竹材人造板耐久性探讨

余波 邱华伟

摘 要：介绍了竹材人造板耐久性研究现状，对竹材人造板的老化机理、耐老化性能测试方法及测定标准进行分析总结，详细介绍了现有研究成果，对现有研究中存在的问题进行探讨。

关键词：竹材人造板;老化机理;测试方法

中图分类号：TS653 文献标识码：A

0 引言

随着社会的进步和经济的持续发展，环境问题越来越受到人们的重视。传统的建筑材料，不论是钢筋还是水泥都属于高能耗、高污染的产品。因此，人们开始寻找天然，可再生的有机材料。目前，在建筑领域使用最多的是木材，然而我国是森林资源匮乏的国家，但我国的竹资源十分丰富，随着科技的进步，中国人对毛竹的开发利用取得了很多成果。目前我国针对竹材的研究主要集中于竹材制造工艺、竹木重组及竹塑复合等领域，先后开发了竹编胶合板、竹材重组材、竹材复合板等多种竹质工程材料和装饰材料，产品品种已系列化和标准化，在竹材产品开发与应用方面走在世界前列。

相比于混凝土、钢材等材料，竹材具有其独特的优越性。材料和产品的使用寿命是材料研究和设计使用共同关心的问题，对于一种新开发的产品，人们都希望用加速的方法在实验室用较短时间获得的试验数据预测，估算材料和产品的寿命。

目前，国内外对竹制板材耐久性的研究主要集中在以下两个方面：（1）竹制板材的耐老化性能。（2）竹制板材的防腐防霉。

1 竹制板材的耐老化性能研究

1.1 竹材人造板老化机理

研究资料表明：影响人造板耐久性能的几个主要因子有：1）产品所应用的环境条件。如温度、湿度、负荷、紫外线照射及昆虫、微生物的侵袭等。2）胶黏剂。3）木质材料和制备工艺。

另外，材料本身的性质如材种、密度、水分等会影响产品的耐久性。人造板进行胶合时，材料的表面润湿性能、表面加工状态、木材抽提物也可能影响到木材胶合性能，从而影响产品的耐久性。

1.2 耐老化性能测试方法

目前，室外用人造板耐老化性的测试方法主要有：室外自然老化法和室内加速老化法。其中室内加速老化法又分为单项老化试验法、循环老化试验法和老化仪法。室外自然老化法是将板材置于自然环境中，考察随着时间的推移和气候条件的变化，材料的物理力学性质的变化;室外自然老化法需要至少5年的试验时间，且自然条件不稳定重现性差，地区条件差异等原因，易影响测试结果。室内加速老化法，是在室内模拟自然环境中主要老化因素（如温度、水和水蒸气、太阳辐射等），以加快板材物理力学性质的改变，在短时间内获得板材在自然环境下长时间的暴露效果，是评定室外用人造板耐老化性的常用方法。

1.3 耐老化性能测定方法标准

竹制板材的耐老化性能测定一般是依据人造板材的耐老化性能测定标准进行的。国外已经制定多种室内加速老化方法标准，目前广泛使用的标准有：美国标准ASTMD 1037—2006的循环加速老化法、英国标准BSEN 1087—1、英国标准BS EN 321、英国标准BS EN 13986、日本标准JISA 5908、美国标准ASTMD 3434—2006、美國胶合板协会标准APA制定的APAP RP—108等。以上标准主要为检测刨花板和纤维板类板材耐老化性能而制定。

在国内，大多数都采用国外的ASTMD1037，BS EN 1087，WCAMA和 BS5669（V313）等室内加速老化试验方法来评定人造板的耐老化性。《GB/T 17657—1999 人造板与饰面人造板理化性能试验方法》中规定了室外用人造板加速老化性能测定方法，目的是确定试件经沸水煮后的IB。《GB/T 4897.5—2003刨花板第 5 部分：在潮湿状态下使用的结构用板要求》中规定的2 h沸水煮后IB测定方法与BSEN 1087测定方法一致。2009年更新的《GB/T 11718—2009中密度纤维板》标准中也规定了循环试验条件下防潮性能、沸腾试验、湿静曲强度测定和尺寸稳定性等测定方法。另外，GB/T 17657—1999和GB/T 13123—2003《竹编胶合板》和《LY/T 1861—2009户外木地板》还规定了湿循环性能测定和水煮（浸）—冰冻—干燥处理后静曲强度的测定方法，按照板材的板厚以及板种的不同分别规定了处理条件。

1.4 室内加速老化方法的评定指标

评定室外用人造板的耐老化性常用指标有：内结合强度（IB）、静曲强度（MOR）、吸水厚度膨胀率（TS）。

国内试验的各衡量指标的检测方法一般参照国际标准GB/T17657—1999的相关要求进行。

通常室外人造板的强度会随着试验循环次数的增加而下降，IB和MOR两个指标能准确反映室外用人造板的耐老化性。

1.5 竹材人造板耐老化性能研究成果

对于竹材人造板的耐老化性能许多学者也进行了试验研究。

黄小真[1]采用三种人工加速老化方法对板材进行老化处理，通过分析认为BSENI087—1是研究竹材重组材耐老化性能较优的人工加速老化处理方法。并采用BSEN1087—1对冷压、热压、热压炭化竹材重组材进行老化处理，发现：三种板材中，冷压板材的耐老化性能较差，热压板材老化后力学性能下降较少，但尺寸稳定性不及热压炭化板材。

