竹木復(fù)合集裝箱底板是指由竹簾、竹席等竹質(zhì)單元和木質(zhì)單板經(jīng)膠合制成的集裝箱底板用膠合板，包括素面竹木復(fù)合膠合板和覆面竹木復(fù)合膠合板。由于可用于傳統(tǒng)集裝箱底板制備的硬木資源越來越少，而竹木復(fù)合集裝箱底板的原材料豐富、性能優(yōu)良、成本低廉和易于自動化生產(chǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

1 竹木復(fù)合集裝底板研究現(xiàn)狀

集裝箱底板是主要承重部件，對物理力學(xué)性能要求比較高。所以，形成一個完整的集裝箱底板生產(chǎn)體系包括質(zhì)量保障體系尤為關(guān)鍵，必須考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工制備和性能檢測的整個過程。在集裝箱底板設(shè)計過程中，竹材的組坯、木材的材性和表層材料都是必須考慮的重要因素。其中竹材的位置和方向、層數(shù)和所占比例對整個集裝箱底板的性能有重要影響，而木材的樹木種類、密度、含水率和厚度也會在一定程度上影響底板的物理力學(xué)性能；另外，竹簾浸膠量、竹材使用形式、竹材分級和竹簾厚度是竹材作為表層材料的影響因素。在底板制作過程中，生產(chǎn)工藝和壓縮率以及膠黏劑不僅會影響底板物理力學(xué)性能，也會影響生產(chǎn)時間和生產(chǎn)成本。集裝箱底板作為結(jié)構(gòu)用材，質(zhì)量檢測與控制是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，集裝箱底板必須具有良好的抗震、耐沖擊、耐老化等性能，所以對集裝箱底板的物理力學(xué)強度包括順紋和橫紋的抗彎強度、靜曲強度和彈性模量等性能有很高要求。下面從組坯方式、木單板性質(zhì)、表層竹材、生產(chǎn)工藝和壓縮率、膠黏劑和性能檢測6個方面對竹木復(fù)合集裝箱底板的研究現(xiàn)狀進行回顧。

1.1 組坯方式

竹木復(fù)合集裝箱底板的主要優(yōu)點在于利用竹材的力學(xué)性能優(yōu)勢來彌補速生木材力學(xué)性能不足的缺點，使其性能達到利用硬木制備集裝箱底板力學(xué)強度的要求。因此，在組坯過程中竹材的位置、方向、層數(shù)和所占比例具有很重要的影響。

1.1.1 竹材的位置和方向

在抗彎、抗拉伸等力學(xué)性能方面竹材比速生木材有優(yōu)勢，所以在進行組坯設(shè)計時要充分考慮集裝箱底板的受力情況，結(jié)合層合板理論進行集裝箱底板芯層和面層的設(shè)計。在底板組坯研究中，建立竹木復(fù)合集裝箱底板的彈性模量預(yù)測理論，并根據(jù)這一模型預(yù)測出最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計[0bc/0/0/0/0/90/0/90/0/0c]S（其中bc、c分別表示該層為竹簾板層和中心層；0表示縱向，90表示橫向；下標“s”表示結(jié)構(gòu)對稱板材；單層厚度0bc為3.0 mm），根據(jù)最佳組坯制備材料的縱橫向彈性模量分別達到10 629 MPa和3 611 MPa，縱橫向靜曲強度分別達到104 MPa和43 MPa。武秀明首先設(shè)計4種等級的8層竹木復(fù)合單板單元，然后制備19層竹木復(fù)合集裝箱底板（其中木單板的順紋方向作為板材的橫向，竹簾的順紋方向作為板材的縱向），以此設(shè)計制備竹木復(fù)合集裝箱底板的MOE和MOR最低分別為12 590 MPa和161.42 MPa，最高分別為14 230 MPa和183.44 MPa。為了滿足縱向和橫向的力學(xué)強度，竹材橫向和縱向排列需遵循一定的規(guī)律，通過試驗得出：21層的竹木復(fù)合集裝箱底板組坯時表層竹材縱向排列性能最佳，即[0b/02/90/0/90/0/90/0/90/0/0c]S（下標“b”“c”分別表示該層為竹片層和中心層；0和90表示鋪層方向；下標“s”表示結(jié)構(gòu)對稱板材；單層厚度0b為3.5 mm，0和90為1.6 mm；下標數(shù)字“2”表示在該方向連續(xù)鋪設(shè)的單層數(shù)），其物理力學(xué)性能滿足集裝箱底板的使用要求（密度為0.84 g/cm3、縱橫向彈性模量分別為10 107 MPa和3 025 MPa、縱橫向靜曲強度分別是103.9 MPa和33.6 MPa）。在竹木復(fù)合集裝箱底板的制作中，竹材通常順紋排列，且為板材的縱向；多位于底板的表層，以最大發(fā)揮竹材性能優(yōu)勢。

