规格竹条模重比分级及竹层板制备与评价

摘要

高强轻质的竹质工程材料在桥梁、建筑、船舶、风力发电机叶片等领域受到广泛的重视和应用。本研究以毛竹（Phyllostachys edulis）规格竹条为研究对象，首先对规格竹条的抗弯弹性模量和气干密度进行测试得到模重比，根据模重比的分布情况，建立规格竹条的模重比分级方法。在相同制备工艺条件下，用不同等级的规格竹条制备胶合竹层板，并对规格竹条和胶合竹层板的物理力学性能进行测试和评价，分析规格竹条模重比对胶合竹层板物理力学性能的影响，探讨一种快速高效轻质高强竹质工程材料的分级方法。本文的主要研究结论如下:
　　(1)规格竹条的抗弯弹性模量主要分布在4.86-15.06 GPa，各模量中规格竹条频数分布符合正态分布规律，按照1 GPa的模量间隔对规格竹条进行模量分级。规格竹条气干密度主要分布在0.51-0.81 g/cm3之间。
　　(2)规格竹条的模重比分布范围为6-20 GPa，以1GPa的模重比间隔建立了规格竹条的模重比分级方法。用SPSS软件将模重比分为低模重比(≤9 GPa)、中模重比(9-11GPa)和高模重比(11-20 GPa)三部分。不同模重比等级中规格竹条数量分布符合正态分布。
　　(3)随着模重比等级的增加，规格竹条的密度、抗弯强度和弹性模量、压缩强度、拉伸强度均呈现增加的趋势，拉伸剪切强度则呈现先增大后减小的趋势;在同一模量等级中，则随着模重比等级的增加而减小，拉伸剪切强度无明显变化。随着不同等级的增加，分级胶合竹层板与对应规格竹条的力学性能变化趋势一致。
　　(4)分级规格竹条经过一系列工序制备成胶合竹层板后，其气干密度基本保持不变;随着模重比等级的增加，胶合竹层板弹性模量与规格竹条弹性模量之间的比例系数和增加率呈现减小的趋势，即模重比等级越高，胶合竹层板与规格竹条的弹性模量越接近。二者之间模重比的变化趋势与弹性模量变化趋势一致。
　　(5)胶合竹层板的顺纹压缩强度和拉伸剪切强度相对于对应等级的规格竹条的强度均有所增加，而顺纹拉伸强度则小于对应等级规格竹条的拉伸强度。
　　(6)胶合竹层板纵向干缩率极小，径向干缩率最大，不同模重比等级的胶合竹层板的径向干缩率变化范围为2.0-3.6％。随着模重比等级的增加，径向和弦向干缩率呈现增大的趋势。
　　(7)胶合竹层板纵向线湿胀率最小，径向线湿胀率最大，不同模重比等级的胶合竹层板的线湿涨率变化范围为3.0-4.0％。随着模重比等级的增加，径向线湿胀率逐渐增加。在同一模量等级中，不同模重比的径向线湿胀率逐渐减小。同一模重比等级中，径向线湿胀率随着模量等级的增加呈现增加的趋势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 竹质工程材研究现状

1．3．2 木材和竹材分级研究现状

1．3．3 木材和竹材干缩湿胀性能研究现状

1．4 研究的主要内容

1．4．1 规格竹条模重比分级方法

1．4．2 分级规格竹条物理力学性能测试

1．4．3 分级胶合竹层板制备

1．4．4 分级胶合竹层板的制备和评价

1．4．5 分级胶合竹层板的干缩湿胀性能

1．5 研究技术路线

第二章 规格竹条的模重比分级方法

2．1 试验材料与设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 试验方法

2．2．1 规格竹条抗弯弹性模量测试

2．2．2 规格竹条气干密度测试

2．2．3 规格竹条模重比测试

2．3 试验结果及分析

2．3．1 规格竹条抗弯弹性模量测试结果及分析

2．3．2 规格竹条气干密度测试结果及分析

2．3．3 规格竹条模重比测试结果及分析

2．4 本章小结

第三章 分级规格竹条物理力学性能评价

3．1 试验材料与设备

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验设备

3．2 试验方法

3．2．1 气干密度测试方法

3．2．2 抗弯强度与弹性模量测试方法

3．2．3 顺纹拉伸强度测试方法

3．2．4 顺纹压缩强度测试方法

3．2．5 拉伸剪切强度测试方法

3．3 试验结果及分析

3．3．1 气千密度测试结果及分析

3．3．2 抗弯强度与弹性模量测试结果及分析

3．3．3 顺纹拉伸强度测试结果及分析

3．3．4 顺纹压缩强度测试结果及分析

3．3．5 拉伸剪切强度测试结果及分析

3．4 本章小结

第四章 分级胶合竹层板性能研究

4．1 试验材料和设备

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验设备

4．2 试验方法

4．2．1 分级胶合竹层板设计制造工艺

4．2．2 分级胶合竹层板物理力学性能测试方法

4．3 试验结果与分析

4．3．1 分级规格竹条对胶合竹层板性能影响

4．3．2 分级胶合竹层板抗弯强度估算与预测

4．3．3 顺纹压缩强度结果及分析

4．3．4 顺纹拉伸强度测试结果及分析

4．3．5 拉伸剪切强度试验结果及分析

4．4 本章小结

第五章 分级胶合竹层板干缩湿涨性能

5．1 试验材料与设备

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验设备

5．2 试验方法

5．2．1 气干干缩性能测试方法

5．2．2 线湿胀率测试方法

5．2．3 浸渍剥离试验测试方法

5．3 试验结果及分析

5．3．1 气千千缩性能试验结果及分析

5．3．2 线湿胀率试验结果及分析

5．3．3 浸渍剥离试验结果及统计

5．4 本章小结

第六章 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论

参考文献

在读期间的学术研究

致谢