第30卷 第1期中国建材科技2021年2月
Flexural and shear resistance of bamboo fiber composites
张欢欢
（中铁贵州工程有限公司，贵州 贵阳 550003）
ZHANG Huanhuan
移动ugc(China Railway Guizhou Engineering Co., Ltd., Guiyang 550003)
摘要：选取冷、热压工艺，制得相应的竹基纤维复合材料，使其密度均维持在0.85～1.20g/cm3，对制得的材料展开性能检验，明确其物理力学性能表现。结果表明，两种工艺均有可行性，所得竹基纤维复合材料质量较好。冷压工艺所得产品在耐水性方面有良好表现，而热压工艺所得产品有更好的抗弯及抗剪性能。 关键词：竹基纤维复合材料；制作工艺；力学性能
Abstract: The bamboo-based fiber composite materials are prepared by cold and hot pressing processes, and the density is maintained at 0.85 ~ 1.20 g/cm3. The properties of the materials are tested to determine their physical and mechanical performance. The results show that both processes are feasible and the quality of bamboo-based fiber composite materials is better. The products obtained by cold pressing process have good water resistance, while the products obtained by hot pressing process have better bending and shear resistance.
Keywords: bamboo-based fiber composite; production technology; mechanical property
中图分类号：S781.9 文献标志码：A 文章编号：1003-8965（2021）01-0048-02
材料领域持续发展，竹基纤维复合材料成为技术人员高度关注的对象。我国在竹基纤维复合材料方面已取得较显著的研究成果[1-2]，制得的复合材料综合性能优越，在建筑工程、风电桨叶等领域都得到广泛应用。
竹基纤维复合材料的制作工艺可选形式较多，以冷压和热压最具代表性，各自制得的产品在性质方面具有差异性，本文对此展开分析，以便给企业的工艺选择提供参考。
1 试验材料
慈竹盛产于四川大邑，胸径40～70mm，壁厚3～6mm。取该地的竹产品，将其置于酚醛树脂（PF）胶内给予浸泡处理。所用浸泡材料的主要性质为：固体含量45.59%，黏度36mP·s，pH值10～1l，水溶倍数7～8倍。
2 竹基纤维复合材料的制备方法及流程
选取冷压和热压两种制作工艺，采用某厂生产线制作，基本要求为密度控制在0.85～1.20g/cm3。
2.1 冷压生产工艺
工艺流程：竹束纤维可控分离→干燥→浸渍处理→计量→装模→冷压→升温处理→降温→拆模→修整→成型。
核心工艺要点主要有：
1）竹束纤维可控分离。作为基础环节，其工艺效果会对后续制造带来明显影响，较可行的是非连续点裂技术，对原竹采取可控分离处理措施，从而形成竹束纤维化单板。
2）浸渍处理。处理后得到竹束纤维材料，将其置入PF 胶（要求材料中固体含量约15%）内，并给予持续5min的浸泡处理，若无误则进入气干环节，使其含水率下降至10%左右。
3）冷压。冷压处理的实现应得到成型模具的支持，结构组成如图1所示。经称量后确定材料的基础信息，如密度、体积，经过铺装后盖上盖板，检测盖板的位置，当其下降至设计高度后卸压，带锈防锈剂
将成型材料取出。
图1 冷压成型模具
4）升温固化与冷却。将经过处理的竹方坯料转移至高温窑内，使其发生升温固化反应。温度稳定在132℃，持续时间以10h为宜，满足要求后逐步降温，50℃时将其取出，并进入窑外冷却。由专员卸模，给予4d～5d的静置时间，随后可根据需求合理修整。
2.2 热压生产工艺
主要工艺流程：竹束纤维可控分离→干燥→浸渍处理→计量→装模→热压→冷却处理→修整→成型。
相比于冷压工艺，热压工艺在“计量”工序之前的操作都与之具有一致性，随后的工艺要点发生变化，主要有：制得纤维化竹单板后，顺纹方向排列整齐，铺装成板坯；温度提升至150℃，压力维持在4.5MPa，在此条件下组织加热作
作者简介：张欢欢（1984-），陕西咸阳人，本科/工程师，从事工程施工管理与工程建材研发生产工作。