1.1.2 竹材層數(shù)和所占比例

在組坯中，竹材層數(shù)對竹木復(fù)合集裝箱底板的物理力學(xué)性能影響很大，可根據(jù)不同的性能要求設(shè)計不同的組坯層數(shù)。鄭忠福采用3種方式（方式1共21層，添加1層竹纖維素層；方式2共20層，添加2層竹纖維素層；方式3共20層，添加3層竹纖維素層）對竹木復(fù)合材進行組坯鋪裝。其中，材料性能最低的為方式3，其靜曲強度為87.5 MPa，彈性模量為8 236 MPa；性能最好的為方式1，其靜曲強度為89.1 MPa，彈性模量為10 098 MPa。鮑逸培等采用23層結(jié)構(gòu)的竹木復(fù)合集裝箱底板（其中，2層竹表板，21層木單板），其機械物理性能達到國際集裝箱使用的要求。由于竹材和木材的材性不同，其對竹木復(fù)合集裝箱底板的作用和貢獻率也不同，材性越好的材料對復(fù)合材的貢獻率越高，因此不同比例的竹材制作的底板物理力學(xué)性能不同。翟志忠等利用楊木、馬尾松、桉木以及竹席和竹簾進行不同的組合設(shè)計：方案1竹簾占49.2%，方案2竹席和竹簾占74.2%，方案3竹席和竹簾占71.9%，方案4竹簾占28.4%，研究不同組合材料的縱橫向彈性模量、破壞模型以及膠合強度，試驗結(jié)果表明，方案1的力學(xué)強度最低，縱橫向MOR分別為99.5 MPa和40.3 MPa，縱橫向MOE分別為11 174 MPa和5 584 MPa；方案4的力學(xué)強度最高，縱橫向MOR分別為109 MPa和48.2 MPa，縱橫向MOE分別為10 647 MPa和5 193 MPa。在底板制作中，當采用小徑竹材不區(qū)分竹黃和竹青時，多層竹材增強底板力學(xué)性能的作用不明顯，主要是由于木材的膠合強度大于竹材。

1.2 木材單板性質(zhì)

膠合強度是衡量竹木復(fù)合集裝箱底板的重要物理參數(shù)，木材單板的樹種、密度、厚度和含水率對膠合強度的影響較大。吳曉明使用厚度為1.7 mm而密度不同的桉木單板（密度約0.51 g/cm3）、麻拉絲木單板（密度約0.65 g/cm3）和克隆木單板（密度約0.79 g/cm3），在不同含水率（0%，8%，16%）條件下制板，試驗得出，桉木單板的膠合強度最低（厚度為1.7 mm，密度約0.51 g/cm3，含水率16%）；克隆木單板的膠合強度最高（厚度為1.7 mm，密度約0.79 g/cm3，含水率8%）。至于單板密度，一般不宜過大，也不易過低。因為過高或過低都會影響竹木復(fù)合集裝箱底的膠合質(zhì)量；而單板含水率對膠合強度也有影響，含水率過高易產(chǎn)生缺陷，同時會延長膠層固化時間，降低膠合強度；含水率過低會阻礙膠黏劑在單板表面的潤濕，從而影響膠合性能。至于單板的厚度因素，研究發(fā)現(xiàn)，使用薄單板，竹木復(fù)合集裝箱底板的力學(xué)性能有所增加，但單板層數(shù)要增加，并且施膠量會增大，這會增大熱壓工藝的難度，所以通常使用的單板厚度在1.2～2.5 mm。

