竹材人造板耐久性探討

余波 邱華偉

摘 要：介紹了竹材人造板耐久性研究現(xiàn)狀，對(duì)竹材人造板的老化機(jī)理、耐老化性能測(cè)試方法及測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析總結(jié)，詳細(xì)介紹了現(xiàn)有研究成果，對(duì)現(xiàn)有研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：竹材人造板;老化機(jī)理;測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TS653 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)的建筑材料，不論是鋼筋還是水泥都屬于高能耗、高污染的產(chǎn)品。因此，人們開(kāi)始尋找天然，可再生的有機(jī)材料。目前，在建筑領(lǐng)域使用最多的是木材，然而我國(guó)是森林資源匱乏的國(guó)家，但我國(guó)的竹資源十分豐富，隨著科技的進(jìn)步，中國(guó)人對(duì)毛竹的開(kāi)發(fā)利用取得了很多成果。目前我國(guó)針對(duì)竹材的研究主要集中于竹材制造工藝、竹木重組及竹塑復(fù)合等領(lǐng)域，先后開(kāi)發(fā)了竹編膠合板、竹材重組材、竹材復(fù)合板等多種竹質(zhì)工程材料和裝飾材料，產(chǎn)品品種已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，在竹材產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面走在世界前列。

相比于混凝土、鋼材等材料，竹材具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。材料和產(chǎn)品的使用壽命是材料研究和設(shè)計(jì)使用共同關(guān)心的問(wèn)題，對(duì)于一種新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，人們都希望用加速的方法在實(shí)驗(yàn)室用較短時(shí)間獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，估算材料和產(chǎn)品的壽命。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)竹制板材耐久性的研究主要集中在以下兩個(gè)方面：（1）竹制板材的耐老化性能。（2）竹制板材的防腐防霉。

1 竹制板材的耐老化性能研究

1.1 竹材人造板老化機(jī)理

研究資料表明：影響人造板耐久性能的幾個(gè)主要因子有：1）產(chǎn)品所應(yīng)用的環(huán)境條件。如溫度、濕度、負(fù)荷、紫外線照射及昆蟲(chóng)、微生物的侵襲等。2）膠黏劑。3）木質(zhì)材料和制備工藝。

另外，材料本身的性質(zhì)如材種、密度、水分等會(huì)影響產(chǎn)品的耐久性。人造板進(jìn)行膠合時(shí)，材料的表面潤(rùn)濕性能、表面加工狀態(tài)、木材抽提物也可能影響到木材膠合性能，從而影響產(chǎn)品的耐久性。

1.2 耐老化性能測(cè)試方法

目前，室外用人造板耐老化性的測(cè)試方法主要有：室外自然老化法和室內(nèi)加速老化法。其中室內(nèi)加速老化法又分為單項(xiàng)老化試驗(yàn)法、循環(huán)老化試驗(yàn)法和老化儀法。室外自然老化法是將板材置于自然環(huán)境中，考察隨著時(shí)間的推移和氣候條件的變化，材料的物理力學(xué)性質(zhì)的變化;室外自然老化法需要至少5年的試驗(yàn)時(shí)間，且自然條件不穩(wěn)定重現(xiàn)性差，地區(qū)條件差異等原因，易影響測(cè)試結(jié)果。室內(nèi)加速老化法，是在室內(nèi)模擬自然環(huán)境中主要老化因素（如溫度、水和水蒸氣、太陽(yáng)輻射等），以加快板材物理力學(xué)性質(zhì)的改變，在短時(shí)間內(nèi)獲得板材在自然環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間的暴露效果，是評(píng)定室外用人造板耐老化性的常用方法。

1.3 耐老化性能測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)

竹制板材的耐老化性能測(cè)定一般是依據(jù)人造板材的耐老化性能測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。國(guó)外已經(jīng)制定多種室內(nèi)加速老化方法標(biāo)準(zhǔn)，目前廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMD 1037—2006的循環(huán)加速老化法、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BSEN 1087—1、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 321、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 13986、日本標(biāo)準(zhǔn)JISA 5908、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMD 3434—2006、美國(guó)膠合板協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)APA制定的APAP RP—108等。以上標(biāo)準(zhǔn)主要為檢測(cè)刨花板和纖維板類板材耐老化性能而制定。

