全 文 ：木竹重组材研究进展及开发前景＊
朱一辛　饶文彬　关明杰　张晓东
(南京林业大学竹材工程研究中心)
摘　要　报道一种新型木竹复合材料的研究和开发。分析了木竹重组材的提出背景 , 介绍了研究进展及取得的
主要成果 ,并对其开发前景进行了预测。
关键词　木竹重组材;重组木;重组竹;发展前景
＊江苏省自然科学基金项目《木竹重组材加工机理与力学性能的
研究》的部分内容(项目编号:BK2001103)。
　　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组元 ———木
束 、重组竹的构成组元 ———竹束 ,采用混杂的方法复
合 ,通过科学合理地设计得到既具有高强度 ,又具有
很好韧性和加工性 ,兼有重组木和重组竹双重优点的
一种新型结构材 。本文就木竹重组材的研究起源和
近况 、木竹重组材的基本性能作一评述 ,并预测了未
来的发展前景。
1　木竹重组材的提出背景
1.1　重组木[ 1 ,2]
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 。重组木的开发工作是澳大利亚联邦科学院
林业与林产品研究所(CSIRO)的研究人员 J.D.Cole-
man于 1973年开始的。1977年澳大利亚着手开发重
组木制造设备 , 1982 年建成生产性试验车间 , 1985
年 ,重组木的制造技术已具备进入大工业生产阶段条
件 ,1989年投资1 200万美元建设年产 5万 m3的重组
木工厂 。1995年美国与澳大利亚合作 ,在美国建设
了一条年产 5万 m3重组木生产线 ,于 1999年年底竣
工。同一时期 ,日本在筑波建起了年生产 0.3 万 m3
的重组木生产线 。我国于 1976年开始进行重组木制
造技术的研究 ,中国林科院与江西木材厂合作 ,完成
了我国第一代马尾松重组木的试验 ,对重组木的经济
效益进行了分析 。进入 20世纪 90年代 ,东北林业大
学对重组木的制造理论 、工艺技术和加工设备进行了
系统的研究。据文献报道 ,杨木制成的重组木当密度
为0.81 g/cm3时 ,静曲强度为 48.3 MPa ,弹性模量为
6 650 MPa ,作为结构用材 ,其力学性能偏低。
1.2　重组竹[ 3]
20世纪 80年代末 ,南京林业大学用竹材(尤其
竹梢头 、小杂竹)进行了重组竹制造的研究 ,探讨了竹
材软化工艺 、疏解方式(辊压和锤击)、施胶量及施胶
方式(浸胶和喷胶)、竹束水洗与否 、胶种(水溶性酚醛
胶和醇溶性酚醛胶)及胶的浓度 、热压温度 、热压压力
和热压时间对重组竹性能的影响 ,在实验室压制出了
以苦竹为原料的具有较高静曲强度和弹性模量的重
组竹。中国林科院木材工业研究所在实验室压制出
了以野生杂竹为原料的重组竹 。浙江林学院也对重
组竹热压工艺进行了研究 ,试制了以雷竹 、高节竹 、孝
顺竹和青皮竹为原料的去青与不去青两种重组竹板
材 ,并比较了它们的性能。据浙江林学院的实验结
果 ,密度 1.0 ～ 1.1 g/cm3 的重组竹板材 ,其平均静曲
强度可达120MPa ,弹性模量可达 1.6×104 MPa ,完全
可以满足结构材的强度要求。但迄今为止 ,对重组竹
的研究均局限于实验阶段 ,未进行中试和应用试验 。
1.3　木竹重组材的构想
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构思而成 。混杂复合材料理
论 ,形成于 20 世纪 70年代 ,起源于航空航天工业 。
在航空航天工业中 ,对材料的要求不仅是轻质 、高强 ,
还要考虑温度 、冲击 、质量 、成本等 ,作为单一的材料
进行选择是比较困难的 ,要在较宽的范围内能够满足
性能的要求 ,人们创造了碳纤维与玻璃纤维 、或碳纤
维与凯芙拉 49纤维的混杂复合材料。由于两种纤维
的协调匹配 、取长补短 ,不仅有较高的模量 、强度和韧
性 ,而且可获得合适的热物理性能 ,从而扩大了结构
设计的自由度及材料的适用范围。同时 ,还可以减轻
重量 ,降低成本 ,提高经济效益 。因此 ,混杂复合材料
得到了迅速的发展 ,不仅应用于航空航天工业 ,而且
也开始推广到国民经济各个部门 。其理论也随之得
到了迅速发展 ,成为当前复合材料理论发展的重要方
向之一[ 4 , 5] 。
重组木和重组竹各有特点 ,因此 ,根据混杂复合
专论综述　
6　 林业科技开发　2003 年第 17 卷第6 期