张晓冬等[2]运用ASTM D1037人工加速老化试验方法对一种公交车底板上的竹木复合材料新产品进行6个周期循环老化研究。研究表明：老化过程中板材的抗弯强度和弹性模量的都呈现下降趋势，但老化过程对纵向抗弯强度的影响程度要小于对纵向弹性模量的影响。

付跃进等[3]介绍国内外室外用人造板耐老化性的2种测定方法：室外自然老化法和室内加速老化法，分析其相关性，并重点分析室内加速老化法的主要评定指标，为今后我国室外用人造板耐老化性的评定方法研究，及相关标准体系的建设，提出建议。

2 竹材人造板的防霉防腐

2.1 竹材防腐影响因素

竹材和竹制品在适宜的温湿度条件下保存和使用时存在耐腐性差、易吸潮虫蛀和霉变等缺陷。因此，其耐腐性也是影响竹材人造板耐久性的重要因素。

由于竹材节间细胞组织全部是纵向排列，没有像木材那样的径向薄壁细胞，并且射线细胞和竹材表面覆盖着富含硅和蜡质的坚硬薄层，使得防腐剂不能径向渗入。竹材纵向组织是由薄壁细胞和维管束（导管和厚壁纤维）组成，导管首尾相连，使得竹材中纵向防腐剂流动性能非常好。但是维管束在竹材内分布不均匀，并且离导管越远，渗透的水平也越差，这导致了防腐剂在竹材中分布不均匀。在防腐剂分布少的地方很容易成为细菌、真菌和昆虫浸入的突破口。

微生物引起竹材霉变的条件有：1）适合真菌生长的营养。2）适宜的温度。3）适当的湿度。4）一定的氧气供应。5）真菌传染。6）适宜的酸度。

2.2 竹材防腐处理

防霉防腐处理就是要通过某种手段，消除上述微生物赖以生存的必要条件。鉴于竹材与木材的化学结构及真菌侵害方式的相似性，目前，竹材使用的防霉剂大多借鉴木材。目前防霉剂一般分为油类防霉剂、油载（溶）防霉剂和水载（溶）防霉剂。常见的木材防腐处理工艺包括常压处理和压力处理两类。

几十年来，国内外学者们对竹材防腐开展了一系列的研究。

安鑫等[4]以4个国外竹种为研究对象，分别为尼泊尔版的虎克龙竹和马甲竹以及埃塞俄比亚高地竹和埃塞俄比亚低地竹，研究其天然防蛀、防腐以及防霉防变色性能。通过综合评价表明，4种竹材的天然耐久性以虎克龙竹最优，其次为马甲竹，埃塞俄比亚高地竹的天然耐久性最差。

刘磊等[5]对毛竹等6种竹材进行了室内耐腐性试验、野外埋地试验、热水抽提试验，结果表明：6种竹材都属耐腐和稍耐腐等级，天然耐久平均月数都不超过24个月。彩绒革盖菌侵染失重率越大的竹种，竹材的天然耐久平均月数就越短。失重率与竹材密度不呈直线相关，竹材的热水抽提物越多，其耐久性越差。

目前竹材防腐的发展趋势主要是：降低竹材营养物质含量和改善竹材渗透性;开发渗透性好，成本低廉，无毒环保等竹材防腐剂;改进处理工艺，增强竹材水载防腐剂的渗透性和抗流失性。

3 總结

国内外人造板老化试验方法很多，每种都有其特点，我国跨纬度比较大，竹材人造板种类较多且材料性质具有一定的离散型，所以应根据各个地区的气候条件、板材种类、用途等选择合适的加速老化试验方法。现有的人工加速老化方法只能对板材做一些估计而不能准确的预测人造板实际使用中的寿命，并且没有一种加速老化试验可以完全替代大气暴露试验。由于缺乏对自然条件下人造板材料老化性能的跟踪研究，以及试验模拟与自然条件相似程度存在差异，因此室内加速老化试验结果与实际应用关联性不强。因此需对室内加速老化法与室外自然老化法的相关性进行进一步研究。

现有的对于竹材人造板的耐久性研究一般都是基于木材人造板的研究成果，集中在影响老化的因素、老化试验标准的选择、板材原材的耐老化性等，对于板材的精确使用寿命还不能预测，ASTMD1073标准规定：经6个周期加速老化试验后，当静曲强度残留率在50%以上时，即认为可以承受在室外条件下使用三年以上时间。这可以满足汽车车厢板，集装箱等的使用要求，但对于使用条件相对较差的桥梁来说，还需要进行进一步讨论。

将竹材人造板应用于桥梁工程中还处于研究阶段，有关耐久性问题还需进行进一步的研究，应根据桥梁结构的使用条件参照相关标准制定与之相适应的标准。

参考文献：

[1]黄小真.户外竹材重组材耐老化试验方法及性能研究[D].南京：南京林业大学，2009.

[2]张晓冬，程秀才，班磊.竹木复合层合板老化性能试验[J].林业科技开发，2010（3）：18-21.

[3]付跃进，伍艳梅，吕斌，等.室外用人造板耐老化性的评估研究进展[J].木材工业，2011（5）：32-35.

[4]安鑫，覃道春，余林，等.4种国外竹天然耐久性的综合评价[J].竹子研究汇刊，2012（3）：44-47.

[5]刘磊，廖红霞，苏海涛.毛竹等6种竹材的天然耐久性试验[J].广东林业科技，2005（2）：68.