竹束形状对重组竹吸水性能的影响

李景鹏，吴再兴，何 盛，黄成建，陈玉和*

（1. 国家林业局竹子研究开发中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省竹子高效加工重点实验室，浙江 杭州 310012）

竹束形状对重组竹吸水性能的影响

李景鹏1,2，吴再兴1,2，何 盛1,2，黄成建1,2，陈玉和1,2*

（1. 国家林业局竹子研究开发中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省竹子高效加工重点实验室，浙江 杭州 310012）

用粗、细2种竹束分别制备重组竹，测试不同竹束形状对重组竹吸水率、吸水厚度膨胀率、吸水宽度膨胀率以及重组竹水平剪切强度的影响。实验结果表明，在10 min浸胶时间下，细竹束的上胶量约为粗竹束上胶量的142.3%；在相同的时间下，粗竹束重组竹的吸水率、吸水厚度膨胀率以及吸水宽度膨胀率为细竹束重组竹的114.0%，131.1%和115.0%；粗竹束制备的重组竹的水平剪切强度小于细竹束重组竹。试验显示，竹束细化后，浸胶更加均匀，越容易压密实，改善了重组竹的胶合性能。

重组竹；竹束；上胶量；水平剪切强度；吸水性能

重组竹是借鉴重组木的制造工艺原理，以竹束为构成单元，按顺纹组坯、胶合压制而成的板材或方材，其力学性能优异，物理性能变化较大，既可应用于地板、家俱、建筑等普通领域，又可在桥梁等高强度材料领域应用[1~8]。经历了10余a的发展，重组竹的制造工艺取得了突破性的进展，已成为我国竹产业的主流产品之一。然而，重组竹在制造过程中，存在许多问题，最突出就是由竹条碾压而成的网状竹束，粗细不均匀，宽、厚度差异较大，影响竹束的浸胶和板坯的铺装过程，采用该种竹束压制成的重组竹，内部产生较大的内应力，当外界的温度、湿度发生交替变化时，被压缩的竹束，由于形状记忆而部分恢复，尺寸稳定性变差，导致产品存在严重的跳丝、开裂、变形等现象[1,9~13]。目前，国内外很多学者对重组竹的制备单元竹束进行了研究，然而，竹束形状对重组竹的吸水性能研究还不够全面。

研究竹束形状对其上胶量以及重组竹的物理力学性能的影响，采用粗、细2种不同形状竹束作为制备单元，研究2种竹束制备的重组竹在24 h水煮后的各项性能，通过数据分析以及微观观察，从根本上解释竹束形状对重组竹吸水性能的影响，这对优化重组竹的制备工艺、提高产品性能的稳定性具有重要意义，同时也为企业重组竹生产提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

竹束：4年生毛竹本色竹束，购于浙江省永裕竹业股份有限公司，规格为长350 mm，宽20~33 mm，厚度8~11 mm。本试验中采用粗细2种竹束，其中，竹束中竹束单元的平均断面尺寸为3.1 mm × 4.8 mm （宽度×厚度），称为粗竹束；平均断面尺寸为2.2 mm × 3.5 mm（宽度×厚度），称为细竹束。含水率均为10%~12%。

浸渍用低分子质量酚醛树脂(PF)胶：南京太尔化工有限公司生产，固含量（固体质量分数）57.1%，黏度77.5 mPa•s (25℃)，pH 9.67。调制成浓度为28%待用。

1.2 重组竹的制备工艺

将粗、细2种竹束的含水率调节至8%；采用浸渍法，通过调节浸胶时间和沥胶时间，将上述2种竹束的上胶量控制在11%左右；将浸胶后的竹束在50℃的鼓风干燥箱内干燥至含水率为12%；采用“热进冷出”热压工艺，按照设定的密度称取干燥后的竹束，将其均匀的铺装在带有侧向挡板的垫板上，热压时间42 min，压力5.5 MPa，热压结束后，热压板降温至50℃后卸压，得到的重组竹放在室内平衡一周，即可进行后续加工、测试分析。板材设定密度为1.0 g•cm-3，幅面为350 mm × 170 mm，板厚21 mm。

