重組竹材料力學(xué)性能研究

重組竹材料力學(xué)性能研究

重組竹是充分利用竹材制成的一種新型結(jié)構(gòu)材料。它具有強(qiáng)度高、密度高、材料和顏色硬闊葉材料的特點(diǎn)。這被認(rèn)為是設(shè)計(jì)和家具的良好材料。在家具生產(chǎn)設(shè)計(jì)中,木材的特殊性能是不能忽視的一個(gè)重要因素,其中對(duì)家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性影響最大的就是木材的干縮濕脹性能。由木材的干縮濕脹所引起的主要質(zhì)量問(wèn)題有:板件的開(kāi)裂、榫接合失效、框架變形、活動(dòng)部件卡死等,這種影響在框式家具制造中尤為明顯。重組竹用于家具產(chǎn)制造的原材料,就必須對(duì)重組竹的干縮濕脹性有充分了解,并在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?同時(shí)也為家具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。除此之外,竹質(zhì)材料干縮濕脹性對(duì)表面裝飾質(zhì)量也有影響。被裝飾基材的脹縮率或脹縮系數(shù)應(yīng)比較接近于裝飾材料的相應(yīng)數(shù)據(jù),也就是說(shuō),這兩種材料的脹縮性要相近或一致。只有這樣,才能保證裝飾質(zhì)量和使用壽命,否則,兩者之間的收縮或膨脹差異會(huì)導(dǎo)致裝飾材料內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力而產(chǎn)生開(kāi)裂、皺縮、開(kāi)膠或脫落、翹曲變形等。因此,研究重組竹應(yīng)用于家具制造,很有必要對(duì)其干縮濕脹性進(jìn)行研究,為重組竹應(yīng)用于家具制造行業(yè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。1試驗(yàn)材料和方法1.1但不含油體系內(nèi)的縱向縱向彈性對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響本試驗(yàn)試材所用的規(guī)格:重組竹為20mm×20mm×20mm(縱向×弦向×徑向);其中縱向?yàn)榧y理方向、橫向分別為板材的寬度方向、厚度方向,由制造工廠提供的標(biāo)簽確定。試驗(yàn)分干縮性和濕脹性?xún)山M試驗(yàn)進(jìn)行,每組兩種試樣各為15個(gè)。1.2不同含水率下木材干縮及干縮系數(shù)本試驗(yàn)對(duì)重組竹干縮性和濕脹性的測(cè)試方法分別依照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1334.2-91和GB1932-91執(zhí)行。干縮濕脹性是指木材或竹材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以下,因水分蒸發(fā)減少或吸濕吸水水分增加而引起尺寸收縮或膨脹的特性。主要用干縮率、濕脹率、干縮系數(shù)、差異干縮來(lái)表示。(1)干縮(濕脹)率:是指材料因水分變化引起尺寸收縮(膨脹)變化的百分比。β=Lw?LoLw×100%β=Lw-LoLw×100%α=Lw?LoLo×100%α=Lw-LoLo×100%式中:β為試樣干縮率,%;為α試樣濕脹率,%;Lo、Lw為試樣絕干時(shí)尺寸和含水率為w時(shí)尺寸,mm。(2)差異干縮:木材弦向干縮與徑向干縮的比值稱(chēng)為差異干縮。由于重組竹無(wú)弦、徑向之分,將其寬度和厚度方向的干縮之比定為差異干縮。收縮率大小是估量木材穩(wěn)定性好壞的主要依據(jù),差異干縮是反映重組竹干燥或使用時(shí),是否易翹曲和開(kāi)裂的重要指標(biāo)。根據(jù)木材差異干縮的大小,大致可決定木材對(duì)特殊用材的適應(yīng)性。為了比較橫向兩個(gè)方向上,寬度和厚度方向上的干縮差異程度,通常表示為:D=αTαRD=αΤαR或D=βTβRD=βΤβR在本研究中,式中:αT、αR、αL分別為重組生試樣寬度、厚度方向和縱向線濕脹率,%;βT、βR、βL分別為重組生試樣寬度、厚度方向、縱向線干縮率,%;D值分為三級(jí):D>2為大,1.5≤D≤2為中,1.5≤D為小。(3)干縮系數(shù)。為了能比較在不同含水率區(qū)段下的干縮值,采用干縮系數(shù)這一指標(biāo),以計(jì)算確定出木材加工過(guò)程中重組材進(jìn)行機(jī)械加工如鋸銑刨時(shí)的應(yīng)留出的干縮余量。生材和濕材干縮值計(jì)算,其起點(diǎn)含水率可取纖維飽和點(diǎn)30%的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。干縮系數(shù)是指吸著水每變化1%時(shí)木材的干縮率變化值,用K來(lái)表式。寬度方向、厚度方向干縮系數(shù)分別記為KT、KR。KR、T=βw/(W1-W2)式中:KT、R、L分別為重組竹寬度方向、厚度方向系數(shù),準(zhǔn)確到0.001%;W1,W2為木材二個(gè)狀態(tài)下的含水率,%。