竹木工艺筷物理力学性能试验分析

郝向阳，王洪艳，袁少飞，袁超哲，石林，张建，李琴

（1. 浙江农林大学 化学与材料工程学院，浙江 杭州 311300；2.浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室，浙江 杭州 310023）

筷子是一种具体表现饮食民俗的特色餐具，其丰富的象征意义和文化内涵已成为中华民族文化特有的符号[1-2]。随着竹材、木材加工利用技术的进步和大众环保、生态意识的加强，可多次反复使用的以竹或木为材质的工艺筷，因其具有产品质量好、种类多、文化内涵丰富、绿色环保等显著优势，深受国内外消费者的青睐，发展日益迅速。但随着加工技术的快速发展，因其较低的生产门槛、监管难度大和缺乏相应的产品标准，导致竹木工艺筷的质量良莠不齐。筷子与人的健康安全密切相关。

目前，国内外学者对一次性筷子已进行了比较系统的研究[3-5]，也有学者对竹木工艺筷的涂层重金属等有害物质进行了研究[6-8]，但针对竹木工艺筷的使用性能还未有系统的研究。本文重点对影响竹木工艺筷使用的含水率、尺寸偏差、弯曲量、耐热水、耐热油、折断和跌落等物理力学性能进行系统试验和研究，旨在为进一步规范竹木工艺筷产品质量、标准制定、保障消费者权益以及推动产业健康持续发展提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用的竹木工艺筷样品共有47 种，每种样品60 双，分别购自浙江双枪竹木有限公司、浙江九川竹木股份有限公司、浙江味老大工贸有限公司、浙江天竹工贸有限公司、浙江利众竹木有限公司、泰顺县喜来福竹木制品有限公司、浙江三禾竹木科技股份有限公司、浙江峰晖竹木制品有限公司、龙泉市日用竹木制品厂、浙江佳驰竹木有限公司等生产企业，其中未漆饰23 种、漆饰24 种；16 种木质工艺筷样品中未漆饰和漆饰各8 种；31 种竹质工艺筷样品中未漆饰15 种、漆饰16 种，材质均为毛竹Phyllostachys edulis材，其中本色15 种、炭化16 种；具体见表1 和表2。食用油为5L 装金龙鱼牌食用大豆色拉油（上海嘉里食品工业有限公司生产）。水为蒸馏水。

表1 未漆饰竹木工艺筷样品情况Table 1 Unpainted bamboo and wood chopsticks

表2 漆饰竹木工艺筷样品情况Table 2 Painted bamboo and wood chopsticks

1.2 主要仪器

DK-S 型数显电热恒温水浴锅，上海浦东荣丰科学仪器有限公司；W-5 型恒温水浴锅，巩义市英峪高科仪器厂；D10S 型新纳达带锯机，新纳达科技有限公司；DHG-9203A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；游标卡尺（分度值1.0 mm，精度0.02 mm）；钢板尺（分度值0.5 mm，精度0.5 mm）；塞尺（精度等级1 级）。

1.3 试验设计

1.3.1 含水率测试 参照GB/T 1931—2009《木材含水率测定方法》中规定的检验方法进行[9]。每双筷子为一个试样，取样时先截取每根筷子的两端（25±5）mm，再沿筷子长度方向分别截取长度约（20±5）mm 的小段，每根筷子取3 个小段。试样制取时要避开镶嵌有装饰性部件的位置。试样制取后立即用塑料袋密封。每种样品随机取5 双筷子进行测试，结果取平均值。

1.3.2 尺寸偏差测试 参照GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》和GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》中规格尺寸的相关检验方法进行[10-11]，主要测试竹木工艺筷的长度及大头端面、小头端面的尺寸，其中大头端面和小头端面为正方形的测试边长，大头端面和小头端面为圆形的测试直径，并与生产厂家标注的尺寸数据进行比较分析，以偏差来评价竹木工艺筷的尺寸情况。测试时采用钢板尺沿筷子中心轴线方向测量长度尺寸，大头和小头端面尺寸用游标卡尺测量。每种样品随机抽取5 双筷子进行测试，结果取平均值。

1.3.3 弯曲量测试 弯曲量也就是竹木工艺筷的变形情况。参照GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中侧面弯曲和正面弯曲的检验方法进行[12]。弯曲量测量时将单根筷子凹面朝下靠在钢板尺上，在最大弯曲处用塞尺测试其高度。每种样品随机抽取5 双共10 根筷子进行测试，结果取平均值。

1.3.4 耐热水性能试验 参照GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中耐热水性能进行。试验时先将烧杯中的蒸馏水加热至沸腾，然后将筷子小头垂直浸入沸水中（100±5）mm，分别保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性滤纸擦去表面水分，立即观察筷子变形、表面变色、漆膜起皮或脱落等现象。每种样品随机抽取5 双筷子进行试验。

