CN103465322B - 一种采用等离子体技术制造重组竹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用等离子体技术制造重组竹的方法，采用去竹青、竹黄的炭化竹束作为表层，带竹青、竹黄的未炭化竹束作为芯层，并通过带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压生产重组竹。本发明制备的重组竹具有优良的物理力学性能，降低生产成本、简化工序，提高竹材综合利用率和生产效率，而且其防腐性能接近完全以炭化竹束原料生产的重组竹的指标，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种采用等离子体技术制造重组竹的方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种采用等离子体技术制造重组竹的方法。

背景技术

我国森林资源相对不足，木材供需矛盾日益突出。当前人造板工业的迅速发展，木材资源的相对匮乏在一定程度上制约了人造板工业的发展。我国是世界上竹类资源最丰富的国家，充分利用竹材为原料进行开发人造板系列产品，有力促进木材工业的可持续发展进程。重组竹（或竹重组材）是竹材经碾压设备加工为横向分离、纵向不断裂而交错相连的竹束，然后干燥、施胶、组坯、热压而成的一种强度高、幅面大、具有天然竹材纹理结构的新型竹材人造板。重组竹的产业化规模不断扩大，已成为竹材加工利用最具发展潜力的产品之一。由于竹青、竹黄存在蜡质层等不利于胶接的物质，目前重组竹生产工艺基本都需要去除竹青、竹黄，增加了大量成本。改善竹黄、竹青与胶粘剂的润湿性能，解决竹黄、竹青和胶的胶合问题仍然是未来的研究重点之一。由于竹材易发霉，目前重组竹生产工艺一般对竹束进行蒸汽高温热处理（也称：炭化处理），虽在一定程度上提高防腐性能、增加美观性，但会导致物理力学性能降低。

等离子体技术是20世纪60年代才开始兴起的一门新的表面处理技术，等离子体具有高能活性粒子使反应物分子激发、电离或断键，在表面产生刻蚀、聚合、交联等一系列复杂的物理化学作用，能使界面物性显著改变而材料本体性质不受影响，在木材（包括竹材）工业生产中有很好的发展前景。

在传统的重组竹生产工艺基础上，本发明采用了等离子体技术生产的重组竹力学性能比未处理的提高达15~30%；与此同时，通过三层结构的成型方式，合理使用带竹青、竹黄的竹材，大大提高了竹材的综合利用率，力学性能提高达25~45%。通过特殊三层结构的组坯方式，并结合双向加压的热压工艺，重组材的耐腐性能得到保证。可见采用等离子体技术在重组竹的生产中应用具有广阔的市场前景，具有显著经济与社会效益。

公开号为“CN102528893A”的发明公开了一种环保型竹重组材料的制备方法，无需去除青黄，使得竹材综合利用率达到95%以上。使用低温等离子技术改善竹材的浸润性，有效提高了重组竹制品的尺寸稳定性，同时了使用花生壳液化树脂胶粘剂制备重组材，达到了一定的效果。但是未提及到所采用低温等离子体的介质，也未采用双向加压的方式。

南京林业大学2012年硕士学位论文《竹木复合重组材的工艺及性能研究》，完成了竹材与木材复合重组材的研究，同时对竹束进行空气等离子体处理，竹木复合重组材的性能有显著提高。但未提及竹束经不同气体介质等离子体处理后制造重组竹的效果，且该竹木复合重组材与本发明涉及的重组竹，在产品组成与结构上均不同。

发明内容

本发明的目的是针对现有重组竹的生产成本高，原料利用率低的问题，提供一种采用等离子体技术制造重组竹的方法，本发明制备的重组竹具有优良的物理力学性能，降低生产成本、简化工序，提高竹材综合利用率和生产效率，而且其防腐性能接近完全以炭化竹束原料生产的重组竹的指标，具有显著的经济效益和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用等离子体技术制造重组竹的方法，将经等离子体处理的竹束组坯，再经过热压成型工艺得到重组竹；包括以下步骤：

