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１３
１）竹壁外部：密度为０．８、１．０ｇ／ｃｍ３ 时，重组竹
材维管束形态基本未发生变化，只是在疏解过程中被
破坏 的 细 胞 呈 现 少 量 变 形 压 溃。密 度 增 加 到
１．２ｇ／ｃｍ３时，输导组织的筛管和导管在径向上显著
压溃，只保留狭小的细胞腔；维管束间的薄壁细胞被
少量压溃，纤维细胞形态完好。
２）竹壁中部：密度为０．８ｇ／ｃｍ３ 时，重组竹材的
导管受到径向压缩变形，筛管亦发生变形，但仍含有
细胞腔。随着密度增加，导管被显著压溃，只保留狭
小的细胞腔；筛管被完全压溃；维管束间的薄壁细胞
被显著压溃，薄壁纤维细胞变形，厚壁纤维细胞形态
完好。
３）竹壁内部：各密度重组竹材的导管、筛管、薄
壁细胞被显著压溃，维管束径向尺寸变小。密度为
１．２ｇ／ｃｍ３ 时，压溃程度极大，基本看不到细胞腔。
维管束鞘及内、外方纤维股的薄壁纤维细胞压溃变
形，厚壁纤维细胞仍保持基本完好。
２．１．２　竹壁厚度
原竹及不同密度重组竹材的竹壁厚度测试结果，
如图２所示。
图２　原竹及重组竹材的竹壁厚度
Ｆｉｇ．２　Ｃｕｌｍｓ　ｗａｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｂａｍｂｏｏ
ｌｏｇｓ　ａｎｄ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒｓ
与原竹竹壁厚度相比，随着密度的增加，重组竹
材竹壁压缩率呈增加趋势。密度为１．２ｇ／ｃｍ３ 时，压
缩率最大达６４．４％。重组竹材竹壁厚度减小，主要
是由于竹壁中部和内部的基本组织和输导组织被压
溃引起的。
２．１．３　维管束径向尺寸和分布密度
不同密度重组竹材的维管束径向尺寸和分布密
度，如图３所示。
图３　重组竹材的维管束径向尺寸和维管束分布密度
Ｆｉｇ．３　Ｒａｄｉａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ
ｖａｓｃｕｌａｒ　ｂｕｎｄｌｅ　ｆｏｒ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒｓ
图３ａ显示：与原竹相比，随着重组竹材密度的增
加，维管束的径向尺寸呈减小趋势，减幅最大达到
４６．９％。竹壁中部和内部的输导组织被压溃，是导致
维管束径向尺寸减小的主要原因。
图 ３ｂ 表 明：原 竹 维 管 束 的 分 布 密 度 为
４．７个／ｍｍ２；与原竹相比，重组竹材密度由０．８增至
１．０、１．２ｇ／ｃｍ３ 时，其维管束分布密度分别增加了
８８．２％、１４０％、２００％，主要是维管束和基本组织受到
径向压缩而引起。
２．２　物理力学性能
２．２．１　耐水性能
重组竹材经２８ｈ循环水煮处理后的测试结果，
列于表１。
由表１可知，随着重组竹材密度的增加，其 ＷＳＲ
和ＴＳＲ呈下降趋势，耐水性能增强。竹纤维化单板
结构致密，树脂仅浸渍到纤维间隙，起到粘结纤维化
单板的作用，但并未在板材中形成连续相［６］。随着重
组竹材密度的增加，纤维化单板层间、分离竹束之间
接触紧密，增加了胶黏剂与竹材之间的有效接触面
积，使其胶合性能得到改善，从而提高了重组竹材的
尺寸稳定性。
·７２·
第２７卷　第６期 　木材工业 ２０１３年１１月
表１　２８ｈ循环水煮处理后重组竹材的耐水性能
Ｔａｂ．１　Ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｍｂｏｏ　ｓｃｒｉｍｂｅｒ
ｓａｍｐｌｅｓ　ａｆｔｅｒ　２８ｈｏｕｒｓ　ｂｏｉｌｉｎｇ