1.3.5 耐热油性能试验 参照GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中耐热油性能检验方法开展试验。试验时先将水浴锅中的食用油加热至（120±5）℃，然后将筷子小头垂直浸入食用油中（100±5）mm，分别保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性滤纸擦去表面食用油，立即观察筷子变形、表面变色、漆膜起皮或脱落等现象。每种样品随机抽取5 双筷子进行试验。

1.3.6 折断性能试验 参照GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中折断性能检验方法开展试验。试验时，取1 双筷子，将筷子大头一端100 mm 置于水平的桌面上并用质量在10 kg 以上的物体压住固定，筷子其余部分垂直桌边向外伸出，在另一端（10±2）mm 处悬挂500 g 砝码分别保持60 s、120 s、180 s，观察筷子有无折断或撕裂等情况。每种样品随机取5 双筷子进行试验。

1.3.7 跌落性能试验 参照GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中跌落性能检验方法开展试验。试验时，将1 双筷子距平整水泥地面或贴瓷砖地面0.8 m 高处，分别水平自由跌落1 次、2 次、3 次，观察筷子有无残缺、断裂，装饰性部件有无松动或脱落。每种样品随机取5 双试样筷子进行试验。

2 结果与分析

2.1 含水率测试结果分析

从图1 和图2 分析后得到，47 种竹木工艺筷的含水率均在7%～ 16%之间，其中，含水率低于14%的有46种、低于12%的有42 种、低于10%的有24 种，全部符合GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中对7%≤含水率≤各地平衡含水率（浙江为16.0%）的要求；但参照GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》，31 种竹质工艺筷中有24 种样品符合含水率≤10%的要求。从材质来看，16 种木质工艺筷的含水率比竹质工艺筷的含水率高，含水率在10%以上的有15 种且波动范围较大，最低含水率为9.99%，其中1 种鲍迪豆材质的漆饰木质工艺筷的含水率最高，为15.12%；31 种竹质工艺筷中，含水率≤10%的有24 种，最高含水率为11.5%。本色竹质工艺筷的含水率比炭化竹质工艺筷的含水率高，在未漆饰工艺筷样品中尤为明显。这主要是因为木质工艺筷的材质种类较多，且木材相对竹材而言，吸水性好；而竹材炭化后纤维素结晶度增加，竹材维管束收缩，细胞间隙变小[13-14]，炭化后竹材耐湿性能提高。

图1 未漆饰竹木工艺筷含水率测试结果Figure 1 Moisture content in unpainted chopsticks

图2 漆饰竹木工艺筷含水率测试结果Figure 2 Moisture content in painted chopsticks

2.2 尺寸偏差测试结果分析

2.2.1 长度尺寸及偏差结果分析 GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中对长度尺寸的允许偏差范围为±1.0 mm。从表3、表4 测试结果可知，在47 种竹木工艺筷中有45 种工艺筷的长度偏差在±2.0 mm 以内，占试验样品数的95.7%，其中偏差在±1.0 mm 以内有38 种，占试验样品数的80.9%。对比分析后发现，未漆饰竹木工艺筷的长度尺寸偏差整体比漆饰竹木工艺筷的较好，23种未漆饰竹木工艺筷中，尺寸偏差在±1.0 mm以内的样品有21 种、偏差在±0.5 mm 以内的样品有17 种；24 种漆饰竹木工艺筷中，尺寸偏差在±1.0 mm 以内的样品有17 种、偏差在±0.5 mm 以内的样品有11 种。

表3 未漆饰竹木工艺筷长度尺寸及偏差测试结果Table 3 Length and tolerance of unpainted chopsticks

表4 漆饰竹木工艺筷长度尺寸及偏差测试结果Table 4 Length and tolerance of painted chopsticks

2.2.2 大头端面尺寸及偏差结果分析 GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中对筷子大头端面尺寸的允许偏差范围为±0.2 mm。47 种竹木工艺筷样品中，大头端面为正方形的有44 种、为圆形的有3 种。从表5、表6 测试结果来看，47 种竹木工艺筷样品大头端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以内，其中偏差在±0.10 mm 以内的样品有29 种、占试验样品数的61.7%，偏差在±0.05 mm 以内的样品有18 种、占试验样品数的38.3%。

表6 漆饰竹木工艺筷大头端面尺寸及偏差测试结果Table 6 Head end size and tolerance of painted chopsticks

2.2.3 小头端面尺寸及偏差结果分析 GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中对筷子小头端面尺寸允许偏差范围为±0.20 mm。47 种竹木工艺筷样品小头端面均为圆形。从表7、表8 测试结果发现，47 种竹木工艺筷的小头端面直径尺寸偏差均在±0.20 mm 以内，其中偏差在±0.10 mm 以内的样品有31 种，占试验样品数的66.0%，偏差在±0.05 mm 以内的样品有16 种，占试验样品数的34.0%。

表7 未漆饰竹木工艺筷小头端面尺寸及偏差测试结果Table 7 Tail end size and tolerance of unpainted chopsticks