（1）将带竹青、竹黄的竹束进行干燥至含水率为8~10%；

（2）将去竹青、竹黄的竹束经过蒸汽高温热处理后进行干燥至含水率为8~10%；

（3）将干燥后的竹束进行等离子体处理：将竹束置于等离子体处理腔内，抽真空至压力为10Pa，再通入等离子体处理气氛气体（氧气、氮气、氩气、氨气中的一种或两种）至压力为30~60Pa，处理时间为30~120s，处理功率为60~220W；

（4）经等离子体处理的竹束放入固含量为25~40%的酚醛树脂胶内浸胶10~30min，滴干，干燥处理：温度为60~80℃、时间为3~6h；

（5）将经过步骤（1）、（3）、（4）得到的竹束作为重组竹的芯层，将经过步骤（2）、（3）、（4）得到的竹束作为重组竹的表层；

（6）按表层竹束占1~4质量份、层芯竹束占6~9质量份的比例进行铺装组坯，形成三层结构；然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至130~150℃，在5~8MPa压力下热压0.8~1.3min/mm；然后冷却至50~60℃后降压卸板。

本发明的显著优点在于：

本发明采用对竹束进行离子体处理并采用三层结构的组坯方式生产重组竹，即上下两表层采用经过等离子体处理的去竹青、竹黄的炭化竹束，芯层采用经过等离子体处理的带竹青、竹黄的未炭化竹束。通过采用等离子体处理技术对竹材进行表面处理，所压制出的重组竹相比现有的重组竹不仅降低生产成本，简化工艺、而且大大提高竹材综合利用率，同时显著提高物理力学性能，防腐性能接近与完全以炭化竹束为原料的重组竹的性能。

具体实施方式

实施例1

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为8%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氧气至压力表为30Pa，处理功率为90W，处理时间为30s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为30%的酚醛树脂胶内，浸胶时间15min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为4h。然后各取1份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，8份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至145℃，在6MPa压力下热压1.2min/mm（侧向压力为0.7MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.08g/cm³，含水率8.6%，24h吸水厚度膨胀率1.1%，24h吸水宽度膨胀率为0.6%，静曲强度133MPa，弹性模量12800 MPa，内结合强度3.2 MPa，2h水煮厚度膨胀率9.3%，2h水煮宽度膨胀率1.3%，2h水煮后内结合强度1.5 MPa，2h水煮后静曲强度66 MPa；天然耐腐性达耐腐Ⅱ级。

实施例2

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为9%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氮气至压力表为30Pa，处理功率为180W，处理时间为60s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为35%的酚醛树脂胶内，浸胶时间13min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后各取2份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，6份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在6.5MPa压力下热压1.3min/mm（侧向压力为0.4MPa）；然后冷却温度至55℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.21g/cm³，含水率8.3%，24h吸水厚度膨胀率1.0%，24h吸水宽度膨胀率0.4%，静曲强度为143 MPa，弹性模量13800 MPa，内结合强度3.3 MPa，2h水煮厚度膨胀率9.5%，2h水煮宽度膨胀率1.2%，2h水煮后内结合强度2.7 MPa，2h水煮后静曲强度78 MPa；天然耐腐性达耐腐Ⅰ级。

实施例3

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为9%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氩气至压力表为30Pa，处理功率为60W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为28%的酚醛树脂胶内，浸胶时间23min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后各取1份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，8份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在7.0MPa压力下热压1.2min/mm（侧向压力为0.5MPa）；然后冷却温度至55℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.16g/cm³，含水率7.9%，24h吸水厚度膨胀率1.0%，24h吸水宽度膨胀率0.4%，静曲强度149 MPa，弹性模量14000 MPa，内结合强度3.2 MPa，2h水煮厚度膨胀率7.9%，2h水煮宽度膨胀率0.8%，2h水煮后内结合强度2.2 MPa，2h水煮后静曲强度81 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅱ级。

