薄壁型巨龍竹物理性質(zhì)研究

劉瑞華 成聃睿 史正軍 劉蔚漪 輝朝茂 鄧 佳

(西南林業(yè)大學(xué) 昆明 650224)

薄壁型巨龍竹物理性質(zhì)研究

劉瑞華 成聃睿 史正軍 劉蔚漪 輝朝茂 鄧 佳

(西南林業(yè)大學(xué) 昆明 650224)

以薄壁型巨龍竹為研究對象，對 3～5年生薄壁型巨龍竹稈材的梢部、中部和基部進行物理性質(zhì)研究。結(jié)果表明：薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別為 0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3，大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹；吸水率為 62.68%，顯著高于毛竹的吸水率；徑向氣干干縮率為 3.920%，大于毛竹相應(yīng)值。就物理性質(zhì)而言，薄壁型巨龍竹適合作為竹板材原料加以開發(fā)利用。

巨龍竹；稈材；物理性質(zhì)；測定

巨龍竹（Dendrocalamus sinicus）屬禾本科（Gramineae）竹亞科（Bambusoideae）牡竹屬（Dendrocalamus）植物，為云南特有的大型合軸叢生竹種。其稈高可達30 m以上，直徑20～30 cm。調(diào)查發(fā)現(xiàn)巨龍竹存在“厚壁型”和“薄壁型”的分化[1]，本課題組此前分別對這2種竹材的化學(xué)成分進行過研究[2]，但對這2種分化竹材的物理力學(xué)性質(zhì)的研究尚未有報道。本文選取薄壁型巨龍竹稈材為試材，對其物理力學(xué)性質(zhì)進行測定和分析，以期為薄壁型巨龍竹的有效合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試樣采集

試樣采集地為云南普洱市孟連縣。巨龍竹選擇生長正常，無病蟲害，胸徑差異不大的3～5年生竹株，采伐2～3株，按用材習(xí)慣去梢和側(cè)枝后，將竹稈3等分，每段從下端起截取包含2個節(jié)和3個節(jié)間的一段圓竹，編號后標(biāo)記，作為測試材料運回實驗室。

1.2 試材制作及實驗方法

為了保證各種試件取自竹稈上相對一致的位置，將圓筒剖開，對稱取材，自下而上分別依次截取密度、吸水性、干縮性和濕脹性試件。每一試件相對的2個斷面應(yīng)相互平行并與側(cè)面垂直，2個弦面保留竹青與竹黃的原狀。各試件規(guī)格嚴格按照國標(biāo)要求制作，其中竹材密度、吸水性、干縮性、濕脹性試件規(guī)格為：10 mm（縱向） × 10 mm（弦向） × t mm（竹壁厚），基本密度和干縮性測試的試件用飽和水分的試件制作。測試方法參照國家標(biāo)準《竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法》（GB/ T 15780-1995）。

本實驗以云南甜竹、毛竹、油簕竹、黃竹等常

見板材用竹種作為參比竹種，借此比較薄壁型巨龍竹的物理性質(zhì)，分析其作為板材原料的利用前景。

1.3 測定項目

本研究測定項目有: 密度（包括基本密度、氣干密度和全干密度）、吸水性、干縮性、濕脹性。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 薄壁型巨龍竹的密度

2.1.1 與各參比竹種的密度比較

竹材密度是竹材材性的重要指標(biāo)之一，與竹材的機械加工、化學(xué)處理等有十分密切的關(guān)系[4]。薄壁型巨龍竹與各參比竹種的密度測試結(jié)果見表1。由表1可看出，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別為：0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3。與其他幾種竹材相比，薄壁型巨龍竹各項密度大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹，明顯小于黃竹的各項密度值。

2.1.2 竹材密度在竹稈縱向部位的變異

竹材密度與部位、年齡、立地條件、竹種都有密切的關(guān)系[5]。由測定結(jié)果（表1）可以看出，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度、全干密度隨著縱向高度的增加而增大。其中，基本密度由0.480 g/ cm3增大至0.761 g/cm3，氣干密度由0.580 g/cm3增大至0.956 g/cm3，全干密度由0.575 g/cm3增大至0.838 g/cm3。在參比的竹種中云南甜竹、油簕竹及毛竹也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。這一變化規(guī)律與杜復(fù)元等人對浙江省10種竹材密度的研究結(jié)果一致[6]。

表1 薄壁型巨龍竹與各參比竹種的竹材密度

密度的大小直接影響竹材作為承重結(jié)構(gòu)材料的品質(zhì)。同時，密度與竹材的硬度、抗磨性及發(fā)熱值等均有密切關(guān)系[7]。通常情況下，竹材密度越大，力學(xué)性質(zhì)也會隨之增強，反之亦然。單就薄壁型巨龍竹各部位密度的差異而言，可以將竹材分段分類，使各部位得到充分利用。

2.2 薄壁型巨龍竹的吸水性

2.2.1 與各參比竹種吸水性的比較

吸水性是竹材物理性質(zhì)中又一重要指標(biāo)，對竹材的加工利用有一定影響。各竹種吸水率的測定結(jié)果列于表2。如表2所示，薄壁型巨龍竹的吸水率

為62.68%，略低于大木竹和青皮竹，顯著高于毛竹的吸水率。

表2 薄壁型巨龍竹與各參比竹種的吸水率

2.2.2 竹材吸水性在竹稈縱向部位的變異

竹材的吸水性因竹稈位置的不同而有所差異，測定結(jié)果顯示（表2），薄壁型巨龍竹竹材的吸水性從根部到梢部逐漸減小，并且變化顯著。蘇文會等對大木竹的研究也表明，自竹稈基部至梢部，吸水率也呈明顯減小趨勢[8]。因此，推測竹材吸水率的變化可能隨著密度的變化而改變。

