竹木复合集装箱底板是指由竹帘、竹席等竹质单元和木质单板经胶合制成的集装箱底板用胶合板，包括素面竹木复合胶合板和覆面竹木复合胶合板。由于可用于传统集装箱底板制备的硬木资源越来越少，而竹木复合集装箱底板的原材料丰富、性能优良、成本低廉和易于自动化生产而得到广泛应用。

1 竹木复合集装底板研究现状

集装箱底板是主要承重部件，对物理力学性能要求比较高。所以，形成一个完整的集装箱底板生产体系包括质量保障体系尤为关键，必须考虑其结构设计、加工制备和性能检测的整个过程。在集装箱底板设计过程中，竹材的组坯、木材的材性和表层材料都是必须考虑的重要因素。其中竹材的位置和方向、层数和所占比例对整个集装箱底板的性能有重要影响，而木材的树木种类、密度、含水率和厚度也会在一定程度上影响底板的物理力学性能；另外，竹帘浸胶量、竹材使用形式、竹材分级和竹帘厚度是竹材作为表层材料的影响因素。在底板制作过程中，生产工艺和压缩率以及胶黏剂不仅会影响底板物理力学性能，也会影响生产时间和生产成本。集装箱底板作为结构用材，质量检测与控制是至关重要的一个环节，集装箱底板必须具有良好的抗震、耐冲击、耐老化等性能，所以对集装箱底板的物理力学强度包括顺纹和横纹的抗弯强度、静曲强度和弹性模量等性能有很高要求。下面从组坯方式、木单板性质、表层竹材、生产工艺和压缩率、胶黏剂和性能检测6个方面对竹木复合集装箱底板的研究现状进行回顾。

1.1 组坯方式

竹木复合集装箱底板的主要优点在于利用竹材的力学性能优势来弥补速生木材力学性能不足的缺点，使其性能达到利用硬木制备集装箱底板力学强度的要求。因此，在组坯过程中竹材的位置、方向、层数和所占比例具有很重要的影响。

1.1.1 竹材的位置和方向

在抗弯、抗拉伸等力学性能方面竹材比速生木材有优势，所以在进行组坯设计时要充分考虑集装箱底板的受力情况，结合层合板理论进行集装箱底板芯层和面层的设计。在底板组坯研究中，建立竹木复合集装箱底板的弹性模量预测理论，并根据这一模型预测出最佳的结构设计[0bc/0/0/0/0/90/0/90/0/0c]S（其中bc、c分别表示该层为竹帘板层和中心层；0表示纵向，90表示横向；下标“s”表示结构对称板材；单层厚度0bc为3.0 mm），根据最佳组坯制备材料的纵横向弹性模量分别达到10 629 MPa和3 611 MPa，纵横向静曲强度分别达到104 MPa和43 MPa。武秀明首先设计4种等级的8层竹木复合单板单元，然后制备19层竹木复合集装箱底板（其中木单板的顺纹方向作为板材的横向，竹帘的顺纹方向作为板材的纵向），以此设计制备竹木复合集装箱底板的MOE和MOR最低分别为12 590 MPa和161.42 MPa，最高分别为14 230 MPa和183.44 MPa。为了满足纵向和横向的力学强度，竹材横向和纵向排列需遵循一定的规律，通过试验得出：21层的竹木复合集装箱底板组坯时表层竹材纵向排列性能最佳，即[0b/02/90/0/90/0/90/0/90/0/0c]S（下标“b”“c”分别表示该层为竹片层和中心层；0和90表示铺层方向；下标“s”表示结构对称板材；单层厚度0b为3.5 mm，0和90为1.6 mm；下标数字“2”表示在该方向连续铺设的单层数），其物理力学性能满足集装箱底板的使用要求（密度为0.84 g/cm3、纵横向弹性模量分别为10 107 MPa和3 025 MPa、纵横向静曲强度分别是103.9 MPa和33.6 MPa）。在竹木复合集装箱底板的制作中，竹材通常顺纹排列，且为板材的纵向；多位于底板的表层，以最大发挥竹材性能优势。

