竹木工藝筷物理力學性能試驗分析

郝向陽，王洪艷，袁少飛，袁超哲，石林，張建，李琴

（1. 浙江農林大學 化學與材料工程學院，浙江 杭州 311300；2.浙江省林業科學研究院 浙江省竹類研究重點實驗室，浙江 杭州 310023）

筷子是一種具體表現飲食民俗的特色餐具，其豐富的象征意義和文化內涵已成為中華民族文化特有的符號[1-2]。隨著竹材、木材加工利用技術的進步和大眾環保、生態意識的加強，可多次反復使用的以竹或木為材質的工藝筷，因其具有產品質量好、種類多、文化內涵豐富、綠色環保等顯著優勢，深受國內外消費者的青睞，發展日益迅速。但隨著加工技術的快速發展，因其較低的生產門檻、監管難度大和缺乏相應的產品標準，導致竹木工藝筷的質量良莠不齊。筷子與人的健康安全密切相關。

目前，國內外學者對一次性筷子已進行了比較系統的研究[3-5]，也有學者對竹木工藝筷的涂層重金屬等有害物質進行了研究[6-8]，但針對竹木工藝筷的使用性能還未有系統的研究。本文重點對影響竹木工藝筷使用的含水率、尺寸偏差、彎曲量、耐熱水、耐熱油、折斷和跌落等物理力學性能進行系統試驗和研究，旨在為進一步規范竹木工藝筷產品質量、標準制定、保障消費者權益以及推動產業健康持續發展提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用的竹木工藝筷樣品共有47 種，每種樣品60 雙，分別購自浙江雙槍竹木有限公司、浙江九川竹木股份有限公司、浙江味老大工貿有限公司、浙江天竹工貿有限公司、浙江利眾竹木有限公司、泰順縣喜來福竹木制品有限公司、浙江三禾竹木科技股份有限公司、浙江峰暉竹木制品有限公司、龍泉市日用竹木制品廠、浙江佳馳竹木有限公司等生產企業，其中未漆飾23 種、漆飾24 種；16 種木質工藝筷樣品中未漆飾和漆飾各8 種；31 種竹質工藝筷樣品中未漆飾15 種、漆飾16 種，材質均為毛竹Phyllostachys edulis材，其中本色15 種、炭化16 種；具體見表1 和表2。食用油為5L 裝金龍魚牌食用大豆色拉油（上海嘉里食品工業有限公司生產）。水為蒸餾水。

表1 未漆飾竹木工藝筷樣品情況Table 1 Unpainted bamboo and wood chopsticks

表2 漆飾竹木工藝筷樣品情況Table 2 Painted bamboo and wood chopsticks

1.2 主要儀器

DK-S 型數顯電熱恒溫水浴鍋，上海浦東榮豐科學儀器有限公司；W-5 型恒溫水浴鍋，鞏義市英峪高科儀器廠；D10S 型新納達帶鋸機，新納達科技有限公司；DHG-9203A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司；游標卡尺（分度值1.0 mm，精度0.02 mm）；鋼板尺（分度值0.5 mm，精度0.5 mm）；塞尺（精度等級1 級）。

1.3 試驗設計

1.3.1 含水率測試 參照GB/T 1931—2009《木材含水率測定方法》中規定的檢驗方法進行[9]。每雙筷子為一個試樣，取樣時先截取每根筷子的兩端（25±5）mm，再沿筷子長度方向分別截取長度約（20±5）mm 的小段，每根筷子取3 個小段。試樣制取時要避開鑲嵌有裝飾性部件的位置。試樣制取后立即用塑料袋密封。每種樣品隨機取5 雙筷子進行測試，結果取平均值。