在國(guó)內(nèi)，大多數(shù)都采用國(guó)外的ASTMD1037，BS EN 1087，WCAMA和 BS5669（V313）等室內(nèi)加速老化試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)定人造板的耐老化性。《GB/T 17657—1999 人造板與飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中規(guī)定了室外用人造板加速老化性能測(cè)定方法，目的是確定試件經(jīng)沸水煮后的IB。《GB/T 4897.5—2003刨花板第 5 部分：在潮濕狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)用板要求》中規(guī)定的2 h沸水煮后IB測(cè)定方法與BSEN 1087測(cè)定方法一致。2009年更新的《GB/T 11718—2009中密度纖維板》標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了循環(huán)試驗(yàn)條件下防潮性能、沸騰試驗(yàn)、濕靜曲強(qiáng)度測(cè)定和尺寸穩(wěn)定性等測(cè)定方法。另外，GB/T 17657—1999和GB/T 13123—2003《竹編膠合板》和《LY/T 1861—2009戶外木地板》還規(guī)定了濕循環(huán)性能測(cè)定和水煮（浸）—冰凍—干燥處理后靜曲強(qiáng)度的測(cè)定方法，按照板材的板厚以及板種的不同分別規(guī)定了處理?xiàng)l件。

1.4 室內(nèi)加速老化方法的評(píng)定指標(biāo)

評(píng)定室外用人造板的耐老化性常用指標(biāo)有：內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度（IB）、靜曲強(qiáng)度（MOR）、吸水厚度膨脹率（TS）。

國(guó)內(nèi)試驗(yàn)的各衡量指標(biāo)的檢測(cè)方法一般參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657—1999的相關(guān)要求進(jìn)行。

通常室外人造板的強(qiáng)度會(huì)隨著試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)的增加而下降，IB和MOR兩個(gè)指標(biāo)能準(zhǔn)確反映室外用人造板的耐老化性。

1.5 竹材人造板耐老化性能研究成果

對(duì)于竹材人造板的耐老化性能許多學(xué)者也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

黃小真[1]采用三種人工加速老化方法對(duì)板材進(jìn)行老化處理，通過(guò)分析認(rèn)為BSENI087—1是研究竹材重組材耐老化性能較優(yōu)的人工加速老化處理方法。并采用BSEN1087—1對(duì)冷壓、熱壓、熱壓炭化竹材重組材進(jìn)行老化處理，發(fā)現(xiàn)：三種板材中，冷壓板材的耐老化性能較差，熱壓板材老化后力學(xué)性能下降較少，但尺寸穩(wěn)定性不及熱壓炭化板材。

張曉冬等[2]運(yùn)用ASTM D1037人工加速老化試驗(yàn)方法對(duì)一種公交車底板上的竹木復(fù)合材料新產(chǎn)品進(jìn)行6個(gè)周期循環(huán)老化研究。研究表明：老化過(guò)程中板材的抗彎強(qiáng)度和彈性模量的都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但老化過(guò)程對(duì)縱向抗彎強(qiáng)度的影響程度要小于對(duì)縱向彈性模量的影響。

付躍進(jìn)等[3]介紹國(guó)內(nèi)外室外用人造板耐老化性的2種測(cè)定方法：室外自然老化法和室內(nèi)加速老化法，分析其相關(guān)性，并重點(diǎn)分析室內(nèi)加速老化法的主要評(píng)定指標(biāo)，為今后我國(guó)室外用人造板耐老化性的評(píng)定方法研究，及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，提出建議。

2 竹材人造板的防霉防腐

2.1 竹材防腐影響因素

竹材和竹制品在適宜的溫濕度條件下保存和使用時(shí)存在耐腐性差、易吸潮蟲(chóng)蛀和霉變等缺陷。因此，其耐腐性也是影響竹材人造板耐久性的重要因素。

由于竹材節(jié)間細(xì)胞組織全部是縱向排列，沒(méi)有像木材那樣的徑向薄壁細(xì)胞，并且射線細(xì)胞和竹材表面覆蓋著富含硅和蠟質(zhì)的堅(jiān)硬薄層，使得防腐劑不能徑向滲入。竹材縱向組織是由薄壁細(xì)胞和維管束（導(dǎo)管和厚壁纖維）組成，導(dǎo)管首尾相連，使得竹材中縱向防腐劑流動(dòng)性能非常好。但是維管束在竹材內(nèi)分布不均勻，并且離導(dǎo)管越遠(yuǎn)，滲透的水平也越差，這導(dǎo)致了防腐劑在竹材中分布不均勻。在防腐劑分布少的地方很容易成為細(xì)菌、真菌和昆蟲(chóng)浸入的突破口。

微生物引起竹材霉變的條件有：1）適合真菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)。2）適宜的溫度。3）適當(dāng)?shù)臐穸取?）一定的氧氣供應(yīng)。5）真菌傳染。6）適宜的酸度。