2.3 薄壁型巨龍竹的干縮性

2.3.1 與各參比竹種干縮性的比較

竹材的尺寸和體積隨含水率的變化而變化稱之為竹材的干縮性。各竹種干縮率的測定結(jié)果見表3，可以看出，薄壁型巨龍竹的氣干干縮率分別為：徑向干縮率3.920%、弦向干縮率2.265%、體積干縮率10.650%；全干干縮率分別為：徑向干縮率6.187%、弦向干縮率5.559%、體積干縮率16.512%。由此可以看出，不論在氣干還是全干狀態(tài)下，薄壁型巨龍竹徑向干縮率的變化大于弦向干縮率的變化。但總體看來，與大多數(shù)木材相比，竹材徑向與弦向干縮率的差異較小。竹材的干縮性越大，加工成板材后產(chǎn)生的裂紋和翹曲就越嚴重。在生產(chǎn)實踐中，可根據(jù)干縮率的差異調(diào)整干燥工藝參數(shù)或?qū)⒅癫闹瞥蓮?fù)合板等方式來避免這一缺陷[8]。

表3 薄壁型巨龍竹與各參比竹種竹材的干縮率

2.3.2 竹材干縮性在竹稈縱向部位的變異

竹材干縮率的測定結(jié)果顯示（表3），從竹稈縱向部位來看，薄壁型巨龍竹的線性和體積干縮率未見規(guī)律性變化。張宏健等對黃竹、龍竹等竹種干縮性的縱向變異研究結(jié)果表明，此規(guī)律亦不明顯[9]。就同一竹種來說，竹材氣干和全干的徑向干縮率隨

竹稈部位的不同具有相同的變化趨勢[10]。

2.4 薄壁型巨龍竹的濕脹性

薄壁型巨龍竹體積濕脹率的測定結(jié)果見表4。由表4可知，薄壁型巨龍竹根部、中部、梢部氣干體積濕脹率分別為12.500%、9.170%、5.360%，平均為9.010%；吸水飽和體積濕脹率分別為18.750%、16.330%、8.933%，平均為14.671%。與參比的云南甜竹相比，薄壁型巨龍竹的氣干體積濕脹率和吸水飽和體積濕脹率都較小，并且在縱向部位上未見明顯變化。竹種間濕脹性的差異主要由竹材化學(xué)成分的差異所致，竹材綜纖維素含量愈高，木素和抽出物含量愈低，其濕脹性愈高[11]。從對薄壁型巨龍竹化學(xué)成分的研究結(jié)果看，該竹種的綜纖維素含量的確小于云南甜竹的含量，這一結(jié)果與其濕脹性較一致。

表4 薄壁型巨龍竹與云南甜竹竹材的體積濕脹率

3 小結(jié)與建議

實驗結(jié)果顯示，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹；吸水率顯著高于毛竹的吸水率，低于大木竹和青皮竹的吸水率；氣干體積干縮率和全干體積干縮率分別大于云南甜竹及毛竹的各項體積干縮率?？梢姡”谛途摭堉竦拿芏却?，硬度高，是作為承重結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)良竹種。同時，該竹種吸水性較強，干縮性的變化程度中等，所以在竹材加工過程中要注意調(diào)整干燥工藝參數(shù)，或?qū)⒃撝癫闹瞥蓮?fù)合板材?？傮w而言，薄壁型巨龍竹徑較粗，壁較厚，產(chǎn)量較高，可作為板材原料開發(fā)利用。

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Study on Physical Properties of Thin-Culm-Wall Dendrocalamus sinicus

Liu Ruihua Cheng Danrui Shi Zhengjun Liu Weiyi Hui Chaomao Deng Jia
(Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China)

The physical properties of 3-5-year-old thin-culm-wall Dendrocalamus sinicus in tip, middle and base part were investigated. The results indicated that the basic density, air dry density, and oven-dry density of D. sinicus culm were 0.682 g/cm, 0.756 g/cm, and 0.711 g/cm, respectively, which were more than those of D. brandisii, and slightly lower than that of Phyllostachys edulis. In addition, the saturated water absorption of D. sinicus culm was 62.68%, significantly higher than that of Ph. edulis. The radial air-dry shrinkage rate was 3.920%, more than that of Ph. edulis. Therefore, the culm of thin-culm-wall D. sinicus is suitable for processing as the material for manmade board.

Dendrocalamus sinicus, bamboo culm, physical properties, testing

10.13640/j.cnki.wbr.2015.01.004

國家自然科學(xué)基金項目（31260165、31160154）；國家林業(yè)科技成果推廣項目 ([2012]66)；國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目（2012GB2F300417）；云南省竹藤科學(xué)創(chuàng)新團隊建設(shè)項目；云南省教育廳基金項目（2011Z040）。

劉瑞華（1990-），女，西南林業(yè)大學(xué)在讀研究生。

鄧佳（1983-），女，云南昆明人，博士，講師，從事森林培育與綜合利用研究。