应用聚类分析与响应面法对毛竹材梯度结构理化性能分析1)

李明鹏 王翠翠 王戈 程海涛 张文福 王丹

(国际竹藤中心，北京，100102)

中国毛竹约为467.78万hm2，占竹林总面积的72.96%，具有分布广、经济价值高，生产潜力大等特点[1]。作为一种天然纤维质材料，其性能随着竹龄的增加变化，甚至老化。竹材材质老化不仅伴随着微观构造上的变化[2]，而且在物理性能和化学组分也发生改变[3]。毛竹材具有显著的梯度结构，即从一种结构、组分或相，逐渐变化至另一种结构、组分或相的过渡性非均匀结构，同时其微观结构、理化性能和力学强度等参数会随着发生阶梯性变化[4-8]。目前，竹材的梯度结构设计可用于建筑和工程领域方面的大规格竹制工程材料，主要包括以竹篾制造的竹篾层积材、以竹席竹帘制造的竹席胶合板、以竹条制造的集成材和和以竹束纤维制造的竹重组材等[9-13]。但竹材梯度结构与力学性能相关性的系统研究较少，通过优化以竹篾作为竹材单元的复合材料体系结构设计参数，对竹材梯度结构进行精细分级，是实现竹材高附加值和高利用率的重要途径之一。

在多尺度竹材力学与竹基复合材料结构研究方面，陆洋等[14]发现竹内维管束沿厚度方向的梯度分布是竹材不对称弯曲的主要原因，其多级梯度设计在整体性能优化中所起的作用和相应机制，可实现材料—结构—性能的一体化设计。袁晶等[15]通过毛竹材维管束分布结构对其压缩性能的影响研究，发现毛竹材具有梯度结构，维管束分布密度、厚壁纤维组织比量与竹材顺纹压缩性能呈正相关，但系统的毛竹材梯度结构与其力学性能相关性参数尚不明确。……