2.2 竹材防腐處理

防霉防腐處理就是要通過(guò)某種手段，消除上述微生物賴以生存的必要條件。鑒于竹材與木材的化學(xué)結(jié)構(gòu)及真菌侵害方式的相似性，目前，竹材使用的防霉劑大多借鑒木材。目前防霉劑一般分為油類防霉劑、油載（溶）防霉劑和水載（溶）防霉劑。常見(jiàn)的木材防腐處理工藝包括常壓處理和壓力處理兩類。

幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)竹材防腐開(kāi)展了一系列的研究。

安鑫等[4]以4個(gè)國(guó)外竹種為研究對(duì)象，分別為尼泊爾版的虎克龍竹和馬甲竹以及埃塞俄比亞高地竹和埃塞俄比亞低地竹，研究其天然防蛀、防腐以及防霉防變色性能。通過(guò)綜合評(píng)價(jià)表明，4種竹材的天然耐久性以虎克龍竹最優(yōu)，其次為馬甲竹，埃塞俄比亞高地竹的天然耐久性最差。

劉磊等[5]對(duì)毛竹等6種竹材進(jìn)行了室內(nèi)耐腐性試驗(yàn)、野外埋地試驗(yàn)、熱水抽提試驗(yàn)，結(jié)果表明：6種竹材都屬耐腐和稍耐腐等級(jí)，天然耐久平均月數(shù)都不超過(guò)24個(gè)月。彩絨革蓋菌侵染失重率越大的竹種，竹材的天然耐久平均月數(shù)就越短。失重率與竹材密度不呈直線相關(guān)，竹材的熱水抽提物越多，其耐久性越差。

目前竹材防腐的發(fā)展趨勢(shì)主要是：降低竹材營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和改善竹材滲透性;開(kāi)發(fā)滲透性好，成本低廉，無(wú)毒環(huán)保等竹材防腐劑;改進(jìn)處理工藝，增強(qiáng)竹材水載防腐劑的滲透性和抗流失性。

3 總結(jié)

國(guó)內(nèi)外人造板老化試驗(yàn)方法很多，每種都有其特點(diǎn)，我國(guó)跨緯度比較大，竹材人造板種類較多且材料性質(zhì)具有一定的離散型，所以應(yīng)根據(jù)各個(gè)地區(qū)的氣候條件、板材種類、用途等選擇合適的加速老化試驗(yàn)方法。現(xiàn)有的人工加速老化方法只能對(duì)板材做一些估計(jì)而不能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)人造板實(shí)際使用中的壽命，并且沒(méi)有一種加速老化試驗(yàn)可以完全替代大氣暴露試驗(yàn)。由于缺乏對(duì)自然條件下人造板材料老化性能的跟蹤研究，以及試驗(yàn)?zāi)M與自然條件相似程度存在差異，因此室內(nèi)加速老化試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。因此需對(duì)室內(nèi)加速老化法與室外自然老化法的相關(guān)性進(jìn)行進(jìn)一步研究。

現(xiàn)有的對(duì)于竹材人造板的耐久性研究一般都是基于木材人造板的研究成果，集中在影響老化的因素、老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的選擇、板材原材的耐老化性等，對(duì)于板材的精確使用壽命還不能預(yù)測(cè)，ASTMD1073標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：經(jīng)6個(gè)周期加速老化試驗(yàn)后，當(dāng)靜曲強(qiáng)度殘留率在50%以上時(shí)，即認(rèn)為可以承受在室外條件下使用三年以上時(shí)間。這可以滿足汽車車廂板，集裝箱等的使用要求，但對(duì)于使用條件相對(duì)較差的橋梁來(lái)說(shuō)，還需要進(jìn)行進(jìn)一步討論。

將竹材人造板應(yīng)用于橋梁工程中還處于研究階段，有關(guān)耐久性問(wèn)題還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的使用條件參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定與之相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃小真.戶外竹材重組材耐老化試驗(yàn)方法及性能研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2009.

[2]張曉冬，程秀才，班磊.竹木復(fù)合層合板老化性能試驗(yàn)[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2010（3）：18-21.

[3]付躍進(jìn)，伍艷梅，呂斌，等.室外用人造板耐老化性的評(píng)估研究進(jìn)展[J].木材工業(yè)，2011（5）：32-35.

[4]安鑫，覃道春，余林，等.4種國(guó)外竹天然耐久性的綜合評(píng)價(jià)[J].竹子研究匯刊，2012（3）：44-47.

[5]劉磊，廖紅霞，蘇海濤.毛竹等6種竹材的天然耐久性試驗(yàn)[J].廣東林業(yè)科技，2005（2）：68.