全 文 ：第 28 卷第 4期
2004 年 7月
南 京 林 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edition)
Vol.28 , No.4　
Jul., 2004　
木竹重组材抗弯性能的研究
朱一辛 ,关明杰 ,饶文彬 ,张晓东
(南京林业大学竹材工程研究中心 ,江苏　南京　210037)
摘　要:根据混杂复合材料理论 , 将重组木的构成单元———木束与重组竹的构成单元———竹束 , 采用混杂方法
复合 ,并对 3 种不同的混杂形态和不同混杂比进行了木竹重组材的结构设计及抗弯力学性能的研究。结果表
明 ,与重组木相比 , 木竹重组材的比模量略有提高 ,比强度提高较大;3种混杂形态中 , 以竹束为表面的夹芯结
构的比模量及比强度最高 ,均匀混杂的木竹重组材的抗弯性能最低;木竹重组材的抗弯性能均随竹束用量的
增大而有不同程度地增大。重组竹的比模量和比强度分别比重组木高出 50%和 120%。
关键词:重组木;重组竹;木竹重组材;抗弯性能;混杂形态;混杂比
中图分类号:TS653;S781.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-2006(2004)04-0059-03
Research on Bending Properties of Bamboo and Wood Hybrid Scrimber
ZHU Yi-xin ,GUAN Ming-jie , RAO Wen-bin ,ZHANG Xiao-dong
(Bamboo Engineering and Research Centre Nanjing Forestry University , Nanjing 210037 , China)
Abstract:Wood fiber tress which is the cell of scrimber and bamboo tress which is the cell of bamboo
scrimber are made into bamboo and wood hybrid scrimber in three different hybrid structure types with
different hydrid ratio of bamboo tress to wood tress according to the principle of hybrid fiber composite
material.The results showed that specific MOE of bamboo and wood hybrid scrimber is lightly higher than
that of scrimber made by poplar , but the specific MOR of bamboo and wood hybrid scrimber is sharply
higher than that of the scrimber.The bending properties of sandwich structure with bamboo as surface and
back is the best among three structure types ,while that of homogeneous mixing structure is the worst.The
bending properties of bamboo and wood composite scrimber is increased by the ratio of bamboo tress.The
specific MOE and specificMOR of bamboo scrimber is more 50%and 120%than those of wood scrimber
respectively.
Key words:Scrimber;Bamboo scrimber;Bamboo and wood hybrid scrimber;Bending property;Hybrid
structure;Hybrid ratio
重组木是利用低质速生小径材和间伐材经碾压疏解分离成木束后 ,重新组合加工出来的新型人造
实体木材[ 1 ,2] 。在研究重组木的基础上 ,对重组竹的制造 、竹材制造重组竹的主要影响因素对重组竹性
能的影响及重组竹热压工艺均进行过研究 ,并在实验室压制出以苦竹为原料的具有较高静曲强度和弹
性模量的重组竹[ 3～ 5] 。木竹重组材是在重组木和重组竹研究的基础上 ,运用混杂复合材料理论将重组
木的构成单元———木束与重组竹的构成单元 ———竹束 ,采用混杂的方法复合 ,制造出的新型结构材料。
笔者主要对重组木 、重组竹与木竹重组材的抗弯性能进行研究 ,以探讨木竹重组材与重组木 、重组竹性
能的差异 ,研究混杂结构 、竹束与木束的混杂比对木竹重组材抗弯性能的影响 ,为科学合理地设计具有
良好抗弯性能 、兼有重组木和重组竹双重优点的木竹重组材提供依据 。
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收稿日期:2004-02-18　　　　修回日期:2004-04-18
基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2001103)
作者简介:朱一辛(1961-),男 ,江苏南京人 ,南京林业大学竹材工程研究中心高级工程师。
1　材料与方法
1.1　试材及试样制取
试验用木材采自江苏省泗阳县的速生小径杨木(Poplar);毛竹(Moso bamboo)采自江苏省宜兴市太华
镇;胶黏剂由南京金光化工有限公司生产 ,为醇溶性酚醛树脂胶 ,固含量 50%。
分别将小径杨木 、毛竹劈开后送入试验用小型辗压机进行纵向梳解 ,制得木束单元及竹束单元 。
将醇溶性酚醛树脂胶用酒精稀释到固含量为 15%,再将干燥好的竹束和木束(含水率在 8%～
10%)分别浸入稀释后的胶液中 ,控制施胶量在 12%左右。浸胶后的竹束和木束再干燥到含水率 8%～
12%。设计密度取 0.60 g/cm3 ,按正交法取 5种竹束与木束的混杂比 1∶3 ,1∶2 ,1∶1 ,2∶1 , 3∶1 ,3种混杂形
态分别为:(A)夹芯结构:木束+竹束+木束;(B)均匀混杂:木束 、竹束相间均匀;(C)夹芯结构:竹束+
木束+竹束 ,进行手工组坯。采用“冷进冷出”热压工艺(热压温度140 ℃,热压时间20 min ,热压压力 2.