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新型建材
竹基纤维复合材料的抗弯性能和抗剪切性能
业，按照1.3min/mm 的标准确定合适的保温时间；经保温处理后，向其中通入冷却水以达到降温的效果，检测板材芯层的温度情况，当其在80℃以内时可组织卸板作业。
英语教学反思案例2.3 竹基纤维复合材料的性能测试方法冷压板材沿高度方向依次切割，形成厚度均为30mm 的片材，热压板材的切割可顺长度方向完成，单块规格均设为800mm ×600mm ×30mm ，再依据规范检测试件的质量，具体指标包含复合材料的密度、弯曲强度、弯曲模量、水平剪切强度。各项指标均选取6个试件，得到结果后求取均值，由此得到最终结果。
耐水性能检测选择的是20℃水浸泡的方式，其主要操作流程为：选取待检测的试件，将其放置在20℃的水中持续浸泡10d ，期间每间隔24h 取出并检测，掌握各时间节点材料所对应的吸水厚度膨胀率（TS ）和吸水率（WA ）。所有试件的尺寸控制标准均为50cm ×50cm ，经检测后获得6个试件的测量结果，求取均值。
3 试验结果与讨论
3.1 竹基纤维复合材料的耐水性能取密度为0.85～1.15g/cm 3的试样，分别对其展开TS 和WA 检测，根据所得结果绘制图形，如图2
所示。
图2 竹基纤维复合材料的耐水性能
由图2分析得知，各竹基纤维复合材料的耐水性表现都相对较好。
1）TS ：低密度试验分析结果显示，TS 均控制在3%以内，冷压法试样所得的TS 值均控制在2%以内；高密度试样分析结果显示，TS 均控制在5%以内，冷压法试样所得的TS 值均控制在4%以内；在浸泡时间延长的条件下，TS 值的变化由快速变为慢速，后续趋于平缓状态。
2）WA ：低密度试验分析结果显示，WA 均控制在35%以内；高密度试样分析结果显示，WA 均控制在20%以内。在浸泡时间延长的条件下，WA 值的变化由快速变为慢速，后续趋于平缓状态。
通过上述分析可知，若密度保持一致，通过冷压工艺制得的材料具有更为良好的耐水性能，表现优于热压工艺材料。此外，测试方法、原材料等因素会不同程度影响复合材料的耐水性能。
3.2 竹基纤维复合材料的抗弯性能冷、热压工艺均能够制得质量较好的竹基纤维复合材料，且弯曲强度和弯曲模量的变化规律具有一致性，均与密度具有正比例关系。在密度增加的条件下，试样的抗弯能力提升；若保持密度一致，冷压法所得的产品在弯曲强度方面略低，但两种工艺在弹性模量方面几乎不存在差异。
农业科技通讯若工艺相同，影响抗弯性能的因素主要是竹束纤维体、树
脂层以及两者所具有的界面性能。从工艺流程的角度看，冷压材料采取的是先模具成型后固化的方式，其在固化期间未涉及施加外力的情况；而对于热压工艺而言，固化成型过程中伴有特定的压力，竹束纤维与树脂层的界面性能表现较为良好，基于此特性，制得的材料在弯曲强度方面的表现相对更好。在弯曲弹性模量的各类影响因素中，以竹束纤维体最为典型，两种工艺制得的材料在此方面并无明显差异，因此抗弯弹性模量几乎相同。
3.3 竹基纤维复合材料的抗剪切性能其性能试验如下图3
所示。
图3 竹基纤维复合材料的剪切性能
由图3分析可知，冷、热压两种工艺制得的产品在剪切
强度方面的变化规律相同，均与密度成正比关系。
热处理对材料强度的影响要考虑热处理环境中pH 值的变化对生物复合材料的影响。竹单板经高温处
理后pH 值显著降低，碱缓冲容量增大，而酸缓冲容量降低。缓冲容量的大小对胶合剂pH 值的变化有着决定性作用，会影响在碱性条件下固化的酚醛树脂的固化时间，而固化时间和pH 值是影响酚醛树脂固化和形成胶合强度的主要因素。而热处理后纤维化竹单板的热水抽提物含量显著增加，大量抽提物沉积于竹材的表面，增加了竹材表面的污染程度，也会对界面间的胶合强度产生影响。
在材料密度相同的条件下，热压材料的剪切强度相对更高，表明其界面结合性能更为良好，相比之下冷压方式在此方面略微逊。
4 结语
基于上述力学性能分析，得以下结论：
1）通过冷、热压工艺均可制得综合性能较好的竹基纤维复合材料；
2）以密度一致为前提，热压工艺所得的产品在抗弯性能和抗剪切性能方面都具有更好的表现，优于冷压工艺；
3）冷、热压工艺都具有可行性，企业可根据产品用途选择相应工艺。若注重铺装的便捷性，以冷压生产工艺较为合适；若追求力学性能，则优先选择热压工艺。
黄如论中学参考文献
[1]孟凡丹，王超，向琴，等.疏解竹单板高温干热处理对竹基纤维复合材料性能的影响[J].林业科学,2019(09):142-148.
[2]黄成建，赵荣军，任海青，等.竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展[J].世界林业研究,2018(05):39-43.
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