幼龄材阶段竹材流变学特性变化机制及其应用基础研究

China's bamboo industrialization utilization level is world leading. However,the research object has been confined on the mature bamboo wood, no attention has been paid to juvenile bamboo wood using. Juvenile bamboo has low lignin content, low elastic modulus and high plasticity. The study on scientific selection of bamboo according to its rheological property can be used to fundamentally solve the technolog problem of super flexible sliced bamboo veneer made from mature bamboo wood, which has high lignin content and elastic modulus. According to fundamental density, lignin content, cellulose crystallinity and glass transition temperature of mose bamboo at different ages, juvenile and mature bamboo were defined by using orderly clustering optimum partition method. Three parts will be investigated in this project 1. Transverse compression, bending creep and relaxation properties. 2. Dpendence of transverse compression and bending dynamic properties ( E', E'', tgδ ) on temperature, frequency and strain. 3. The dying property and anti-mold mechanism of the juvenile bamboo wood.This project will provide theory basis for super flexible sliced bamboo veneer technology of the juvenile bamboo wood. It has important realistic significant for keeping sustainable development of the bamboo processing industry.

我国的竹材工业化利用水平居世界领先。但其研发对象一直局限于材质成熟阶段竹材，而对幼龄材阶段竹材的工业化加工利用几乎未人关注。由于幼龄期阶段的竹材具有木质素含量低，弹性模量小，塑性大等特性，若依据其流变学特性科学取材进行研究，能够从根本上解决成熟材阶段竹材由于木质素含量髙，弹性模量大，难以用其制造塑性大的超柔性竹单板（如刨切薄竹）的难题。.本项目拟根据不同年龄毛竹的基本密度、木质素含量、纤维素结晶度、玻璃化转变温度等指标，采用有序聚类最优分割法界定毛竹幼龄材和成熟材的年龄界限，并进一步研究：①幼龄材阶段毛竹的横纹压缩和弯曲蠕变及松弛变化规律；②幼龄材阶段毛竹的横纹压缩和弯曲动态黏弹性（E′、E〞、tgδ）随温度、频率、应变的变化规律；③幼龄材阶段毛竹竹片的干燥特性及防酶机制。本研究将为幼龄材阶段毛竹制造超柔性刨切薄竹技术提供理论支撑，对竹材加工工业的可持续发展具有重要的现实意义。

开发利用好竹类资源，充分发挥“以竹代木”的作用，不仅能节约木材资源、缓解木材供需紧张的矛盾，而且对促进山区经济的发展也有很重要的意义。本人基于无人从材质角度对竹材幼龄材和成熟材进行界定和对幼龄材阶段竹材的工业化加工利用几乎无人关注的背景下申请了该课题。本课题完成了竹材的幼龄材与成熟材的年龄界限划分、幼龄材阶段竹材的蠕变特性、幼龄材阶段竹材的动态黏弹性特性等研究内容，达到了预期的研究目标。研究发现：. 毛竹随年龄的增长基本密度呈增长的趋势；毛竹径向基本密度变化规律为：竹青＞竹黄＞竹肉；毛竹纵向基本密度变化规律为：5.5m＞3.5m＞1.5m。随竹龄的增长木素含量呈增长的趋势；纵向木素含量变化不明显；径向由外至内逐渐减小。1年生至2年生之间的竹材竹肉与竹黄的结晶度有明显的下降，竹青小幅度下降，3年以上竹材各部分均呈现先升后降的波动；纵向无明显变化规律；径向由内而外逐渐增大。1年生至2年生之间的竹材玻璃化转变温度明显下降，随后随竹龄增长呈波动变化趋势；沿纵向无明显的变化规律；沿径向由外到内逐渐减小。利用有序最优分割法，得到幼龄材与成熟材的年龄界限为5a。. 毛竹储存模量随温度升高而逐渐降低；玻璃化转变前损耗模量与损耗因子随温度的升高而增大，之后逐渐降低。毛竹储存模量与损耗模量随竹龄的增加而增大，随高度的增长而增大；储存模量与损耗模量：竹青＞竹黄，损耗因子：竹黄＞竹青。随着频率的升高储能模量小幅增大；损耗模量与损耗因子随着频率的升高反而降低。. 勃格四元件模型可以有效地拟合短期蠕变，决定系数均大于0.99；同一部位竹材起始的蠕变柔量随着竹龄的增长逐渐降低；沿竹材径向上，由内至外抗蠕变能力逐渐增强；温度显著地影响蠕变特性，随温度的升高蠕变逐渐增大，低温时弹性应变占主要比重，随温度升高粘性应变快速增长，其所占比重逐渐增大。. 本研究系统提供了1-8年毛竹不同高度、不同径向位置的基本密度、木质素含量、纤维素结晶度、玻璃化转变温度等数据，提供了毛竹材质全面系统的基础数据。将不同年龄毛竹竹材的指标值综合起来进行有序分类，幼龄材与成熟材的年龄界限为5年，首次从材质角度予以科学界定，进一步丰富了竹材加工的基础理论。本课题对幼龄材的蠕变及动态粘弹性等流变学特性进行研究，对幼龄材阶段竹材的工业化加工利用具有重要现实意义。