CN103737692A - 一种丛生竹集成型材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丛生竹集成型材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将刨青、去黄的丛生竹竹丝浸于水中进行高温蒸煮，水中含有质量百分比为5%～10%的双氧水和0.5%～1%的氢氧化钠，温度为100℃～120℃，时间不少于4小时；S2、将湿竹丝置于炭化炉中进行碳化，碳化温度为130℃～150℃，碳化时间4-6小时，碳化时的压力为3-4MPa；S3、第一次烘干，浸胶，浸胶后进行第二次烘干；S4、高压成型，高压成型的压力不小于1.2吨/平方厘米；S5、保持所述压力的条件下进行热固化定型，热固化定型时间10小时以上，热固化定型温度为80-150℃。本发明能够制备符合结构型材要求的丛生竹集成型材。

Description

一种丛生竹集成型材的制造方法

技术领域

本发明涉及竹材成型工艺，尤其是涉及一种丛生竹集成型材的制造方法。

背景技术

随着人类的进步和社会的快速发展，人们对居住和生活条件要求越来越高，对生活居住用品也越来越精良。尤其当今世界各类日常生活高科技产品的迅猛发展，促进了人类社会生活多元化。快速提高了人们的物质文明和生活水平。所以人们对木材的需求量越来越大。尤其发展中国家为满足国内需求发展，大批量进口木材，反之欠发达国家为了生存大量出口木材而无序采伐，造成了全球森林资源严重破坏。有些木材材种已经匮绝。大量采伐破坏森林资源，已经对全球生态平衡造成了严重失衡，威胁到人类的生存环境造成了恶劣气候变化。为了保持生态平衡，绿色低碳生活。全球很多有竹材资源的国家，对竹资源的利用也已经提到议事日程上来。尤其我国对竹材的综合利用已经起得了很好的效果。人们对“以竹代木”的概念越来越认同。对“以竹代木”的各类产品也越来越青睐。这对保护森林资源、低碳环保生活无疑是一个良好的开端。“以竹代木”、“以竹胜木”、“以竹代钢”是社会发展的必然趋势，是人类进步的必然产物。是保护地球绿色低碳生活的可续性保障。

竹材是多年常生速生成材的高杆草本植物，适合人工种植，栽培成本低。因其繁殖生长速度快，成材周期短，竹纤维韧性好，抗压能力强，竹子成林后可以轮复采伐一劳永逸。而且很大部分竹子当年新出生的竹笋是食用佳肴。只要能适合竹子生成长环境地区多可以种植。成林的竹子可以复盖山地连绵不断，竹子四季常青排山如海，既保护了水土流失又美化了自然环境。成品竹材经现代科技手段加工技术完成能；“以竹代木”、“以竹胜木”、“以竹代钢”的境界而有过之。所以怎样更有效的综合利用各种竹子？是一项有着深远社会和经济意义的战略课题。

现在对竹材资源综合开发利用已经到了“以竹代木”的水平，但现在普遍开发利用的仅仅是“散生竹”竹种里面的楠竹，而枝粗杆高，竹襄更厚，资源优于楠竹的丛生竹（例如龙竹）资源尚无被有效的开发利用。据国际竹藤组织对全球竹资源调查统计査明，全球丛生竹资源是散生竹的几十倍。但为什么楠竹已经很好的在利用？而丛生竹却到至今尚未能很好利用？其原因在于：散生竹（例如楠竹）与丛生竹（例如龙竹）虽同属竹类但因它们生成长环境和生成长的物理特性区别很大。所以用加工楠竹的技术要求来加工丛生竹是无法做到的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种丛生竹集成型材的制造方法，以解决现有制备方法无法获得合格的丛生竹集成型材的问题。

人们往往把丛生竹和楠竹两种竹类混合为完全相同的竹种，认为楠竹专利的公知常识同样适合用在丛生竹的加工工艺上。但经验证，楠竹的集成型材加工方法应用于丛生竹而制备的型材，具有容易变形开裂、膨胀、霉变等缺陷。为了获得丛生竹的资源利用方法，本发明人对丛生竹与楠竹在诸多方面的差异进行研究、分析、对比，并在此基础上作出本发明，为便于理解，下文对与本发明相关的分析结果进行介绍，但这些内容并非均为现有公知的技术知识，而经发明人研究获得的，因而，在没有在先公开证据的情况下，不应作为现有技术评价本发明的创造性。