密度／
（ｇ·ｃｍ－３）
４ｈ水煮 ２８ｈ水煮
ＷＳＲ／％ ＴＳＲ／％ ＷＳＲ／％ ＴＳＲ／％
０．８　 ３．７８　 ８．５６　 ３．４９　 ９．４５
０．９　 １．７４　 ７．２９　 ２．７３　 ８．３７
１．０　 １．５７　 ６．１８　 １．１９　 ６．８７
１．１　 ０．９９　 ６．７９　 １．１５　 ６．０４
１．２　 ０．７０　 ５．５０　 ０．５２　 ５．９１
２．２．２　力学性能
不同密度重组竹材的力学性能测试结果，如图４
所示。
随着密度的增加，重组竹材的抗压强度、抗弯弹
性模量、剪切强度均呈增加趋势；抗弯强度则呈先增
加、后下降的趋势。方差分析结果表明，重组竹材维
管束分布密度与抗压强度在０．０５水平显著正相关，
与抗弯弹性模量在０．０１水平显著正相关。
竹材主要由维管束中的纤维细胞起承载作用，薄
壁细胞起连接作用并传递载荷。随着密度的增加，重
组竹材单位面积内维管束数量明显增加，因此，其抗
压强度、抗弯强度增强；而密度为１．２ｇ／ｃｍ３的重组竹
的抗弯强度下降，可能是因为竹材细胞所受到的载荷
超过其抵抗变形能力，导致竹纤维细胞被大量压溃。
竹材经碾压疏解后，纤维化单板表面形成大量的裂
隙［４］，随着板材密度增加，层与层之间的嵌合度增加，
使胶黏剂与竹材之间的胶接面积增加，从而增强了板
材的剪切强度。
３　结论
１）在本试验条件下，随着重组竹材密度的增加，
竹材压溃程度逐渐增大，输导组织、基本组织首先被
压溃，其次是薄壁纤维细胞，厚壁纤维细胞基本保持
完好；竹壁各部位压溃程度表现为：竹壁外部＜中
部＜内部；维管束径向尺寸呈减少趋势，维管束分布
密度呈增加趋势。
２）随着密度由０．８ｇ／ｃｍ３ 增加到１．１ｇ／ｃｍ３ 时，
重组竹材的物理力学性能均呈增强趋势；但当密度进
一步增加到１．２ｇ／ｃｍ３ 时，纤维细胞被大量压溃，重
组竹材的抗弯强度反而下降。
３）梁山慈竹是优良的丛生竹种，在生产中，可以通
过控制重组竹材的密度，使其性能满足使用要求。
图４　不同密度重组竹材的力学性能
Ｆｉｇ．４　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂａｍｂｏｏ
ｓｃｒｉｍｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ
参考文献：
［１］　齐锦秋，于文吉，余养伦，等．竹节对竹基纤维复合材料性能的影
响［Ｊ］．木材工业，２０１２，２６（６）：１－３．
［２］　祝荣先，周月，任丁华，等．制造工艺对竹基纤维重组竹性能的影
响［Ｊ］．木材工业，２０１１，２５（３）：１－３．
［３］　孟凡丹，余养伦，祝荣先，等．浸渍量对纤维化竹单板层级材物理
力学性能的影响［Ｊ］．木材工业，２０１１，２５（２）：１－３．
［４］　齐锦秋，于文吉，谢九龙，等．竹基纤维复合材料纤维化单板的形
态研究［Ｊ］．木材工业，２０１２，２６（２）：６－９．
［５］　邵卓平．竹材在压缩大变形下的力学行为．Ⅱ微观变形特征［Ｊ］．
木材工业，２００４，１８（１）：２７－２９．
［６］　唐路林，李乃宁，吴培熙．高性能酚醛树脂及其应用技术 ［Ｍ］．
化学工业出版社，２００９，２４２－２４３．
（责任编辑　向 琴、孟凡丹）
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Ｖｏｌ．２７　Ｎｏ．６ 　ＣＨＩＮＡ　ＷＯＯＤ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　 Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１３