CN107127845A - 一种用于竹重组材的油浴处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于竹重组材的油浴处理方法，将含水率为10~30%的竹重组材间隔装模，使相邻所述竹重组材的板面之间形成气道、并在所述竹重组材的表面形成变形约束，随后将受约束的所述竹重组材匀速放入静置于高温介质油中；所述变形约束力动态地与所述竹重组材在油浴过程中形成的内部水蒸气分压力，所述介质油的温度为130~300℃。具有工序合格率更高的特点。

Description

一种用于竹重组材的油浴处理方法

技术领域

本申请涉及重组材的处理方法，具体涉及一种用于竹重组材的油浴处理方法。

背景技术

室内重组竹的制造方法为：将低温炭化或未经炭化的竹丝或竹片材拌胶后放入冷压模具中进行冷压预固化、并形成预固化方料，随后将预固化方料置于热固窑或热固通道中，进行胶黏剂的热固、并形成固化方料，最后锯切形成室内重组竹坯料。现有的室内重组竹的制造方法的优点在于，生产周转率高、施胶量小、成本低；而相反的，胶黏剂未得到充分固化、胶合强度低，同时竹丝或竹片材或未做炭化处理或仅作低温炭化处理，因而制成的重组竹稳定性、耐候性、耐腐性差。现有的户外重组竹的制造方法为：将高温炭化的竹丝或竹片材拌胶后放入热压模具中，随后将热压模具置于多层压机中，进行胶黏剂的热固、并形成固化坯料。现有的户外重组竹的制造方法的优点在于，高温炭化后竹丝或竹片材的稳定性好，胶黏剂得到充分固化，施胶量大、胶合强度高；而相反的，生产周转率低，同时竹丝或竹片材在高温炭化过程中产生大量的断裂损耗，为了弥补竹丝和竹片材强度的损失并得到足够的胶合强度，需要大量施胶，因而生产成本高。竹片材或竹丝的炭化处理工艺、以及胶黏剂的固化工艺制约了现有的技术的产品质量和成本。

为解决上述问题，从而提供一种适宜于竹片材的热处理工艺，中国专利201410246548.4公开了一种木材、竹材改性处理方法及改性木材、竹材和地板，其通过（1）将木、竹的片材置于高温介质油中，以高温介质油为加热介质进行炭化处理；（2）以热压、萃取等方式完成表面脱油处理；（3）施胶后高温高压（或常压）热固化形成一种改性的竹或木重组材料。然而上述方案存在不足之处，以片材的形式进行高温介质油的炭化处理，处理后片材表面附有介质油，而热压和萃取这种由内向外的提取方式无法完全清洁片材表面的附油，影响片材表面的胶黏性，成为胶钉形成的阻碍，使得胶黏剂难易在改性的片材表面形成结合力，从而制得的地板或型材的胶合强度差。另一个方面，改性后的竹、木片材与胶黏剂搅拌压合成型，竹、木片材纤维通道、毛细管道等水分通道中渗透并存储的介质油会逐渐向胶黏剂与片材的胶黏界面渗透，破坏界面从而引发脱胶，进一步降低了产品的胶合强度。

