在中国竹子复合技术的进步

文摘

目前,中国是世界上最大的生产国竹资源的占有者和竹子加工。竹轧制复合技术的主要处理方法和压实,由重组材料与竹纤维单板矩阵和酚醛树脂加固准备。具有优良的物理和机械性能,可以替代优质木材制造各种工程结构材料和建筑装饰材料。综述了竹复合技术的研究过程和进步,现有的技术问题和前景,为未来的研究提供参考竹重组理论和生产实践。近年来,随着新材料具有可控特性,可被识别的结构,和可调尺寸,竹重组材料按工艺参数的全面的研究方面,物理化学力学性能评价体系,和微观结构表征,但研究不全面、不深入的观点。在未来,微观结构和性能之间的关系应该着重研究澄清法律下的力学性能变化和最终力学性能协同增强效应,以及树脂的性能变化和界面的形成在整个成型过程。与此同时,可靠性和相关性的应用研究应进一步扩大,和自然老化和人工环境的集成,过程和性能,应加强宏观和微尺度。

1。介绍

竹子,作为一种重要的生态、工业、和文化资源,已成为现代林业的绿色朝阳产业在中国。目前,中国竹产业的产值是2000亿元,有超过000种产品。它扮演着重要的角色在发展绿色低碳经济,应对气候变化,实现精确的扶贫,促进农民就业和收入增加。随着对生态产品的需求的增加在中国,全面停止商业伐木在自然森林,以及环保意识的增强,林业产业将面临市场需求的增加之间的矛盾和资源供应短缺。如何充分利用丰富的竹子资源,弥补优质木材资源的短缺已成为中国林业产业发展和研究的重点。

竹板材是实现产业化的有效途径之一,规模和高值利用竹子。主要产品包括竹胶合板(1- - - - - -3)、竹碎料板(4)、竹纤维板(5],竹胶合[6),和层压竹木材7]。上述董事会主要是用竹子制成的条状和其他基本单位的规划、切割、铣、等有一系列的问题,如竹资源利用率低、生产效率低、附加值低。重组技术主要是基于碾压和分离纤维,由竹束或竹纤维垫。树脂浸渍后,平行敷设,垫热压成董事会或冷压square-edged计时器(热固化)。这大大提高了原材料的利用率,实现董事会的结构可设计性和可控制性属性,使bamboo-based面板从室内地板的应用领域,家具、风力发电叶片具有较高强度和水泥,室外高耐水材料,和其他高附加值领域(8]。本文主要介绍了中国竹复合技术的研究和开发过程,分析了研究现状和主要关键科学和技术问题,并提出一些有用的建议竹复合产业的可持续发展和产品性能的提高。同时,希望它可以作为参考竹复合技术的理论研究和实际应用。

2。开发过程和竹复合技术在中国的研究进展

2.1。在中国竹子复合技术的发展过程

重组技术起源于澳大利亚。与小直径低等级木材,减少木材、木材和品牌被用作原材料和加工成木材包通过。然后他们作为基本单位来开发产品与天然木材(图相似1(一))。重组技术的发展已经引起了巨大的轰动世界的板材行业。然而,由于不准确的控制复合单元重组的过程中,很难有效地控制质量,实现大规模的工业化生产。后续相关人员继续研究木材的技术重组,但没有突破。后,相关人员继续研究木材复合技术,但没有取得突破。

(一)

(b)

(c)

1980年底的年代,利用木材scrimber的制造过程和原则,与小直径低质量的竹子作为原材料和加工成strip-shaped竹束通过滚动和压扁9,10]。之后他们压缩成竹scrimber树脂浸渍。然而,由于乏味的过程,相关的研究仅限于实验阶段。在1990年代末,在浙江安吉竹企业首先利用浪费竹丝绸从竹幕加工生产竹子scrimber通过树脂浸渍和模具紧迫,,产品受到市场的青睐。基于上述,竹书在移除外部和内部被用作原材料相关的企业和研究者。条被加工成横、完整和纵向疏松的竹束通过机械滚动(图1 (b))。碳化后,树脂浸渍和干燥,重组竹准备根据CIS石板,热压(或冷压),和第一代的竹子复合技术开发。第一代竹scrimber产品具有密度大的特点和美丽的图案和广泛用于家具、室内装饰、建筑、等生产企业主要分布在浙江、福建、四川、安徽。然而,随着第一代竹复合技术,外部和内部的部分无法利用竹子和竹子的利用率仅为50 - 60%。此外,非齐次树脂浸渍,单位压力要求高造成的不完全分离纤维的材料单位最终导致生产成本高,竹scrimber的性能不能满足要求的户外产品(8]。