1.3 表層竹材

集裝箱底板的主要受力部位處于底板的表層和次表層，表層竹材對竹木復(fù)合集裝箱底板的物理力學(xué)性能有重要影響，其中影響因素包括竹材浸膠量、竹材質(zhì)量、竹材分級、竹材制作工藝等。

1.3.1 竹簾浸膠量和使用形式

在制備竹木復(fù)合集裝箱底板時，竹簾浸膠量的多少會影響竹材的干燥時間和最終竹簾的含水率以及膠合強度。吳曉明分別使用4%、8%、12%的竹簾浸膠量制備竹木復(fù)合集裝箱底板，當浸膠量為4%時材料縱橫向MOR分別為78.38 MPa和29.17 MPa，縱橫向MOE分別為7 794 Mpa和2 008 MPa；而當浸膠量為12%時，縱橫向MOR分別為88.13 MPa和33.59 MPa，縱橫向MOE分別為8 357 MPa和3 569 MPa。用竹材做表層材料一般采用竹片或竹篾的形式。馬清相等考慮其性能及成本等因素，采用的竹片厚度為4～6 mm，竹片涂膠量（單面）為140～200 g/m2。鮑逸培等將竹片表面進行砂光處理，竹片厚度為3.5 mm或4 mm，終含水率為6%～8%，進行竹木復(fù)合集裝箱底板的開發(fā)與研究。一般來說竹篾比竹片的厚度薄，竹篾通過棉線編織、熱壓成竹簾板；將毛竹縱向劈削成寬15 mm、平均厚度為0.8 mm的竹篾，使用酚醛樹脂膠粘劑采用熱進熱出的熱壓工藝制備集裝箱底板表面材料，其縱橫向MOR分別可以達到185 MPa和114 MPa，縱橫向MOE分別可以達到13 775 MPa和8 960 MPa。

1.3.2 竹材分級和厚度

在制作竹木復(fù)合集裝箱底板時，對竹材進行分級再使用，可充分發(fā)揮竹材的材性優(yōu)勢。利用氣干密度法和MOE法與竹篾的抗彎性能呈正相關(guān)關(guān)系對竹篾進行分級處理，制備4種不同分級的竹木復(fù)合單板，最低等級的竹木復(fù)合集裝箱底板的MOE為12 590 MPa、MOR為161.42 MPa，最高等級的竹木復(fù)合集裝箱底板的MOE為14 230 MPa、MOR為183.44 MPa。厚度也是影響集裝箱底板性能的一個因素，根據(jù)標準GB/T 19536-2015集裝箱底板的厚度都為28 mm。由于竹簾不容易被壓縮，所以竹簾的厚度會影響板材的整體壓縮率。用一定厚度的竹簾組坯，采用正交設(shè)計方案對竹木復(fù)合集裝箱底板熱壓工藝進行優(yōu)化，得出用6層0.8 mm厚的竹簾按照4層縱向竹簾和下面2層橫向竹簾的組坯方式，在壓力為5 MPa、時間為8 min、溫度為150 ℃的熱壓工藝下，可以制成縱橫向彈性模量分別為13 558 MPa和5 430 MPa、縱橫向靜曲強度分別為180 MPa和110 MPa的集裝箱底板表層材料。

1.4 生產(chǎn)工藝和壓縮率

在制備竹木復(fù)合集裝箱底板過程中，生產(chǎn)工藝是一個復(fù)雜且重要的過程。由于竹材和木材材性的差異，實際生產(chǎn)中需綜合考慮力學(xué)性能、能量損耗、生產(chǎn)成本等因素，在熱壓成型過程中采用冷進冷出的分段加壓方式，厚度規(guī)控制板材厚度的工藝比較常見。

