无纺布强化旋切竹单板是一种新型表面装饰材料，它是竹材经旋切后，在其背面粘贴无纺布，经指形纵向接长而制成的。无纺布强化的旋切竹单板可用作人造板家具的贴面材料；还可充分利用其竹纤维的形象和良好的耐磨性用于室内装饰装修材料，如用作护墙板、地板、天花板的表层材料，其装饰效果具有独特的地方风格。另外，无纺布强化旋切竹单板还可以经特定模压制成竹餐盘、果盘、竹扇、竹屏风等多种特殊形状的工艺品。

无纺布强化旋切竹单板为竹材的综合利用开辟了一条新途径，具有很好的开发前景。但由于竹材硬度高，在旋切竹单板的生产中，竹材只有经过软化处理后，旋切出竹单板的表面质量才好。常用的软化处理方法是将截好的竹段放入40~50 ℃的水中浸泡6~10 h后逐渐缓慢升温，升温速度以4~5 ℃·h^-1为宜，温度升至80~120 ℃后保温1~2 h，然后自然冷却到50~70 ℃即可(李新功等，2001)。为了提高竹段蒸煮速度，蒸煮时也可加入一定量的NaHCO₃，这种处理方法可以使竹材软化速度快一些。但是由于NaHCO₃多少会破坏木材的化学成分，因此，采用在120 ℃高温的条件下，密闭软化30 min的软化处理工艺来提高竹材软化的效率。本文拟采用动态热机械分析(DMA)的方法来评判竹材在120 ℃的高温条件下，密闭软化30 min的软化处理效果。

动态热机械分析就是在程控温度下测量物质在振动负荷下的动态模量和力学损耗与温度关系的技术。DMA是测定当材料受到周期性应力时的机械反应，从而确定材料的粘弹性及流变性能。

木质材料对交变应力的响应具有粘性材料和弹性材料的特征，其应力、应变的关系为：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：σ为应力；ε为应变；E′为实数模量或称储能模量，它反映材料变形时能量储存大小，即回弹能力；E″为虚数模量或称损耗模量，它反映材料变形时能量损耗的大小；E^*为复合模量；δ为应力和应变之间的相位角，也称损耗角；tanδ为力学损耗因子，损耗角正切。

在水热处理过程中，木质材料吸水后T_g下降，因此，可以通过测定材料干、湿态玻璃化转变温度评判水热处理效果的好坏。由DMA测得的湿态玻璃化转变温度越低，说明水热处理的软化效果越好。本文旨在利用动态热机械分析研究密闭高温条件下软化竹材的玻璃化转变温度，以判断密闭高温软化竹材的软化效果。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验所采用的竹材为毛竹(Phyllostachys pubescens)。

1.2 试验方法 1.2.1 试样制备

在同一竹片上截取2段，分别标上记号1和2。把标号为1的作为未软化处理的试件，把标号为2的试件放入密闭蒸煮罐中，在120 ℃保温30 min。分别把标号为1和2的2种竹片置于(103±2) ℃下烘至绝干，制成四角方正、四边平齐的尺寸为(长×宽×厚)：60 mm×8 mm×5 mm的试样。

1.2.2 试验条件

做DMA的承载方式采用三点弯曲。测试条件如下:温度范围35~200 ℃；气氛为空气；升温速率5 ℃·min^-1；动态力4 N；频率采用多频率，分别为1.00 Hz, 3.33 Hz和10.00 Hz(Onic et al., 1998；Liu et al., 2001)。

1.2.3 仪器

德国NETZSCH DMA 242动态热机械分析仪。该仪器具有6种承载形式, 即三点弯曲、双悬臂弯曲、单悬臂弯曲、剪切、压缩、拉伸。

2 结果与分析

尽管做了1.00、3.33和10.00 Hz 3种不同测试频率的动态试验，但从所得的DMA图谱中发现，在所测试的频率范围内，不同频率条件下竹材的动态力学行为规律基本一致，只是不同频率下储能模量的数值有差别，所以本文如不特殊指明，均按测试频率为1.00 Hz的情况分析。

未软化处理竹材和高温软化处理(120 ℃软化30 min)竹材的DMA储能模量(E′)、损耗角正切(tanδ)以及损耗模量(E″)随温度的变化分别如图 1 a、b、c所示。

从图 1的DMA结果可以看到：未软化处理竹材在40~200 ℃之间的储能模量(E′)比高温软化处理过的竹材的储能模量(E′)大。未软化处理竹材在40 ℃时的储能模量为5 610 MPa，经高温软化处理竹材40 ℃时的储能模量为2 220 MPa，经高温软化处理后竹材的储能模量降低了60.4%，说明高温软化处理的效果是非常明显的，它可明显地提高竹材的塑性，从而可以保证旋切竹单板的质量。

DMA力学损耗峰对应的温度可看作是玻璃化转变温度(T_g)(陈文怡，2003；赵军等，2001)。聚合物的玻璃化转变是从玻璃态向高弹态转化，其转变温度(T_g)是表示玻璃化转变的重要指标。玻璃化转变是高聚物的一种普遍现象，即使是结晶高聚物，也难以形成100%的结晶。在高聚物发生玻璃化转变时，许多物理性能发生了急剧的变化，特别是力学性能。在只有几度范围的转变温度区间前后，模量将改变3~4个数量级，使材料从坚硬的固体突然变成柔软的弹性体，完全改变了材料的使用性能。

竹材是由部分结晶纤维素和非结晶半纤维素、木素等聚合物构成的。当加热到玻璃转化温度时，竹质材料的非结晶区部分会发生玻璃态的转化。此时竹质材料的物理力学强度会发生巨大变化，利用损耗角正切曲线的峰顶温度可以确定玻璃化转变温度(Michael et al., 2000)。

从图 1 a、b、c可以看到：刚开始时，随温度升高，储能模量(E′)缓慢下降，未软化处理的竹材的E′在100~130 ℃之间有一个明显的下降，损耗模量(E″)和损耗角正切(tanδ)在此期间则明显上升；而经高温软化处理的竹材储能模量(E′)在90~120 ℃之间有一个明显的下降，损耗模量(E″)和损耗角正切tanδ在此期间则明显上升。因为E′的下降以及tanδ的明显上升与竹材在这一温度范围内的部分软化有关，即与竹材中木素的玻璃化转变有关，因此说明经高温软化处理的竹材比未软化处理的竹材的玻璃化转变温度有所降低。以tanδ峰值表示玻璃化温度T_g，则未软化处理的竹材的T_g为119.8 ℃, 软化处理的竹材的T_g为88.4 ℃，软化处理竹材的T_g比未软化处理竹材的T_g下降了26.2%。

与未软化处理竹材相比，高温软化处理竹材可明显地提高竹材的塑性，其主要原因是因为采用高温软化处理竹材时，水分子进入无定形区使纤维润胀，从而使竹材的储能模量(E′)和玻璃化转变温度(T_g)降低。

3 结论与讨论

DMA研究表明：高温软化处理的竹材，其储能模量明显降低，在40 ℃时，经高温软化处理后竹材的储能模量比未软化处理后的竹材降低了60.4%，说明高温软化处理的效果是非常明显的；

另外，DMA的结果也表明：未软化处理竹材的玻璃化转变温度(T_g)为119.8 ℃, 软化处理的竹材的玻璃化转变温度(T_g)为88.4 ℃，软化处理竹材的T_g比未软化处理竹材的T_g下降了26.21%。