CN106926326B - 一种等厚变截面竹筒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，包括如下工艺步骤：（1）新鲜竹筒去除内节；（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；（4）成型竹筒的干燥处理。优点：新鲜圆竹筒温度130～180℃在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒易压缩变形，加上后期干燥收缩又不会造成开裂，成型竹筒的干燥开裂等缺陷将会大大减少。这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的成型竹筒的尺寸稳定性更佳，具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具、室内装饰、竹建筑和户外景观。使圆竹筒压缩成定厚的扁平竹筒的大规模生产成为可能，也为竹产业的健康发展提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，属木材工业中的竹材加工技术领域。
背景技术
家庭装修、家具和户外木质材料主要使用天然实木，如非洲菠萝格、缅甸柚木、南美伊贝和美洲橡木等大径级硬阔叶材，和经防腐剂处理的俄罗斯樟子松、美国南方松等。含重金属等有毒成分的防腐剂使用会带来使用过程中的随雨水冲刷流失而影响生态环境，然而随着社会经济的发展和人口的增加，全球对木材的需求不断增长。由于全球环境压力加大，各国政府和人民的环境意识加强，认识到保护森林的重要性，大直径原木供给越来越短缺，依赖天然林原木作为原料的时代已经过去。
我国的竹子资源集中分布在长江以南的14个省、市、自治区。今天，竹产业已经成为我国竹产区的支柱产业。我国竹林面积和竹材产量已由1950年130万公顷和160万吨，增加到2011年的538.1万公顷和16.44亿根。这些为我国发展竹材加工提供了坚实、可持续的资源基础，竹材圆筒结构是天然形成的奇妙的结构，这种结构符合材料力学中的等强度设计原理，可以作为结构材来使用，如云南傣族的竹楼，主要使用圆竹建成。但在使用过程中容易发生开裂，限制了作为结构材的使用范围，并易使水、虫、腐朽菌等进入其中，造成虫蛀和腐朽等影响其使用寿命。因此，圆竹的大小不等，截面大都不是标准的圆形，在使用时，不便将其与其它材料标准连接，不能像锯材那样使用，限制了其使用的场合，另外竹筒防裂、防蛀和尺寸稳定性好等技术难题的也需要解决，这样才能实现竹资源可持续利用。
木材的炭化通常采用先将其干燥到绝干，然后再升温到180～220℃的环境下保持1～4小时，然后还需通蒸汽使其达到其平衡含水率。炭化处理时间长，工序比较繁琐。
如能将圆竹筒快速炭化、等厚定型并干燥，这样就可以将圆竹这种材料作为一种家具材料、建筑材料和户外景观材料来使用，这是因为干燥后的无裂缝，就保持圆竹原来的最佳结构强度，外层致密的结构使得虫菌等都不能进入；通过炭化处理后，竹材中的适合虫菌生长的营养物质被分解，且其平衡含水率也较低，这样其尺寸稳定性、耐腐和防蛀的能力就提高，可是作为户外的围栏等景观材料使用，提高其使用附加值。
新鲜圆竹在高温的饱和蒸汽中处理10～60分钟，利用竹材中含有木质素、纤维素和半纤维素的材质，在高温130～180℃以及竹材含水率高于30%以上的情况下，易发生半纤维素的快速水解和热解而炭化，该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒易压缩变形，加上后期干燥收缩又不会造成开裂，成型竹筒的干燥开裂等缺陷将会大大减少。
发明内容
本发明提出的是一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其目的旨在利用新鲜圆竹筒在温度为130～180℃的高温饱和蒸汽罐中，利用高温蒸汽的快速加热和湿热热处理，使竹筒保湿加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素在如此高的温度和湿度下迅速水解和热解，达到短时间高效炭化目的。该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒的干燥收缩又不会造成开裂，成型竹筒的干燥开裂等缺陷将会大大改善；
这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的成型竹筒，其尺寸稳定性更佳，且具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具配件、室内装修和户外景观。
本发明的技术解决方案：一种等厚变截面竹筒的制造方法，包括如下工艺步骤：
（1）新鲜竹筒去除内节；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；
（4）成型竹筒的干燥处理；
所述的步骤（1）新鲜竹筒去除内节；直径为80～100mm的新鲜竹筒，含水率大于30%，按要求截成900～3000mm长，将其内节在设备上纵向打通；
所述的步骤（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为130～180℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到130～180℃的温度，然后保持10～60分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
所述的步骤（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度12～20mm宽，高度50～90mm的隔条，该隔条左右移动，并充当厚度规的作用，当多层压机向下压缩时，上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一可以升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规定（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置固定，这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
所述的步骤（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度60～100℃，湿度75～80%的干燥窑内进行干燥，经过36～54h干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
本发明的优点：新鲜圆竹筒在温度为130～180℃的高温饱和蒸汽罐中，利用高温蒸汽的快速加热和湿热热处理，使竹筒保湿加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素在如此高的温度和湿度下迅速水解和热解，达到短时间高效炭化目的。该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒易压缩变形，加上后期干燥收缩又不会造成开裂，成型竹筒的干燥开裂等缺陷将会大大减少。这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的成型竹筒的尺寸稳定性更佳，且该成型竹筒具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具、室内装饰、竹建筑和户外景观。使圆竹筒压缩成定厚的扁平竹筒的大规模生产成为可能，也为竹产业的健康发展提供保障。
附图说明
图1为等厚变截面竹筒压缩后的俯视结构示意图。
图2为等厚变截面竹筒压缩后的主视结构示意图。
图中的1为四周固定框架，2为竹筒，3为两竹筒间的隔条，4为侧向锁紧固定装置；5为四周固定框架及底板，6为成型竹筒，7为可以上下活动的上压板。
具体实施方式
实施例1，制造等厚变截面竹筒的方法，由如下步骤组成：
（1）新鲜竹筒去除内节；直径为100mm的新鲜竹筒，刚砍伐9天含水率30%，按要求截成3000mm长，将其内节在设备上纵向打通；或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为180℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到180℃的温度，然后保持60分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面，即宽度呈锥度成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度20mm宽，高度90mm的隔条3，该隔条可以左右移动，并充当厚度规的作用。当多层压机向下压缩时，可以上下活动的上压板7一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条3停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置4固定。这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度100℃，湿度80%的干燥窑内进行干燥，经过54h就可以干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒6。
