热处理作为一种新的绿色环保材料的改性方法，在我国木材和竹材企业已经被广泛应用。热处理使得材料表面的颜色加深(Klement et al.，2009;Dubey et al.，2012)，可用于替代珍贵木材作为高档家具用材；热处理可以改善材料的尺寸稳定性(翟冰云，1995)，提高其防腐性能(Järmsä et al.，2001;Hakkou et al.，2006)；但同时，热处理会降低材料的力学强度(Campean et al.，2007)，进而限制其应用范围。

而作为室内装饰材料，产品表面的颜色是人们关注的重点之一。竹制品的颜色主要以本色和炭化色为主，炭化色是指采用高温、高压饱和蒸汽处理技术使竹材炭化后，竹材呈现的类似咖啡色的颜色。炭化色色泽稳重、深沉，深受消费者喜爱。我国竹加工企业已经开发出多种炭化色竹制品，如华贵古朴的柚木色、自然随和的炭化色、沉潜雅致的胡桃色等。

竹基纤维复合材料的制造工艺技术，是在改进现有重组竹及其制造方法不足的基础上提出的一种新的制造工艺技术(于文吉，2011)。竹材疏解为纤维化竹单板后，在热处理过程中可以不考虑材料的变形与开裂，与木材热处理相比大大缩短了热处理时间。本文对竹基纤维复合材料的增强材料—纤维化竹单板进行热处理，并研究蒸汽压力和热处理时间对纤维化竹单板化学性能的影响，以及热处理对竹基纤维复合材料表面颜色、尺寸稳定性、力学性能的影响。这对于推广室内用竹基纤维复合材料产品、提升我国竹基纤维复合材料的整体竞争力具有重要的意义。

毛竹(Phyllostachys edulis)采自安徽广德，竹龄3~4 年，胸径10~12cm，竹壁厚0.8~1.0 cm。毛竹新采伐后(含水率40%~50%)，锯截成2.5 m 长的竹筒，然后剖分成半圆筒，再经过疏解机疏解成纤维化竹单板。

酚醛树脂胶黏剂(PF)取自北京太尔化工有限公司，其性能参数分别为：黏度40.5 cps(25 ℃)，固含量(2h/120 ℃)45.36%，pH值10.64(25 ℃)，水溶倍数15.7，游离醛0.10%，游离酚＜1%。

热处理设备—卧式碳化炉(扬州市明鑫压力容器有限公司)型号直径1 200 mm，设计压力0.66MPa，最高工作压力0.60 MPa，容积5.9 m3，设计温度170 ℃，最高工作温度185 ℃，介质为水蒸气。

采用蒸汽热处理，利用蒸汽压力和热处理时间来控制热处理工艺。纤维化竹单板经气干后进行热处理，热处理前单板的含水率约为10%。

热处理的具体参数设置如下：蒸汽压力为0.40MPa时，热处理时间设置为110，140，170 min；热处理时间为140 min时，蒸汽压力设置为0.35，0.40，0.45 MPa。

将热处理后的纤维化竹单板和未经热处理的竹单板浸渍于固体含量为12%的酚醛树脂胶黏剂中，浸渍8 min左右，取出单板淋干，通过测定质量的变化来确定其浸胶量，根据淋干时间的长短来控制施胶量为8%；再将浸胶后的竹单板气干至含水率为8%~10%。按设定密度1.10 g·cm^-3计算纤维化竹单板的称料量，并按顺纹方向对称铺装，即中间层为竹黄和竹黄对铺，其他各层分别为竹青与竹黄对铺，竹青面朝外。手工铺装到幅面为300 mm×170 mm 的模具中；采用热压法压制板材，最终板材厚度设定为20 mm。