近年来,完全的基础上总结上述竹复合技术的特点,研究木材工业研究所、中国林业科学院,完成轧制和分离纤维技术的发展,集可控的竹子分离、单板压扁,微创治疗的外部和内部的竹子。使用这种技术,竹纤维表面形成的基本单位(见图1 (c)),它是宽松的,纵向交错,没有破碎的水平。竹复合的技术平台是构建(见图2),实现竹复合技术的升级。相比传统的竹竹书等基本单元和竹束、新重组单位解决困难的技术问题上胶的外部和内部的一部分,竹竹细胞的破坏和虚线/线性裂纹通道的开放。它也有突破的问题大小限制的竹子加工利用和意识到竹子的利用率从50%上升到90%。目前,竹重组的创新技术已在全国各地广泛传播,以及其产品广泛应用于风力发电领域的材料,户外材料、结构材料、装饰材料。目前,重组材料的主要市场是针对户外领域,男子气概的公园和自然保护区。栏杆,产品包括户外人行道和花园景观与市场容量从500到7亿米³。竹复合技术上主要集中在印度,越南和缅甸的东南亚、巴西在美国,在非洲和埃塞俄比亚。其中,印度、越南、和埃塞俄比亚主要进口加工设备生产的第一代竹scrimber来自中国。2015年,巴西对接与中国科技部建立对发展中国家科技援助项目“中国到巴西提供竹子育种和高效利用技术。“然后第二代重组技术被介绍给巴西竹子加工利用。

2.2。在中国竹子复合技术的研究进展

2.2.1。分离纤维的制备技术

分离纤维单元的制备技术主要集中在defibering过程及其评价体系以及竹物种的适应性。近年来,出现了新的研究内容,如分离纤维的机理和分离,分离纤维的形态特征,并连续高效的单位处理。纤维竹单板,竹scrimber的基本单位,准备通过齿切削和传动摩擦辊竹单元的挤压,摩擦,减少。宏观的,深和浅裂形成沿径向的外部和内部的竹子。有一定夹角的开裂方向和竹子表面,和部分表面的硅质和蜡质层脱落和形式点缀或线性裂纹表面的骨髓组织脱落和被破坏11]。微程序级,薄壁组织细胞脱落并被粉碎和破碎,导管墙切割和破坏,纤维细胞分裂和纵向和径向,撕裂的维管束的数量包括在单位部分大约是1到4 (12]。在性能方面,单位的抗拉强度降低(13)和表面面积增加(14]。通过分离纤维的制备技术单位,很难胶脱落的皮层。纤维的分离,船,和地面组织最大限度地保留了竹纤维的强度。内部增长压力释放,大大增加树脂的渗透通道,提供高性能竹scrimber的基础。

单位的形态特征影响基体的强度和胶的渗透,导致材料的性质的变化。从单元断裂形态的角度,长度、深度、比率和裂纹的角度确定稀释的影响(15]。吸水和浸渍量可以作为评价指标(16]。从外部和内部的脱落的竹子、单元形态主要是针对脱落的宽度,深度破坏,和脱落的速度14,15,17]。从端面的形态学、宽度、面积、周长、和维管束的数量确定单元的均匀性(15,18]。建立单元形态特征的评价体系客观、全面反映评估材料的基本特征和促进竹木材复合技术的科学发展。

纤维分离纤维后竹单板的最大宽度是500毫米,和它的长度取决于竹的长度。这突破的问题大小限制的竹子加工和实现规模产业化利用聚丛竹子,杂项竹子和毛竹竹(19]。目前,将近17种竹子等植被类型下毛竹,Bambusa distegia,Neosinocalamus亲近种,植被类型bissetii麦克卢尔,植被类型bambusoides f shouzhu易,植被类型冬青,植被类型glauca麦克卢尔,早f。pervernalis,麻oldhamii,麻latiflorus Munro,Bambusa pervariabilis麦克卢尔×麻,麻sinicus,麻albonudus,麻tomentosus,Bambusa burmanica赌博研究了竹的适应性。属性和解剖结构的差异不同竹种的最终影响竹scrimber[的属性12,16,20.- - - - - -25]。近年来,随着工业生产技术的不断成熟的竹子重组,单位的技术准备和单板延长制造提供了技术参考大跨度和大型竹scrimber26- - - - - -28]。通常,重叠的方法用于延长镶饰准备竹scrimber不同规格(29日]。单板延长的技术参数影响后续产品的力学性能。16.1毫米的搭接长度以及介质目标密度(1.01克/厘米³)有利于竹scrimber力学性能的提高。