实施例2，制造等厚变截面竹筒的方法，由如下步骤组成：
（1）新鲜竹筒去除内节；直径为80mm的新鲜竹筒（（刚砍伐8天）含水率31%，按要求截成900mm长，将其内节在设备上纵向打通；或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为130℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到130℃的温度，然后保持10分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度12mm宽，高度50mm的隔条，该隔条可以左右移动，并充当厚度规的作用。当多层压机向下压缩时，可以上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一可以升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置固定。这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度60℃，湿度75%的干燥窑内进行干燥，经过36h就可以干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
实施例3，制造等厚变截面竹筒的方法，由如下步骤组成：
（1）新鲜竹筒去除内节；直径为90mm的新鲜竹筒（（刚砍伐10天）含水率33%，按要求截成2000mm长，将其内节在设备上纵向打通；或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为160℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到160℃的温度，然后保持35分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度16mm宽，高度70mm的隔条，该隔条可以左右移动，并充当厚度规的作用。当多层压机向下压缩时，可以上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条3停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置固定。这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度80℃，湿度76%的干燥窑内进行干燥，经过45h就可以干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
实施例4，制造等厚变截面竹筒的方法，由如下步骤组成：
（1）新鲜竹筒去除内节；直径为75mm的新鲜竹筒（（刚砍伐6天）含水率34%），按要求截成850mm长，将其内节在设备上纵向打通；或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为120℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到120℃的温度，然后保持9分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度10mm宽，高度45mm的隔条，该隔条可以左右移动，并充当厚度规的作用。当多层压机向下压缩时，可以上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一可以升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置5固定。这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度55℃，湿度70%的干燥窑内进行干燥，经过35h就可以干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
实施例5，制造等厚变截面竹筒的方法，由如下步骤组成：
（1）新鲜竹筒去除内节；直径为110mm的新鲜竹筒（（刚砍伐11天）含水率28%以上），按要求截成3100mm长，将其内节在设备上纵向打通；或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为185℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到180℃的温度，然后保持65分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面（即宽度呈锥度）成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度22mm宽，高度92mm的隔条，该隔条可以左右移动，并充当厚度规的作用。当多层压机向下压缩时，可以上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压倒起厚度规的隔条停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一可以升缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压倒厚度规（隔条）时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置固定。这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒；
（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度110℃，湿度82%的干燥窑内进行干燥，经过55h就可以干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
Claims (5)
1.一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其特征是包括如下工艺步骤：
（1）新鲜竹筒去除内节；
（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；
（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面成型；
（4）成型竹筒的干燥处理；
所述的步骤（3）圆竹筒的等厚和宽度方向的变截面成型；将圆竹按照大小头颠倒并排排放，每两根竹之间放一片厚度12～20mm宽，高度50～90mm的隔条，该隔条左右移动，并充当厚度规的作用，当多层压机向下压缩时，上下活动的上压板一起随之向下运动，最终压到起厚度规的隔条停止，随后被锁紧装置锁住；与此同时在压机空档中有一可以伸缩的油缸或气缸，将竹筒从侧面顶住，这样在上下和左右方向的压力作用下，当圆竹被压到厚度规定时，侧向油缸将其从侧面顶紧后，侧向锁紧固定装置固定，这样圆竹筒被定型为厚度一定，宽度随高度变化的截面为接近平行四边的竹筒。
2.根据权利要求1所述一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其特征是所述的步骤（1）新鲜竹筒去除内节；直径为80～100mm的新鲜竹筒，含水率大于30%，按要求截成900～3000mm长，将其内节在设备上纵向打通。
3.根据权利要求1所述的一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其特征是所述的步骤（2）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；将罐内通入温度为130～180℃高温饱和蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到130～180℃的温度，然后保持10～60分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出。
4.根据权利要求1所述的一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其特征是所述的步骤（4）成型竹筒的干燥处理；将成型好的竹筒连同夹具一起取出后，放到干燥窑中，将其一层一层堆放好，风向和竹筒的轴向平行，然后先向室内通入蒸汽将竹筒预热，然后再在温度60～100℃，湿度75～80%的干燥窑内进行干燥，经过36～54h干燥完毕，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的成型竹筒。
5.根据权利要求1所述的一种等厚变截面竹筒的高效制造方法，其特征是成型的压机的压板温度为60～120℃。
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