1.3 性能测试

按照GB/T 30364-2013《重组竹地板》中的室内用竹地板吸水率、吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率测试方法，将试件浸于pH值为7±1，温度为（63±3）℃的恒温水浴锅中。试件表面垂直于水平面。试件之间以及试件与水浴锅底部和四周之间至少相距15 mm，试件上端低于水平面（25±5）mm，使其可自由膨胀。试件每浸泡1 h，从水中取出，擦去试件表面附着的水，在原测量点测量其宽度、厚度，精确至0.01 mm。共测量24次（24h）。

按照GB/T 30364-2013《重组竹地板》标准，测试重组竹的密度、水平剪切强度。

通过体视显微镜分析24 h水煮后端面情况。

图1 竹束形状对上胶量的影响Figure 1 Effect of bamboo bundle diameter on its glue loading

2 结果与分析

2.1 竹束形状对上胶量的影响

竹束形态对重组竹材浸胶工艺有一定的影响。在其他浸胶工艺条件不变的情况下，采用粗、细两种不同竹束进行试验，当浸胶时间为10 min时，对上胶量的影响如图1所示。从图1可以看出，细竹束的上胶量明显高于粗竹束的上胶量。由前文可知，粗竹束中的竹束单元平均断面尺寸为3.1 mm × 4.8 mm，而细竹束中的竹束单元平均断面尺寸为2.2 mm × 3.5 mm，粗竹束中竹束单元平均断面尺寸明显比细竹束中的断面尺寸要大很多，粗竹束中竹束单元差异较大，疏解较粗糙不均匀，而细竹束中的竹束单元较细，疏解效果好。细竹束经过精细疏解之后，竹束单元平均断面尺寸较小，增加了竹束的比表面积，使得在浸胶过程中竹束与胶液的接触面积增大，具有较大的吸胶空间，从而增大了对胶液的负载量。因此，试验中为了使2种竹束的上胶量相同，对粗竹束进行了补胶处理。

2.2 竹束形状对重组竹24 h吸水率的影响

图2 竹束形状对重组竹吸水率、吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率的影响Figure 2 Effect of bamboo bundle diameter on water absorption(a), thickness swelling(b) and width swelling (c)of bamboo scrimber

不同粗细竹束制备的重组竹，经过24 h水煮试验之后，试件的吸水率见图2（a）。从图2（a）可以看出，2种竹束制备的重组竹，在相同的浸泡时间内，由细竹束制得重组竹的吸水率小于粗竹束制得重组竹的吸水率，后者为前者的114.0%。可见，竹束粗细对重组竹的吸水性能有很大影响。这主要是由于随着竹单板疏解次数的增加，将竹片分解成了细小的竹束，从而竹束的比表面积不断增加，疏松间隙度增加，在浸胶过程中，酚醛树脂均匀的吸附在竹束的表面，固化后，这些胶黏剂在竹束表面形成了一层均匀的胶膜，由于固化后的酚醛树脂具有良好的耐水性，因此，要想得到尺寸稳定性好的重组竹，应选择细竹束。

2.3 竹束形状对重组竹吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率的影响

从图2（b）可知，随着水煮时间的推移，由粗竹束和细竹束制备的重组竹的吸水厚度膨胀率均逐渐增大，而由粗竹束制备的重组竹的吸水厚度膨胀率大于细竹束制备的重组竹的吸水厚度膨胀率，且随着时间的推移,差距越来越大。经过24 h水热老化后，粗竹束制备的重组竹的吸水厚度膨胀率为细竹束的131.1%。同样，如图2（c）所示，随着水热老化时间的推移，由粗竹束制备的重组竹的吸水宽度膨胀率大于细竹束制备的重组竹的吸水宽度膨胀率，前者为后者的115.0%。因而若要想得到尺寸稳定性好的重组竹，应选择细竹束作为单元压制板材。

从图2（b，c）可知，疏解成细竹束对改善重组竹的尺寸稳定性具有明显的作用。重组竹是竹束在湿热-高压的作用下压缩、密实胶合而成的，竹材中的导管和基本组织等薄壁细胞均受到不同程度的压缩，如果没有胶黏剂的固定，在温湿度环境改变时，压缩的导管和基本组织有恢复原有状态的趋势，严重的甚至会出现跳丝和开裂等缺陷。粗竹束制备的重组竹吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率大的原因有2个。一方面，在水煮阶段，水可以通过维管束进入重组竹内部，随着吸水量的增加，使得酚醛树脂和竹材细胞壁中的微纤丝发生溶胀，产生溶胀应力，由于竹材的溶胀率大于酚醛树脂，当达到一定界限时，竹束与酚醛树脂的界面发生破坏，由于粗竹束中竹束单元较粗，压缩率大于细竹束，因此由粗竹束制备的重组竹的膨胀率更高；另一方面，由于粗竹束中的竹束单元较粗，浸胶不均匀，部分被压缩或者压溃的较粗的竹束，由于没有胶黏剂的固定，水煮时，被压缩的细胞腔发生反弹，孔隙率增加，因此也导致水的存储空间增加，使得膨胀率增大[12,14~15]，该结果与图2（a）中给出吸水率结果一致。另外，在相同的热压工艺下，竹束中竹束单元越细，越容易压密实，减少了孔隙率，从而提高了重组竹的耐水性。

