何 川 劉 渝

(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 北 京 100083)

硬頭黃竹(Bambusa rigida)是一種生長快、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、繁殖方法多種多樣、材質(zhì)優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的中型叢生竹種[1]。在我國廣東、廣西、四川、福建、江西等省的山腳、路旁及河邊大量分布，竹稈高6～12 m，直徑2～6 cm，節(jié)間長30～50 cm，歷來是造紙一級(jí)制漿原料和優(yōu)良農(nóng)用建筑材料。竹材的物理力學(xué)性質(zhì)不僅可以作為竹林定向培育的評(píng)價(jià)參數(shù)，而且還對(duì)竹材加工利用方式的選擇和處理工藝的制定有著重要的意義。目前，硬頭黃竹的研究主要集中在竹林培育[2-3]、生物生態(tài)學(xué)特性[4]、制漿造紙[5]、板材加工利用[6-7]等方面，有關(guān)硬頭黃竹材物理力學(xué)性質(zhì)的研究還未見報(bào)道。本文研究了四川硬頭黃竹竹材的主要物理力學(xué)性質(zhì)，為其合理加工提供理論依據(jù)。

1 試材的制取

1.1 試材的采集

試材采自四川省，在硬頭黃竹林中采竹齡3年的竹材10株，要求所采樣株生長正常，無病蟲害，胸徑差異不大，樣株齊地砍倒后，按其高度鋸成3等份，編號(hào)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，待氣干后供試驗(yàn)用。

1.2 試材加工及試驗(yàn)方法

1.2.1 試件的截取部位

為了保證各種試件取自竹稈上相對(duì)一致的位置，將每節(jié)竹筒段對(duì)稱剖成4段竹條，并在竹條兩端注明上、下，待含水率調(diào)整完成后，分別在相應(yīng)竹條上按從上往下的順序依次鋸取密度、干縮性、順紋抗壓強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度試件。

1.2.2 試件規(guī)格

試件端面應(yīng)相互平行，并與側(cè)面垂直。測定密度的試件規(guī)格為5 mm×25 mm×t mm (t為竹壁厚)。測定干縮系數(shù)的試件規(guī)格為5 mm×20 mm×t mm。順紋抗壓強(qiáng)度的試件規(guī)格為5 mm×20 mm×t mm。測定弦向抗彎強(qiáng)度的試件規(guī)格為5 mm×160 mm×t mm[21]。

1.2.3 試驗(yàn)方法

參照竹材物理力學(xué)試驗(yàn)方法[8]、竹材物理力學(xué)性質(zhì)的有關(guān)研究進(jìn)行試驗(yàn)[9-12]，順紋抗壓強(qiáng)度和弦向抗彎強(qiáng)度在木材萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 硬頭黃竹竹稈不同部位對(duì)物理力學(xué)性質(zhì)的影響

硬頭黃竹竹稈同一竹齡不同部位竹材的物理力學(xué)性質(zhì)測定結(jié)果見表1。由表1可以看出，硬頭黃竹竹壁厚度隨竹稈部位上移呈下降趨勢，這與謝九龍等對(duì)慈竹的研究結(jié)果類似[10]。竹材的干縮性是影響竹制品質(zhì)量的重要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，硬頭黃竹竹材徑向、弦向全干縮率隨竹稈部位上移而減小，均為徑向全干縮率大于弦向全干縮率；同黃竹[13]、角竹[14]、甜竹[15]材性類似，但這與毛竹[16]、大木竹[17]材性相反。竹材徑向、弦向干縮率在不同竹種間大小差異的原因可能與維管束類型及其在竹壁徑弦向的分布規(guī)律、細(xì)胞壁微纖絲角等竹材構(gòu)造在各竹種間的變異有關(guān)。