2.2.2。热处理的技术单元

单位上的热处理技术是基于热空气或过热饱和蒸汽作为媒介进行高温处理制备单元来提高产品的质量和附加值。结果表明,随着热处理温度的增加和时间的延长,单元的颜色逐渐加深,亮度指数下降,色差和质量损失增加,而弯曲强度降低了在宏观的(29日]。在微程序级裂缝观察纤维帽,薄壁细胞墙,和胞间层的单位,和坑血管壁变得更大了,但纤维细胞的形态保持不变(30.]。的内容在化学成分方面,α-纤维素,半纤维素,淀粉和糖下降,提取和木质素含量增加,pH值降低,细胞表面的羟基和氢键减少(31日]。至于性能,单位表面自由能、极性降低,密度,体积收缩,和平衡含水率降低,疏水性增加,弹性模量的纤维母细胞和薄壁细胞墙保持不变,和硬度显著增加(32- - - - - -34]。上述变化过程中,裂缝的形成和晶粒尺寸的增加有利于后续的渗透PF树脂微观结构的竹子。矩阵的减少纤维素等材料导致力学性能下降和提取的变化和木质素的变色的主要原因。淀粉和碳水化合物含量的减少有积极影响的antimildew性能产品。羟基和氢键的减少导致材料的吸湿性差,耐水性的改善中受益的产品。目前,该部门的热处理技术是建立在市场需求协调温度和时间。为了促进竹复合的生产工艺技术和降低成本,研究干燥和热处理技术的竹子的结合也出现了(35]。

2.2.3。树脂浸渍后干燥技术

活性酚醛树脂低粘度树脂浸渍过程中使用。树脂浸渍后,竹单位干半固化片做准备。半固化片是需要两相匹配的挥发组分含量较低,储存寿命长,适当的粘度和流动性。目前,对干燥过程的影响,研究树脂浸渍后产品的性能以及树脂相对全面的财产(36,37]。然而,很少有研究对胶粘剂的特性的描述在干燥过程。

在浸渍过程中,树脂是酚醛树脂的均匀涂膜表面的单板通过流,渗透和润湿。同时,树脂坚持或存款裂缝形成的滚动和分离纤维和薄壁组织细胞的腔,以及基本组织的细胞壁附近的裂纹扩展(30.,38]。受精能力的单位是通过协调监管固体含量的胶粘剂,浸渍法、浸渍时间和水单元的内容。固体含量有显著影响浸渍能力(39- - - - - -41),浸渍能力设计根据董事会的属性和使用。在这个阶段,使用的树脂主要是酚醛树脂竹复合技术。在此基础上,改性三聚氰胺树脂的浸渍性能(42)和酚醛树脂/聚醋酸乙烯酯混合树脂与不同的比率(43)进行了研究,以避免表面开裂,提高板的预压性能。

浸渍干燥过程的单元主要解决的问题带来的含水率胶粘剂在浸渍过程中,增加了酚醛树脂的聚合度,减少了紧迫的时间。在干燥过程中,树脂干燥后的焓的保留价值要求高,确保胶有足够的活动。如果干燥温度太低,浸渍单元的最终水分含量过高,泡沫和其他缺陷会发生,而成型;否则,预塑化胶将加剧,影响粘接强度的板(44]。很容易当浸渍材料干燥后使用。

2.2.4。成型技术

竹子主要由热压成型技术和冷(热固化)。在成型的过程中,微观结构,化学成分,竹子的物理和机械性能,树脂大大改变了。结果表明,薄壁组织、血管和竹子纤维的压实程度不同,和细胞壁折叠甚至碎(22,45- - - - - -48]。酚醛树脂是重新分配和高压湿热条件下固化,形成macrobonding树脂之间的界面和衬底表面,树脂和船舶之间的微尺度界面以及薄壁组织细胞的细胞腔和纳米树脂之间的界面和薄壁组织细胞的细胞壁49]。在化学成分方面,半纤维素在细胞壁降解,溶性提取物进一步分解,纤维素的相对结晶度降低(15,50]。酚醛树脂和羟基之间的氢键全纤维素表面的形成,和芳环上的氢木质素是浓缩和替换。与此同时,发生交联反应形成三维网络结构组成的疏水基团(22,30.]。使用低温压榨技术,静态弯曲强度可以达到364 mpa,疲劳寿命的方法可以达到3.96×10₆*(最大装载90 mpa)。重组竹的耐气候性和尺寸稳定性大大提高。例如,在28 h-boiling治疗(4 h-boiling水,20 h-drying,然后另一个4 h-boiling水),厚度膨胀率低于2.7%,宽度膨胀率小于0.4%。此外,该产品有很强的耐蚀性。

