全 文 ：第 wu卷 第 tt期
u s s y年 tt 月
林 业 科 学
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‘²√ qou s s y
高温软化处理对竹材性能及旋切单板质量的影响
程瑞香t 张齐生u
kt1 东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 txssws ~ u1南京林业大学竹材工程研究中心 南京 utssvzl
摘 要 } 采用高温软化竹材工艺 o对在 tus ε 密闭高温条件下软化 vs °¬±的软化工艺效果进行研究 ∀结果表明 }
竹材经密闭高温 tus ε 软化 vs °¬±后 o其弹性模量大幅度下降 o由未处理前的 { |tu °¤下降到 y wtz °¤o竹材经
高温软化处理后塑性提高 ∀动态热机械分析k⁄ „l的试验结果表明 }未软化处理竹材的 Τª为 tus ε o高温软化处
理竹材的 Τª为 {{ ε o软化处理竹材比未软化处理竹材的 Τª下降了 uy1z h ∀硬度测试结果表明 }经高温软化处理
后 o竹材的硬度大幅度下降 o近青面和近黄面分别下降了 wu1s h和 xw1z h ∀通过对旋切竹单板质量的测定表明 }竹
材在密闭高温 tus ε 软化 vs °¬±的工艺下 o旋切的竹材单板表面质量可以得到保证 ∀
关键词 } 软化处理 ~竹材 ~单板 ~硬度 ~动态热机械分析k⁄ „l
中图分类号 }×±vxt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyltt p ss|z p sw
收稿日期 }ussx p sw p sy ∀
基金项目 }国家/十五0科技攻关课题/竹材资源高效综合利用与深加工技术0k usst…„xsy…svl的子课题/竹单板贴面强化复合地板及竹炭
的制备和应用技术研究0 ∀
Εφφεχτ οφ Σοφτενινγ Τρεατµεντ ατ Ηιγη Τεµ περατυρε ον Προπερτψ ανδ ςενεερ Θυαλιτψ οφ Βαµ βοο
≤«¨ ±ª •∏¬¬¬¤±ªt «¤±ª±¬¶«¨ ±ªu
kt1 ΚεψΛαβορατορψοφ ΒιοpΒασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
ku1 Βαµβοο Ενγινεερινγ Ρεσεαρχη Χεντερo Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγ utssvzl
Αβστραχτ } …¨ ¦¤∏¶¨ ¥¤°¥²²¤¥¶²µ¥¶º¤·¨µ¶¯²º¯ ¼o·«¨ ¶²©·¨±¬±ª·¬°¨ ²©¥¤°¥²² ¥¯²¦®¶¥¼·«¬¶µ²∏·¬±¨ ¶²©·¨±¬±ª °¨ ·«²§ ¤¯¶·¶
²¯±ªqŒ± ²µ§¨µ·²¬°³µ²√¨ ¥¤°¥²²¶²©·¨±¬±ª ©¨©¨¦·¤±§ ©¨©¨¦¬¨¦¼ ∏´¬¦®¯¼o¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±··¨¦«±²¯²ª¼ ¤·«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ º¤¶
¤§²³·¨§q∞©©¨¦·²©¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·²©¥¤°¥²² ¤·tus ε ©²µvs °¬± º¤¶¶·∏§¬¨§¬±·«¬¶³¤³¨µq ׫¨ µ¨¶∏¯·¶²© °²§∏¯∏¶²©
¨¯¤¶·¬¦¬·¼ k’∞l ²©¥¤°¥²²¶«²º¨ §·«¤··«¨ ’∞ ²©¥¤°¥²²¶·µ¬³¤©·¨µ¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·©²µvs °¬± ¤·tus ε º¤¶§¨¦µ¨¤¶¨§
©µ²° { |tu °¤·²y wtz °¤ º«¬¦« °¨ ¤±··«¤·³¯¤¶·¬¦¬·¼ ²©¥¤°¥²² º¤¶¬±¦µ¨¤¶¨§ªµ¨¤·¯¼q׫¨ µ¨¶∏¯·¶²©§¼±¤°¬¦°¨ ¦«¤±¬¦¤¯
