我国竹子资源丰富,竹子种类、竹林面积和竹材产量均居世界首位,我国的竹材工业化应用也已走在世界前列,已开发各种各样的竹质复合板材。然而,竹材存在横向强度差、尺寸稳定性不佳以及各部位变异性大等问题。因此,开展基于竹材特征的高性能层积材制备及环境效益影响的研究,对促进竹材的“精细化”利用和低碳加工具有重要意义。本文以福建产毛竹为原料,分析了多因素条件下毛竹弦向竹条理化性能特征的变异规律、冻融循环预处理和高温热处理改性对毛竹弦向竹条物理力学性能的响应规律、胶合界面和竹节间距特征对弦向竹条胶合性能的响应规律;优化出较佳冻融循环预处理工艺和高温热处理改性工艺以及基于竹材特征的新型竹层积材的制备工艺,并采用SEM、XRD、DPX等手段分析了相关影响机理;同时,利用GABI6.0分析评价了新型竹层积材制备各工序的环境效益。论文研究的主要结论如下:(1)研究分析了不同竹龄、不同高度、有无竹节、不同界面等多因素条件下弦向竹条理化性能特征的变异规律,结果表明:离地高度对其力学强度的影响较小,而竹龄对其力学强度影响显著;竹节的存在与否对竹材的抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度和抗拉强度影响显著而对于顺纹抗压强度影响不显著,对毛竹节间和竹节的组织结构分布和组织比量的分析揭示了节间力学强度优于竹节力学强度的原因是竹节处的维管束纤维呈现弯曲形态,影响了其结构完整性,且箨环和竹隔的细胞组织穿插在纵向纤维中,使维管束长度变短,纤维强度下降;在同一竹龄且同一高度条件下,竹壁中心层竹肉(R部位)的接触角大于外层竹肉(Q部位)和内层竹肉(H部位),5年生毛竹的Q/R/H三部位的接触角差异性相对较小,材性相对更加稳定;竹龄对毛竹材的纤维素含量、苯抽抽提物含量影响显著,高度对各化学组分影响均不显著;SEM微观形貌分析表明,3年生和5年生毛竹的微观构造差异不明显,7年生毛竹轴向薄壁组织中则含有较多的淀粉颗粒;3～5年生、离地高度3m处的毛竹材具有较好的理化性能,较适宜作为竹基复合板材的结构基材。(2)采用冻融循环方法和高温热处理方法对5年生、离地高度3m处的弦向毛竹条进行预处理试验并研究分析了冻融循环预处理和高温热处理改性对弦向竹条物理力学性能特征的响应规律,结果表明:竹节的存在与否对预处理后竹材接触角、吸水性和湿胀性的影响不显著;高温预处理后竹材的润湿性指标虽不如冻融循环处理,但其吸水性、吸湿膨胀率等尺寸稳定性和制品力学性能指标(MOR、MOE)却优于冻融循循环处理。应用响应面分析方法得出冻融循环预处理的优化工艺参数:初含水率为15%～30%,融冰温度为40℃,融冰时间为2小时,冷冻时间为5小时,循环次数为3次;高温预处理的优化工艺参数为:初含水率为10%～30%,热处理温度为160℃,热处理时间为5小时;SEM微观形貌分析和XRD分析表明,冻融循环预处理后,竹材细胞壁结构受到破坏,相对结晶度降低了 3.53%,从而降低了其力学性能;高温预处理后,竹材内部化学成分发生结构重组,产生重结晶现象并析出,致使毛竹细胞腔缩小变形,基本密度略有增加,从而提高了其力学性能。(3)研究分析了胶合界面、竹节间距特征对竹条胶合性能的响应规律以及“微孔处理”技术、竹节间距、热压工艺、组坯方式对竹层积材性能的响应规律,利用响应面分析法优化了以5年生离地高度3m处的高温热处理弦向毛竹条为材料的新型竹层积材的制备工艺,结果表明:QQ、QH、HH三种界面形式对胶合竹条的剪切强度、抗弯强度、弹性模量影响不显著;在竹条胶合时有无竹节对抗压强度、剪切强度影响不显著,对抗弯强度、抗弯弹性模量以及抗拉强度影响显著;无竹节竹条的力学性能优于有竹节竹条,相邻竹条竹节间错位3～10cm,可使胶合竹条获得更高的力学性能;采用侧面微孔工艺可提高竹层积材横纵向强度,微孔处理的最佳工艺为:孔间距30mm、孔径1mm、孔深1mm;热压时间和热压温度对竹层积材力学性能影响显著,侧压力和交互作用影响不显著;竹层积材较优的热压工艺为:热压温度为145℃,热压时间为11min(12mm),热压侧压力为2MPa;DPX和力学测试表明,交叉四层组坯制备的竹层积材产品密度分布均匀,纵向和横向MOR、MOE稳定;经第三方测试,采用优化工艺制备的12mm厚竹层积材各项力学指标均达到并超过了 LYT1575-2000“A类”车厢底板竹胶合板力学性能标准。(4)应用GABI6.0和CML2016评价方法,以新型竹层积材原料运输到成品入库为边界范围,对其生产制造全过程的环境效益响应进行了评价。在中试线生产1m3竹层积材时,产生的主要环境负荷及排序为:酸化(AP)53.27%>海水生态毒性(MAETP)20.34%>富营养化(EP)19.29%>人类毒性(HTP)4.01%>全球变暖(GWP)2.78%>陆地生态毒性(TETP)0.15%>淡水生态毒性(FAETP)0.11%>资源消耗(ADP)0.01%>臭氧层破坏(ODP)0.001%;制造本产品所产生的的环境负荷主要来源于竹子焚烧(场内蒸汽能量自已)和粗刨(去竹青、竹黄),两者分别占总环境负荷的74.59%和6.93%,其它工序对环境负荷的贡献度排序依次为:干燥3.99%>精刨3.25%>砂光2.52%>打孔2.25%>热处理2.18%>热压2.13%>裁板0.96%>裁断0.69%>分片0.35%>炼油0.21%>运输0.10%;对淡水(FAETP)、海水(MAETP)、陆地(TETP)生态系统和人类(HTP)健康产生毒害主要来自酚醛树脂胶黏剂的使用以及在制造过程中含酸、醛类废水的排放;归一化分析表明,以焚烧废竹获得场内热能相比燃烧煤、天然气等非可再生资源环境效益优势明显,尤其是“碳足迹”优势更为显著。