2.4 竹束形状对重组竹水平剪切强度的影响

表2 重组竹的力学性能Table 2 Mechanical properties of bamboo scrimbers

水平剪切强度主要是反映材料在短梁剪切力作用下的抗剪性能，试件的破坏类型主要包括层间剪切力破坏、拉伸面拉伸断裂破坏以及二者均存在的综合破坏3种形式[14]。对粗、细两种竹束制备的重组竹的水平剪切强度进行了对比研究，由于竹束上胶量以及重组竹密度对力学性能有较大影响，在相同的制备工艺下，控制了竹束的上胶量及重组竹的密度，然后对其进行了力学测试，结果见表2。

由表2可以看出，粗竹束制备的重组竹的水平剪切强度小于细竹束重组竹，为细竹束重组竹的93.4%。这可能与浸胶均匀性有关，疏解成细竹束后，竹束细化，浸胶更加均匀，同时竹束越细越容易压密实，减少了空隙，从而在一定程度上改善了重组竹的胶合性能，提高了重组竹的水平剪切强度。

3 结论与讨论

（1）竹束形状直接影响竹束上胶量，在10 min浸胶时间下，细竹束的上胶量约为粗竹束上胶量的142.3%。这是因为细竹束经过精细疏解之后，竹束单元平均断面尺寸较小，增大了竹束的比表面积，具有较大的吸胶空间，从而增大了对胶液的负载量。

（2）竹束形状对重组竹的吸水率、吸水厚度膨胀率以及吸水宽度膨胀率有明显影响，在相同的时间下，粗竹束重组竹的吸水率、吸水厚度膨胀率以及吸水宽度膨胀率均大于细竹束重组竹，前者分别为后者的114.0%，131.1%和115.0%。这说明竹束细化在一定程度上能够提高重组竹的尺寸稳定性。

（3）竹束形状对重组竹的力学性能有不同程度的影响，由粗竹束制备的重组竹的水平剪切强度小于细竹束重组竹。由于竹束细化后，浸胶更加均匀，同时竹束细化越容易压密实，在一定程度上改善了重组竹的胶和性能。

试验表明，疏解成细竹束，对改善重组竹的耐水性和尺寸稳定性具有较好的作用。

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Effect of Bundle Diameter on Water Absorption Properties of Bamboo Scrimber

LI Jing-peng1,2，WU Zai-xing1,2，HE Sheng1,2，HUANG Cheng-jian1,2，CHEN Yu-he1,2*
（1．China National Bamboo Research Center, Hangzhou 310012, China; 2. Key Laboratory for High Efficient Processing of Bamboo of Zhejiang Province, Hangzhou 310012, China）

Bamboo scrimbers were prepared with thick and thin bamboo bundles as raw materials. Determinations were conducted on water absorption, thickness swelling rate, width swelling rate and horizontal shearing strength of scrimbers. The results showed that glue loading of thin bamboo bundles was 142.3% of thick ones 10 minutes after dipping glue. Water absorption, thickness swelling rate, and width swelling rate of bamboo scrimber made by thin bundles was 114.0%, 131.1% and 115.0% of that by thick ones. The horizontal shear strength of the scrimber made by thick bamboo bundles was less than that by thin ones. The experiment resulted that thinner bundles had even gluing, denser pressed and better properties of scrimber.

bamboo scrimber; bamboo bundle; glue loading quantity; horizontal shearing strength; water absorption property

S782.33

A

1001-3776（2016）06-0067-04

2016-06-27；

2016-10-31

浙江省省院合作林业科技项目（2013SY06）;浙江省竹子高效加工重点实验室项目（2014F10047）

李景鹏（1989－），男，山东安丘人，从事竹材功能性改良研究；*通讯作者。