实施例4

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为10%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氨气至压力表为30Pa，处理功率为90W，处理时间为120s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为28%的酚醛树脂胶内，浸胶时间23min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后取3份去除竹青、竹黄的竹束均分后分别作为上、下表层，7份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至140℃，在8.0MPa压力下热压1.2min/mm（侧向压力为0.7MPa）；然后冷却温度至60℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.26g/cm³，含水率7.8%，24h吸水厚度膨胀率1.0%，24h吸水宽度膨胀率0.5%，静曲强度143 MPa，弹性模量14200 MPa，内结合强度3.5 MPa，2h水煮厚度膨胀率6.7%，2h水煮宽度膨胀率0.9%，2h水煮后内结合强度2.5 MPa，2h水煮后静曲强度87 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅱ级。

实施例5

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为10%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氧气至压力表为30Pa，处理功率为120W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为28%的酚醛树脂胶内，浸胶时间23min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后取3份去除竹青、竹黄的竹束均分后分别作为上、下表层，7份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在6.5MPa压力下热压1.2min/mm（侧向压力为0.6MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.27g/cm³，含水率7.5%，24h吸水厚度膨胀率0.9%，24h吸水宽度膨胀率0.6%，静曲强度153 MPa，弹性模量14100 MPa，内结合强度3.4 MPa，2h水煮厚度膨胀率7.1%，2h水煮宽度膨胀率0.9%，2h水煮后内结合强度2.6 MPa，2h水煮后静曲强度68 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅱ级。

实施例6

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为10%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氧气与氩气（调整流量计，达到1:1）至压力表为30Pa，处理功率为60W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为28%的酚醛树脂胶内，浸胶时间23min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后取3份去除竹青、竹黄的竹束均分后分别作为上、下表层，7份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至145℃，在7.5MPa压力下热压1.1min/mm（侧向压力为0.5MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.29g/cm³，含水率9.1%，24h吸水厚度膨胀率1.0%，24h吸水宽度膨胀率0.7%，静曲强度141 MPa，弹性模量13900 MPa，内结合强度2.6 MPa，2h水煮厚度膨胀率6.2%，2h水煮宽度膨胀率1.1%，2h水煮后内结合强度1.9 MPa，2h水煮后静曲强度91 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅱ级。

实施例7

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为10%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氮气与氩气（调整流量计，达到1:1）至压力表为30Pa，处理功率为90W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为28%的酚醛树脂胶内，浸胶时间23min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后各取2份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，6份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在6.8MPa压力下热压1.3min/mm（侧向压力为0.5MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度为25mm，密度1.29g/cm³，含水率9.3%，24h吸水厚度膨胀率0.7%，24h吸水宽度膨胀率1.1%，静曲强度141 MPa，弹性模量12800 MPa，内结合强度2.6 MPa，2h水煮厚度膨胀率5.2%，2h水煮宽度膨胀率1.4%，2h水煮后内结合强度1.7 MPa，2h水煮后静曲强度95 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅱ级。

实施例8

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为10%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氨气与氩气（调整流量计，达到1:1）至压力表为30Pa，处理功率为150W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为30%的酚醛树脂胶内，浸胶时间25min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3.5h。然后各取2份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，6份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在7.5MPa压力下热压1.2min/mm（侧向压力为0.6MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度25mm，密度1.25g/cm³，含水率10.8%，24h吸水厚度膨胀率1.7%，24h吸水宽度膨胀率0.8%，静曲强度147 MPa，弹性模量14200 MPa，内结合强度3.3 MPa，2h水煮厚度膨胀率5.6%，2h水煮宽度膨胀率1.3%，2h水煮后内结合强度2.2 MPa，2h水煮后静曲强度93 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅰ级。

