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概要： 竹木復(fù)合層積材是一種竹材與木材的復(fù)合材料，它充分發(fā)揮了竹木的材料性能優(yōu)勢(shì)，用作鐵路貨車(chē)地板時(shí)可替代傳統(tǒng)的竹膠板和木質(zhì)地板。該材料的生產(chǎn)制造符合國(guó)家林業(yè)政策和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有良好的發(fā)展前景。
1、鐵路貨車(chē)地板材料發(fā)展?fàn)顩r
在我國(guó)鐵路貨車(chē)產(chǎn)品中，平車(chē)和棚式貨車(chē)（包括棚車(chē)、機(jī)保車(chē)、毒品車(chē)等）多采用木質(zhì)地板，木質(zhì)地板與裝載貨物之間具有較高的摩擦因數(shù)，能比較方便地對(duì)所裝載貨物進(jìn)行安全加固。
20世紀(jì)80年代，鐵路平車(chē)產(chǎn)品均裝有端側(cè)門(mén)板，為了能夠裝載礦石等散裝貨物，曾一度采用鋼制地板。但隨著N17A型平車(chē)（取消側(cè)門(mén)）成為主型通用平車(chē)后，開(kāi)始全部采用厚70mm的松木地板，原料多選用紅松、黃花松等大徑、硬木樹(shù)種，主要來(lái)自于我國(guó)東北天然林砍伐和進(jìn)口。我國(guó)鐵路目前擁有N17A型平車(chē)（包括N17型、N17G型）、NX17型和NX17B型平車(chē)一集裝箱兩用車(chē)4萬(wàn)多輛，廠修期為5年一6年，廠修時(shí)原車(chē)地板破損嚴(yán)重，大多需要更新，因此，用于平車(chē)廠修的松木消耗量非?？捎^。
隨著鐵路平車(chē)一集裝箱兩用平車(chē)和25t軸重大載重平車(chē)的開(kāi)發(fā)，因降低車(chē)輛自重的要求曾對(duì)地板材料進(jìn)行過(guò)新的嘗試，在NX17B型平車(chē)上采用白松作為地板材料。但由于白松密度較小，質(zhì)地松軟，同時(shí)價(jià)格較高，故用作平車(chē)地板并非合適之選。
20世紀(jì)90年代，竹膠板作為木質(zhì)地板的替代品成功地在棚式貨車(chē)上推廣應(yīng)用，P64A型棚車(chē)等車(chē)型采用厚30mm的竹膠板作為地板，較好地實(shí)現(xiàn)了以竹代木的目標(biāo)。在鐵路平車(chē)上竹膠板地板（厚度48mm）也曾進(jìn)行過(guò)裝車(chē)運(yùn)用試驗(yàn)，但方案未被采用。主要問(wèn)題是材料密度較大（0.95g/cm3一1.3g/cm3），同時(shí)竹膠板在裝載貨物加固時(shí)釘子不易釘人，影響平車(chē)使用性能，因此，在新開(kāi)發(fā)的鐵路平車(chē)上不再采用此種材料的地板。
2、貨車(chē)地板用竹木復(fù)合層積材
2.1竹木復(fù)合層積材的結(jié)構(gòu)
竹木復(fù)合層積材總體分為3層，上下表面層為高密度竹簾膠合板;芯層為木板，由2-3層馬尾松薄板組成。在厚度方向上符合人造板工藝學(xué)的結(jié)構(gòu)對(duì)稱原則。
竹簾膠合板是由竹蔑編織而成的竹簾，經(jīng)過(guò)浸膠、干燥、組坯、熱壓、砂（刨）削等工序制成結(jié)構(gòu)緊密、厚度為4mm-5mm的薄板。由于其強(qiáng)度和硬度很高，用作表層材料可以大幅度提高產(chǎn)品的耐磨損性能和耐候性能，具有較長(zhǎng)的使用壽命。芯層木材主要采用馬尾松或性能相當(dāng)?shù)钠渌讲模ㄖ睆?0mm以上），經(jīng)干燥、定厚刨削、銑邊、拼板等工序制成厚12mm-13mm的薄板。將竹簾膠合板置于外側(cè)，2-v3層芯層木板夾在中間組坯，再進(jìn)行第2次熱壓，形成竹材在外、木材在內(nèi)的復(fù)合板材。
2.2竹木復(fù)合層積材的性能與特點(diǎn)
2.2.1竹木復(fù)合層積材的性能