1.1.2 竹材层数和所占比例

在组坯中，竹材层数对竹木复合集装箱底板的物理力学性能影响很大，可根据不同的性能要求设计不同的组坯层数。郑忠福采用3种方式（方式1共21层，添加1层竹纤维素层；方式2共20层，添加2层竹纤维素层；方式3共20层，添加3层竹纤维素层）对竹木复合材进行组坯铺装。其中，材料性能最低的为方式3，其静曲强度为87.5 MPa，弹性模量为8 236 MPa；性能最好的为方式1，其静曲强度为89.1 MPa，弹性模量为10 098 MPa。鲍逸培等采用23层结构的竹木复合集装箱底板（其中，2层竹表板，21层木单板），其机械物理性能达到国际集装箱使用的要求。由于竹材和木材的材性不同，其对竹木复合集装箱底板的作用和贡献率也不同，材性越好的材料对复合材的贡献率越高，因此不同比例的竹材制作的底板物理力学性能不同。翟志忠等利用杨木、马尾松、桉木以及竹席和竹帘进行不同的组合设计：方案1竹帘占49.2%，方案2竹席和竹帘占74.2%，方案3竹席和竹帘占71.9%，方案4竹帘占28.4%，研究不同组合材料的纵横向弹性模量、破坏模型以及胶合强度，试验结果表明，方案1的力学强度最低，纵横向MOR分别为99.5 MPa和40.3 MPa，纵横向MOE分别为11 174 MPa和5 584 MPa；方案4的力学强度最高，纵横向MOR分别为109 MPa和48.2 MPa，纵横向MOE分别为10 647 MPa和5 193 MPa。在底板制作中，当采用小径竹材不区分竹黄和竹青时，多层竹材增强底板力学性能的作用不明显，主要是由于木材的胶合强度大于竹材。

1.2 木材单板性质

胶合强度是衡量竹木复合集装箱底板的重要物理参数，木材单板的树种、密度、厚度和含水率对胶合强度的影响较大。吴晓明使用厚度为1.7 mm而密度不同的桉木单板（密度约0.51 g/cm3）、麻拉丝木单板（密度约0.65 g/cm3）和克隆木单板（密度约0.79 g/cm3），在不同含水率（0%，8%，16%）条件下制板，试验得出，桉木单板的胶合强度最低（厚度为1.7 mm，密度约0.51 g/cm3，含水率16%）；克隆木单板的胶合强度最高（厚度为1.7 mm，密度约0.79 g/cm3，含水率8%）。至于单板密度，一般不宜过大，也不易过低。因为过高或过低都会影响竹木复合集装箱底的胶合质量；而单板含水率对胶合强度也有影响，含水率过高易产生缺陷，同时会延长胶层固化时间，降低胶合强度；含水率过低会阻碍胶黏剂在单板表面的润湿，从而影响胶合性能。至于单板的厚度因素，研究发现，使用薄单板，竹木复合集装箱底板的力学性能有所增加，但单板层数要增加，并且施胶量会增大，这会增大热压工艺的难度，所以通常使用的单板厚度在1.2～2.5 mm。

1.3 表层竹材

集装箱底板的主要受力部位处于底板的表层和次表层，表层竹材对竹木复合集装箱底板的物理力学性能有重要影响，其中影响因素包括竹材浸胶量、竹材质量、竹材分级、竹材制作工艺等。

1.3.1 竹帘浸胶量和使用形式

在制备竹木复合集装箱底板时，竹帘浸胶量的多少会影响竹材的干燥时间和最终竹帘的含水率以及胶合强度。吴晓明分别使用4%、8%、12%的竹帘浸胶量制备竹木复合集装箱底板，当浸胶量为4%时材料纵横向MOR分别为78.38 MPa和29.17 MPa，纵横向MOE分别为7 794 Mpa和2 008 MPa；而当浸胶量为12%时，纵横向MOR分别为88.13 MPa和33.59 MPa，纵横向MOE分别为8 357 MPa和3 569 MPa。用竹材做表层材料一般采用竹片或竹篾的形式。马清相等考虑其性能及成本等因素，采用的竹片厚度为4～6 mm，竹片涂胶量（单面）为140～200 g/m2。鲍逸培等将竹片表面进行砂光处理，竹片厚度为3.5 mm或4 mm，终含水率为6%～8%，进行竹木复合集装箱底板的开发与研究。一般来说竹篾比竹片的厚度薄，竹篾通过棉线编织、热压成竹帘板；将毛竹纵向劈削成宽15 mm、平均厚度为0.8 mm的竹篾，使用酚醛树脂胶粘剂采用热进热出的热压工艺制备集装箱底板表面材料，其纵横向MOR分别可以达到185 MPa和114 MPa，纵横向MOE分别可以达到13 775 MPa和8 960 MPa。

