全 文 ：湿热条件对木竹复合胶合板弯曲性能的影响*
关明杰 ,朱一辛 ,张晓冬 ,张齐生*
(南京林业大学竹材工程研究中心 ,江苏　南京　210037)
摘　要:对木竹复合胶合板在 5 种不同湿热条件下的弯曲性能进行了研究。结果表明:木竹复合胶合板在不
同湿热条件下的弯曲性能从大到小依次为:冰冻(- 55 ℃, 4 h), 常态(20 ℃, 65%), 干热(150 ℃, 4 h), 冷水
(20 ℃, 24 h), 热水(90 ℃, 4 h)。冰冻处理后木竹复合板的弯曲性能表现为正增强效应 , 其力学性能保持率为
130%以上;干态 、冷水 、热水处理后均为负效应 ,表现为弯曲性能降低。干热与冷水处理下木竹复合胶合板的
静曲强度保持率小于弹性模量的保持率;热水处理后的弹性模量保持率低于静曲强度保持率。木竹复合胶合
板在冰冻 、冷水 、干热下表现为以脆性破坏为主 ,热水处理后木竹复合胶合板的性能表现出粘弹性特征。
关键词:木竹复合胶合板;湿热条件;弯曲性能
中图分类号:S784　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000 - 2006(2005)06 - 0106 - 03
Bending Properties of Wood-bamboo Composite Plywood in Differently
Hygrothermal Conditions
GUAN Ming-jie , ZH U Yi-xin , ZH ANG Xiao-dong , ZHANG Qi-sheng *
(Bamboo Engineering Research Cent re Nan jing Forest ry University , Nanjing 210037 , C hina)
Abstract:The paper deals w ith the bending prope rties o f bamboo-wood composite plyw ood in
five hygro thermal condi tions , including no rmal condit ion (20 ℃, 65%), f rozen (- 55 ℃,
4 h), drying (150 ℃, 4 h), cold w ater (20 ℃, 24 h), hot w ate r (90 ℃, 4 h). The results
show ed that modulus of elast icity and modulus of rupture of this material t reated under
- 55 ℃,4 h w as the best among the f ive hyg ro thermal conditions , increasing up mo re 130%,
while that of this material t reated in drying 150 ℃,4 h;co ld w ate r 20 ℃, 24 h;hot wa ter
90 ℃,4 h decreased compared w ith that t reated in 20 ℃, 65%. Af ter being t redated in dr-
y ing and cold w ater , the render ra tio of MOE was bet ter than the render ratio o f MO R ,
though the render ration of MOE was w orse than the render rat io of MO R in ho t w ater. The
curve of loading and delect ion show ed that bamboo and w ood composi te plyw ood mainly
show ed low-temperature brit t leness and ho t brit t leness w hen treated in cold w ater , f rozen
condi tion , and drying. Ho t w ater increased the viscoelastic proper ty o f bamboo w ood com-
posi te plyw ood.
Key words:Bamboo-wood composite plyw ood;Hyg rothermal condi tions;Bending properties
木竹复合胶合板主要用作交通运输车辆的底板 、建筑用模板等[ 1 , 2] 。木竹复合胶合板不仅可减少
运输车辆的自重 ,增大其运载能力;而且可减少装配施工中的搬运负荷 ,提高施工效率 ,降低劳动力成
本。然而 ,由于车辆运载过程中区域跨度大 ,复合板应用的环境也随之发生变化 。车辆在运载过程中从
中国的北部至中国的最南端 ,其温度范围在 - 45 ～ 45 ℃,湿度在 0%～ 98%;用作模板时 ,水泥水化时的
反应温度在 45 ℃以上 ,板所经受的湿度变化也很大 。木竹复合胶合板在各种温度和湿度时的性能表
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　第 29 卷第 6 期
2005 年 11 月 　
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forest ry University(N atural Sciences Edition) 　
Vo l. 29 , No. 6　
Nov . , 2005　
* 收稿日期:2005 - 05 - 17　　　　修回日期:2005 - 09 - 28
基金项目:国家高技术研究发展计划(2002AA245171)
作者简介:关明杰(1972 -),女 ,讲师 ,博士生。
*通讯作者(Corresponding Author):张齐生 ,男 ,教授 ,博士生导师 ,中国工程院院士。
现 ,对其作为承载构件的安全性极其重要。根据对复合材料的研究 ,湿热环境对复合板的性能变化有着
极为重要影响[ 3 ～ 8] 。笔者对以竹席为强化表层的复合胶合板进行了常态 、干热 、冷水 、热水及冰冻条件