热压工艺参数设定：温度为145 ℃，压力为4.5MPa，热压时间为1 min·mm^-1。

未处理的纤维化竹单板和经设定热处理条件的纤维化竹单板，每个条件压制3~4 块竹基纤维复合材料。在竹基纤维复合材料物理力学性能的测试中，每块板上取2块试样。

1)纤维化竹单板化学性能的测定将用于化学成分分析的试验材料用粉碎机粉碎后，过筛获取能通过40 目但不能通过60 目筛的竹粉，供化学分析用。

综纤维素、α-纤维素和热水抽提物的含量测定以及试验所用竹粉水分的测定方法，分别依据中华人民共和国国家标准GB/T 2677.10—1995《造纸α-纤维素含量的测定》、GB/T 744—1989《纸浆α-纤维素含量的测定》、GB/T2677.4—93《造纸原料水抽提物含量的测定》以及GB/T 2677.2—93《造纸原料水分的测定》中规定的方法进行。

pH值和缓冲容量的测定，根据GB/T 6043—1999《木材pH值测定方法》和GB/T 17660—1999《木材缓冲容量测定方法》，测定纤维化竹单板热处理前后pH值和缓冲容量的变化。

2)竹基纤维复合材料颜色的测定按照1976年国际照明委员会CIE(L^* a^* b^*)标准色度学理论，采用分光测色仪，对经热处理和未经热处理的纤维化竹单板制备的竹基纤维复合材料的表面进行材色测定。测试的主要视觉物理参数有：明度(L^*)、红绿轴色度指数(a^*)、黄蓝轴色度指数(b^*)。材色指数和色差为平均值，根据公式(1)计算材料的变色度ΔE^*。

式中：L^*为明度，完全白的物体视为100，完全黑的物体视为0；a^* 为表征红绿轴色度指数；b^*为表征黄蓝轴色度指数；L₀^*，a₀^*，b₀^* 分别为对照材的明度、红绿轴色度指数、黄蓝轴色度指数；L₁^*，a₁^*，b₁^* 分别为测试材的明度、红绿轴色度指数、黄蓝轴色度指数；ΔL^*，Δa^*，Δb^* 分别为测试材与对照材的明度差、红绿轴色度指数差、黄蓝轴色度指数差;ΔE^* 为总色差，数值越大表示被测物和对照样颜色差别越大。

3)竹基纤维复合材料尺寸稳定性的检测试件尺寸规格为50 mm×50 mm×20 mm，将试件放置于63 ℃水中煮24 h 后，参照GB/T 17657—1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，检测其吸水厚度膨胀率(TS)和吸水宽度膨胀率(WS)。每组有3 块竹基纤维复合材料，每块板上取2个试件，共取6 个试件，检测结果取其平均值。

4)竹基纤维复合材料力学性能的检测参照GB/T 17657—1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，检测试件在密度为1.10 g·cm-3下的静曲强度和弹性模量；参照GB/T 20241—2006《单板层积材》，检测试件的水平剪切强度(垂直加载)。每组有3 块竹基纤维复合材料，每块板上取2个试件，共取6 个试件，结果取其平均值。

试验数据采用Excel 2007进行计算和分析，采用SPSS 16.0进行方差分析。

由表 1 可知，纤维化竹单板经热处理后，其综纤维素和α－纤维素的含量与未处理材相比显著降低，最大降低幅度分别为27.62%，11.76%；而热水抽提物的含量显著升高，最大升高幅度为190.17%。

表 1 纤维化竹单板化学成分含量的测定结果 Tab.1 Results of chemical composition contents of bamboo fibrous veneers

表 1 纤维化竹单板化学成分含量的测定结果 Tab.1 Results of chemical composition contents of bamboo fibrous veneers 蒸汽压力Pressure/MPa 处理时间Duration/min 综纤维素(A)Holocellulose(%) α-纤维素(B)α-cellulose(%) 半纤维素(A-B)Hemicelluloses(%) 热水抽提物Hot water extractives(%) Control 68.25 45.41 22.84 7.12 0.40 110 55.05 43.80 11.25 12.22 0.40 140 52.66 42.54 10.12 14.16 0.40 170 49.40 40.07 9.33 20.66 0.35 140 55.55 43.75 11.80 12.80 0.45 140 51.47 42.70 8.77 17.17

