竹/木复合材料的研究现状与发展趋势

简要介绍了国内外竹/木复合材料研究和发展现状,对竹/木复合材料发展中存在的问题进行了探讨,简要分析了发展竹/木复合材料的经济效益和生态效益,提出竹/木复合材料今后的发展方向.     

不同单元形态木材增强重组竹结构材料抗弯性能的研究

根据混杂复合材料理论,探讨将几种不同单元形态的木材:木束、木刨花和木纤维与重组竹的基本单元--竹束,采用均匀混杂方法制备增强型重组竹结构材料的可行性,研究木束-竹束、木刨花-竹束以及木纤维-竹束的混杂比对增强重组竹结构材抗弯性能的影响.结果表明:与重组竹相比,当刨花-竹束以及纤维-竹束混杂比分别为10%、5%时,在垂直加载和水平加载方向上竹木复合重组结构材料的静曲强度和弹性模量综合增强效果最为明显,而随着木束-竹束混杂比增加,木束增强重组竹结构材料的弹性模量和静曲强度呈现先下降再上升的趋势,当混杂比为33%时负增强效应最大.     

大量元素组成对孝顺竹苗组培快繁的影响

为探索大量元素对竹子组培快繁的影响,以孝顺竹无菌苗为材料,采用L16(45)的正交试验设计,研究不同大量元素组成对孝顺竹组培苗扩繁效率的影响。结果表明,适宜孝顺竹增殖培养的大量元素组合为:1 650 mg.L-1NH4NO3+475 mg.L-1KNO3+220 mg.L-1CaCl2.2H2O+370 mg.L-1MgSO4.7H2O+85 mg.L-1KH2PO4;适宜孝顺竹生根培养的大量元素组合为:1 900 mg.L-1KNO3+220 mg.L-1CaCl2.2H2O+370 mg.L-1MgSO4.7H2O+85 mg.L-1KH2PO4。就不同成分而言,NH4NO3对孝顺竹继代增殖有促进作用,但抑制苗木的高生长。KH2PO4对苗木的增殖有抑制作用,KNO3对苗木的高生长有一定的抑制作用。     

竹青板作为风电叶片复合材料增强相的性能评价

针对目前玻璃钢叶片存在的问题,采用分级竹青板作为风电叶片复合材料的增强相,并利用INSTRON 5582 Grading能力学试验机进行检测.结果表明:由一二级竹青板制成的分级竹青层积材复合材料,其物理力学性能均达到或超过目前国外风电叶片在用的常规木材/环氧层积材的特性,完全能够替代目前大量使用的玻璃钢叶片材料.     

竹/塑复合材料的增强机理和应用展望

本文着重阐述和分析竹材作为一种天然的纤维复合材料所具有的优良特性,并且简要的介绍了竹/塑复合材料的复合方式和增强机理,对几种竹/塑复合材料的应用类型也做了说明,认为竹/塑复合材料的开发具有广阔的应用前景。     

基于弯曲挺度法的缠绕用薄竹篾柔性表征

利用竹材的高柔性制造的竹缠绕复合材料是竹材创新利用的革命性产品。深入研究竹材柔性表征方法、评价指标和内在机理可为定向仿生制备高性能竹缠绕复合材料和优化竹缠绕管道工艺提供理论指导。探索弯曲挺度法表征缠绕用薄竹篾柔性的适用性,比较竹材维管束梯度结构和木材木射线组织微观结构差异对竹、木材柔性的影响机制。结果表明:弯曲挺度法适用于缠绕用薄竹篾的柔性表征,该法可快速、准确地获得不同竹篾薄层的柔度。适宜的测试条件为:跨厚比不小于100,加载角速率为600~1800(°)/min。竹材柔性具有梯度性:从竹黄到竹青,随着纤维比量增加,竹篾(50 mm×5 mm×1 mm)柔度从2.92×10-3 mN-1·m-1降低至1.07×10-3 mN-1·m-1,竹材柔性降低。利用混合定律获得竹材维管束和薄壁细胞的弯曲模量和柔度(厚1 mm)理论值分别为0.365 GPa、28.82 GPa和3.284×10-2 mN-1·m-1、0.42×10-3 mN-1·m-1。在相同含水率、尺寸和密度下,竹、木材比柔度排序为竹黄侧>竹青侧>木材,木材柔性低是横向木射线组织限制其柔性变形所引起的。     

麻竹制备竹基纤维复合材料的性能初探

为了探索利用麻竹制备竹基纤维复合材料的性能,首先利用纤维可控分离技术将麻竹制备成纤维化竹单板,经过浸胶干燥后,采用热压法制备竹基纤维复合材料,并探讨密度对其耐水性能和力学性能的影响。结果表明,采用热压法制备的竹基纤维复合材料的性能较优,已超过重组竹地板标准规定的室外用地板的指标值。随着密度的增加(0.90~1.15g/cm~3),麻竹竹基纤维复合材料的耐水性能得到改善,其静曲强度、弹性模量和水平剪切强度等主要力学性能增强。在应用中可以考虑在保证板材使用性能的前提下,尽量降低竹基纤维复合材料的密度以节约成本。     

户外用竹基纤维复合材料加速老化耐久性评价

为了给竹基纤维复合材料在户外环境的使用提供参考数据,对利用3～4年生毛竹和慈竹生产的竹基纤维复合材料,参照美、中两种标准(ASTM D 1037-06a和GB/T 17657-1999)方法进行循环试验,测定经过循环暴露试验后,材料的力学性能和尺寸稳定性.试验结果表明,竹基纤维复合材料的性能优于现有户外商业化重组竹产品.     

