竹木复合集装箱底板的设计、制造与评价

摘要

近年来，木材资源日益短缺，而可用的木材多是性能较差的木材。实际应用中由于特殊技术的要求，仍需使用以木质材料为主的工程结构材料。竹材因其优良的特性而被广泛使用。但是竹材具有径级小、壁薄中空、有节隔等特点导致其加工困难，而将竹材和木材进行复合是高效利用竹木材的有效途径。集装箱底板是竹木复合材料应用的重要领域，但国内集装箱底板相关的设计制造标准体系不完善，与之相关的多是产品测试标准，缺少相应的产品标准及工艺标准。
　　针对上述问题，本研究开展了三方面的研究工作:一是采用气干密度法对精刨加工的A级竹篾进行分级，分为A1、A2、A3三个等级。分级竹篾属于规格竹条，具有结构均匀、性能稳定等优点，可用作结构板材的原材料;二是为了解决竹帘横向不连续而导致产品性能不稳定的问题，本研究制备了竹木复合单板，采用竹帘和木单板横纵交错的组坯方式有助于提高板材横向的性能。为了探究由不同等级的竹帘与杨木单板组成的竹木复合单板的性能，制造了A、A1、A2、A3四级竹木复合单板板材，并对其物理力学性能进行评价;三是参照美国PS-1、PDS等胶合板设计的标准，将不同等级的竹木复合单板用作集装箱底板的面板和背板材料，采用相同的热压工艺制备了A、A1、A2、A3四种集装箱底板，并对其物理力学性能进行评价，以探究面板和背板材料对底板性能的影响。
　　本研究有三个创新点:一是采用气干密度法对A级竹篾进行分级，得到结构均匀、性能稳定的原材料;二是采用卷装竹帘，减少对编线的破坏;二是制备了一种新的集装箱底板的构成单元，即竹木复合单板。
　　本研究主要研究结论如下:
　　(1)规格竹条的密度和重量间具有很强的相关性，所以可以以重量为依据，采用气干密度法将规格竹篾分为A1、A2、A3三个等级，对三个等级竹篾的抗弯性能进行测试，结果表明竹篾等级越高，其抗弯性能越好，方差分析结果表明三级竹篾的MOE、MOR间具有显著差异，所以竹篾分级可靠;
　　(2)A级、A1级、A2级、A3级竹木复合单板板材的24h吸水厚度膨胀率分别为3.88％、3.88％、4.22％、4.59％;胶合强度分别为8.24 MPa、7.41 MPa、8.68 MPa、6.38 MPa;板材等级越高，抗弯性能越好;板材等级越高，抗冲击性能越差;方差分析结果表明四种板材的密度、抗弯性能、胶合性能、断裂能量等都具有显著差异，所以板材分级可靠;
　　(3)对四种竹木复合集装箱底板的密度、24 h吸水厚度膨胀率、胶合强度、抗弯性能及抗冲击性能进行测试，结果表明24 h吸水厚度膨胀率、抗冲击性能与板材级别呈负相关，密度、胶合强度、抗弯性能与板材级别呈正相关，且方差分析结果表明四种底板间的密度、抗弯性能、断裂能量等都具有显著性差异，说明面板和背板材料对底板性能具有显著影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 工程木的分类

1．1．2 工程木的设计、制造及性能评价的相关标准

1．1．3 结构板材设计的主要参数

1．2 研究背景

1．2．1 竹木复合板的国内外研究进展

1．2．2 集装箱底板替代材料的研究现状

1．3 研究的目的及意义

1．4 研究内容及创新点

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．5 基本路线

第二章 分级竹篾的加工方法及性能评价

2．1 材料与设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 竹篾的加工与分级

2．2．1 竹篾的加工

2．2．2 A级竹篾的密度分级

2．3 分级竹篾的性能评价

2．3．1 试验方法

2．3．2 结果与讨论

2．4 小结

第三章 竹木复合单板的制造及其性能评价

3．1 材料与设备

3．1．1 实验材料

3．1．2 主要实验设备

3．2 竹木复合单板板材的制备

3．2．1 竹帘编织

3．2．2 杨木单板的加工

3．2．3 组坯

3．2．4 热压工艺

3．3 竹木复合单板板材的性能评价

3．3．1 试验材料

3．3．2 实验设备

3．3．3 实验方法

3．3．4 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 竹木复合集装箱底板的制造及性能评价

4．1 材料与设备

4．1．1 实验材料

4．1．2 主要实验设备

4．2 竹木复合集装箱底板的制备

4．2．1 竹帘编织

4．2．2 杨木单板的加工

4．2．3 组坯

4．2．4 热压工艺

4．3 竹木复合单板板材的性能评价

4．3．1 试验材料

4．3．2 实验设备

4．3．3 实验方法

4．3．4 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 总结与建议

5．1 总结

5．2 创新点

5．3 建议

参考文献

在读期间的学术研究

致谢