¤±¤¯¼¶¬¶k⁄„l ¶«²º¨ §·«¤·ª¯¤¶¶·µ¤±¶¬·¬²± ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ k Τªl ²© ±² ¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¥¤°¥²² º¤¶tus ε o º«¬¯¨ Τª²©
¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¥¤°¥²²¤·tus ε ©²µvs °¬± º¤¶{{ ε o Τª ²©¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¥¤°¥²²¤·tus ε ©²µvs °¬± §¨¦µ¨¤¶¨§
uy1z h ¦²°³¤µ¨§º¬·«·«¤·²©±²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¥¤°¥²²q׫¨ µ¨¶∏¯·¶²©«¤µ§±¨ ¶¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ «¤µ§±¨ ¶¶²©¶∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ
²∏·¨µ³¤µ·²©¥¤°¥²²¤±§¶∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ¬±±¨ µ³¤µ·²©¥¤°¥²²¤©·¨µ¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·©²µvs °¬± ¤·tus ε º¤¶§¨¦µ¨¤¶¨§º¬·«
wu1s h ¤±§xw1y h µ¨¶³¨¦·¬√¯ ¼¦²°³¤µ¨§º¬·«±²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¥¤°¥²²q׫¨ µ¨¶∏¯·¶²©·«¬¦®±¨ ¶¶§¨√¬¤·¬²±¤±§ ¤¯·«¨ ¦«¨¦®
²±·«¨ ²¯²¶¨ ¶¬§¨ ²©√¨ ±¨ µ¨¶«²º¨ §·«¤·¶∏µ©¤¦¨ ∏´¤±·¬·¼²©¥¤°¥²²√¨ ±¨ µ¨¦¤± ¥¨ ª∏¤µ¤±·¨¨ §¤©·¨µ¶²©·¨±¨ §¤·tus ε ©²µvs °¬±q
Κεψ ωορδσ} ¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·~¥¤°¥²²~√¨ ±¨ µ¨~«¤µ§±¨ ¶¶~§¼±¤°¬¦°¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ¤±¤¯¼¶¬¶k⁄„l
我国是全球第一产竹大国 o现有竹种 v|属 xss余种 o是我国第二大森林资源k张齐生等 oussv ~刘道平 o
usstl ∀以往的竹材产品品种少 o竹材加工工艺都不太复杂 o多数属劳动密集型产品 o加工层次低 o经济效益
不显著 ∀因此 o开发技术含量高 !经济效益好 !市场竞争力强的竹类资源深加工产品 o是竹材加工业的当务之
急 ∀而旋切竹单板正是这样一种新兴竹产品 ∀
在旋切竹单板的生产过程中竹材软化是关键工序之一 o常用的软化处理工艺是将截好的竹段放入 ws ∗
xs ε 的水中浸泡 y ∗ ts «后缓慢升温 o温度升至 {s ∗ tus ε 后保温 t ∗ u «o然后自然冷却到 xs ∗ zs ε 即可 ∀
为了使竹子快速软化 o在蒸煮时常加入 ts h的 ‘¤‹≤’vk李新功等 ousst ~李德清 ousss ~何德芳等 ousstl ~但采
用 ‘¤‹≤’v 软化竹材破坏竹材的部分组分 o同时由于竹材吸水速度较慢 o采用这种常规软化法 o竹筒水热处
理所需时间较长k程瑞香 ousswl ∀本研究在密闭容器中采用高温软化处理的工艺 o对处理后的竹材性能及
对旋切单板的质量进行研究 ∀
t 材料与方法
111 试验材料
采用的竹材为毛竹k Πηψλλοσταχηψσ πυβεσχενσl ∀
112 试验方法
t1u1t 密闭高温软化处理竹材的弹性模量 竹材弹性模量的试验方法参照国家标准 Š…Π× tzyxz p t|||5人
造板及饰面人造板理化性能试验方法6进行 o试件尺寸k长 ≅宽 ≅厚l为 txs °° ≅ us °° ≅ y °° o试件长度为
顺纹方向 ∀
工艺分 tus ε 高温软化处理k高温处理lvs °¬±和无软化处理k对照组lu种情况 ∀