高压成型过程中需要两个方法。所不同的是,热压过程伴随着水分和传热的过程,和板的过程逐渐加热和软化而冷压不是。两个成型过程的影响材料的性能与温度、时间、压力,减压过程中,密度,和模具类型。这些因素影响了树脂的流变行为的过程中胶然后粘结界面的属性决定,最终体现在产品的属性的差异(51- - - - - -56]。

2.2.5。功能化及其应用技术

竹复合技术高性能和多功能产品在工业领域技术进步的趋势。这个过程是基于材料的功能化,这将进一步扩大竹重组材料中的应用。目前,研究竹scrimber功能化的制备技术主要集中在合理的生产过程,以便产品能够达到设计性能,可靠性可以改进,可以减少成本。功能主要包括两种方法治疗,治疗竹(基本单元)的功能添加剂生产过程和产品的后处理。治疗的基本单元可以实现材料的阻燃和颜色匹配函数。阻燃功能是通过优化添加无机矿物的过程(57)和复合阻燃剂含有氮、磷、硼(58- - - - - -60]。针对视觉和装饰材料的性质,要求预处理优化技术在竹基本单位(61年]和染料系统筛查和可控的染色工艺可以改善dye-uptake和程度的固定,形成复合技术体系染色竹竹scrimber scrimber实现颜色的监管。产品的后处理可以实现的antimildew属性材料。表面的物理选择竹scirmber产品通过筛选和优化类型和添加杀菌剂的方法可以改善固定利率和antiloss antimildew代理能力,实现良好的预防和控制效果(62年- - - - - -64年]。

性能的产品是可控的,可被识别的结构,并通过竹复合维度可调技术,使产品的应用领域不断扩大。例如,竹scrimber产品不同的力学性能可以获得不同竹种。竹scrimber准备Neosinocalamus亲近种竹子有抗拉强度为119.69 MPa和拉伸模量24.46绩点。其弯曲强度和模量是151 MPa和23.4的绩点,分别。此外,它有一个高剪切强度为37.33 MPa [65年]。这些属性就足以使它适合应用程序结构。建筑领域的结构、力学性能的相关研究主要集中在分析竹scrimber不同环境温度和湿度条件下(66年- - - - - -69年]。力学性能(70年- - - - - -76年和蠕变特性77年)的特点。性能设计(78年- - - - - -82年和连接关节的机械特性83年- - - - - -85年)也进行了优化的设计方法,增强竹scirmber组件(86年- - - - - -88年]。上述研究预计将提供科学依据合理利用竹子scrimber领域的建筑结构。领域的户外风化,竹scrimber属性的变化在不同老化治疗(89年- - - - - -94年主要是讨论。竹scrimber的耐腐蚀性能47)也研究,它的可靠性是预测和评估实现的科学保护和应用竹scrimber户外产品(95年]。室内装饰领域,完成技术(96年,97年)和波纹轻量级设计(98年)提高材料的装饰性能进行了研究。此外,环保性能(99年)和二次加工性能(One hundred.,101年)的竹子scrimber研究,促进产品的多样化和序列化。根据上述研究,竹子scrimber材料从室内扩展地板,家具(102年),和水泥模板风力发电叶片(103年),建筑结构(104年),和户外材料(105年]。

3所示。要解决的技术问题在中国竹复合技术

虽然竹复合技术已取得了突破性的进展,新技术,有相对较少的基础研究和应用基础研究竹scrimber,这限制了基于这种材料新产品的开发。因此,有必要进一步总结和完善相关技术问题与竹重组竹复合技术的技术和系统地研究指的是传统复合材料的先进的理论和研究方法,以进一步促进这种材料的推广应用。

