硬头黄竹竹材物理力学性质研究

2012-09-23何川刘渝

世界竹藤通讯 2012年3期

何川刘渝

(北京林业大学材料科学与工程学院北京 100083)

硬头黄竹(Bambusa rigida)是一种生长快、适应性强、产量高、繁殖方法多种多样、材质优良、经济价值高的中型丛生竹种[1]。在我国广东、广西、四川、福建、江西等省的山脚、路旁及河边大量分布，竹秆高6～12 m，直径2～6 cm，节间长30～50 cm，历来是造纸一级制浆原料和优良农用建筑材料。竹材的物理力学性质不仅可以作为竹林定向培育的评价参数，而且还对竹材加工利用方式的选择和处理工艺的制定有着重要的意义。目前，硬头黄竹的研究主要集中在竹林培育[2-3]、生物生态学特性[4]、制浆造纸[5]、板材加工利用[6-7]等方面，有关硬头黄竹材物理力学性质的研究还未见报道。本文研究了四川硬头黄竹竹材的主要物理力学性质，为其合理加工提供理论依据。

1 试材的制取

1.1 试材的采集

试材采自四川省，在硬头黄竹林中采竹龄3年的竹材10株，要求所采样株生长正常，无病虫害，胸径差异不大，样株齐地砍倒后，按其高度锯成3等份，编号运回实验室，待气干后供试验用。

1.2 试材加工及试验方法

1.2.1 试件的截取部位

为了保证各种试件取自竹秆上相对一致的位置，将每节竹筒段对称剖成4段竹条，并在竹条两端注明上、下，待含水率调整完成后，分别在相应竹条上按从上往下的顺序依次锯取密度、干缩性、顺纹抗压强度、顺纹抗弯强度试件。

1.2.2 试件规格

试件端面应相互平行，并与侧面垂直。测定密度的试件规格为5 mm×25 mm×t mm (t为竹壁厚)。测定干缩系数的试件规格为5 mm×20 mm×t mm。顺纹抗压强度的试件规格为5 mm×20 mm×t mm。测定弦向抗弯强度的试件规格为5 mm×160 mm×t mm[21]。

1.2.3 试验方法

参照竹材物理力学试验方法[8]、竹材物理力学性质的有关研究进行试验[9-12]，顺纹抗压强度和弦向抗弯强度在木材万能力学试验机上测定。

2 结果与讨论

2.1 硬头黄竹竹秆不同部位对物理力学性质的影响

硬头黄竹竹秆同一竹龄不同部位竹材的物理力学性质测定结果见表1。由表1可以看出，硬头黄竹竹壁厚度随竹秆部位上移呈下降趋势，这与谢九龙等对慈竹的研究结果类似[10]。竹材的干缩性是影响竹制品质量的重要因素。本研究发现，硬头黄竹竹材径向、弦向全干缩率随竹秆部位上移而减小，均为径向全干缩率大于弦向全干缩率；同黄竹[13]、角竹[14]、甜竹[15]材性类似，但这与毛竹[16]、大木竹[17]材性相反。竹材径向、弦向干缩率在不同竹种间大小差异的原因可能与维管束类型及其在竹壁径弦向的分布规律、细胞壁微纤丝角等竹材构造在各竹种间的变异有关。

研究竹秆部位与竹材物理力学性质的关系，对了解竹秆各部位材质、实现竹材全秆利用、提高竹材的利用效率有着重要的意义。为进一步分析硬头黄竹材物理力学性质随竹秆部位的变异规律，对主要物理力学性质与竹秆部位进行方差分析[18]，竹秆不同部位竹材物理力学性质方差分析见表2。从表2可以看出，竹材的密度（气干密度、全干密度、基本密度）以及弦向抗压强度未达到显著水平，同一竹龄竹材部位未对密度和弦向抗压强度造成影响。竹材的厚度、全干缩率（径向、弦向全干缩率、体积全干缩率）以及顺纹抗弯强度达到了显著水平，竹材部位对竹壁厚度、径向全干缩率、弦向全干缩率、体积全干缩率和抗弯强度的影响显著。所以，在选用对竹壁厚度和抗弯强度要求较高的竹材时，应着重考虑竹材部位的影响。

2.2 硬头黄竹竹材物理力学性质的变化趋势

硬头黄竹竹秆不同部位竹材的物理力学性质变化趋势见表3。由表3可知，同一竹秆不同部位竹材的物理力学性质是不同的。自竹秆基部至顶部，竹材体积全干缩率、弦向全干缩率、径向全干缩率、竹壁厚度逐渐减小，气干密度、全干密度、基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度逐渐提高。此结果与其他人对红壳、雷竹等竹材的研究结果相类似[19-21]。其主要原因为同一竹秆自基部至顶部，维管束横断面积逐渐缩小，维管束密度增大，导管孔径变细，自由水含量减少，密度增大，从而使力学性质相应提高。