1.3.2 竹材分级和厚度

在制作竹木复合集装箱底板时，对竹材进行分级再使用，可充分发挥竹材的材性优势。利用气干密度法和MOE法与竹篾的抗弯性能呈正相关关系对竹篾进行分级处理，制备4种不同分级的竹木复合单板，最低等级的竹木复合集装箱底板的MOE为12 590 MPa、MOR为161.42 MPa，最高等级的竹木复合集装箱底板的MOE为14 230 MPa、MOR为183.44 MPa。厚度也是影响集装箱底板性能的一个因素，根据标准GB/T 19536-2015集装箱底板的厚度都为28 mm。由于竹帘不容易被压缩，所以竹帘的厚度会影响板材的整体压缩率。用一定厚度的竹帘组坯，采用正交设计方案对竹木复合集装箱底板热压工艺进行优化，得出用6层0.8 mm厚的竹帘按照4层纵向竹帘和下面2层横向竹帘的组坯方式，在压力为5 MPa、时间为8 min、温度为150 ℃的热压工艺下，可以制成纵横向弹性模量分别为13 558 MPa和5 430 MPa、纵横向静曲强度分别为180 MPa和110 MPa的集装箱底板表层材料。

1.4 生产工艺和压缩率

在制备竹木复合集装箱底板过程中，生产工艺是一个复杂且重要的过程。由于竹材和木材材性的差异，实际生产中需综合考虑力学性能、能量损耗、生产成本等因素，在热压成型过程中采用冷进冷出的分段加压方式，厚度规控制板材厚度的工艺比较常见。

1.4.1 生产工艺

在竹木复合集装箱底板制作中，基本上有3种成型工艺，即一次热压成型法（将竹帘与芯层旋切木单板按一定的组坯结构和一定的热压工艺一次胶合成竹木复合集装箱底板）、二次热压胶合成型法（先制备表层材料竹帘板，然后与芯层材料进行二次复合）和厚度规控制一次热压成型法（在一次热压成型法的基础上，采用厚度规控制）。在过去的竹木复合集装箱底板研制工艺中，基本上都是采用一次成型热压法，但是由于速生木材的材质比较疏松，而竹材的材质比较密实，所以也有采用二次成型法的。由于一次成型法难以控制成品的厚度，所以采用厚度规控制一次成型工艺。至于加压方式，冷进冷出的方式最为常用。采用冷进冷出的热压工艺，可以使竹材、木材在高温段得到充分软化。为减少产品的厚度偏差，可使用厚度规控制。在冷进冷出的热压工艺中，热压压力对静曲强度和24 h吸水厚度膨胀率的影响较大。吴晓明研究了热压压力对竹木复合集装箱底板力学性能的影响，分别3个不同热压压力（2.5 MPa、3 MPa、3.5 MPa）试验得出，压力为3.0 MPa时纵横向MOR分别为82.19 MPa和44.12 MPa，纵横向MOE分别为8 838 MPa和3 236 MPa。

1.4.2 压缩率

竹木复合集装箱底板的压缩率是指板材的组坯厚度减去加压后的成品厚度与加压后成品厚度之比。采用二次成型法制作竹木复合集装箱底板，需要考虑芯板和整板的压缩率。何文制作南方型杨木芯材单板，当芯板单板压缩率逐渐增加时，成品密度和静曲强度逐渐增加，但当压缩率超过22.64%时产品的弹性模量却只有较小的提高。所以可以根据需要，在压缩率小于22.64%时，逐渐增加芯材压缩率来提高板材的强度。然后，结合竹帘板的力学性能和芯板的压缩率与集装箱底板力学性能的关系发现，当整板的压缩率为15.7%时能满足集装箱底板的使用要求。竹木复合集装箱底板的总体压缩率与弹性模量也存在一定关系。当压缩率较低时，压缩率增大弹性模量显著增大，随着压缩率不断提高，其对弹性模量的正效应逐渐减弱。采用一次热压成型，当压缩率为55.1%时弹性模量在理论上达到极大值，随后如果压缩率继续增大将会对弹性模量产生负效应。根据集装箱底板对弹性模量的要求，压缩率应大于23.2%。考虑到产品密度及成本，压缩率的最佳范围应为25%～28%。所以可以得出，当采用厚度规控制一次热压成型时，板材整体压缩率的最佳范围是25%～28%；使用二次热压成型时，芯材的压缩率不宜超过22.64%，整板的压缩率约为15.7%。