6 MPa),分别压制出重组材(重组木 、重组竹和木竹重组材)试样 ,试样尺寸 300 mm×300 mm×20 mm ,每
种试样各 3块。
1.2　测试方法
按GB/T 1993-1991 ,GB/T 1936.2-1991 ,GB/T 1936.1-1991测定重组材的密度 、抗弯弹性模量和
静曲强度 。测得的各重组材的抗弯弹性模量 、静曲强度与其密度的比值为相应的比模量和比强度。
2　结果与分析
2.1　重组材的比模量及比强度
不同混杂比及混杂形态重组材的比模量见图 1a 。从图 1a可见 ,重组竹的比模量比重组木的高出约
50%。图 1a中除夹芯结构C 在混杂比 1∶3时的比模量比重组竹的略高外 ,木竹重组材的比模量均介于
重组木与重组竹之间 。木竹重组材的比模量随着混杂比中竹束的增加而增加。不同混杂形态下 ,随着
竹束用量的增大 ,3种结构的木竹重组材的比模量总体上都有不同程度的增长 ,但增长趋势略有不同。
各种重组材的比强度与混杂形态及混杂比的关系见图 1b。由图 1b可见 ,重组竹在比强度上比重
组木高出 120%,说明在比强度上重组竹与重组木的性能差距较大。重组材的比强度与混杂比的关系
与重组材的比模量的变化趋势基本相同 ,在重组材中随竹束的增加 ,木竹重组材的比强度不断增大;
3种混杂形态中仍以 C结构的比强度最高。
由比模量和比强度的结果看 ,当重组材密度为 0.60 g/cm3 左右时 ,重组竹在比模量 、比强度上分别
比重组木高出 50%和 120%,这种抗弯性能的差异是竹材与杨木本身在纵向抗弯性能上差异造成的 ,这
与竹材和杨木的组织构造有关 。竹材几乎为全纵向组织 ,无横向纤维 ,其纵向强度大 ,而杨木有横向组
织 ,其在纵向上的表现不如竹材 ,在重组木中加入竹束 ,有利于提高木竹重组材的纵向比模量和比强度。
木竹重组材中 ,高强度的竹束提高了以低强度的木束为构成单元的重组木抗弯性能 。随着竹束与木束
混杂比的提高 ,木竹重组材的抗弯性能均有不同程度增长。在相同混杂比时 ,竹束与木束的混杂形态对
木竹重组材的抗弯性能的影响非常显著 ,竹束在外层的夹芯结构在抗弯性能上的表现最为突出 ,而均匀
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混杂的混杂形态表现最差 。
2.2　竹束对木竹重组材抗弯性能的贡献率
将木竹重组材的抗弯性能与重组木的抗弯性能相比较 ,得到不同混杂比下竹束对提高重组木的抗
弯性能的贡献率见表 1。
表 1　不同混杂比下竹束对木竹重组材抗弯性能的贡献率
Table 1　Increase ratio of bending properties of bamboo and
wood scrimber in different hybrid ratio %
混杂比
(竹束∶木束)
比模量贡献率
A B C
比强度贡献率
A B C
1∶3 17.25 8.69 30.94 31.37 2.61 49.02
1∶2 18.38 11.10 32.05 42.48 21.18 50.98
1∶1 20.00 25.08 37.61 66.35 37.88 84.31
2∶1 27.13 26.62 35.34 76.16 64.52 121.57
3∶1 33.08 29.35 52.29 106.03 58.65 133.33
注:贡献率=(木竹重组材的抗弯性能值-重组木的抗弯性能
值)/重组木的抗弯性能值×100%。
　　从表 1可知 ,随着竹束用量的增加 ,木竹重组材
的比模量贡献率从 8.69%增加到 52.29%。除 C 结
构的竹束贡献率略高出重组木与重组竹本身的比模