3.1。分离纤维的制备技术

分离纤维单元的制备技术突破的瓶颈竹单板利用率和生产效率提高了5倍的竹竹书。目前,设备分离纤维竹已基本实现机械化,但这是紧急升级现有设备的连续性和自动化水平,实现设备的精确控制。同时,连续单元适应性的问题,高效,自动化生产分离纤维制备过程中单位需要进一步的研究和讨论。

3.2。热处理的技术单元

目前,热处理技术在单位作为绿色物理改性方法来提高产品的颜色和尺寸稳定性。然而,热处理温度的增加和时间的延长会导致力学性能下降的单位和大大加重材料的损失。因此,首先,有必要探索力量化学变化的机理及其对材料性能的影响在热处理和披露相关组件焊接界面的影响,热处理后树脂渗透。最后,控制热处理技术系统的材料单元组成。上述问题的分析和解决方案将发挥巨大的作用在指导制备技术的调整竹scrimber和功能性产品的开发。

3.3。树脂浸渍后干燥技术

调用酚醛树脂竹复合技术的强化阶段。通过控制其内容,可以提高材料的性能。在浸渍过程中,酚醛树脂和竹子之间形成的粘接界面基本单位有很大的影响在随后过程和性能的材料。在这个阶段,仍有需要集中在以下几个方面:(1)定性和定量的分析浸泡,一致性和基质树脂的浸渍程度,最终产品的性能和响应机制浸渍在浸渍过程的程度;(2)定量描述的物理和化学性质的变化等树脂的分子量,积极组织和聚集在干燥过程中,树脂预塑化对加工的影响,制造业,和最终产品性能;(3)半固化片干燥后的含水率的影响最终产品的性能;(4)发展中低温、快速干燥设备和技术,改善干燥过程的质量和效率,降低成本。

3.4。成型技术

成型技术属于液体胶成形技术。在这个过程中,粘合剂经过物理过程流的特征和化学过程反应的特征。这两个子流程和交互共存。胶粘剂的变化从低粘度液体树脂固体材料,形成粘结界面,对材料的性能有很大的影响。在两个形成过程,树脂的流动和长途渗透将变得越来越困难。树脂的转播渗透和流程路径的相似和不同基质的短程流尚未研究。其次,半固化片在这个阶段需要进行手动铺设过程。自动为设备和技术需要提高生产效率和降低成本。最后,它是想要开发一个新的胶粘剂实现低温固化过程,同时固化成型过程的数字仿真需要进行以保证产品质量。

的基本单位是强化在成型过程中,从而大大提高了最终产品的力学性能。单位的协同增强效应制备、浸渍量,和密度造成这一改进。然而,这种协同效应并不是简单的线性关系,和竹子的不同物种对力学性能有很大的影响。为特定的材料,最终压碎值根据不同的成型过程不同。之间的相关性在成形过程中微观组织和力学性能和力学性能的变化,最终力学性能不同竹种的竹子scrimber准备条件下协同强化值得进一步讨论和解释。

3.5。应用技术

新开发的biobased复合材料,竹子scrimber的耐久性是长期保存的技术指标之一,它的性能在使用和储存的过程中,吸引了越来越多的关注。虽然衰老重组竹材料的性质探讨在目前阶段,缺乏研究竹的协同效应下的微观结构和性能辐射、水分和热量。仍有一定距离,研究气候老化的机理和自然衰老生活的预测方法基于人工加速老化的法律仍然缺乏,这是非常重要的对竹scrimber的可靠性进行评估。

此外,作为一种新材料,这个产品的标准化体系仍然是不完美的,特别是缺乏标准领域的产品结构,这限制了在木质结构建筑中的应用。有必要建立和优化重组竹材料的评价方法和体系尽快规范和引导行业的健康快速发展。除了上述技术问题外,其他问题如阻燃、antimildew,防腐机制,重组材料的表面性质,及其反应机制来完成流程需要进一步的研究和探索,以更好地促进技术进步和产业发展。

4所示。结论

竹复合技术是一种有效的方式高效和高价值利用竹子。在生产过程中,技术和设备都有独立的知识产权,它提供了强大的科学和技术支持提高竹加工业的质量和效率。此外,它是类似的研究国际领先水平。随着生物质能的发展竹结构建筑材料和在中国,竹重组技术将进入一个快速发展的时期。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财政专项资金支持的基础研究和营业费用的中央公益性科研院所(CAFYBB2017QA015)水平,广东省科技计划项目,中国(2016 b020203002),广东省和林业科技创新项目,中国(2015 kjcx031)。

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