现代木结构的防火安全性持续受到高度重视,尤其是在发生火灾时,金属紧固件的高导热性会加速木材的碳化,从而削弱整个结构的耐火性能。在全球气候变化和能源短缺的背景下,竹子作为一种可持续材料,在结构应用方面展现出巨大的潜力。研究表明,通过物理和化学改性,例如去除木质素和半纤维素,同时保持其原有的纤维取向和分级结构,再进行热压成型,可以提高竹子的力学性能。虽然高强度生物材料作为金属紧固件的替代品显示出巨大的潜力,但其在高温和极端环境下的性能和可靠性仍缺乏研究。在这方面,中国研究人员开发出一种环境友好、高性能的改性竹胶合板,为可持续建筑提供了金属紧固件的替代品,并为竹子的高值化应用和绿色建筑材料的开发提供了科学依据。
复合胶合改性竹材制备工艺示意图。
通过对复合改性竹胶合板的力学性能测试发现,竹子的弯曲模量、弯曲强度和拉伸强度均有明显提高。与天然竹子相比,经碱处理12 h的复合改性竹胶合板的弯曲模量、弯曲强度和拉伸强度分别提高了1.8倍、2.2倍和1.7倍,且随着碱处理时间的增加,其延展性甚至有所提高,表明材料在保持强度的同时,还能保持一定的塑性变形能力。通过对材料的热稳定性分析发现,复合改性竹胶合板的极限氧指数与改性时间呈正相关,表明改性处理提高了竹子的防火性能,使竹子在空气中不易燃烧。结果表明,与未处理的竹子相比,复合改性竹子的耐火性能更佳,热稳定性也有所提高。采用动态力学分析仪对复合改性竹材在不同温度下的动态力学性能进行评估,发现改性处理减少了竹材内部空隙及分子运动,从而降低了阻尼行为,提高了竹材的玻璃化转变温度,并在热压缩过程中保持了细胞壁的完整性,使复合改性竹材表现出良好的界面相互作用和应力传递。
刊于《竹藤学报》第5卷第4期(摘自2024年4月20日《清洁生产学报》第451卷)
Auteur | Qian Jin, Yue Kong, Liu Shaodong, Lu Dong, Wu Peng, Li Quan
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