当蒸汽压力为0.40 MPa、热处理时间为110min时，与未处理材相比，竹材综纤维素和α-纤维素的含量分别下降19.34%，3.55%；随着热处理时间的延长，其含量逐渐降低，经过170 min热处理后，综纤维素和α-纤维素的含量分别下降27.62%和11.76%。综纤维素和α-纤维素的含量降低主要是由高温降解造成的。综纤维素是纤维素和半纤维素的总称，半纤维素由于分子质量小而且具有分枝结构，相对于竹材中其他高分子物质来说它们更容易降解(Fengel et al.，1983)，因而半纤维素最先降解。α-纤维素主要是结晶纤维素，其含量降低相对较小。半纤维素的含量随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长而逐渐降低，降低幅度在48.34%~61.60%之间。

当热处理时间一定(140 min)，随着蒸汽压力的增大，综纤维素的含量逐渐降低，在0.45 MPa热处理时，综纤维素的含量相对于未处理材的下降幅度达到24.59%。α-纤维素含量在0.40 MPa热处理时，下降幅度为6.32%；而在0.45 MPa时，α-纤维素含量相对于0.40 MPa热处理时变化不显著。

纤维化竹单板经热处理后，其热水抽提物的含量相对于未处理材显著升高，且随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长而增大，升高幅度为71.63%~190.17%，最大值出现于在0.40 MPa蒸汽压力下热处理170 min。由于植物纤维原料中所含有的部分无机盐类、糖、植物碱、环多醇、单宁、色素以及多糖物质如胶、植物黏液、淀粉、果胶质、多乳糖等均能溶于水，因此热水抽出物中含有较多的糖类物质(石淑兰等，2003)。热水抽出物的含量反映了竹材中可溶性小分子物质的含量，热处理使得可溶性小分子数量增多，此处同时验证了纤维素和半纤维素的降解。

由表 2可知，在0.40 MPa蒸汽压力下热处理110 min后，竹材的pH值相对于未处理材下降幅度为23.61%。随着热处理时间的延长，pH值逐渐降低，但相对降低幅度不高于2.51%。当热处理时间为140 min时，在0.35 MPa的蒸汽压力下，pH值相对于未处理材下降幅度为21.50%。随着蒸汽压力的不断增大，pH值逐渐降低，在0.45 MPa蒸汽压力下热处理后达到最低值，相对于0.40 MPa热处理时下降5.13%。竹材的pH值是指竹材中水溶性物质的酸性或碱性的程度，竹材在热处理过程中产生的酸性物质会导致pH值降低。Windeisen等(2007)曾对热处理木材的pH值进行研究，并得到相似的结论，他们发现半纤维素中的乙酰基降解后会产生乙酸。Bror等(2006)研究发现，当桦木在160~200 ℃热处理时，会产生酸和甲醛，这些产生的酸和甲醛又会作为催化剂在后续反应中促进糖类物质的降解。

表 2 纤维化竹单板pH值和缓冲容量的测定结果^① Tab.2 Results of pH and buffering capacity of bamboo fibrous veneers

表 2 纤维化竹单板pH值和缓冲容量的测定结果① Tab.2 Results of pH and buffering capacity of bamboo fibrous veneers 蒸汽压力Pressure/MPa 处理时间Duration/min pH 缓冲容量Buffering capacity/(mmol·L-1) 酸缓冲容量Acid buffering capacity 碱缓冲容量Alkali buffering capacity Control 5.21 0.38 0.80 0.40 110 3.98 0.21 2.21 0.40 140 3.90 0.24 2.73 0.40 170 3.88 0.38 3.25 0.35 140 4.09 0.31 1.88 0.45 140 3.70 0.24 3.00 ①酸缓冲容量是指使50 mL 竹材抽提液由初始pH 值降至3 时，所用0.012 5 mol·L-1硫酸溶液的毫升数; 碱缓冲容量是指使50 mL 竹材抽提液由初始pH 值提高至11 时，所用0.025 mol·L-1氢氧化钠溶液的毫升数。As defined, the acid buffering capacity was the number mL which made 50 mL of extract solution from the initial pH of the solution to a pH of 3 with 0.012 5 mol·L-1 H2SO4. The alkaline buffering capacity was the number mL which made 50 mL of extract solution from the initial pH of the solution to a pH of 11 with 0.025 mol·L-1 NaOH solution．

