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竹束单板整张化及其层积材性能的研究

邱亚新  
【摘要】:作为一种新型人造板材,重组竹最大的特点是突破了传统的加工方式,保证了竹材利用率高达90%以上,在原料上既可利用大径毛竹,也可利用小径竹。重组竹在具有力学性能稳定、纵向强度高等良好物理力学性能的同时,还存在着密度分布不均匀、密度高、残余应力大等问题,这些缺陷在一定程度上阻碍了重组竹在结构材上的进一步利用。其中,密度不均匀是重组竹研究中的难题之一。重组竹组坯工序中,手工随机组坯铺装竹束单元是导致重组竹板材密度不均的原因之一。手工组坯,不仅作业效率低,板坯无结合强度,空隙大而不平整,稳定性差易散坯,不利于大规模工业化生产,而且易出现竹束单元重叠搭接、铺装不均衡等板坯铺装不均匀的现象,而板坯铺装质量的好坏直接影响到板材的密度均匀性,使板材相应各部分物理力学性能的变异性大,影响其在建筑上作为结构材的使用。 针对上述问题,本文借鉴单板层积材组坯工序中单板组坯的思想,在现有竹束单板层积材手工组坯竹束单元的工序中引入线连接竹束单板和竹束单板预压密实化两种不同的整张化工艺,以期达到既可实现竹束单元的整张化作业又能保证板材各项物理力学性能均匀的目标。 本文以梁山慈竹(Dendrocalamus farinosus)为研究对象,分别研究了线连接整张化工艺和竹束单板预压密实化工艺对竹束单板及其层积材物理力学均匀性的影响。通过研究得出以下结论: (1)研究得出了竹束单元组坯工序中棉线缝纫和热熔胶线两种线连接竹束单板整张化的方法,在竹束单元长300mm的情况下,建议选用2-3道线。棉线和热熔胶线两种线连接整张化工艺对竹束单板层积材的力学性能几乎没有影响。 (2)经过线连接整张化方法处理后,竹束单板层积材力学均匀性和密度均匀性较重组竹得到有效提高。随着密度的增加,线连接整张化竹束单板层积材的密度更加均匀。经过棉线连接整张化处理后的竹束单板层积材的力学强度与密度呈线性关系,在密度0.7-1.1g/m3范围内,其力学性能的可设计性较重组竹要强。 (3)采用菲克定律能预测竹束单板层积材的长期吸水行为,随着温度和密度的增加,板材吸水速率加快而厚度膨胀率减小;BLVL的扩散系数为1.142.54(10-10/mm2/s)。 (4)在竹束单板热压预压密实化工艺中,热压温度从90℃到150℃,热压时间从10min到15min,预压密实化竹束单板的横向连接强度呈上升趋势,而预压密实化竹束单板压制的竹束单板层积材力学性能和尺寸稳定性能值均呈下降的趋势。冷压法预压密实化板材各项性能较热压法要略低,但冷压法操相对简便易行、生产效率高、能耗小,其中竹束/杨木顺纹组坯方式下的板材力学性能较其他铺装方式的要高。 (5)在竹束单板热压预压密实化工艺中,采用90℃、10min密实化工艺板材的抗冲击性能与竹束单板层积材相当,随着密实化温度和时间的增加,板材的抗冲击性能降低。热压法预压密实化板材的冲击性能总体上优于冷压法。


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