实施例9

将去竹青、竹黄并经热处理过的竹束与带竹青、竹黄的竹束分别干燥至含水率为8%，分批依次放入等离子体处理腔内。每批次处理工艺：抽真空至压力表为10Pa，再通入氨气与氧气（调整流量计，达到1:1）至压力表为30Pa，处理功率为200W，处理时间为90s。得到经等离子体处理的竹束。

将经等离子体处理的竹束放入固含量为25%的酚醛树脂胶内，浸胶时间25min，再把浸过胶的竹束滴干后，再进行干燥处理，干燥温度为60℃、干燥时间为3h。然后各取2份去除竹青、竹黄的竹束分别作为上、下表层，6份带竹青、竹黄的竹束作为芯层，进行铺装组坯。然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至150℃，在6.7MPa压力下热压1.3min/mm（侧向压力为0.7MPa）；然后冷却温度至50℃后降压卸板。压制得到的重组竹的技术指标：厚度25mm，密度1.21g/cm³，含水率9.2%，24h吸水厚度膨胀率1.2%，24h吸水宽度膨胀率0.7%，静曲强度147 MPa，弹性模量13700 MPa，内结合强度3.2 MPa，2h水煮厚度膨胀率6.7%，2h水煮宽度膨胀率1.6%，2h水煮后内结合强度2.6 MPa，2h水煮后静曲强度92 MPa；天然耐腐性达到耐腐Ⅰ级。

本发明制得的重组竹产品厚度在15~50mm。以厚度为25mm为例，密度为1.02-1.30g/cm³，含水率为7.2~13.3%，24h吸水厚度膨胀率为0.8~2.2%，24h吸水宽度膨胀率为0.3~1.1%，静曲强度为123~153MPa，弹性模量为12300~14500 MPa，内结合强度为2.6~3.5 MPa，2h水煮厚度膨胀率为4.5~10.2%，2h水煮宽度膨胀率为0.8~1.6%，2h水煮后内结合强度为1.2~2.8 MPa，2h水煮后静曲强度为65~95 MPa；天然耐腐性至少达耐腐Ⅱ级（试样受木腐菌朽试验前后质量损失率在8.6~18.2%）。

需要说明的是：1）本发明采用的是以毛竹为原料，为了拓宽原料范围，可以采用其他竹种为原料通过等离子体处理并进行三层结构的组坯方式进行生产重组竹。2）本发明采用的表层竹束采用了热处理工艺，是为了达到更佳的表面外观性能，同时更具有防腐性能。表面未经热处理的竹束同样适用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种采用等离子体技术制造重组竹的方法，其特征在于：将经等离子体处理的竹束组坯，再经过热压成型工艺得到重组竹；所用的等离子体处理气氛气体为氧气、氮气、氩气、氨气中的一种或两种；

包括以下步骤：

（1）将带竹青、竹黄的竹束进行干燥至含水率为8~10%；

（2）将去竹青、竹黄的竹束经过蒸汽高温热处理后进行干燥至含水率为8~10%；

（3）将干燥后的竹束进行等离子体处理：将竹束置于等离子体处理腔内，抽真空至压力为10Pa，再通入等离子体处理气氛气体至压力为30~60Pa，处理时间为30~120s，处理功率为60~220W；

（4）经等离子体处理的竹束放入固含量为25~40%的酚醛树脂胶内浸胶10~30min，滴干，干燥处理：温度为60~80℃、时间为3~6h；

（5）将经过步骤（1）、（3）、（4）得到的竹束作为重组竹的芯层，将经过步骤（2）、（3）、（4）得到的竹束作为重组竹的表层；

（6）按表层竹束占1~4质量份、层芯竹束占6~9质量份的比例进行铺装组坯，形成三层结构；然后移至带双向加压且具有冷却功能的热压机进行热压，升温至130~150℃，在5~8MPa压力下热压0.8~1.3min/mm；然后冷却至50~60℃后降压卸板。