量差异 50%外 ,竹束的贡献率基本上小于重组竹与
重组木本身的比模量的差异 。在混杂比相同时 ,
3种混杂形态中竹束的贡献率基本上按 B ,A ,C依次
增大 。由此可见 ,设计木竹重组材时 ,如果以模量为
主要指标 ,在相同密度的情况下 ,混杂形态的选择则
首选 C 结构 ,还应注意其混杂比的影响 ,恰当选择
合适的混杂比。
从表 1中还可看出 ,A ,C结构的竹束对木竹重组材比强度的贡献率明显高于 B结构 ,A ,C结构的木
竹重组材的比强度在结构形式上有明显优势 ,尤其是在竹束与木束的混杂比低于 1∶1时 ,混杂形态对竹
束的贡献率影响较大 。随着混杂比的提高 ,木竹重组材的比强度也相应提高 ,其提高的范围为2.61%～
133.33%。除 C结构在混杂比 2∶1和 3∶1时的竹束贡献率略高于重组木和重组竹本身的比强度差异
120%外 ,木竹重组材随竹束比例增加 ,总体比强度的提高的幅度均在 120%以内 ,说明竹束 、木束混杂后
在比强度上的增强效应与其本身的性能差异相关 ,混杂后的木竹重组材的总体比强度一般不超出重组
竹 、重组木性能的差异范围。尽管 3种混杂形态随着混杂比不同 ,竹束贡献率增长数值上有很大差距 ,
但随着混杂比的增大 ,A ,B ,C 3种混杂形态间的竹束的强度贡献率差距也在逐渐缩小 。
竹束对木竹重组材抗弯性能的贡献率总体上较好地反映出了重组竹与重组木在抗弯性能上的差
异 ,即增加竹束的用量 ,对提高木竹重组材的比模量贡献率几乎均在 50%以下 ,对提高比强度的贡献率
在120%以下 。由于重组竹与重组木在比模量和比强度上的差异较大 ,因此竹束与木束混杂比的增大
对木竹重组材的比强度提高的幅度比对比模量提高幅度的更大 。
3　结　论
(1)木竹重组材中 ,竹束的增加提高了以木束为构成单元的重组木的抗弯性能。随着竹束与木束混
杂比的提高 ,木竹重组材的抗弯性能均有不同程度增长 。
(2)木竹重组材的抗弯性能与混杂形态密切相关 ,在同样混杂比的情况下 ,以竹束为表层的夹芯结
构的抗弯性能表现最好 ,竹束与木束均匀混杂结构在抗弯性能上表现最差 。
(3)当重组材在密度为 0.60 g/cm3 左右时 ,重组竹的比模量和比强度分别比重组木高出 50%和
120%。随着混杂比的增大 ,竹束在比强度上的贡献率较比模量的贡献率大 ,表现为同样混杂比时 ,竹束
对木竹重组材的比强度值提高的幅度更大 ,最大贡献率 133.33%;而比模量提高的幅度则相对较小 ,竹
束对比模量的最大贡献率只有 52.29%。因此 ,竹束的增加对木竹重组材的比强度的提高更为明显 。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1] 肖亦华 ,何永锵.新型重组木的研制[ J] .林产工业 , 1989(1):25-27.
[ 2] 李松龄 ,马　岩.国内外重组木研究近况及发展前景[ J] .世界林业研究 ,1998(1):37-42.
[ 3] 汪孙国 ,华毓坤.重组竹制造工艺的研究[ J] .木材工业 , 1991 , 5(2):14-18.
[ 4] 江泽慧 ,王　戈 ,费本华 ,等.竹木复合材料的研究及进展[ J] .林业科学研究, 2002 , 15(6):712-718.
[ 5] 叶良明 ,姜志宏.重组竹板材的研究[ J] .浙江林学院学报 , 1991 , 8(2):133-140.
(责任编辑　李燕文)
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　2004 年　总第 112 期　　　　　　　朱一辛等:木竹重组材抗弯性能的研究