纤维化竹单板在0.40 MPa蒸汽压力下热处理110 min后，其碱缓冲容量是未处理材的2.76 倍，而酸缓冲容量下降44.74%。随着热处理时间的延长，碱缓冲容量逐渐增大，酸缓冲容量也开始回升。当热处理时间为140 min时，相对于110 min热处理时碱缓冲容量和酸缓冲容量相对增大幅度分别为23.53%，14.29%；当热处理时间为170 min时，相对于140 min热处理时，碱缓冲容量和酸缓冲容量又分别增大19.05%，75.00%。当热处理时间一定(140 min)时，随着蒸汽压力的增大，碱缓冲容量相对于未处理材显著升高，升高倍数为2.35~3.75；而酸缓冲容量显著下降，下降幅度为18.42%~36.84%。

由于竹材中含有微量碱金属和碱土金属，可与竹材中的有机酸形成相应的盐类，因此竹材的水浸提液具有一定的缓冲性能，其大小用缓冲容量来表示。竹材的缓冲容量是指竹材的水抽提液所具有的对外来的酸或碱作用的缓冲能力。竹材的主要成分和木材一样，是高分子的碳水化合物，它们是由许多失水糖基联结起来的高聚物(尹思慈，1996)。纤维化竹单板在热处理过程中，其化学成分(如综纤维素、α-纤维素等)发生了降解反应，使得其碳水化合物的结构发生变化，从而使得竹材的酸碱缓冲容量发生变化。pH值和缓冲容量的变化会影响竹材的胶合性能(李坚，2002)。

纤维化竹单板经热处理后制备的竹基纤维复合材料，其表面颜色加深，颜色参数的变化情况如表 3所示。

表 3 竹基纤维复合材料颜色的测定结果 Tab.3 Results of color measurement of bamboo-based fiber composites

表 3 竹基纤维复合材料颜色的测定结果 Tab.3 Results of color measurement of bamboo-based fiber composites 蒸汽压力Pressure/MPa 处理时间Duration/min 颜色参数Color in CIE system 色差Color differece L* a* Δb* ΔL* Δa* Δb* ΔE* Control 69.32 7.04 30.88 0.40 110 47.43 9.25 20.74 -21.89 2.21 -10.14 24.23 0.40 140 44.89 9.72 19.97 -24.43 2.68 -10.91 26.89 0.40 170 43.61 8.85 17.77 -25.71 1.81 -13.11 28.92 0.35 140 45.20 8.33 17.51 - 24.12 1.29 -13.37 27.61 0.45 140 42.23 9.00 17.32 -27.09 1.96 -13.56 30.36

纤维化竹单板在0.40 MPa蒸汽压力下热处理110 min后，制备的竹基纤维复合材料的明度相对于未处理材下降31.58%。随着热处理时间的延长，材料的明度呈逐渐下降的趋势。热处理时间为140min时，明度相对于110 min热处理时下降5.35%；热处理时间为170 min时，明度相对于140 min热处理时下降约2.85%。当热处理时间一定(140 min)，随着蒸汽压力的增大，材料的明度逐渐降低，但是在0.35~0.45MPa之间时，变化不显著。Tjeerdsma等(1998)研究发现，木材颜色的加深，主要是由于在热处理过程中木材组分氧化形成苯醌。

当在蒸汽压力为0.40 MPa热处理110 min时，材料的红绿轴色度指数a^* 相对于未处理材升高幅度为31.39%，而黄蓝轴色度指数b^* 相对于未处理材下降32.84%。随着热处理时间的延长，a^*值逐渐增大，b^*值逐渐降低，分别在170 min热处理后达到最大值与最小值，增幅和降幅分别为25.71%和42.45%。当热处理时间一定(140 min)时，在0.35~0.45 MPa热处理时，相对于未处理材，a^*值增大幅度为18.32%~38.07%，在热处理140 min时a^* 达到最大值；b^*值相对于未处理材的降低幅度为35.33%~43.91%，在0.45 MPa达到最大值。a^*值的增大，表明材料表面的颜色向红轴正方向靠拢；b^*值的降低，表明材料的颜色向黄蓝轴的中心轴方向靠拢。