竹木復(fù)合層積材表面強(qiáng)度、硬度高，而中間層較輕、較軟，該板材一方面利用了竹膠板的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、抗紫外線、耐腐蝕等特性，另一方面由于中間采用木材使材料整體具有較小的復(fù)合密度。中間層可以采用小徑木材薄板通過(guò)粘接制作成較厚的板材，木材分為2-3層可以避免因木板條缺陷導(dǎo)致的局部強(qiáng)度嚴(yán)重下降問(wèn)題，同時(shí)還可以使板材的人釘性能和握釘力得到很好的保證。鐵路平車(chē)地板用竹木復(fù)合層積材的參數(shù)設(shè)計(jì)以厚70mm的紅松板的有關(guān)數(shù)據(jù)為參照依據(jù)，其各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)均能達(dá)到或超過(guò)我國(guó)目前主型平車(chē)木地板的性能。厚45mm的竹木復(fù)合層積材與紅松板的性能測(cè)試對(duì)比見(jiàn)表1。
2.2.2竹木復(fù)合層積材的主要特點(diǎn)
（1）密度沿厚度梯度分布，面層密度大，芯層密度小，整體復(fù)合密度適中。裝車(chē)后，竹木復(fù)合層積材地板 較松木地板車(chē)輛自重有所降低。
（2）強(qiáng)度、硬度高，耐磨損。通過(guò)與紅松的對(duì)比試驗(yàn)，竹木復(fù)合層積材的縱向破壞載荷是紅松的1.1倍，橫向破壞載荷是紅松的2倍。
（3）鐵釘易釘入，握釘力大。雖然表層密度大，但由于其厚度僅4mm一5mm，鐵釘釘人時(shí)較容易進(jìn)人。此外，由于表層密度大，地板的握釘力增大。
（4）膠合強(qiáng)度高，耐久性好。采用間苯二酚改性的高耐水酚醛樹(shù)脂膠粘劑，且所有竹簾均經(jīng)過(guò)浸膠，可以有效地提高產(chǎn)品的耐候性和耐久性。
（5）板面平整，尺寸穩(wěn)定性好。合理的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，特殊的二次熱壓工藝，可以保證產(chǎn)品在使用中變形小、厚度膨脹低、使用中的平車(chē)地板整車(chē)平整。
（6）橫紋靜摩擦因數(shù)較大。地板條在裝車(chē)時(shí)均橫向鋪設(shè)，橫紋靜摩擦因數(shù)大于木材的橫紋靜摩擦因數(shù)，有利于貨車(chē)裝載貨物的加固安全性。
2.3社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益
（1）在我國(guó)鐵路擁有的各型平車(chē)中，NA型、NX型和NX17B型車(chē)占半數(shù)以上，廠修期為5a-6a，每年新造和廠修總數(shù)近8000輛。這3種車(chē)型原設(shè)計(jì)地板用材量分別為2.7m3,2.53m3和2.98m3，按40%出材率計(jì)算，每年平車(chē)修造耗用直徑在200mm以上的松木超過(guò)5.4萬(wàn)m3，加上棚式貨車(chē)修造地板用材，每年鐵路貨車(chē)木材用量成為國(guó)家較大的負(fù)擔(dān)，對(duì)環(huán)境和森林資源保護(hù)有相當(dāng)大的影響。因此，鐵路方面急需采取措施降低對(duì)大徑優(yōu)質(zhì)木材的耗用量。
（2）我國(guó)是一個(gè)產(chǎn)竹大國(guó)，同時(shí)，也是世界上人工林面積最大的國(guó)家，竹木復(fù)合層積材采用的2種主要原料在國(guó)內(nèi)均有豐富的資源。
（3）竹木復(fù)合層積材的開(kāi)發(fā)為鐵路貨車(chē)“以竹代木”找到了一條很好的途徑，這一新型產(chǎn)品完全能夠滿足鐵路運(yùn)輸?shù)男枰?，是較為理想的鐵路貨車(chē)地板用材料;另一方面，在原材料來(lái)源上充分利用我國(guó)豐產(chǎn)資源，以此代替對(duì)優(yōu)質(zhì)大徑木材資源的消耗，符合國(guó)家林業(yè)政策和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
（4）以平車(chē)為例，木地板厚70mm，竹木復(fù)合地板厚45mm，后者使用量為前者的64.30o，當(dāng)竹木復(fù)合層積材價(jià)格為松木市場(chǎng)價(jià)格的1.55倍時(shí)，裝車(chē)成本基本持平。采用竹木復(fù)合層積材地板雖然材料復(fù)合密度較木地板有所增加，但由于其強(qiáng)度提高，厚度減小，重量略有降低。