全球竹子分为两大类即丛生竹和散生竹。两大类竹种中直径大于8厘米，长度在6米以上的就有散生竹竹种里面的楠竹和丛生竹种中的龙竹等。现在利用的只有楠竹因为它的竹子质量符合“以竹代木”的工业化加工要求。因和楠竹生长气候环境和繁殖生成长方法完全不同。所以这两类竹种的生长期也不同，物理结构和纤维分子组织含量也不同。基于下述分析则可发现两者的加工工艺方法绝对不能同等而理论。

（一）气候地理条件和生成长规律的区别

（1）散生竹（以下楠竹为例），楠竹属高杆草本植物。宜生长地区主要是分布在我国的长江中下游和一些沿海地区。楠竹生成长气候条件要四季分明雨量充沛，适宜温度-5°～+35°之间。楠竹生长有大小年之分，小年出生的竹笋多必须要铲除，楠竹需要两年才可以培育一次新竹成材。楠竹一年之内要经历至少4个月的寒冷季节，需6年成熟采伐。

（2）“丛生竹”（以龙竹为例）也同样是高杆草本植物。龙竹宜生成长主要分布在南亚热带和有些热带地区，我国的云南省和海南省及广东省部分地区。东南亚各国资源尤为丰富。丛生竹喜好生长在白天气温相对较高，晚上水雾气较强，水分充沛地区。它致命的弱点就是很怕寒冷，气温在-0°以下就无法生存。适宜温度在+12°～+35°之间。因气候原因不象楠竹有大小年之分，毎年有新竹长成。因没有寒冬，加上南亚热带有充足的水分，丛生竹只需4年，比楠竹成熟采伐期整整缩短二年。丛生竹（龙竹为例）枝粗杆高竹襄厚，毎年每亩的产竹量至少是楠竹的8倍以上.

（二）繁殖生理特性区别

（1）丛生竹（龙竹为例）生理特性：龙竹新笋出土生长期，一般是在当年公历的6月中旬到7月底完成，因这个季节是南亚热带地区雨季开始，水分更加充沛。龙竹初生幼笋芽有充沛水分，新竹成长非常迅猛。龙竹是紧帖依附在母竹体根部周边，在土地下10～30厘米有些甚至更浅，依符母竹竹根部发育后渐步成长自成一竹。紧靠母竹四周不断向外发展。一根母竹当年一般多会长出2—3根新竹成长成材。

（2）散生竹的生理特性：楠竹是母竹根部长有一条竹鞭，竹鞭连着母竹，大约在土地下30～50厘米有些甚至更深向外延伸，毎根竹鞭的竹节上多长有新笋芽，楠竹在农历3月开始只要有符合新笋芽生成长的条件，新笋芽就会破土而出成长成材。因散生竹是靠母竹根部的竹鞭向周边延伸，形成了散生在山野上独立成材。它靠竹鞭离开母体向外延伸的生理特性，造就它不依符母竹体独立成长成材。

（三）物理结构和分子组织的区别（以楠竹和龙竹为例）

（1）楠竹生成长地理环境和生成长气候条件与龙竹差异很大，楠竹它的成长成熟期要经历六个春夏秋冬，纤维密度就比较高，6年成材竹的密度大约能够达到0.7～0.8.g/cm³。因气候条件的限制楠竹的竹杆长度:从根部到竹梢一般多在8～9m以下，真正可以加工成竹板材用的可用原竹最多也只是在6～7m。楠竹的生理特性和地理气候条件限制原因，它的竹襄也很薄，按直径12cm，长度9m的楠竹，它的竹襄平均壁厚也不会超过1.2cm。所以楠竹可利用材料就相当的有限。楠竹也因它的生成长期长，要经历六个年头，冬天要抗暴雪，夏秋季要抗风等等因素，为了适应生存能力楠竹的经不粗，枝杆不高而且根部到竹梢大小锥形3～4cm以上就很明显。为抗风雪楠竹竹节与竹节间距较密，竹身突出的竹节较平低。原竹纤维硬细、竹纤维有韧性。因楠竹的物理组织结构特性，千百年来一直被人们直接用来制作成生活用品和建筑材料。

（2）龙竹的生成长地理环境气候条件和楠竹也同样有很大的区别。龙竹首先它的生成长气温平均多在+20°左右。不像楠竹到了冬季就进入休眠状态不再成熟。而是一年四季都在成长成熟，不受强风和雪压而且在南亚热带地区雨量也极为丰富。所以成长的特别快，成熟年龄也相应比楠竹缩短二年。丛生竹的物理组织结构和楠竹就有着很大的区别：