当蒸汽压力为0.40 MPa时，随着热处理时间的延长，总色差ΔE^* 逐渐增大，在170 min热处理时总色差最大；当热处理时间一定(140 min)，蒸汽压力在0.35~0.40 MPa之间热处理时，总色差变化不显著，在0.45 MPa蒸汽压力热处理时，总色差最大，相对于在0.40 MPa热处理时增大幅度为12.90%。

本试验中所用的胶黏剂是酚醛树脂，其颜色较深。但是纤维化竹单板经热处理后颜色的加深，使得酚醛树脂胶黏剂对热处理后纤维化竹单板的颜色影响不大，但对未热处理的纤维化竹单板的颜色有影响。

颜色的变化反映了竹材内部化学成分的变化。竹材是主要由纤维素、半纤维素、木质素以及抽提物组成的复杂天然高分子化合物，不仅含有羰基、羧基、不饱和双键以及共轭体发色基团，而且还含有羟基等助色基团。此外，竹材抽提物中所含发色物质，如色素、单宁和树脂等也是竹材显色的原因之一(李坚，2002)。

通过对竹基纤维复合材料的尺寸进行测量与统计分析，可以得到其吸水厚度膨胀率(waterabsorbingthickness swelling，TS)和吸水宽度膨胀率(water-absorbing width sweling，WS)的变化，如表 4所示。

表 4 竹基纤维复合材料尺寸稳定性的测定结果 Tab.4 Results of dimensional stability of bamboo-based fiber composites

表 4 竹基纤维复合材料尺寸稳定性的测定结果 Tab.4 Results of dimensional stability of bamboo-based fiber composites 蒸汽压力Pressure/MPa 处理时间Duration /min TS(%) WS(%) Control 6.75 1.62 0.40 110 5.99 1.19 0.40 140 4.66 1.25 0.40 170 4.96 1.25 0.35 140 5.13 1.20 0.45 140 4.39 1.24

当蒸汽压力为0.40 MPa、热处理时间为110min时，材料的TS和WS相对于未处理材显著降低，降低幅度分别为11.26%和26.54%。随着热处理时间的延长，在140 min热处理时，材料的TS相对于110 min时下降约22.20%，而在170 min热处理时相对于140 min变化不显著；在140 min和170min热处理后，材料的WS相对于在110 min热处理时变化不显著。

当热处理时间一定(140 min)时，随着蒸汽压力的增大，TS逐渐降低，在0.45 MPa蒸汽热处理时达到最低值，降幅为34.96%；WS相对于未处理材显著下降，降幅为22.84%~25.93%，而在0.35 ～0.45MPa之间，WS相对变化不显著。

通过方差分析(表 5)可知，在本试验条件下，热处理时间(110~170 min)对TS的影响在0.01 水平上差异显著，而对WS的影响不显著；蒸汽压力(0.35~0.45 MPa)对竹基纤维复合材料的TS和WS的影响均不显著。

表 5 热处理对吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率影响的方差分析^① Tab.5 Analysis of variance for the effect of heat treatment on TS and WS

表 5 热处理对吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率影响的方差分析① Tab.5 Analysis of variance for the effect of heat treatment on TS and WS 性能Properties 来源Source 平方和Squares 自由度DF 均方Mean square F 显著性Significance TS 处理时间Duration/min 5.864 2 2.932 9.017 *** 蒸汽压力Pressure /MPa 2.939 2 1.469 1.143 WS 处理时间Duration/min 0.039 2 0.020 0.632 蒸汽压力Pressure /MPa 0.044 2 0.022 0.728