試驗(yàn)按上述干縮濕脹縮性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的方法,分別進(jìn)行干縮與濕脹性?xún)山M試驗(yàn),第一組進(jìn)行濕脹性試驗(yàn),首先分別將兩種試樣放在烘箱中烘干,并測(cè)量出全干時(shí)的質(zhì)量和尺寸,接著將試樣放置在溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度為65%±5%的條件下至尺寸穩(wěn)定,并測(cè)量出此時(shí)的質(zhì)量和尺寸,最后將試樣浸入盛有蒸餾水的容器中,待吸收水分后尺寸達(dá)到穩(wěn)定時(shí)再測(cè)量出質(zhì)量和尺寸。另一組進(jìn)行干縮試驗(yàn),具體過(guò)程與濕脹性相反。根據(jù)上述測(cè)量數(shù)據(jù)和上述公式可分別求出氣干時(shí)、吸水后的濕脹率及濕脹系數(shù)、濕脹差異和氣干時(shí)、全干時(shí)的干縮率及干縮系數(shù)、干縮差異等。2結(jié)果與分析2.1干縮尺寸穩(wěn)定性分析在干縮試驗(yàn)中“濕材-氣干”和“濕材-全干”兩個(gè)階段的試件尺寸變化經(jīng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)分析后可以得到試材的干縮率值,如表1所示。表1可見(jiàn),在試驗(yàn)的兩個(gè)階段,試材尺寸變化都具有很強(qiáng)的方向性,其中厚度與寬度方向遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱向,并且寬度方向尺寸要比厚向尺寸變化大。全干時(shí),寬度干縮率達(dá)到8.01%,而厚度方向僅為4.7%。所以重組竹在應(yīng)用于家具制造時(shí),零部件的設(shè)計(jì)必須考慮這個(gè)因素,留出干縮余量。根據(jù)木材干燥特性,弦徑向干縮之比小,縱向干縮小,木材尺寸穩(wěn)定性好。從表1可看出,重組竹的干縮差異值最大為1.72。重組竹的D值為1.72,1.70,處于1.5≤D≤2之間,從木材的差異干縮值所定的等級(jí),重組竹的差異干縮為中,尺寸穩(wěn)定性較好。2.2第1階段全干-氣干階段在濕脹試驗(yàn)中“全干-氣干”和“全干-濕材”兩個(gè)階段的尺寸變化測(cè)試分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。表2中可見(jiàn),在“全干-氣干”階段,重組竹的濕用率都在1.5%以下,這說(shuō)重組竹在這個(gè)階段尺寸穩(wěn)定性較好。在“全干-氣干”階段,重組竹的寬度和厚度方向濕脹率都明顯低于其干縮率,說(shuō)明重組竹也有明顯的吸濕滯后現(xiàn)象。這樣重組竹在使用過(guò)程中只要有很好地干燥平衡處理,在氣干狀態(tài)下的吸濕膨脹則較小,適宜作室內(nèi)家具用材。其從全干到全濕的濕脹率較高,厚度方向濕脹率達(dá)到了8%,說(shuō)明其吸水膨脹較為明顯,用做浴室家具材時(shí)需予以考慮留出相應(yīng)的變化余量,防止由于濕脹產(chǎn)生的變形。差異濕脹值,重組竹表現(xiàn)相對(duì)比較小,在1.6左右。結(jié)合表1中的D值,可以看出,重組竹的差異濕脹比差異干縮要大。2.3重組竹干縮濕脹性能將重組竹從氣干到絕干時(shí)的厚度與寬度方向上的干縮率除以含水率的變化求解出重組竹的干縮系數(shù),同時(shí)將常用于家具制造用的硬闊葉材的干縮系數(shù)排列在同一表中進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果見(jiàn)表3。表3顯示,重組竹的干縮濕脹系數(shù)相對(duì)較小,干縮系數(shù)與柚木相近,柚木是尺寸穩(wěn)定性較好的木材,重組竹在干縮性上可以與之相比。重組竹的密度近于蜆木,在密度相近的情況下,重組竹的干縮系數(shù)比麻櫟、黃檀、水青岡、蜆木都低,是這幾種常見(jiàn)家具用硬闊葉材的干縮系數(shù)中最小的,這表明重組竹的尺寸穩(wěn)定性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與制造的要求。重組竹的干縮濕脹性能研究為其用于家具設(shè)計(jì)制造時(shí),提供了構(gòu)件的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù),為加工制造留有合理的余量提供了技術(shù)支持。根據(jù)重組竹的干縮濕脹性,還應(yīng)在涂飾時(shí)選用干縮濕脹相近的涂飾材料,只有這樣,才能保證裝飾質(zhì)量和使用壽命。4各階段的濕脹率(1)重組竹的干縮濕脹性均表現(xiàn)出很強(qiáng)的方向性,重組竹表現(xiàn)為寬度最大,厚度次之,縱向最小。重組竹出廠時(shí)應(yīng)注明制造時(shí)的壓制方向,以利用于家具用材加工時(shí)進(jìn)行加工余量的確定。二者的濕脹率要比干縮率要高。(2)在“全干-氣干”階段,重組竹的濕脹率都在1.5%以下,這說(shuō)重組竹在這個(gè)階段尺寸穩(wěn)定性較好,差異干縮為中。但在“全干-濕材”階段,重組竹的寬度和厚度方向濕脹率