下的试验研究 ,为木竹复合胶合板的应用提供基本的湿热条件下的性能依据。
1　材料与方法
1. 1　工艺条件
木竹复合胶合板用竹材表层板 、杨木胶合板复合压制而成。竹材表层板由 4 层厚度为 0. 5 ～
0. 6 mm的竹席干燥后浸酚醛树脂胶(固体质量分数 50%)热压而成 ,密度为0. 85 g /cm3 ,经砂光 ,厚度为
(2±0. 3)mm 。杨木胶合板基材砂光后厚度为 12 mm 。
以上材料均由诸暨市光裕竹业有限公司提供 ,并在工厂实地压制成板。热压温度 135 ～ 140 ℃;压
力 1. 5 M Pa , 热压时间 7 min 。采用“冷进冷出”工艺 。成品厚度为 15 mm 。
1. 2　弯曲性能测试方法
按GB /T 17657—1999的要求 ,将试件锯制成宽 50 cm 、长 350 cm 的试件 。共分 5组条件进行试
验:常态(20 ℃,65%),冷水(20 ℃, 24 h),热水(90 ℃,4 h),干热(150 ℃,4 h),冰冻(- 55 ℃,4h)。每组
5个试件 ,试件自上述状态取出后立即进行弯曲试验 。
主要试验设备有:GDJS - 100型高低温交变湿热箱 , CM T6104型微机控制电子万能试验机 ,HH -
42 快速恒温数显水箱。
2　结果与分析
2. 1　湿热处理后木竹复合胶合板弯曲性的保持率
不同湿热条件下的木竹复合胶合板抗弯弹性模量及静曲强度测试结果见图 1。
由图 1可见 ,木竹复合胶合板在不同条件下的抗弯性能表现为冰冻时最强 ,常态 、干热 、冷水处理时
依次次之 ,热水处理下最弱。
表 1　不同湿热条件下的弯曲性能保持率
Table 1　The render ratio of bending properties of bam-
boo-wood composite plywood in different hygro-
thermal conditions %
状态 静曲强度保持率均值 方差
弹性模量保持率
均值 方差
冷水 65. 7 8. 0 81. 2 5. 1
热水 64. 8 6. 3 57. 4 5. 0
冰冻 136. 8 9. 3 134. 0 18. 4
干热 76. 5 11. 5 96. 2 4. 1
将冷水 、热水 、冰冻 、干热下的性能除以常态下
的弯曲性能得到这 4种状态下的弯曲性能保持率见
表 1。
从表 1可知 ,冰冻对木竹复合胶合板抗弯模量
和静曲强度有增强效应 ,强度保持率均在 130%以
上 ,为常态的 1. 3倍 ,说明冰冻可以提高其弯曲强
度。而干热 、冷水 、热水处理后的弯曲性能保持率低
于 100%,即处理后表现出弯曲性能上的负效应 。
竹木复合胶合板在冷水中的静曲强度保持率低于其
弹性模量的保持率 ,说明其在冷水浸渍处理后刚性损失小于强度损失 ,在冷水处理后表现为一定的冷脆
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　2005 年　总第 120 期　　　　　　　　　关明杰等:湿热条件对木竹复合胶合板弯曲性能的影响
性;与冷水处理相反 ,在热水处理时 ,木竹复合板的弹性模保持率 57. 4%低于其强度保持率 64. 8%,说
明与冷水处理相比 ,热水处理在更大程度上增加了竹材和杨木的塑性 ,其变形量增加 ,刚度下降 。干热
处理后的木竹复合胶合板的总体刚度损失小 ,但是破坏强度降低 。
2. 2　湿热处理后木竹复合胶合板的负荷变形
图 2　不同湿热条件下竹木复合胶合板负荷与挠度关系
Fig . 2　The relationship betw een loading and delection of
bamboo and w ood composite plyw ood in diffe rent
hyg ro thermal conditions
不同条件处理后的木竹复合胶合板的负荷 - 挠
度曲线见图 2。
从负荷与挠度曲线的斜率可见 ,不同条件下木
竹复合胶合板的弯曲性能的大小顺序与图 1结果基
本一致。冷水负荷曲线的最高点下 ,其挠度最小 ,约
5mm ,负荷也最小 。这主要由于此批试件的主要破
坏均为杨木单板间的界面破坏 ,而非竹材与杨木间
的界面破坏 ,实际上反映了杨木单板间的界面胶合
强度较低;同时 ,只有少量的纤维残留在杨木与杨木
的胶合面上 ,杨木间存在“点焊式”界面胶合 ,冷水处
理对这种胶合的破坏性较小 ,但由于冷水处理后在
一定程度上增加了木竹复合胶合板塑性 ,在承载时
产生的层间剪切强度超出了这种“点焊式”的胶合强
度而致分层破坏 ,在负荷与变形的曲线图上呈“z”形的两阶段坏。热水处理后 ,木竹复合胶合板表现为
负荷 -挠度曲线上直线段的缩小 ,弧线范围扩大 ,其挠度达到16mm ,在 5种处理条件下变形最大 ,说明
热水可明显增加木竹复合材料的粘弹性 。冰冻和干热后的负荷弹性段 ,呈明显的直线段 。实验中发现 ,
冰冻处理后木竹复合胶合板几乎完全呈现出硬脆性破坏 ,无纤维拔出 。
根据以往研究结果表明 ,木材内水分结冰所致的填充效应 ,使木材性能表现为较大增强。此次试验
中 ,木竹复合胶合板冰冻状态下的弯曲性能增强也可能是冰结晶增强效应 ,其增强机理有待进一步研究。
3　结　论
(1)木竹复合胶合板在不同湿热条件下的总体弯曲性能以冰冻时最强 ,常态 、干热 、冷水处理时依次
次之 ,热水处理下最弱。
(2)冰冻处理对竹木复合板的弯曲性能表现为正增强效应 ,其力学性能保持率为 130%以上。干
热 、冷水 、热水均为负效应 ,其弯曲性能保持率低于 100%,表现为弯曲性能降低。
(3)干热与冷水处理下的静曲强度保持率小于弹性模量的保持率 ,说明这两种条件下木竹复合材料
的刚度降低不大 ,呈现出一定的干脆性或冷脆性。热水处理后的弹性模量保持率低于静曲强度保持率 ,
说明其在热水处理后的变形增加 ,刚度损失比强度损失大。
(4)负荷- 挠度曲线表明 ,木竹复合胶合板在冰冻 、冷水 、干热下表现为以脆性破坏为主 ,热水处理
时的性能变化表现出以粘弹性为主的特征。
[ 参 考 文 献 ]
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(责任编辑　李燕文)
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 29 卷　第 6 期