蒋身学等(2008)曾对高温热处理后重组竹材的吸湿性能进行研究，结果表明：不同温度热处理后的重组竹，其24 h 吸水厚度膨胀率下降36%～44%，耐水性能有较大提高，这与本研究的结果基本一致。在本试验中，竹基纤维复合材料尺寸稳定性的提高，与其增强材料—纤维化竹单板在高温处理下发生降解有关。由对纤维化竹单板化学成分含量部分的分析可知，竹材经热处理后其半纤维素含量显著降低，而半纤维素是无定形物质，由2种或多种糖基组成，其结构具有分支，主链和侧链上含有亲水性基团，因而是竹材组分中吸湿性最大的组分(李坚，2002)，半纤维素的降解有助于材料尺寸稳定性的提高。在高温条件下，半纤维素中的某些多糖容易裂解为糠醛和某些糖类的裂解产物，在热量的作用下，这些物质又能发生聚合作用生成不溶于水的聚合物，从而降低材料的干缩湿胀性。此外，竹材的纤维素中含有游离羟基，游离羟基为极性基团，易于吸附极性水分子，与其形成氢键结合，在高温条件下，竹材细胞壁物质发生重组，羟基的数量减少;同时，软化的木素会发生流动并堵塞细胞中的孔隙，极大地限制了水分流入竹材结构中(Rowell et al.，2000)，也会降低材料的吸湿性能。

1)热处理时间对竹基纤维复合材料静曲强度和弹性模量的影响在0.40 MPa的蒸汽压力下，热处理时间对竹基纤维复合材料的MOR和MOE 的影响如图 1和图 2所示。

	图 1 热处理时间对竹基纤维复合材料MOR的影响 Fig. 1 Effect of treatment duration on the MOR of bamboo-fiber based composites

	图 2 热处理时间对竹基纤维复合材料MOE的影响 Fig. 2 Effect of treatment duration on the MOE of bamboo-fiber based composites

2)蒸汽压力对竹基纤维复合材料静曲强度和弹性模量的影响当热处理时间一定(140 min)时，不同蒸汽压力对竹基纤维复合材料MOR和MOE的影响如图 3和4 所示。

	图 3 蒸汽压力对竹基纤维复合材料MOR的影响 Fig. 3 Effect of treatment pressure on the MOR of bamboo-fiber based composites

	图 4 蒸汽压力对竹基纤维复合材料MOE的影响 Fig. 4 Effect of treatment pressure on the MOE of bamboo-fiber based composites

当蒸汽压力为0.35 MPa时，材料的MOR相对于未处理材下降幅度为19.62%。随着蒸汽压力的增大，材料MOR逐渐下降。当蒸汽压力为0.45MPa时，MOR达到最低值，相对于在0.40 MPa蒸汽压力下热处理时下降幅度为8.97%。而经热处理后，材料的MOE 的变化不显著，其值均在16.5~19GPa 之间。

当热处理时间为110 min时，竹基纤维复合材料的MOR相对于未处理材下降约11.96%。随着热处理时间的延长，热处理140 min后相对于110min热处理时，材料的MOR相对下降幅度为20.11%；经170 min热处理后，材料的MOR相对于140 min热处理后变化不显著。这与前人对高温热处理后木材和竹材的力学性能的研究结果一致(Bekhta et al.，2003；Frühwald，2007；邵卓平等，2003)。而MOE值热处理前后相比变化不显著，且随着热处理时间的延长，其值基本上在16.5~19GPa 之间，没有显著的变化。

通过方差分析(表 6)可知，在0.40 MPa的蒸汽压力下，不同热处理时间对竹基纤维复合材料MOR的影响在0.01 水平差异显著，而对MOE 的影响不显著。

表 6 热处理时间对静曲强度和弹性模量影响的方差分析^① Tab.6 Analysis of variance for the effect of treatment duration on MOR and MOE

表 6 热处理时间对静曲强度和弹性模量影响的方差分析① Tab.6 Analysis of variance for the effect of treatment duration on MOR and MOE 来源Source 平方和Squares 自由度df 均方 Mean square F 显著性 Significance MOR/MPa 2 563.061 2 1 281.530 13.712 ＊＊＊ MOE /MPa 3 773 558.129 2 1 886 779. 064 1.675 ① ＊＊＊代表在0.01 水平差异显著，＊＊＊significant at 0.01 level．