3、鐵路平車(chē)用竹木復(fù)合層積材地板的應(yīng)用
（1）近幾年我國(guó)鐵路新造平車(chē)品種主要為NX型和NX17B型平車(chē)一集裝箱兩用平車(chē)，原設(shè)計(jì)均采用厚70mm的木地板，車(chē)體上設(shè)有裝載集裝箱用鎖閉裝置和門(mén)擋裝置，其上平面與木地板面平齊。改用竹木復(fù)合層積材地板方案時(shí)因板材厚度為45mm，所以，有2種選擇方案:①保持地板與鎖閉裝置上平面平齊，將地板墊木加高25mm;②重新設(shè)計(jì)鎖閉裝置，使其厚度減小25mm。后者比前者地板面低25mm，對(duì)提高車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)有利，但更改鎖閉裝置方案將造成新造產(chǎn)品不能與既有車(chē)輛的互換，檢修車(chē)輛改造費(fèi)用太高。因此，平車(chē)一集裝箱兩用平車(chē)用竹木復(fù)合層積材的地板設(shè)計(jì)采用將地板墊木加高的方案。
（2）通用主型平車(chē)N17A型車(chē)地板設(shè)計(jì)基本不受其他結(jié)構(gòu)制約，在采用竹木復(fù)合層積材作地板設(shè)計(jì)時(shí)，可直接裝用。由于地板面降低25mm，造成平車(chē)端門(mén)在關(guān)閉時(shí)下部與地板間間隙加大，可采用在端門(mén)下部加焊厚25mm的扁鋼來(lái)滿足端門(mén)間隙的要求。
（3）鐵路平車(chē)的一個(gè)重要用途是裝運(yùn)軍用裝備，為了驗(yàn)證裝用竹木復(fù)合層積材地板的平車(chē)裝載坦克等軍用裝備的性能，2004年3月10日，北京二七車(chē)輛廠委托四方車(chē)輛研究所對(duì)樣車(chē)進(jìn)行了裝載軍用裝備適應(yīng)性試驗(yàn)[31。試驗(yàn)內(nèi)容:將三代坦克、59式坦克分別裝載在竹木復(fù)合層積材地板平車(chē)和木地板平車(chē)上，按照沖擊試驗(yàn)大綱用重車(chē)進(jìn)行沖擊，測(cè)量軍用裝備在地板上的加速度和位移值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，其中試驗(yàn)工況1,2為竹木復(fù)合層積板地板平車(chē)裝載2種軍用裝備的有關(guān)數(shù)據(jù)，工況3,4為木地板平車(chē)裝載2種軍用裝備的有關(guān)數(shù)據(jù)。
試驗(yàn)結(jié)果表明，分別裝載履帶式軍用裝備的木地板平車(chē)和竹木復(fù)合層積材地板的平車(chē)樣車(chē)在沖擊速度5km/h以下時(shí)，二者性能基本相當(dāng);當(dāng)沖擊速度大于5km/h時(shí)，采用竹木復(fù)合層積材地板平車(chē)的性能好于采用木地板的平車(chē)，具有較好的適應(yīng)性。
（4）為了考察竹木復(fù)合層積材壽命，對(duì)竹木復(fù)合層積材地板做了碾壓適應(yīng)性試驗(yàn):用一輛自重約22t的履帶式液壓挖掘機(jī)在竹木復(fù)合層積材和松木地板上進(jìn)行100次往復(fù)碾壓和若干次3600轉(zhuǎn)向碾壓，通過(guò)對(duì)比得出竹木復(fù)合層積材的抗碾壓性能優(yōu)于松木地板。
4、結(jié)論
竹木復(fù)合層積材的開(kāi)發(fā)為鐵路貨車(chē)地板“以竹代木”提供了一種較理想的選擇，采用竹子和小徑材代替優(yōu)質(zhì)松木，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。竹木復(fù)合層積材用于鐵路貨車(chē)地板，主要物理力學(xué)性能高于松木，裝載坦克等軍用裝備具有良好的適應(yīng)性，表面抗碾壓性能也優(yōu)于松木。鐵路貨車(chē)地板用竹木復(fù)合層積材于2004年6月通過(guò)了鐵道部運(yùn)輸局裝備部技術(shù)審查，計(jì)劃在平車(chē)上批量裝車(chē)運(yùn)用。