高温软化竹材工艺 }首先把竹筒放入水池中浸泡 { «o捞出后再放入装有水的密闭罐中 o注意密闭罐中的
水一定要淹没竹段 o以免高温蒸汽使竹材变色 o然后打开阀门 o通入蒸汽使温度升高到 tus ε 并保温 vs °¬±∀
弹性模量的测定在深圳市新三思计量技术有限公司生产的 „‘≥微机控制电子万能力学试验机上进行 ∀
试件跨距为 tus °° o中央集中加载 o试验时每个试件的近青面均朝下 ∀软化处理的试件取出擦干后应立即
进行试验 o从试验机上直接读取载荷和挠度值并计算抗弯弹性模量 ∀
t1u1u 动态热机械分析k⁄„l方法对高温软化竹材 Τª的测定 在同一竹片上截取 u段 o分别标记 t和 u ∀
把标号为 t的作为对照组的试件 o把标号为 u的试件放入密闭蒸煮罐中 o在 tus ε 保温 vs °¬±∀分别把标号
为 t和 u的 u种竹片置于ktsv ? ul ε 下烘至绝干 o再制成四角方正 !四边平齐的尺寸为k长 ≅宽 ≅厚lys °°
≅ { °° ≅ x °°的试样 o在德国 ‘∞ם≥≤‹ ⁄„ uwu动态热机械分析仪上进行试验 ∀试验中采用三点弯曲的
承载方式 o温度范围 vx ∗ uss ε ~气氛为空气 ~升温速率为 x ε #°¬±pt ~动态力 w ‘o频率 v1v ‹½∀
t1u1v 密闭高温软化竹材硬度的测定 竹材硬度试件的制作参照国家标准 Š…Π× t|wt p t||t5木材硬度试
验方法6 ∀试件尺寸为k长 ≅宽 ≅厚lzs °° ≅ us °° ≅ y °° o其长轴应与木材纹理相平行 ∀
试件处理条件分高温处理 vs °¬±和对照组 u种情况 o试验方法参考 Š…Π× t|wt p t||t ∀我国国家标准
Š…Π× t|wt p t||t规定采用 ¤±®¤硬度测定法 o其原理即以静荷载将直径为 tt1u{ °°的钢半球压入木材时 o
测得的最大荷载值即为木材的硬度 o单位 ‘o称金氏硬度 ∀但由于竹片的尺寸小 o如果采用直径比较大的钢
半球 o竹片易被压裂 o影响试验结果 o因此 o本试验采用直径为 w °°的非标准的钢压头 ∀分别检测生材和处
理后的每个试件近青面和近黄面的硬度 o试件检测硬度后及时测定其含水率 ∀
具体方法如下 }将试样放于硬度试验设备支座上 o并使试验设备的直径为 w °°钢半球端部正对竹片试
验面中心位置 o以 v ∗ y °°#°¬±pt的速度将钢压头压入试样的试验面 o直至压入 u °°深 ∀将载荷读数计下 o
准确至 ts ‘∀
采用 ≥Œ…∞• ‹∞Š‘∞• ≤’ q×⁄生产的木材万能试验机 o带有电触型硬度试验设备 o包括一个直径为w °°
钢半球的压头 ∀
t1u1w 旋切竹单板质量的测定 对经高温软化 vs °¬±和对照组的旋切竹单板质量进行测定 ∀本试验采用
的旋切机为盐城轻工机械厂生产的卡盘式竹材旋切机 o旋刀安装高度 p s1v °° o旋刀长度为 yss °° o本试验
采用的卡盘直径为 tus °°∀
tl单板厚度偏差的检测 用于检测单板厚度偏差的试件尺寸为k长 ≅宽ltxs °° ≅ uss °°∀检测单板厚
度偏差时 o分别在竹段刚进刀处 !旋切中部和接近旋切竹芯处截取检测 ov处厚度的平均值与名义厚度之差
为一组厚度偏差 ∀而每一处的厚度又为 v点的平均值 o这 v点如下确定 }在 txs °° ≅ uss °°的单板条上 o距
两端 us °°处和板条中央用螺旋测微器分别测定单板的 v点厚度 ∀
ul单板背面裂隙的检测 截取 ts ¦° ≅ ts ¦°的旋切单板 o使其含水率接近 vs h o在单板背面涂以适量
的绘图墨水 o干后 o沿试件横向纤维方向切开 o在显微镜下观察断面上裂隙的深度和条数 o计算平均裂隙度 ∀
平均裂隙度 € Ε ηιΝ ≅ Σ ≅ tss h
式中 } Ν为在测定的长度范围内单板背面裂隙的条数 ~Σ为单板的厚度 ~ ηι 为单板第 ι条背面裂隙 ∀
{| 林 业 科 学 wu卷
表 1 高温软化处理 30 µιν和对照组竹材的抗弯弹性模量(节间) ≠
Ταβ .1 Τηε ΜΟΕ οφ βαµ βοο βλοχκ βεφορε ανδ αφτερ σοφτενινγ τρεατµεντ
ατ 120 ε φορ 30 µιν
试验号
∞¬³¨µ¬°¨ ±·‘²q
对照组
‘²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·