1.丛生竹枝粗直径一般普遍可达12～15cm左右有些直径可达20厘米以上。

2.丛生竹”枝杆高度可达18米以上，有的可达20几米。竹节与竹节间距很开，足足是楠竹的两倍，而且竹杆通身从根部到中上部位大小匀称。10几米以上才能分别出锥形。

3.丛生竹的竹襄从根部向上至少8米之内平均厚度多在2cm左右，根部4米之内它的竹襄壁厚至少有3～5cm。

4.丛生竹因生成长期短，生成长速度快水分充足，所以的竹纤维较粗，密度不高，大约0.5～0.6g/cm³，竹纤维柔软性较好，丛生竹与楠竹比，抗强性在同等直径的情况下丛生竹至少要弱于楠竹35%。丛生竹原竹的含水量也较楠竹高25%。从以上数字对比照可以得出：同等直径的两个竹种，丛生竹的单支重量至少是楠竹重量的一倍以上。

（四）分子组织机构的对照

丛生竹和楠竹的生成长地理和气候条件的因素，丛生竹的分子组织机构与“楠竹”区别很大：

1.丛生竹原竹含水率高约超出楠竹25%之多。

2.丛生竹原竹含糖量高出楠竹约0.8%左右。

3.丛生竹原竹含蛋白质及淀粉约高出楠竹0.3～0.5%不等。

4.丛生竹原竹纤维密度约低于楠竹0.3g/cm3左右。

5.丛生竹原竹含梅酸约高于楠竹0.5%之间。

6.丛生竹原竹含碱约低于楠竹0.3-0.5%之间。

7.丛生竹竹纤维粗约超出楠竹25%左右。

以上“丛生竹”和“楠竹”的分子组织对照可以表明，两种材料分子组织有明显的差别。所以用加工“楠竹”的方法来完成“丛生竹”集成和加工制造，是无法达到产品合格标准的。也正因为“丛生竹”物理组织结构和分子组织特性原因，千百年来一直未被人们直接用来制作成生活用品和建筑材料。“丛生竹”使用“楠竹”的胶水更无法达到集成质标。

在结合上述研究和大量实验的前提下，本发明通过下述方法解决前述技术问题：

一种丛生竹集成型材的制造方法，包括以下步骤：

S1、将刨青、去黄的丛生竹竹丝浸于水中进行高温蒸煮，用于蒸煮的水中含有质量百分比为5%～10%的双氧水和0.5%～1%的氢氧化钠，蒸煮温度为100℃～120℃，蒸煮时间不少于4小时；

S2、将经步骤S1高温蒸煮的湿竹丝置于炭化炉中进行碳化，碳化温度为130℃～150℃，碳化时间4-6小时，碳化时的压力为3-4MPa；

S3、将碳化后的竹丝进行第一次烘干，然后将第一次烘干后的竹丝浸胶，浸胶后进行第二次烘干；

S4、将第二次烘干的竹丝装入模具中进行高压成型，高压成型的压力不小于1.2吨/平方厘米；

S5、将高压成型的型材在不脱模以保持所述压力的条件下进行热固化定型，热固化定型时间10小时以上，热固化定型温度为80-150℃。

与现有技术相比，本发明在通过步骤S1进行高温蒸煮，并在其中添加适量的双氧水和氢氧化钠，一方面能够起到很好的杀菌、软化竹节、平衡竹材的作用，另一方面能够脱出竹材中的蛋白质、淀粉、糖分等；而步骤S2中采用对湿竹进行高温、高压碳化，能够通过湿竹中的水分使得竹材中多余的蛋白质、淀粉、糖分析出；而在高压成型过程中采用1.2吨/平方厘米的压力，10小时以上的热固化定型时间，最终与其他步骤一同保证了最后的型材能够达到现有楠竹型材同等的质量指标，具有高密度，且不易容易变形开裂、膨胀、霉变的有益效果。

优选地：

所述步骤S5中，热固化定型按照时间先后分成3-4个阶段，各个阶段的温度依次提高，每个阶段维持2-4个小时。

所述步骤S1中的蒸煮温度为110℃。

所述步骤S3中浸胶所用胶水的组分包括树脂胶，所述树脂胶包括：甲醛、苯酚、无水硫酸钠、尿素、油酸、松香粉和水，还包括丙二醇，以及液碱或片碱。

优选地：

所述树脂胶的各个组分按照质量计包括：

甲醛70-110份

苯酚40-60份

无水硫酸钠10-35份

尿素10-25份

油酸3-8份

松香粉1-3份

水35-60份

丙二醇1-5份

液碱或片碱8-14。

所述液碱为含水量低于1质量%的氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物；所述片碱为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物。