1.5 胶黏剂

胶黏剂对竹木复合集装箱底板的性能有重要影响，胶种、涂胶量、固含量、浸渍时间对底板的设计、制作和使用都很关键；施胶量与材料的静曲强度、弹性模量、密度有较为明显的关系。

1）在竹木复合集装箱底板的制备过程中，采用酚醛树脂胶是因为作为结构材料集装箱底板对力学性能、耐候性能和耐老化性能要求高；部分选用水溶性酚醛树脂胶，主要是考虑胶黏剂的湿润性能和环保性能。

2）固含量是酚醛树脂胶黏剂的一个重要参数，胶黏剂固含量一般控制在45%（±5%），在实际操作中主要根据胶黏剂的黏度来确定其具体值。

3）酚醛树脂随着pH值的升高，凝胶时间先缩短后变长，固化速度先快后慢，甲醛的释放量逐渐降低，pH值一般控制在10～12，在实践中胶黏剂的酸碱性还需要根据竹材和木材本身的酸碱性来决定。

4）黏度也是木材胶粘剂的重要性能指标，若黏度过大，胶液流动性变差，渗透性变差，容易造成缺胶，使胶接强度下降。黏度一般为200～400 CPS。

5）涂胶量对竹木复合集装箱底板的胶合强度有显著影响，随着施胶量的增加，胶合强度一般先增后降；综合考虑板材的力学性能和生产成本，施胶量一般控制在300～400 g/m2。

6）面粉添加剂可以提高胶黏剂的初粘性、降低胶层的脆性，提高胶合强度；但添加过多的面粉则会使胶液粘度过高，不易于胶层的流动和铺展，会降低胶合强度。随着面粉添加量的增加，胶合强度呈现出增大的趋势；但当面粉添加量大于5%，胶合强度的增加趋势趋于平缓。其中方案5添加了5%～10%的面粉。

1.6 竹木复合集装箱底板性能检测

竹木复合集装箱底板作为结构用材使用，对其物理力学性能如抗弯强度、弹性模量、抗冲击性能等都有很高的要求。因此，竹木复合集装箱底板的质量检测与质量控制尤为重要。有学者利用非线性规划模型、有限元分析和直接预测复合常数，对竹木复合材料的性能进行无损检测。也有学者基于ANSYS参数化设计语言，并且通过参数化变量方式建立分析模型，获得了集装箱底板的强度等性能参数。还有学者通过建立静曲强度的预测模型、应力波在固体介质中的传播来实现竹木复合集装箱底板的无损检测。

利用非线性规划模型、有限元分析和输入单板特性直接预测竹木复合材料的弹性常数。例如，Xiao Shengling等采用非线性规划模型研究竹木复合枕木工艺参数（浸胶量、材料密度、热压时间和热压温度）对其性能的影响发现，当浸胶量为15.5%、目标密度为0.8 g/cm3、热压时间为0.65 min/mm、热压温度为170 ℃时为最佳方案，其MOR为60.08 MPa、MOE为5 985.3 MPa、IB为0.475 6 MPa、TS为4.69%。另外， Chen Fuming等利用有限元分析方法构建高精度的预测模型，通过模型优化竹木复合板材结构设计。除此之外，Wu Xinfeng等基于复合力学和能量方法，利用输入表层和芯层的特性推导出竹木复合材料的理论模型弹性常数，并利用修正的三点弯曲测试来验证。集装箱底板材料不仅有竹木复合材料，还有传统的阿必东硬木、新型塑料、全竹质、蜂窝板等，有学者对其无损检测进行了相关研究。例如，刘峻等基于ANSYS参数化设计语言建立有限元分析模型，获得了材料的变形、应力等性能参数；龚洋研究通过测试获得塑料底板的弹性模量及极限断裂应力等参数，为底板静态分析提供性能参数，实现底板性能无损检测；刘峻等通过获得的弹性模量及极限断裂应力等参数为静态分析提供性能参数。无损检测在竹木复合集装箱底板的研究中相对较少，有通过研究压缩率和涂胶量对集装箱底板静曲强度的影响建立静曲强度和弹性模量的相关模型达到材料性能无损检测的目的，也有采用可编程控制器（PLC）与工控机相结合的方法进行接触式弹性模量无损检测，或者利用应力波法对竹木复合集装箱底板的机械物理性能和密度实现了无损检测。