由方差分析(表 7)可知，本试验中不同蒸汽压力对竹基纤维复合材料MOR的影响在0.01 水平上显著，而对MOE 的影响不显著。

表 7 蒸汽压力对静曲强度和弹性模量影响的方差分析^① Tab.7 Analysis of variance for the effect of treatment pressure on MOR and MOE

表 7 蒸汽压力对静曲强度和弹性模量影响的方差分析① Tab.7 Analysis of variance for the effect of treatment pressure on MOR and MOE 来源Source 平方和Squares 自由度DF 均方 Mean square F 显著性 Significance MOR/MPa 1 308.190 2 654.095 16.285 ＊＊＊ MOE/MPa 514 121.190 2 257 060. 595 0.346 ①＊＊＊代表在0.01 水平差异显著，＊＊＊significant at 0.01 level.

在前期的研究中，测定了热处理对毛竹竹片性能的影响，得知竹片的MOR随着热处理温度的升高和热处理时间的延长而显著降低(张亚梅等，2009)。纤维化竹单板经过高温处理后，其脆性增强，静曲强度降低。这与热处理后竹材的多糖损失有关，主要是指半纤维素，因为半纤维素对高温的敏感性高于纤维素，其耐热性差(李坚，2002)。而半纤维素在细胞壁中起黏结作用，受热分解后能削弱竹材内部的强度。竹基纤维复合材料是由增强材料(纤维化竹单板)和基体材料(酚醛树脂)热压而成，竹基纤维复合材料增强材料的静曲强度的降低，在相同的热压工艺条件下，会导致竹基纤维复合材料静曲强度的降低。

材料的弹性模量在热处理后变化不显著，主要是因为竹材细胞壁中纤维素起到骨架物质的作用，它赋予竹材弹性和强度；而木素则扮演硬固物质的角色，它赋予竹材硬度和刚性。纤维素、木素的热稳定性均比半纤维素好，可以认为纤维素、木素发生部分分解，只是在局部结构发生了微小的变化，并未对纤维化竹单板的弹性模量产生影响，因此由纤维化竹单板压制的竹基纤维复合材料的弹性模量变化不显著。

Del Menezzi等(2009)通过研究发现，半乳聚糖、阿拉伯聚糖和甘露聚糖的含量随着热处理强度的增大而降低，而葡聚糖的含量不变。这些降解的糖类物质使得MOR下降，而不变的葡聚糖使得MOE 受热处理的影响较小。

水平剪切强度的破坏形式主要有2种：一种是基材剪断破坏；一种是层间剪切破坏。在本试验中，试件的破坏形式为层间剪切破坏，因此可通过水平剪切强度来评价竹基纤维复合材料的胶合性能。

热处理时间和蒸汽压力对竹基纤维复合材料HS 的影响如图 5和图 6 所示。

	图 5 热处理时间对材料HS的影响 Fig. 5 Effect of treatment duration on HS of bamboo-fiber based composites

	图 6 蒸汽压力对材料HS的影响 Fig. 6 Effect of treatment pressure on HS of bamboo-fiber based composites

在0.40 MPa的蒸汽压力下热处理110 min时，竹基纤维复合材料的HS 相对于未处理材下降幅度为10.91%。随着热处理时间的延长，HS 逐渐降低，在170 min热处理后达到最低值，相对于未处理材下降幅度为28.96%。

当热处理时间一定(140 min)时，在0.35 MPa的蒸汽压力下，竹基纤维复合材料的HS 相对于未处理材下降幅度为23.52%。随着蒸汽压力的增大，在0.40 MPa热处理时，HS 相对于在0.35 MPa热处理时变化不显著；在0.45 MPa热处理后，相对于0.40 MPa热处理时，HS 相对下降幅度为14.69%。

根据木材的研究结果可知，pH值和缓冲容量会对凝胶时间产生影响(Johns et al.，1980；Xing et al.，2004)。Lebow等(1999)、Winandy等(2001)指出，热处理对材料强度的影响要考虑热处理环境中pH值的变化对生物复合材料的影响，所以在讨论热处理对材料强度的影响时，需考虑pH值对胶黏剂的影响。由前面对纤维化竹单板化学性能的分析可知，竹单板经高温处理后其pH值显著降低，碱缓冲容量增大，而酸缓冲容量降低。缓冲容量的大小对胶合面上胶黏剂pH值的变化有着决定性的作用，会影响在碱性条件下固化的酚醛树脂的固化时间，而固化时间和pH值是影响酚醛树脂固化和形成胶合强度的主要因素。