1.4.1 生產(chǎn)工藝

在竹木復(fù)合集裝箱底板制作中，基本上有3種成型工藝，即一次熱壓成型法（將竹簾與芯層旋切木單板按一定的組坯結(jié)構(gòu)和一定的熱壓工藝一次膠合成竹木復(fù)合集裝箱底板）、二次熱壓膠合成型法（先制備表層材料竹簾板，然后與芯層材料進行二次復(fù)合）和厚度規(guī)控制一次熱壓成型法（在一次熱壓成型法的基礎(chǔ)上，采用厚度規(guī)控制）。在過去的竹木復(fù)合集裝箱底板研制工藝中，基本上都是采用一次成型熱壓法，但是由于速生木材的材質(zhì)比較疏松，而竹材的材質(zhì)比較密實，所以也有采用二次成型法的。由于一次成型法難以控制成品的厚度，所以采用厚度規(guī)控制一次成型工藝。至于加壓方式，冷進冷出的方式最為常用。采用冷進冷出的熱壓工藝，可以使竹材、木材在高溫段得到充分軟化。為減少產(chǎn)品的厚度偏差，可使用厚度規(guī)控制。在冷進冷出的熱壓工藝中，熱壓壓力對靜曲強度和24 h吸水厚度膨脹率的影響較大。吳曉明研究了熱壓壓力對竹木復(fù)合集裝箱底板力學(xué)性能的影響，分別3個不同熱壓壓力（2.5 MPa、3 MPa、3.5 MPa）試驗得出，壓力為3.0 MPa時縱橫向MOR分別為82.19 MPa和44.12 MPa，縱橫向MOE分別為8 838 MPa和3 236 MPa。

1.4.2 壓縮率

竹木復(fù)合集裝箱底板的壓縮率是指板材的組坯厚度減去加壓后的成品厚度與加壓后成品厚度之比。采用二次成型法制作竹木復(fù)合集裝箱底板，需要考慮芯板和整板的壓縮率。何文制作南方型楊木芯材單板，當芯板單板壓縮率逐漸增加時，成品密度和靜曲強度逐漸增加，但當壓縮率超過22.64%時產(chǎn)品的彈性模量卻只有較小的提高。所以可以根據(jù)需要，在壓縮率小于22.64%時，逐漸增加芯材壓縮率來提高板材的強度。然后，結(jié)合竹簾板的力學(xué)性能和芯板的壓縮率與集裝箱底板力學(xué)性能的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，當整板的壓縮率為15.7%時能滿足集裝箱底板的使用要求。竹木復(fù)合集裝箱底板的總體壓縮率與彈性模量也存在一定關(guān)系。當壓縮率較低時，壓縮率增大彈性模量顯著增大，隨著壓縮率不斷提高，其對彈性模量的正效應(yīng)逐漸減弱。采用一次熱壓成型，當壓縮率為55.1%時彈性模量在理論上達到極大值，隨后如果壓縮率繼續(xù)增大將會對彈性模量產(chǎn)生負效應(yīng)。根據(jù)集裝箱底板對彈性模量的要求，壓縮率應(yīng)大于23.2%�？紤]到產(chǎn)品密度及成本，壓縮率的最佳范圍應(yīng)為25%～28%。所以可以得出，當采用厚度規(guī)控制一次熱壓成型時，板材整體壓縮率的最佳范圍是25%～28%；使用二次熱壓成型時，芯材的壓縮率不宜超過22.64%，整板的壓縮率約為15.7%。

1.5 膠黏劑

膠黏劑對竹木復(fù)合集裝箱底板的性能有重要影響，膠種、涂膠量、固含量、浸漬時間對底板的設(shè)計、制作和使用都很關(guān)鍵；施膠量與材料的靜曲強度、彈性模量、密度有較為明顯的關(guān)系。

1）在竹木復(fù)合集裝箱底板的制備過程中，采用酚醛樹脂膠是因為作為結(jié)構(gòu)材料集裝箱底板對力學(xué)性能、耐候性能和耐老化性能要求高；部分選用水溶性酚醛樹脂膠，主要是考慮膠黏劑的濕潤性能和環(huán)保性能。

2）固含量是酚醛樹脂膠黏劑的一個重要參數(shù)，膠黏劑固含量一般控制在45%（±5%），在實際操作中主要根據(jù)膠黏劑的黏度來確定其具體值。

3）酚醛樹脂隨著pH值的升高，凝膠時間先縮短后變長，固化速度先快后慢，甲醛的釋放量逐漸降低，pH值一般控制在10～12，在實踐中膠黏劑的酸堿性還需要根據(jù)竹材和木材本身的酸堿性來決定。

