竹质增强材料的结构与性质

　　分级竹丝复合材料的增强材料为竹丝，基体为环氧树指。竹丝截面宽度约为1.2MM，高度为1.0MM，取自竹秆外侧的A级竹材。经浸胶压制的分级竹丝复合材料的截面图如下：

　　竹丝由若干个维管束和少量薄壁细胞组成。维管束由导管和纤维束组成，纤维束中可以看到竹纤维，竹纤维直径在5~20UM之间，纤维否中竹纤维的数量有数百根之多。

　　维管束是一个自然形成的纤维束，是一种性能十分优良的天然纤维束。但受到加工工艺上的限制，还无法直接制取竹材的维管束。

　　分级竹丝复合材料的结构组成是：由竹纤维组成维管束；由多个维管束和薄壁细胞组成竹单丝，竹丝则以环氧树脂为基体，热压制成复合材料。

　　高性能的复合材料主要由增强材料所决定，而且要求材料长度方向连续、非卷曲、可高度定向，高性能的竹增强材料也需要遵循这些原则。

　　竹纤维是竹材结构中特殊细胞，形态特点是两头尖、中空、壁厚、长径比大。一般长度在1.5~4.5MM，直径5~50UM，多年生的竹纤维内孔很小，其拉伸强度可达2000~3000MPA，与一般玻璃纤维的拉伸强度很相近。

　　竹纤维是造纸工业的原料之一，抽取多采用机械－化学方法，该方法抽取的竹纤维受到一定程度的操作，加工过程污染大。加上竹纤维长度短，会发生一定程度的卷曲，定向性差。工业上可生产性能不高的竹纤维板。

　　维管束是由竹纤维和导管组成，长度是连续的，直径在100~600UM，强度约为1000MPA。维管束是一种理想的生物质纤维增强材料，优点是长度连续，可定向、非卷曲。但直接抽取维管束的难度大，制取过程中还会发生一定程度的损伤，影响增强材料的性能。

　　分级竹丝由一定数量的维管束和薄壁细胞组成，保持了增强材料的连续性。而且四周少量的薄壁细胞还具有分散载荷的作用，起到抗冲击和阻止疲劳裂纹扩展的作用，是一种优良的增强材料。以分级竹丝为基本单元可制作高性能的生物质复合材料，可广泛用于风轮叶片和船舶等领域。