表8 漆饰竹木工艺筷小头端面尺寸及偏差测试结果Table 8 Tail end size and tolerance of painted chopsticks

2.3 弯曲量测试结果分析 GB/T 24398—2009《植物纤维一次性筷子》中对筷子正面和侧面的弯曲允许偏差<1.0 mm。从图3 和图4 弯曲量测试结果来看，47 种竹木工艺筷样品的弯曲量均<0.60 mm，最大值为0.52 mm，最小值为0.12 mm；其中46 种样品的弯曲量<0.50 mm、占样品总数的97.9%，42 种样品的弯曲量<0.40 mm、占样品总数的89.4%，30 种样品弯曲量<0.30 mm、占样品总数的63.8%。从材质看，木质工艺筷的弯曲量相对优于竹质工艺筷，木质工艺筷弯曲量最高为0.31 mm，而竹质工艺筷弯曲量最高为0.52 mm。

图3 未漆饰竹木工艺筷弯曲量测试结果Figure 3 Curvature of unpainted chopsticks

图4 漆饰竹木工艺筷弯曲量测试结果Figure 4 Curvature of painted chopsticks

2.4 耐热水性能试验结果分析

对表9、表10 试验结果进行分析发现，未漆饰竹木工艺筷的耐热水性能较漆饰竹木工艺筷优异。23 种未漆饰竹木工艺筷经过60 min 水煮试验后均未出现变形、表面变色、起毛等情况；而24 种漆饰竹木工艺筷的耐热水性能表现较差，时间越长，漆膜起皮或脱落现象越严重，其中漆饰竹质工艺筷的耐热水性能最差。水煮30 min时，有3 种漆饰本色竹质工艺筷出现漆膜起皮或脱落现象；水煮60 min 时，有7 种样品出现漆膜起皮或脱落现象，其中漆饰竹质工艺筷有6 种。

表9 漆饰竹木工艺筷耐热水性能试验结果Table 9 Hot-water resistance of painted chopsticks

表10 未漆饰竹木工艺筷耐热水性能试验结果Table 10 Hot-water resistance of unpainted chopsticks

2.5 耐热油性能试验结果分析

从表11、表12 检测结果看，未漆饰竹木工艺的筷耐热油性能较漆饰竹木工艺筷优异。23 种未漆饰竹木工艺筷经过60 min 热油试验后均未出现变形、表面变色、起毛等情况；而24 种漆饰竹木工艺筷耐热油性能表现较差，时间越长，漆膜起皮或脱落现象越严重；在30 min 时，就有8 种样品出现漆膜起皮或脱落现象，在40 min、50 min 和60 min 时，有9 种样品出现漆膜起皮或脱落现象；其中，以漆饰本色竹质工艺筷的耐热油性能最差，30 min 时，8 种样品中就有6 种样品出现漆膜起皮或脱落现象。

表11 漆饰竹木工艺筷耐热油试验结果Table 11 Hot-oil resistance of painted chopsticks

2.6 折断性能试验结果分析

从表13 试验结果看，47 种竹木工艺筷经过60 s、120 s、180 s 的折断试验后，表现良好，均未出现折断、撕裂等情况。

表13 竹木工艺筷折断试验结果Table 13 Fracture of tested chopsticks

2.7 跌落性能试验结果分析

从表14 试验结果看，47 种竹木工艺筷经过3 次跌落试验后，表现良好，均未出现残缺、断裂等情况。

表14 竹木工艺筷跌落试验结果Table 14 Drop test on tested chopsticks

3 结论与建议

3.1 结论

（1）竹木工艺筷的含水率在7%～ 16%之间。从材质来看，木质工艺筷的含水率比竹质工艺筷的含水率高，而本色竹质工艺筷的含水率又比炭化竹质工艺筷的含水率高，在未漆饰竹木工艺筷样品中尤为明显；（2）竹木工艺筷的长度偏差基本在±2.0 mm 以内，大头端面和小头端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以内，其中，未漆饰竹木工艺筷的长度偏差比漆饰竹木工艺筷的相对较好；（3）竹木工艺筷有较好的尺寸稳定性，弯曲量均<0.60 mm，其中木质工艺筷弯曲量相对优于竹质工艺筷；（4）未漆饰竹木工艺筷比漆饰竹木工艺筷有更好的耐热水和耐热油性能，其中漆饰竹质工艺筷的耐热水和耐热油性能相对较差。未漆饰竹木工艺筷经60 min 水煮试验和60 min热油试验后均未出现变形、变色、起毛等现象；（5）竹木工艺筷折断和跌落试验后均未出现残缺、破损、断裂等情况，性能优异。

3.2 建议

目前，现有筷子产品的标准主要是关于一次性的竹筷、木筷、植物纤维筷等产品，对可多次使用的竹木工艺筷尚无相关的国家或行业标准，仍是空白，须尽快制订产品标准。因筷子关系到人的健康安全，建议在高温条件下尽量使用未漆饰竹木工艺筷，避免长时间使用漆饰竹木工艺筷。