tus ε 软化处理 vs °¬±
≥²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·¤·tus ε ©²µvs °¬±
 ’∞А°¤ ≤Πh  ’∞А°¤ ≤Πh
t z |xs |1{ x y|s wz1zw
u { tus |1y y u|s wv1u{
v | wzs ts1| y y{s wy1{|
w | v{s ts1t y yss wz1zz
x | wts tu1x y {us wt1xv
y { w|s tt1z x zvs xs1vx
z | yzs |1{ z szs wu1zy
{ { yxs ts1{ y vxs xt1vx
| | tss tu1v y xxs wy1{x
ts { {{s ts1x y v|s ww1uw
平均  ¤¨± { |tu ts1{ y wtz wy1u{
≤∂Πh y1y{ |1zx y1{v z1sv
≠  ’∞}弹性模量 ²§∏¯∏¶²© ¨¯¤¶·¬¦¬·¼~ ≤ }含水率 ²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·q ≤∂ }变异系数
≤²¨©©¬¦¬¨±·²©√¤µ¬¤·¬²±q
u 结果与分析
211 密闭高温软化处理竹材的弹性
模量
高温软化处理 vs °¬±和对照组
竹材的抗弯弹性模量见表 t ∀从表 t
中可以看出 }对照组竹材的弹性模量
平均值为 { |tu °¤o经高温软化处理
后 o竹材的弹性模量下降到 y wtz
°¤o竹材的含水率增加 o可见竹材经
高温软化处理后可以提高塑性 o有条
件保证旋切竹单板的表面质量 ∀
高温软化可以提高竹材塑性的主
要原因是采用高温软化处理竹材 o水
图 t 高温软化与未软化竹材的 ⁄„损耗角正切
随温度变化曲线
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦∏µ√¨ ²©·¤±ª¨ ±·§¨ ·¯¤²© ⁄„ √ µ¨¶∏¶·¨°³¨µ¤·∏µ¨
©²µ±²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¤±§¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¥¤°¥²²
t }对照组 ‘²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±·~u }tus ε 软化
vs °¬± ≥²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¤·tus ε ©²µvs °¬±q
分子进入无定形区使纤维润胀k李文珠等 ousstl o从而使竹
材的弹性模量降低 ∀
212 高温软化处理后 Τγ确定
tus ε 软化 vs °¬±和对照组竹材和的 ⁄„损耗角正切
k·¤±∆l如图 t所示 ∀以·¤±∆峰值表示玻璃化温度 Τª o则对
照组竹材的 Τª为 tus ε o高温软化处理竹材的 Τª为 {{
ε o高温软化处理竹材的 Τª比未软化处理竹材的 Τª下降
了 uy1z h ∀
213 高温软化竹材硬度的测定
表 2 高温软化 30 µιν和对照组竹材的硬度 ≠
Ταβ .2 Τηε ηαρδνεσσ οφ βαµ βοο στριπ αφτερ νο σοφτενινγ τρεατµεντ ανδ σοφτενινγ τρεατµεντ ατ 120 ε φορ 30 µιν ‘
试验号
∞¬³¨µ¬° ±¨·
‘²q
对照组 ‘²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·°¨ ±· tus ε 软化处理 vs °¬± ≥²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¤·tus ε ©²µvs °¬±
近青面
≥∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ²∏·¨µ³¤µ·²©¥¤°¥²²
近黄面
≥∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ¬±±¨ µ³¤µ·²©¥¤°¥²²
近青面
≥∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ²∏·¨µ³¤µ·²©¥¤°¥²²