材料理论把重组木的构成组元木束和重组竹的构成
组元竹束 ,采用混杂的方法复合 ,通过科学合理地设
计可以得到既具有高强度 ,又具有很好韧性和加工
性 ,兼有重组木和重组竹双重优点的一种新型结构材
———木竹重组材 。
南京林业大学的木竹重组材研究得到江苏省自
然科学基金的资助 ,已申请实用新型专利(专利申请
号02258058.1)。
2　木竹重组材的研究近况
木竹重组材的研究包括木束 、竹束制备 ,施胶方
式(浸胶 、喷胶),混杂类型(层内混杂 、夹芯混杂 、层间
混杂),混杂比 ,热压工艺等加工机理的研究;木竹重
组材性能的测定 ,包括拉伸特性 、弯曲性能 、冲击性
能 、剪切性能和疲劳性能等的测定 。
目前 ,南京林业大学以速生杨木和毛竹为研究对
象 ,进行了木竹重组材的研究 。据研究[ 6] ,以速生杨
木为原料制作的重组木的比模量为8 394MPa·cm3/g 、
比强度为 51.6 MPa·cm3/g 、冲击韧性为 69 kJ/m2;以
毛竹为原料制作的重组竹的比模量为11 234 MPa·
cm3/g 、比强度为 112.1 MPa·cm3/g 、冲击韧性为 80
kJ/m2。在不同混杂比条件下 ,当竹束用量从 25%增
至75%时 ,木竹重组材的比模量从8 860 MPa·cm3/g
增加到9 980 MPa·cm3/g ,比强度从 65.3 MPa·cm3/g
增加到 101.7 MPa·cm3/g ,冲击韧性从 75 kJ/m2 增加
到90 kJ/m2 。研究发现 ,木竹重组材的冲击韧性呈现
明显的混杂效应 ,不同混杂类型 、混杂比的木竹重组
材其性能也不同 。掌握木竹重组材在不同混杂类型 、
不同混杂比条件下的力学性能差异 ,将能科学合理地
设计出满足不同力学性能要求的木竹重组材 。
3　木竹重组材研究的意义及开发前景
目前 ,我国的杨木加工主要以制造单一的胶合板
和细木工板为主 , 由于杨木的基本密度均低于 0.4
cm
3/g ,材质松而软 ,故产品的力学性能较低 ,仅用于
装修 、包装以及低档的混凝土模板[ 7] 。木竹重组材研
究提出了杨木与竹材复合的思路 ,是科学合理利用资
源 、拓宽应用渠道 、提高利用率的有效途径[ 8] ,对木材
和竹材加工技术水平向更高层次发展 ,提高全民种
树 、种竹的积极性将起到积极的促进作用 ,同时也可
推动地方农业结构调整及加快经济建设的步伐
木竹重组材的研究一方面以充分利用竹材强度
高 、杨木密度低的特点 ,通过混杂复合的方法开发出
轻质 、高强 ,能够满足建筑用木结构 、建筑和造船用脚
手板 、汽车车厢底板等不同力学性能要求的结构用
材 。另一方面 ,随着我国国民经济的快速发展 ,铁路
及城市轨道交通里程迅速增长 ,城市园林景观中的木
结构建筑也比比皆是 ,为功能型的木竹材料研究开发
提供了良好的机遇。木竹重组材由于构成单元的特
殊性 ,在制造过程中 ,可使防腐剂 、阻燃剂 、防虫剂等
极易均匀地加入至产品的各个部位 ,从而使产品的内
涵得以延伸 ,使用功能进一步扩大。特别适用于铁路
和城市轨道的交通的轨枕 、城市园林景观的木结构建
筑 、各种古建筑的修缮 、仿古建筑的建造以及其他对
木材防腐 、防火性能要求较高的场合 。
4　结　语
木竹重组材研究的基本思想来自移植复合材料
研究领域里的混杂复合材料的原理与技术 ,首次在混
杂复合材料理论指导下 ,将“混杂效应”的思想引入木
竹复合的研究中 ,使传统的木竹材料研究进入当今科
技体系的前沿并填补国内外重组材研究的一项空白 。
木竹重组材作为一种新型的结构用材 ,利用价值
低廉的速生木材和竹材为原料 ,为天保工程实施后速
生材和非木质材料的开发利用提供了一种可借鉴的
思路。通过科学合理的产品结构设计 ,木竹重组材可
以满足不同场合下的工程材料的性能要求 ,在工程结
构材料领域具有广泛的应用前景。同时 ,木竹重组材
的研究不但可以促进了杨木加工产业与竹材加工产
业的共同发展 ,而且为地方林木资源的合理种植经营
和综合利用具有重要的指导意义。因此 ,木竹重组材
的研究应进一步加强 。
参考文献
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[ J].林产工业 , 1995 , 22(6):4～ 6
(通讯地址:210037 ,南京市龙蟠路新庄)
　专论综述
　林业科技开发　2003年第 17 卷第 6 期 7