4）黏度也是木材膠粘劑的重要性能指標，若黏度過大，膠液流動性變差，滲透性變差，容易造成缺膠，使膠接強度下降。黏度一般為200～400 CPS。

5）涂膠量對竹木復(fù)合集裝箱底板的膠合強度有顯著影響，隨著施膠量的增加，膠合強度一般先增后降；綜合考慮板材的力學(xué)性能和生產(chǎn)成本，施膠量一般控制在300～400 g/m2。

6）面粉添加劑可以提高膠黏劑的初粘性、降低膠層的脆性，提高膠合強度；但添加過多的面粉則會使膠液粘度過高，不易于膠層的流動和鋪展，會降低膠合強度。隨著面粉添加量的增加，膠合強度呈現(xiàn)出增大的趨勢；但當面粉添加量大于5%，膠合強度的增加趨勢趨于平緩。其中方案5添加了5%～10%的面粉。

1.6 竹木復(fù)合集裝箱底板性能檢測

竹木復(fù)合集裝箱底板作為結(jié)構(gòu)用材使用，對其物理力學(xué)性能如抗彎強度、彈性模量、抗沖擊性能等都有很高的要求。因此，竹木復(fù)合集裝箱底板的質(zhì)量檢測與質(zhì)量控制尤為重要。有學(xué)者利用非線性規(guī)劃模型、有限元分析和直接預(yù)測復(fù)合常數(shù)，對竹木復(fù)合材料的性能進行無損檢測。也有學(xué)者基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言，并且通過參數(shù)化變量方式建立分析模型，獲得了集裝箱底板的強度等性能參數(shù)。還有學(xué)者通過建立靜曲強度的預(yù)測模型、應(yīng)力波在固體介質(zhì)中的傳播來實現(xiàn)竹木復(fù)合集裝箱底板的無損檢測。

利用非線性規(guī)劃模型、有限元分析和輸入單板特性直接預(yù)測竹木復(fù)合材料的彈性常數(shù)。例如，Xiao Shengling等采用非線性規(guī)劃模型研究竹木復(fù)合枕木工藝參數(shù)（浸膠量、材料密度、熱壓時間和熱壓溫度）對其性能的影響發(fā)現(xiàn)，當浸膠量為15.5%、目標密度為0.8 g/cm3、熱壓時間為0.65 min/mm、熱壓溫度為170 ℃時為最佳方案，其MOR為60.08 MPa、MOE為5 985.3 MPa、IB為0.475 6 MPa、TS為4.69%。另外， Chen Fuming等利用有限元分析方法構(gòu)建高精度的預(yù)測模型，通過模型優(yōu)化竹木復(fù)合板材結(jié)構(gòu)設(shè)計。除此之外，Wu Xinfeng等基于復(fù)合力學(xué)和能量方法，利用輸入表層和芯層的特性推導(dǎo)出竹木復(fù)合材料的理論模型彈性常數(shù)，并利用修正的三點彎曲測試來驗證。集裝箱底板材料不僅有竹木復(fù)合材料，還有傳統(tǒng)的阿必東硬木、新型塑料、全竹質(zhì)、蜂窩板等，有學(xué)者對其無損檢測進行了相關(guān)研究。例如，劉峻等基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言建立有限元分析模型，獲得了材料的變形、應(yīng)力等性能參數(shù)；龔洋研究通過測試獲得塑料底板的彈性模量及極限斷裂應(yīng)力等參數(shù)，為底板靜態(tài)分析提供性能參數(shù)，實現(xiàn)底板性能無損檢測；劉峻等通過獲得的彈性模量及極限斷裂應(yīng)力等參數(shù)為靜態(tài)分析提供性能參數(shù)。無損檢測在竹木復(fù)合集裝箱底板的研究中相對較少，有通過研究壓縮率和涂膠量對集裝箱底板靜曲強度的影響建立靜曲強度和彈性模量的相關(guān)模型達到材料性能無損檢測的目的，也有采用可編程控制器（PLC）與工控機相結(jié)合的方法進行接觸式彈性模量無損檢測，或者利用應(yīng)力波法對竹木復(fù)合集裝箱底板的機械物理性能和密度實現(xiàn)了無損檢測。