而热处理后纤维化竹单板的热水抽提物含量显著增加，大量抽提物沉积于竹材的表面，增加了竹材表面的污染程度，也会对界面间的胶合强度产生影响。

由前期的研究可知，竹片在100~180 ℃热处理后，其表面的润湿性降低(张亚梅，2010)，从而导致胶合质量的降低。由此可知，竹基纤维复合材料增强材料—纤维化竹单板润湿性的降低会影响胶合强度。

通过方差分析(表 8)可知，热处理时间对材料水平剪切强度的影响在0.01水平上差异显著，而蒸汽压力对材料水平剪切强度的影响不显著。

表 8 热处理温度和时间对水平剪切强度影响的方差分析^① Tab.8 Analysis of variance for the effect of treatment pressure and duration on HS

表 8 热处理温度和时间对水平剪切强度影响的方差分析① Tab.8 Analysis of variance for the effect of treatment pressure and duration on HS 来源Source 平方和Squares 自由度df 均方 Mean square F 显著性 Significance Treatment pressure/MPa 9. 730 2 4. 865 1.900 Treatment duration /min 35.899 2 17.949 16.696 ＊＊＊ ① ＊＊＊代表在0.01 水平差异显著。＊＊＊significant at 0.01 level.

与未处理材相比，热处理后纤维化竹单板的综纤维素含量与α-纤维素含量显著降低，且二者的含量随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长而逐渐下降，其中半纤维素的降解最为显著，降低幅度在48.34%~61.60%之间。

热处理后竹单板的pH值相对于未处理材显著降低，随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长，pH值呈现逐渐降低的趋势；碱缓冲容量随着蒸汽压力的增大和热处理时间的增长而逐渐升高；热处理后竹单板的酸缓冲容量相对于未处理材有所降低。

纤维化竹单板经热处理后制备的竹基纤维复合材料，其表面颜色变深，总色差ΔE^*随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长而增大。材料的吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率相对于未处理材显著降低，尺寸稳定性得到改善。通过方差分析可知，热处理时间对竹基纤维复合材料吸水厚度膨胀率影响显著，而蒸汽压力对其影响不显著；蒸汽压力和热处理时间对吸水宽度膨胀率的影响都不显著。

经热处理后，竹基纤维复合材料的静曲强度和水平剪切强度相对于未处理材显著降低，而弹性模量相对于未处理材变化不显著。随着蒸汽压力的增大和热处理时间的延长，静曲强度和水平剪切强度逐渐降低，但弹性模量变化不显著。通过方差分析可知，蒸汽压力和热处理时间对静曲强度的影响都显著，而对弹性模量的影响不显著;热处理时间对水平剪切强度的影响显著，而蒸汽压力对水平剪切强度的影响不显著。

随着我国竹材人造板工业的不断发展以及室内用材需求量的增加与木材资源短缺之间的矛盾不断加剧，竹基纤维复合材料作为一种可持续发展的新材料已经具备了取代木材及人造板用于室内材料的条件和潜力。但作为室内用材，对材料的表面质量(如颜色)及尺寸稳定性提出了更高的要求。而采用热处理技术对竹基纤维复合材料的增强材料—纤维化竹单板进行热处理，无论是从环境保护，还是对扩大竹基纤维复合材料的应用范围、实现小径竹的高效利用、缓解我国木材的供需矛盾，都具有重要的意义。但纤维化竹单板在热处理过程中伴随着细胞壁主要成分发生不同程度的降解而导致竹基纤维复合材料力学性能的降低，降低程度取决于竹种和热处理的工艺条件。因此，纤维化单板的热处理需要根据竹基纤维复合材料使用时所需要的表面颜色、力学性能及尺寸稳定性的要求来确定热处理工艺，并对相关的参数进行优化，以更好地推广竹基纤维复合材料产品。