竹子具有生长快、培育周期短、一次栽培可永续利用等特点。竹材强度高、韧性好，其抗拉强度约为人工林木材的2倍。从宏观水平上看，竹材以中空、多节、具有一定尖削度的中空锥形壳体多节结构存在; 从组织水平上看，竹材又是一种以竹纤维为增强相、薄壁细胞为基质相的天然纤维增强复合材料，维管束密度沿径向非均匀分布使其具有功能梯度材料的特点。竹材独特的结构赋予其轻质、高强、高韧、高弯曲延展性等优异特性。竹纤维是竹材的主要组成部分和承载单元，被广泛应用于制浆造纸、日用制品、高档竹编工艺品、纺织用品、发泡填充材料、竹基纤维高性能复合材料及竹质工程材料等领域。
为了有效发挥竹纤维优势和充分利用竹浆造纸加工剩余物，采用芯壳结构来提高复合材料的使用性能如耐水性、耐磨性、抗弯和抗蠕变性能，减少材料的制造成本。同时研究竹子从生长初期、竹笋、成熟材直到衰退过程中竹纤维的发育、木质化形成及老化过程与物理力学性能的关系，探究不同时期竹纤维性状与各项材性指标的表达，为不同阶段竹纤维的有效利用提供基础理论支持。
研究人员对芯壳结构复合材料进行静态弯曲测试，发现其阶梯型破坏模式明显，壳层材料性能越高，越有助于延缓破坏的发生。同时，芯壳结构竹塑复合材料弯曲性能优于均质结构竹塑复合材料，并且将力学性能较好的竹浆纤维放置表层，能有效地提高复合材料的弯曲性能。在壳层设计3种材料: 纯高密度聚乙烯复合材料(CS－HDPE)、5%白泥增强高密度聚乙烯复合材料(CS－WC)、5%竹浆纤维增强高密度聚乙烯复合材料(CS－BPF)，其复合材料弯曲强度和模量从大到小顺序为CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC，剪切强度从大到小顺序为CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC。结果表明: 表层HDPE与芯层材料熔融结合性能更好，加入马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE) 能改善竹浆纤维与表层HDPE的界面相容性。因此，芯壳结构对扩展竹屑—HDPE复合材料的应用领域具有重要的意义。以竹束纤维为原料，采用挤出、模压等技术加工竹纤维复合材料，制造能够满足力学和结构性能要求的新型高质化构件，应用于管道柱体、轿车外壳、高铁内饰等领域。
摘编自：《新型竹纤维复合材料的研发》