更进一步地：

所述树脂胶为按照下述方法制备的树脂胶：

S11、取甲醛50～70份、苯酚40～60份、丙二醇1～5份、液碱或片碱5～8份、水15～25份加入反应釜内搅拌均匀后通过添加适量水、液碱或片碱调节混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃，然后保温反应70～100min，保温时温度也控制在65～85℃范围内；

S21、保温70～100min后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～8，然后降温到65～70℃；

S31、温度降到65～70℃后，往反应产物里加入甲醛20～40份，无水硫酸钠10～35份，搅拌均匀后升温至80～85℃，保温反应80～100min；

S41、反应完成后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～9后降温至55～65℃，然后往反应产物中添加尿素10～25份，搅拌均匀后将温度升至55-70℃，再往里面添加油酸3～8份、液碱3～6份、水20～35份，搅拌均匀后升温至85～99℃并保温60～100min；

S51、保温60～100min后降温到45～50℃，再添加1～3份的松香粉后搅拌30min以上，搅拌完成后降温到45℃以下即得到丛生竹集成型材用树脂胶。

所述胶水为所述树脂胶与水按照质量比例1:（0.7-0.9）混合而成。

前述优选方案的胶料结合丛生竹结构特点，在树脂胶中添加了无水硫酸钠、油酸、丙二醇、松香粉等物质，该改性酚醛树脂胶内加入无水硫酸钠在高温反应固化时能快速去除集成竹材内多余的水分，高温成型的过程中油酸氧化能增加型材的硬化度，同时由于添加了松香粉增加了酚醛树脂胶的粘胶强度，对丛生竹竹纤维胶合能力大大增强，所制造的丛生竹集成型材不易开裂变形、耐候性高、浸渍剥离率低、粘合严密不易吸水、彭涨系数小而不易霉变。而丙二醇配合无水硫酸钠及其他组分，能促使被竹片吸收的液胶在高温反应固化下快速分散，使液胶成份平衡的浸透到每根竹片的各个部位，从而达到所集成的丛生竹型材内外胶合强度一致。

具体实施方式

下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

一种丛生竹集成型材的制造方法，包括以下步骤：

首先将丛生竹原竹进行定尺锯竹、破竹分条、竹条刨青去黄分层压丝获得丛生竹竹丝，然后按照下述步骤制备集成型材：

S1、将刨青、去黄的丛生竹竹丝浸于水中进行高温蒸煮，用于蒸煮的水中含有质量百分比为5%～10%的双氧水和0.5%～1%的氢氧化钠，蒸煮温度为100℃～120℃，最佳温度为110℃，蒸煮时间不少于4小时。

S2、将经步骤S1高温蒸煮的湿竹丝置于炭化炉中进行碳化，碳化温度为130℃～150℃，碳化时间4-6小时，碳化时的压力为3-4MPa。本步骤中：碳化压力低于3MPa无法使得竹中的蛋白质、淀粉、糖分等充分析出；不采用湿竹也同样无法充分析出蛋白质、淀粉、糖分。

S3、将碳化后的竹丝进行第一次烘干，然后将第一次烘干后的竹丝浸胶，浸胶后进行第二次烘干。先烘干再浸胶有助于胶水充分浸入竹材内部。

S4、将第二次烘干的竹丝装入模具中进行高压成型，高压成型的压力不小于1.2吨/平方厘米。本步骤中，如果压力小于1.2吨/平方厘米，最终成型的竹材容易松散和膨胀变形，而且密度偏低。

S5、将高压成型的型材在不脱模保持所述压力的条件下进行热固化定型，热固化定型时间10小时以上，热固化定型温度为80-150℃。本步骤优选采用分阶段进行，按照时间先后将整个过程分为3-4个阶段，各个阶段的温度依次提高，每个阶段的维持时间为2-4小时。例如：先80℃热固化2小时，然后升温至100℃热固化3小时，再升温至130℃热固化3小时，最后升温至150℃热固化2小时。

所述步骤S3中浸胶所用胶水的组分包括树脂胶，所述树脂胶优选包括：甲醛、苯酚、无水硫酸钠、尿素、油酸、松香粉和水，还包括丙二醇，以及液碱或片碱。各个组分按照质量计包括：甲醛70-110份，苯酚40-60份，无水硫酸钠10-35份，尿素10-25份，油酸3-8份，松香粉1-3份，水35-60份，丙二醇1-5份，液碱或片碱8-14。其中所述液碱为含水量低于1质量%的氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物；所述片碱为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物。