1.3.2 尺寸偏差測試 參照GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》和GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》中規格尺寸的相關檢驗方法進行[10-11]，主要測試竹木工藝筷的長度及大頭端面、小頭端面的尺寸，其中大頭端面和小頭端面為正方形的測試邊長，大頭端面和小頭端面為圓形的測試直徑，并與生產廠家標注的尺寸數據進行比較分析，以偏差來評價竹木工藝筷的尺寸情況。測試時采用鋼板尺沿筷子中心軸線方向測量長度尺寸，大頭和小頭端面尺寸用游標卡尺測量。每種樣品隨機抽取5 雙筷子進行測試，結果取平均值。

1.3.3 彎曲量測試 彎曲量也就是竹木工藝筷的變形情況。參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中側面彎曲和正面彎曲的檢驗方法進行[12]。彎曲量測量時將單根筷子凹面朝下靠在鋼板尺上，在最大彎曲處用塞尺測試其高度。每種樣品隨機抽取5 雙共10 根筷子進行測試，結果取平均值。

1.3.4 耐熱水性能試驗 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中耐熱水性能進行。試驗時先將燒杯中的蒸餾水加熱至沸騰，然后將筷子小頭垂直浸入沸水中（100±5）mm，分別保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性濾紙擦去表面水分，立即觀察筷子變形、表面變色、漆膜起皮或脫落等現象。每種樣品隨機抽取5 雙筷子進行試驗。

1.3.5 耐熱油性能試驗 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中耐熱油性能檢驗方法開展試驗。試驗時先將水浴鍋中的食用油加熱至（120±5）℃，然后將筷子小頭垂直浸入食用油中（100±5）mm，分別保持30 min、40 min、50 min、60 min，取出后用中性濾紙擦去表面食用油，立即觀察筷子變形、表面變色、漆膜起皮或脫落等現象。每種樣品隨機抽取5 雙筷子進行試驗。

1.3.6 折斷性能試驗 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中折斷性能檢驗方法開展試驗。試驗時，取1 雙筷子，將筷子大頭一端100 mm 置于水平的桌面上并用質量在10 kg 以上的物體壓住固定，筷子其余部分垂直桌邊向外伸出，在另一端（10±2）mm 處懸掛500 g 砝碼分別保持60 s、120 s、180 s，觀察筷子有無折斷或撕裂等情況。每種樣品隨機取5 雙筷子進行試驗。

1.3.7 跌落性能試驗 參照GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中跌落性能檢驗方法開展試驗。試驗時，將1 雙筷子距平整水泥地面或貼瓷磚地面0.8 m 高處，分別水平自由跌落1 次、2 次、3 次，觀察筷子有無殘缺、斷裂，裝飾性部件有無松動或脫落。每種樣品隨機取5 雙試樣筷子進行試驗。

2 結果與分析

2.1 含水率測試結果分析

從圖1 和圖2 分析后得到，47 種竹木工藝筷的含水率均在7%～ 16%之間，其中，含水率低于14%的有46種、低于12%的有42 種、低于10%的有24 種，全部符合GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中對7%≤含水率≤各地平衡含水率（浙江為16.0%）的要求；但參照GB 19790.2—2005《一次性筷子 第2 部分 竹筷》，31 種竹質工藝筷中有24 種樣品符合含水率≤10%的要求。從材質來看，16 種木質工藝筷的含水率比竹質工藝筷的含水率高，含水率在10%以上的有15 種且波動范圍較大，最低含水率為9.99%，其中1 種鮑迪豆材質的漆飾木質工藝筷的含水率最高，為15.12%；31 種竹質工藝筷中，含水率≤10%的有24 種，最高含水率為11.5%。本色竹質工藝筷的含水率比炭化竹質工藝筷的含水率高，在未漆飾工藝筷樣品中尤為明顯。這主要是因為木質工藝筷的材質種類較多，且木材相對竹材而言，吸水性好；而竹材炭化后纖維素結晶度增加，竹材維管束收縮，細胞間隙變小[13-14]，炭化后竹材耐濕性能提高。