竹缠绕复合材料制品发展现状及趋势

竹缠绕复合材料是一种生物基复合材料,可充分发挥竹材拉伸强度高、韧性好的特性,在一定程度上替代钢材、水泥、塑料等传统材料,是实现“碳达峰、碳中和”的重要材料及乡村振兴的战略性产业。文中从竹材力学性能、缠绕单元制备、竹缠绕制品结构及成型方法等方面说明了竹缠绕技术的优越性,列举了竹缠绕复合管、竹缠绕复合管廊等相关竹缠绕制品在工程实际中的应用及效果。最后,对现阶段竹缠绕产品的研究与应用发展提出建议。     

竹塑复合材料吸水性能的研究

对楠竹/新PE、楠竹/回收PE、杂竹/回收PE 3种竹塑复合材料的吸水性能进行了研究,结果表明:(1)温度是影响竹塑复合材料吸水厚度膨胀率和吸水率的主要因素之一。(2)3种竹塑复合材料厚度方向吸水膨胀性和吸水率表现为:杂竹/回收PE材料吸水膨胀性最大,楠竹/新PE次之,楠竹/回收PE最小。(3)杂竹/回收PE在80℃时的吸水率是室温下的3.5倍;楠竹/新PE和楠竹/回收PE在80℃条件下的吸水率均是室温下的3倍。(4)楠竹/回收PE在80℃水浴中的厚度方向吸水膨胀率是55℃下的1.4倍,是室温下的2倍;楠竹/新PE80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.2倍,是室温下的1.9倍;杂竹/回收PE 80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.6倍,是室温下的2倍多。(5)光学显微镜和扫描电镜观察后发现,吸水后竹塑复合材料除了竹纤维发生膨胀之外,材料的内部结构没有发生变化,即竹塑复合材料是一种具有良好抗湿膨胀性能的新型复合材料。     

热处理对竹基纤维复合材料性能的影响

为拓展竹基纤维复合材料的应用领域,对慈竹纤维化单板进行热处理,探讨蒸汽压力和热处理时间对竹基纤维复合材料性能的影响.结果表明:经过热处理,竹基纤维复合材料的尺寸稳定性改善；随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长,材料的静曲强度和水平剪切强度显著降低,弹性模量则呈现先增后减的趋势.在保证材料性能的前提下,建议根据产品需求来选择适宜的热处理工艺.     

竹缠绕复合材料将成为人类社会生物经济发展时期的支柱产业

生物经济是人类继农业经济、工业经济、信息经济时代之后,推动人类文明进步的又一个划时代且影响深远的力量。生物质复合材料是生物经济的重要组成部分。2022年5月中国发布首个国家层面的生物经济发展战略——《“十四五”生物经济发展规划》,竹缠绕复合材料作为一种生物材料被列入规划,该规划指出：“培育壮大生物经济支柱产业,促进竹缠绕复合材料技术发展,推动在城市综合管廊等基础设施建设中示范应用。”此举对竹缠绕产业的健康快速发展具有深远意义。文章阐述了竹缠绕复合材料诞生的背景,作为生物经济支柱产业的优势、作用以及应用范畴,指出促进竹缠绕复合材料技术发展是产业发展战略的核心,并为此提出了建议。     

温度对竹盲走螨实验种群生长发育与繁殖的影响

在 16、2 0、2 4、2 8、32、36℃的 6种恒温条件下 ,以竹裂爪螨各螨态为饲料 ,系统研究了温度对竹盲走螨实验种群生长发育、繁殖的影响。结果表明 ,36℃条件下竹盲走螨不能完成世代发育。在 16～ 32℃范围内 ,各螨态的发育历期随温度升高而缩短 ,卵至成螨的发育历期在 16、2 0、2 4、2 8、32℃ 5种恒温条件下分别为 16 0 1、10 80、5 81、5 12和 4 6 8d ;世代发育起点温度和有效积温分别为 10 4 4℃和 93 77d·℃。分别用王 -兰 -丁模型和逻辑斯谛模型拟合了温度与发育速率的关系 ,其中王 -兰 -丁模型能更好地反映出竹盲走螨在高温下发育受到抑制的现象。产卵期和雌成螨寿命随温度的升高而缩短。平均每雌产卵量在 2 4℃最高 ,为 31 2 6粒 ,32℃条件下仅为 9 2 0粒 ,每雌产卵量 (Y)与温度 (T)之间呈二次抛物线关系Y =- 171 6 94 2 17 2 732T - 0 0 36 3T2 (R =0 96 4 8 )。用年龄等级法分析表明 16℃、32℃条件不利于竹盲走螨种群的生长发育和繁殖。     

