基于竹秆增强的轻质复合材料创新设计：界面特性优化与力学性能提升

本研究针对竹材利用率低、传统木质材料供需失衡问题，通过系统分析竹秆表皮(SEM/XPS/FTIR)的理化特性，选用pMDI胶黏剂开发三层轻质竹刨花板(密度420 kg/m3)。结果表明：去除表皮并施加1.5%胶黏剂可使内结合强度(IB)达0.36 N/mm2，24小时厚度膨胀率(TS)仅3.42%，弯曲强度(MOR)超EN标准107%，为竹材高值化利用提供新方案。

　　

随着全球木材资源短缺与环保需求加剧，寻找可再生替代材料成为当务之急。竹材虽具有生长快、强度高等优势，但小径竹秆因壁薄、连接困难等问题长期被低估。更棘手的是，竹秆表皮富含蜡质和硅化物，严重影响胶黏剂渗透，导致传统竹木复合材料界面结合弱、力学性能不达标。如何突破这一技术瓶颈，实现竹材资源的高效利用，成为摆在研究者面前的重大课题。

华南农业大学的Kamran Choupani Chaydarreh团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，通过多尺度表征技术揭示了竹秆表皮对界面性能的影响机制，并创新开发出具有优异力学性能的轻质竹刨花板。研究采用扫描电镜(SEM)观察表面形貌，接触角测试评估润湿性，结合X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析化学组成，最终选用聚甲基二苯基二异氰酸酯(pMDI)作为胶黏剂，通过优化热压工艺(160°C/1 MPa)制备三层结构复合材料。

材料表面特性分析
SEM显示竹秆表皮呈光滑致密结构，接触角测试证实其疏水性比去表皮样品高40%。XPS证实去表皮后氧碳比(O/C)从0.148升至0.251，FTIR检测到羟基(-OH)特征峰增强，这些变化显著提升了胶黏剂浸润性。

复合材料性能优化
去除表皮并喷涂1.5% pMDI的处理组(D)表现出最优性能：内结合强度(IB)达0.36 N/mm²，远超EN 312标准(0.25 N/mm²)；24小时吸水率(WA)仅40.3%，厚度膨胀率(TS)低至3.42%；弯曲强度(MOR)达17.6 N/mm²，是普通轻质刨花板的4倍。

界面作用机制
SEM界面分析表明，去表皮处理使胶黏剂深度渗透竹纤维，形成机械互锁；而保留表皮样品出现明显界面裂隙。XPS证实pMDI与竹材纤维素通过C-O-C键形成稳定化学键合，这是获得高强度的关键。

该研究首次系统阐明了竹秆表皮对复合材料界面性能的抑制作用，建立的"表皮处理-胶黏剂匹配-工艺优化"技术体系，使轻质竹刨花板(密度420 kg/m³)同时满足结构材料强度要求。相比传统工艺，1 MPa的低热压压力可降低30%能耗，为竹材在绿色建筑中的应用开辟了新途径。这项成果不仅推动竹材加工从"粗放利用"向"精密设计"转变，更为实现"双碳"目标提供了创新材料解决方案。