圖1 未漆飾竹木工藝筷含水率測試結果Figure 1 Moisture content in unpainted chopsticks

圖2 漆飾竹木工藝筷含水率測試結果Figure 2 Moisture content in painted chopsticks

2.2 尺寸偏差測試結果分析

2.2.1 長度尺寸及偏差結果分析 GB 19790.1—2021《一次性筷子 第1 部分 木筷》中對長度尺寸的允許偏差范圍為±1.0 mm。從表3、表4 測試結果可知，在47 種竹木工藝筷中有45 種工藝筷的長度偏差在±2.0 mm 以內，占試驗樣品數的95.7%，其中偏差在±1.0 mm 以內有38 種，占試驗樣品數的80.9%。對比分析后發現，未漆飾竹木工藝筷的長度尺寸偏差整體比漆飾竹木工藝筷的較好，23種未漆飾竹木工藝筷中，尺寸偏差在±1.0 mm以內的樣品有21 種、偏差在±0.5 mm 以內的樣品有17 種；24 種漆飾竹木工藝筷中，尺寸偏差在±1.0 mm 以內的樣品有17 種、偏差在±0.5 mm 以內的樣品有11 種。

表3 未漆飾竹木工藝筷長度尺寸及偏差測試結果Table 3 Length and tolerance of unpainted chopsticks

表4 漆飾竹木工藝筷長度尺寸及偏差測試結果Table 4 Length and tolerance of painted chopsticks

2.2.2 大頭端面尺寸及偏差結果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對筷子大頭端面尺寸的允許偏差范圍為±0.2 mm。47 種竹木工藝筷樣品中，大頭端面為正方形的有44 種、為圓形的有3 種。從表5、表6 測試結果來看，47 種竹木工藝筷樣品大頭端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以內，其中偏差在±0.10 mm 以內的樣品有29 種、占試驗樣品數的61.7%，偏差在±0.05 mm 以內的樣品有18 種、占試驗樣品數的38.3%。

表6 漆飾竹木工藝筷大頭端面尺寸及偏差測試結果Table 6 Head end size and tolerance of painted chopsticks

2.2.3 小頭端面尺寸及偏差結果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對筷子小頭端面尺寸允許偏差范圍為±0.20 mm。47 種竹木工藝筷樣品小頭端面均為圓形。從表7、表8 測試結果發現，47 種竹木工藝筷的小頭端面直徑尺寸偏差均在±0.20 mm 以內，其中偏差在±0.10 mm 以內的樣品有31 種，占試驗樣品數的66.0%，偏差在±0.05 mm 以內的樣品有16 種，占試驗樣品數的34.0%。

表7 未漆飾竹木工藝筷小頭端面尺寸及偏差測試結果Table 7 Tail end size and tolerance of unpainted chopsticks

表8 漆飾竹木工藝筷小頭端面尺寸及偏差測試結果Table 8 Tail end size and tolerance of painted chopsticks

2.3 彎曲量測試結果分析 GB/T 24398—2009《植物纖維一次性筷子》中對筷子正面和側面的彎曲允許偏差<1.0 mm。從圖3 和圖4 彎曲量測試結果來看，47 種竹木工藝筷樣品的彎曲量均<0.60 mm，最大值為0.52 mm，最小值為0.12 mm；其中46 種樣品的彎曲量<0.50 mm、占樣品總數的97.9%，42 種樣品的彎曲量<0.40 mm、占樣品總數的89.4%，30 種樣品彎曲量<0.30 mm、占樣品總數的63.8%。從材質看，木質工藝筷的彎曲量相對優于竹質工藝筷，木質工藝筷彎曲量最高為0.31 mm，而竹質工藝筷彎曲量最高為0.52 mm。