近黄面
≥∏µ©¤¦¨ ±¨ ¤µ¬±±¨ µ³¤µ·²©¥¤°¥²²
t t x{s t uts |ts wxs
u t |ss t xss t tts {us
v u tts t z{s t vvs yts
w t wus t uss {us wys
x u uws t {us t uzs {ts
y t {ys t x|s t s{s y{s
z t |us t wys t svs zts
{ t zus t vys t sss xys
| t {xs t wus t szs {ss
ts t w{s t uss {ys y{s
平均  ¤¨± t {s{ t wxw t sw{ yx{
≤∂Πh tw1xv tx1xv tx1y{ us1zv
≠无软化处理的竹材的含水率为 ts h ~tus ε 软化处理 vs °¬±竹材的平均含水率为 ww1x h ∀׫¨ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·²©±²¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¬¶
ts h q׫¨ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·²©¶²©·¨±¬±ª·µ¨¤·° ±¨·¤·tus ε ©²µvs °¬±¬¶ww1x h q
tus ε 软化 vs °¬±和对照组竹材的硬度见表 u ∀从表 u
中的试验结果可以看出 o经 tus ε 高温软化 vs °¬±后 o竹材
的硬度大幅度下降 o近青面和近黄面分别下降了 wu1s h和
xw1z h ∀
214 旋切竹单板质量的测定
经 tus ε 软化 vs °¬±旋切的竹单板的厚度偏差和背面裂隙度见表 v∀从表 v的结果看 o单板厚度偏差在
? s1sx °°以内 o单板背面裂隙也较好 o可见 otus ε 软化 vs °¬±的软化工艺能保证旋切竹单板的表面质量 ∀
|| 第 tt期 程瑞香等 }高温软化处理对竹材性能及旋切单板质量的影响
表 3 旋切竹单板的质量 ≠
Ταβ .3 Τηε θυαλιτψ οφ βαµ βοο ϖενεερ
试验号
∞¬³¨µ¬°¨ ±·‘²q
单板厚度偏差
׫¬¦®±¨ ¶¶§¨√¬¤·¬²±Π°°
单板背面裂隙度
¤·«¨ ¦«¨¦®²±·«¨ ²¯²¶¨ ¶¬§¨ ²©√¨ ±¨ µ¨Πh
t s1sx us1y
u s1sx ux1z
v p s1st t|1{
w s1sx uu1t
x s1sw u{1x
平均  ¤¨± uv1v
≠旋切竹单板的名义厚度为 s1w °°∀׫¨ ±²°¬±¤¯ ·«¬¦®±¨ ¶¶²©¥¤°¥²²√ ±¨¨ µ¨¬¶s1w °° q
v 结论
tl经 tus ε 软化 vs °¬±后 o竹材
的弹性模量大幅度下降 o竹材的弹性
模量由软化处理前的 { |tu °¤下降
到 y wtz °¤o说明高温软化处理可以
提高竹材的塑性 ∀
ul 在 ⁄„ 试验中 o未软化处理
的竹材的 Τª为 tus ε o软化处理的
竹材的 Τª为 {{ ε o软化处理竹材的 Τª比未软化处理竹材的 Τª下降了 uy1z h ∀
vl 硬度测试结果表明 }经 tus ε 软化 vs °¬±后 o竹材的硬度大幅度下降 o近青面和近黄面分别下降了
wu1s h和 xw1z h ∀
wl 通过对旋切竹单板质量的测定表明 }在此软化工艺下 o旋切的竹材单板表面质量可以得到保证 ∀
参 考 文 献
程瑞香 qussw q刨切微薄竹和旋切竹单板的工艺技术研究 q南京林业大学博士后出站报告
何德芳 o崔成法 o曾奇军 o等 qusst q竹单板旋切工艺的初步探析 q木材工业 oy }u| p vs
李德清 qusss q旋切竹单板工艺探讨 q林业机械与木工设备 otu }ut p uu
李新功 o王道龙 o曾齐军 qusst q竹单板旋切工艺简介 q木材加工机械 ov }uv p uw
李文珠 o林卫军 o张文标 qusst q木材软化机理初探 q中国木材 oktl }v{ ∗ ws
刘道平 qusst q中国竹业产业化现状及展望 q林业科技开发 otxkxl }v p x
张齐生 o蒋身学 qussv q中国竹材工业面临的机遇与挑战 q世界竹藤通讯 otkul }t p x
k责任编辑 石红青l
sst 林 业 科 学 wu卷