【摘 要】
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竹基纤维复合材料是以纤维化竹单板为基本制造单元,以酚醛树脂为胶黏剂,通过冷压热固化工艺或热压工艺制造而得的高性能重组竹。该材料具有规格可调、性能可控、结构可设计、纹理美观等优点,深受国内外市场的青睐,广泛应用于室内外地板、家具、园林景观、建筑用材等领域,前景广阔。密度是竹基纤维复合材料性能的物质基础,其决定性地影响着该材料的物理力学性能及其应用领域。目前,竹基纤维复合材料的研究和应用主要集中在0.
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“重组竹胶合成型机理研究”（31470591）和“基于竹材定向重组的细胞选择性增强机制研究”（3187030531）；
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竹基纤维复合材料是以纤维化竹单板为基本制造单元,以酚醛树脂为胶黏剂,通过冷压热固化工艺或热压工艺制造而得的高性能重组竹。该材料具有规格可调、性能可控、结构可设计、纹理美观等优点,深受国内外市场的青睐,广泛应用于室内外地板、家具、园林景观、建筑用材等领域,前景广阔。密度是竹基纤维复合材料性能的物质基础,其决定性地影响着该材料的物理力学性能及其应用领域。目前,竹基纤维复合材料的研究和应用主要集中在0.85～1.20 g/cm3密度范围内的产品上,而在密度1.20 g/cm3以上的鲜有涉及。理论上,竹材细胞可以完全密实化,达到竹材的实质密度水平（～1.50 g/cm3）。因此,竹基纤维复合材料的物理力学性能尚存在巨大的研究空间。本文以慈竹为原料,制备了高密度（>1.20 g/cm3）的竹基纤维复合材料,探究了该材料的极限密度和物理力学性能,研究了密度和施胶量对该材料的力学性能、耐水性能和表面性能的影响规律;在此基础上,采用现代仪器表征手段,分析了竹基纤维复合材料的胶合成型机理,得出以下结论:（1）在论文研究中,竹基纤维复合材料的极限密度为1.37 g/cm3,其水平剪切强度、顺纹抗压强度、静曲强度和弹性模量分别为28.83 MPa、215.53 MPa、354.00 MPa和28.36GPa,28h水煮循环处理后的吸水率和厚度膨胀率分别为9.67%和7.62%。（2）随密度的增加,竹基纤维复合材料的抗剪、抗压、抗弯和耐冲击性能增强,其冲击强度可达89.13 k J/m2;耐水性和尺寸稳定性显著提高;表面粗糙度、亲水性和自由能下降,其粗糙度Ra低至1.71μm。（3）随施胶量的增加,竹基纤维复合材料的抗剪和抗压性能先增强后减弱,当施胶量为13%时,两者强度最高,分别为25.77 MPa和169.24 MPa;抗弯和耐冲击性能呈下降趋势,两者强度分别可达328.27 MPa和7.70 k J/m2;耐水性和尺寸稳定性明显增强,其吸水率和厚度膨胀率分别低至9.14%和6.71%;表面粗糙度、亲水性和自由能降低,其粗糙度Ra低至2.14μm。（4）在竹材疏解过程中,纤维细胞保持原貌,但导管和薄壁组织被严重破坏;在竹基纤维复合材料热压成型过程中,纤维细胞一直保持原貌,但导管和薄壁细胞逐渐塌陷;同时,孔隙率逐渐减小,低至5.52%。材料内部的孔隙主要分布在58～0.5μm和80～1.8 nm范围内;在热压过程中,孔径逐渐减小,且分布范围向低值区移动。材料内部细胞壁上的孔隙主要分布在2～15 nm范围内,在3～10nm范围的孔隙占比超过85%;在热压过程中,孔径呈递增趋势,最高为6.00 nm。在热压成型过程中,材料中的纤维素保持I型晶型结构,但相对结晶度和微纤丝角逐渐增大,最大分别为62.23%和9.86°（5）在竹基纤维复合材料胶合过程中,竹纤维及其化学组分均促进了酚醛树脂的固化缩合反应,改变了树脂的固化反应温度和热焓。纤维素提高了酚醛树脂分子的反应活性,消除了其分子结构上的酚羟基（Ar-OH）、醇羟基（-CH2-OH）等活性基团。木质素与酚醛树脂在化学结构上极为相似,两者通过Ar-OH、-CH2-OH等活性基团发生缩合反应,通过-O-C-O-键或者-C-O-C-键连接。木聚糖通过羧基或乙酸基上的羰基（-C=O）与酚醛树脂分子发生交联反应,生成饱和的-C-O-键。
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