室内地板用竹基纤维复合材料的研制与应用

以酚醛树脂为胶黏剂,以毛竹和慈竹为原料,在不去竹青和竹黄的条件下,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板后,用冷压热固化法制造本色和炭化色竹基纤维复合材料,再加工成地板,并与重组竹进行对比,结果表明:竹基纤维复合材料性能高于重组竹;慈竹竹基纤维复合材料的性能优于毛竹;炭化处理对耐水性和刚度具有改善作用,对胶合强度和静曲强度具有不利影响;用竹基纤维复合制造的室内地板各项理化性能均达到或超过了《重组竹地板》标准规定的性能指标要求。     

风电叶片复合材料毛竹增强相的动态热机械分析研究

为了找出整根毛竹中物理力学性能最佳部分,本研究针对风电叶片复合材料中重要的增强相材料-毛竹,利用DMA Q800动态热机械分析仪进行全面的分析测试。实验证明:5~6 a生的毛竹竹青片具有优良的物理力学性能,能够作为风电叶片复合材料优良的增强相使用。     

密度对寿竹竹基纤维复合材料性能的影响

为开发竹材人造板新产品,利用4～5年生寿竹为原料,采用热压生产工艺制备竹基纤维复合材料,并分析复合材料密度对其物理和力学性能的影响。结果表明:随着密度增加,复合材料厚度方向上的吸水膨胀率增加,宽度方向的吸水膨胀率下降,力学性能逐渐增加。     

石墨化生物质炭复合材料制备研究

在高温氮气流中制备竹基和木基生物质炭,并将其掺入聚丙烯(PP)中制备生物质炭-聚丙烯复合材料,探究生物质炭对复合材料力学性能的影响。通过拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）和衰减全反射（ATR）红外光谱及复合材料中的空隙因子归一化分析表明：竹基生物质炭和木基生物质炭具有明显的石墨特性;与纯聚丙烯相比,竹基生物质炭-聚丙烯复合材料有效拉伸强度降低了约10%;木基生物质-聚丙烯复合材料拉伸强度为32.3 MPa,冲击强度为17.4 J/m,与纯聚丙烯相比,木基生物质炭-聚丙烯复合材料的拉伸模量、抗弯强度和抗弯模量分别增加56%、19%和67%;木基生物质炭掺入热塑性聚丙烯中可增强复合材料的力学性能。     

温度对竹塑复合材料尺寸稳定性的影响

讨论了用竹纤维与回收高密度聚乙烯(HDPE)为原料生产的竹塑复合材料在不同温度下的尺寸稳定性。结果表明:在52℃和65℃的温度条件下,竹塑的线膨胀率是厚度方向>宽度方向>长度方向;温度对杂竹/回收PE尺寸稳定性的影响大于对楠竹/回收PE的影响。在-29℃和-40℃的负温度条件下,温度的降低影响竹塑材料的收缩率,其规律是厚度收缩率>宽度收缩率>长度收缩率。在相同条件下,杂竹/回收PE材料受温度的影响较大,而楠竹/回收PE尺寸收缩率较小。     

竹子备料废弃物生产竹塑复合材料及线膨胀性能分析

利用制浆备料废弃竹屑与高密度聚乙烯(HDPE)生产竹塑复合材料,竹屑、塑料、助剂的比例分别为70%:25%:5%,不仅能够满足工艺条件,而且产品通过测试,其线膨胀性率变化规律均为:厚度方向>宽度方向>长度方向,产品其它指标经检测,均能满足用户在室内外的装饰装修用,可实现竹材加工企业对废弃物竹屑的变废为宝,发展循环经济。     

羟甲基脲改性氧化石墨烯材料的制备及吸附Cu2+和Ni2+的性能

针对当前氧化石墨烯材料存在的吸附后固液分离困难的问题,采用化学接枝法制备了一种新型的氧化石墨烯/羟甲基脲复合材料(UF-GO),并用于水中重金属离子的去除。探讨了pH、时间及初始浓度对重金属离子去除能力的影响。结果表明:UF-GO复合材料保持了GO对重金属离子优异的吸附能力,吸附过程符合Langmuir吸附等温式,室温下对Cu²⁺、Ni²⁺的饱和吸附容量分别为96.9、94.1 mg·g^-1。在循环利用8次后,UF-GO复合材料对Cu²⁺、Ni²⁺两种离子的吸附容量仍保持有初次吸附容量的60、58%,表明UF-GO复合材料的回用性能较好,且能稳定存在。与GO相比,UF-GO复合材料吸附后的固液分离更加方便,有望成为一种具有较好应用前景的吸附材料。