在更优的实施例中，前述树脂胶是采用下述方法制备的：

S11、取甲醛50～70份、苯酚40～60份、丙二醇1～5份、液碱或片碱5～8份、水15～25份加入反应釜内搅拌均匀后通过添加适量水、液碱或片碱调节混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃，然后保温反应70～100min，保温时温度也控制在65～85℃范围内；

S21、保温70～100min后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～8，然后降温到65～70℃；

S31、温度降到65～70℃后，往反应产物里加入甲醛20～40份，无水硫酸钠10～35份，搅拌均匀后升温至80～85℃，保温反应80～100min；

S41、反应完成后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～9后降温至55～65℃，然后往反应产物中添加尿素10～25份，搅拌均匀后将温度升至55-70℃，再往里面添加油酸3～8份、液碱3～6份、水20～35份，搅拌均匀后升温至85～99℃并保温60～100min；

S51、保温60～100min后降温到45～50℃，再添加1～3份的松香粉后搅拌30min以上，搅拌完成后降温到45℃以下即得到丛生竹集成型材用树脂胶。

优选实施例中，步骤S3中所用的胶水为前述方法制备的树脂胶与水按照质量比1:0.7-0.9混合而成，优选的树脂胶与水配比比例为质量比1:0.85。

采用前述方法制备的树脂胶为透明液体，性能稳定，胶合性能强，耐候性好，浸渍剥离率很低，固化速度快，该树脂胶用于丛生竹集成型材中，胶合的竹型材强度完全能达到结构材的强度要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种丛生竹集成型材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将刨青、去黄的丛生竹竹丝浸于水中进行高温蒸煮，用于蒸煮的水中含有质量百分比为5%～10%的双氧水和0.5%～1%的氢氧化钠，蒸煮温度为100℃～120℃，蒸煮时间不少于4小时；

S2、将经步骤S1高温蒸煮的湿竹丝置于炭化炉中进行碳化，碳化温度为130℃～150℃，碳化时间4-6小时，碳化时的压力为3-4MPa；

S3、将碳化后的竹丝进行第一次烘干，然后将第一次烘干后的竹丝浸胶，浸胶后进行第二次烘干；

S4、将第二次烘干的竹丝装入模具中进行高压成型，高压成型的压力不小于1.2吨/平方厘米；

S5、将高压成型的型材在不脱模以保持所述压力的条件下进行热固化定型，热固化定型时间10小时以上，热固化定型温度为80-150℃。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S5中，热固化定型按照时间先后分成3-4个阶段，各个阶段的温度依次提高，每个阶段维持2-4个小时。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中的蒸煮温度为110℃。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中浸胶所用胶水的组分包括树脂胶，所述树脂胶的组分包括：甲醛、苯酚、无水硫酸钠、尿素、油酸、松香粉和水，还包括丙二醇，以及液碱或片碱。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述树脂胶的各个组分按照质量计包括：

甲醛70-110份

苯酚40-60份

无水硫酸钠10-35份

尿素10-25份

油酸3-8份

松香粉1-3份

水35-60份

丙二醇1-5份

液碱或片碱8-14。

6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于：所述液碱为含水量低于1质量%的氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物；所述片碱为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的任意一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述树脂胶为按照下述方法制备的树脂胶：

S11、取甲醛50～70份、苯酚40～60份、丙二醇1～5份、液碱或片碱5～8份、水15～25份加入反应釜内搅拌均匀后通过添加适量水、液碱或片碱调节混合物的PH值为7～8，然后升温至65～85℃，然后保温反应70～100min，保温时温度也控制在65～85℃范围内；

S21、保温70～100min后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～8，然后降温到65～70℃；

S31、温度降到65～70℃后，往反应产物里加入甲醛20～40份，无水硫酸钠10～35份，搅拌均匀后升温至80～85℃，保温反应80～100min；

S41、反应完成后，通过添加适量水、液碱或片碱调节反应产物的PH值为7～9后降温至55～65℃，然后往反应产物中添加尿素10～25份，搅拌均匀后将温度升至55-70℃，再往里面添加油酸3～8份、液碱3～6份、水20～35份，搅拌均匀后升温至85～99℃并保温60～100min；

S51、保温60～100min后降温到45～50℃，再添加1～3份的松香粉后搅拌30min以上，搅拌完成后降温到45℃以下即得到丛生竹集成型材用树脂胶。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述胶水为所述树脂胶与水按照质量比例1:（0.7-0.9）混合而成。