研究竹稈部位與竹材物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，對(duì)了解竹稈各部位材質(zhì)、實(shí)現(xiàn)竹材全稈利用、提高竹材的利用效率有著重要的意義。為進(jìn)一步分析硬頭黃竹材物理力學(xué)性質(zhì)隨竹稈部位的變異規(guī)律，對(duì)主要物理力學(xué)性質(zhì)與竹稈部位進(jìn)行方差分析[18]，竹稈不同部位竹材物理力學(xué)性質(zhì)方差分析見表2。從表2可以看出，竹材的密度（氣干密度、全干密度、基本密度）以及弦向抗壓強(qiáng)度未達(dá)到顯著水平，同一竹齡竹材部位未對(duì)密度和弦向抗壓強(qiáng)度造成影響。竹材的厚度、全干縮率（徑向、弦向全干縮率、體積全干縮率）以及順紋抗彎強(qiáng)度達(dá)到了顯著水平，竹材部位對(duì)竹壁厚度、徑向全干縮率、弦向全干縮率、體積全干縮率和抗彎強(qiáng)度的影響顯著。所以，在選用對(duì)竹壁厚度和抗彎強(qiáng)度要求較高的竹材時(shí)，應(yīng)著重考慮竹材部位的影響。

2.2 硬頭黃竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的變化趨勢

硬頭黃竹竹稈不同部位竹材的物理力學(xué)性質(zhì)變化趨勢見表3。由表3可知，同一竹稈不同部位竹材的物理力學(xué)性質(zhì)是不同的。自竹稈基部至頂部，竹材體積全干縮率、弦向全干縮率、徑向全干縮率、竹壁厚度逐漸減小，氣干密度、全干密度、基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度逐漸提高。此結(jié)果與其他人對(duì)紅殼、雷竹等竹材的研究結(jié)果相類似[19-21]。其主要原因?yàn)橥恢穸捵曰恐另敳?，維管束橫斷面積逐漸縮小，維管束密度增大，導(dǎo)管孔徑變細(xì)，自由水含量減少，密度增大，從而使力學(xué)性質(zhì)相應(yīng)提高。

表1 硬頭黃竹竹稈同一竹齡不同部位竹材的物理力學(xué)性質(zhì)

表 2 竹稈不同部位竹材物理力學(xué)性質(zhì)方差分析Table 2 Variance analysis of physico-mechanical properties of Bambusa rigida keng at different parts

表 3 硬頭黃竹竹稈不同部位竹材的物理力學(xué)性質(zhì)Table 3 The physico-mechanical properties of Bambusa rigida keng in various parts of the culm

表4 硬頭黃竹材主要物理力學(xué)性質(zhì)間的相關(guān)性Table 4 The correlation coefficient among physico-mechanical properties of Bambusa rigida keng

2.3 硬頭黃竹竹材各物理性質(zhì)間的相關(guān)性分析

對(duì)各物理力學(xué)性質(zhì)間進(jìn)行相關(guān)性分析可為竹材的材質(zhì)預(yù)測提供依據(jù)。硬頭黃竹各物理指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系見表4。由表4可看出，抗彎強(qiáng)度與其他性質(zhì)間的相關(guān)性未達(dá)顯著水平，但相關(guān)系數(shù)均大于0.7。硬頭黃竹竹材的氣干密度和全干密度、基本密度及順紋抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性較好。

3 小 結(jié)

（1）硬頭黃竹自竹稈基部至頂部，各項(xiàng)性質(zhì)有一定的趨勢性，竹材體積干縮率、弦向干縮率、徑向干縮率、竹壁厚度逐漸減小，氣干密度、全干密度、基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度逐漸提高。

（2）竹稈部位間，竹材的厚度、全干縮率以及抗彎強(qiáng)度達(dá)到了顯著水平，竹材部位對(duì)竹壁厚度、全干縮率、和抗彎強(qiáng)度的影響顯著。

（3）硬頭黃竹竹材的氣干密度、全干密度、基本密度以及順紋抗壓強(qiáng)度相互之間的相關(guān)性較好。

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