圖3 未漆飾竹木工藝筷彎曲量測試結果Figure 3 Curvature of unpainted chopsticks

圖4 漆飾竹木工藝筷彎曲量測試結果Figure 4 Curvature of painted chopsticks

2.4 耐熱水性能試驗結果分析

對表9、表10 試驗結果進行分析發現，未漆飾竹木工藝筷的耐熱水性能較漆飾竹木工藝筷優異。23 種未漆飾竹木工藝筷經過60 min 水煮試驗后均未出現變形、表面變色、起毛等情況；而24 種漆飾竹木工藝筷的耐熱水性能表現較差，時間越長，漆膜起皮或脫落現象越嚴重，其中漆飾竹質工藝筷的耐熱水性能最差。水煮30 min時，有3 種漆飾本色竹質工藝筷出現漆膜起皮或脫落現象；水煮60 min 時，有7 種樣品出現漆膜起皮或脫落現象，其中漆飾竹質工藝筷有6 種。

表9 漆飾竹木工藝筷耐熱水性能試驗結果Table 9 Hot-water resistance of painted chopsticks

表10 未漆飾竹木工藝筷耐熱水性能試驗結果Table 10 Hot-water resistance of unpainted chopsticks

2.5 耐熱油性能試驗結果分析

從表11、表12 檢測結果看，未漆飾竹木工藝的筷耐熱油性能較漆飾竹木工藝筷優異。23 種未漆飾竹木工藝筷經過60 min 熱油試驗后均未出現變形、表面變色、起毛等情況；而24 種漆飾竹木工藝筷耐熱油性能表現較差，時間越長，漆膜起皮或脫落現象越嚴重；在30 min 時，就有8 種樣品出現漆膜起皮或脫落現象，在40 min、50 min 和60 min 時，有9 種樣品出現漆膜起皮或脫落現象；其中，以漆飾本色竹質工藝筷的耐熱油性能最差，30 min 時，8 種樣品中就有6 種樣品出現漆膜起皮或脫落現象。

表11 漆飾竹木工藝筷耐熱油試驗結果Table 11 Hot-oil resistance of painted chopsticks

2.6 折斷性能試驗結果分析

從表13 試驗結果看，47 種竹木工藝筷經過60 s、120 s、180 s 的折斷試驗后，表現良好，均未出現折斷、撕裂等情況。

表13 竹木工藝筷折斷試驗結果Table 13 Fracture of tested chopsticks

2.7 跌落性能試驗結果分析

從表14 試驗結果看，47 種竹木工藝筷經過3 次跌落試驗后，表現良好，均未出現殘缺、斷裂等情況。

表14 竹木工藝筷跌落試驗結果Table 14 Drop test on tested chopsticks

3 結論與建議

3.1 結論

（1）竹木工藝筷的含水率在7%～ 16%之間。從材質來看，木質工藝筷的含水率比竹質工藝筷的含水率高，而本色竹質工藝筷的含水率又比炭化竹質工藝筷的含水率高，在未漆飾竹木工藝筷樣品中尤為明顯；（2）竹木工藝筷的長度偏差基本在±2.0 mm 以內，大頭端面和小頭端面的尺寸偏差均在±0.20 mm 以內，其中，未漆飾竹木工藝筷的長度偏差比漆飾竹木工藝筷的相對較好；（3）竹木工藝筷有較好的尺寸穩定性，彎曲量均<0.60 mm，其中木質工藝筷彎曲量相對優于竹質工藝筷；（4）未漆飾竹木工藝筷比漆飾竹木工藝筷有更好的耐熱水和耐熱油性能，其中漆飾竹質工藝筷的耐熱水和耐熱油性能相對較差。未漆飾竹木工藝筷經60 min 水煮試驗和60 min熱油試驗后均未出現變形、變色、起毛等現象；（5）竹木工藝筷折斷和跌落試驗后均未出現殘缺、破損、斷裂等情況，性能優異。

3.2 建議

目前，現有筷子產品的標準主要是關于一次性的竹筷、木筷、植物纖維筷等產品，對可多次使用的竹木工藝筷尚無相關的國家或行業標準，仍是空白，須盡快制訂產品標準。因筷子關系到人的健康安全，建議在高溫條件下盡量使用未漆飾竹木工藝筷，避免長時間使用漆飾竹木工藝筷。