为进一步解决上述对比文件存在的技术问题，发明人在先申请有CN105171888A、CN105178557A、CN105196395A、CN105252620A等四个发明专利，公开了对冷压重组竹坯料（即由室内重组竹制备方法制得的坯料）进行高温油浴改性以达到户外用材质量要求的处理方法。该方法中，竹重组材内部形成两种介质油可渗透进而进入的空间，其一为竹单体的纤维通道、毛细管道等水分通道，其二是胶黏剂的分子间隙。当竹单体与胶黏剂混合压制固化后形成坯料，将该坯料静置于高温介质油中，随着静置处理的进行，高温的介质油同时进入竹单体储油空间和胶储油空间中：在竹单体的纤维通道、毛细管道等水分通道内的负压作用下，被虹吸吸入水分通道内，并随着介质油的冷却降温，在水分通道内被存储和固定；高温的介质油渗透进入固化的胶黏剂，并随着介质油的冷却降温，在胶黏剂中内存储和固定；进一步的，胶黏剂通过渗透进入竹单体表面的孔隙中形成胶钉而形成具有强度的胶黏界面，在成型的胶黏界面（竹单体的孔隙、和填充该孔隙的胶黏剂）渗透和存储有介质油。竹片材或竹丝在胶黏剂和介质油的保护下，经历高温炭化处理，其稳定性大幅提高、而不会产生破损和断裂；胶黏剂在高温的介质油的保护下，得到了二次固化，其交联度大大提高，从而耐油性大幅提高；由此，竹单体、胶黏剂、胶黏界面三者间通过均一的介质油得到了进一步的结合，提高了胶合强度。另外，相邻的竹单体、胶黏剂、胶黏界面三者间的介质油在高温条件下同时完成渗透、并在冷却降温过程中同时完成存储和固定，竹单体、胶黏剂和胶黏界面三者均达到饱和介质油或稳定的介质油含量的状态，由此，型材在制得后任一者均无向相邻的其他二者产生介质油的相互渗透；避免了型材在制得后，常温条件下竹单体中的介质油向胶黏界面渗透，这一指向胶黏界面的渗透过程将引发脱胶（由于在常温下，介质油几乎不会进一步渗透向胶黏剂中，渗透停止在胶黏界面上）。同时，介质油填补了竹片材或竹丝与胶黏剂之间的缝隙（当拌胶不充分时）、填补了竹片材或竹丝中未得到充分浸胶的部分（可以减少施胶量，降低成本，更加环保），由此得到的竹重组材的力学强度更好。

进一步的，二次固化过程无升温与降温的阶段，固化在0.5~4小时内完成，完成单立方坯料的固化仅1~5小时，大幅度提高了生产周转率。

然而上述技术方案仍存在出材率低的问题，其主要原因在于，油浴工序中合格率低，因而产生了废料。由此，前述的技术方案仍可被进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述结束问题，从而提供一种用于竹重组材的油浴处理方法，通过本技术方案制得的竹重组材可适用于户外使用，且较前述的技术方案，工序合格率更高，出材率更好。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于竹重组材的油浴处理方法，将含水率为10~30%的竹重组材间隔装模，使相邻所述竹重组材的板面之间形成气道、并在所述竹重组材的表面形成变形约束，随后将受约束的所述竹重组材匀速放入静置于高温介质油中；所述变形约束力动态地与所述竹重组材在油浴过程中形成的内部水蒸气分压力相抵消，所述介质油的温度为130~300℃。

在现有技术中，含水率不宜过高，应设定在较低的区间内（优选接近绝干），处理材料规格不宜过大（优选小料、薄料），同时油浴中的介质油逐步升温（优选阶梯式升温），以使坯料内部的水蒸气压力小于坯料的结构强度，避免坯料开裂、甚至炸裂。例如专利201410246548.4中公开的一种木材、竹材改性处理方法，“将木材或竹材浸没于植物油中，随后加热植物油至130~220℃”（说明书第05段），且其所能处理的竹材为厚度在5mm左右的片材（即所述的小料或薄料）、以及木材（说明书第23段）。上述工艺，是以油热处理（高温热处理）为目的，以提高处理材料的稳定性，不考虑介质油的浸渍（且尽可能减少介质油的浸渍、以获得较好的机加工性能），初含水率低、升温慢，因而水蒸气分压力小、负压小。

区别于竹片材和木材，重组竹是有竹丝拌胶后压合、固化制得的竹材大料、厚料，其竹纤维中存在的一定比例的断裂竹纤维和胶黏剂，形成了水分通道（同时为水-油置换通道）的阻碍；水蒸气分压力不足、负压不足时，影响了介质油的浸渍效果，介质油浸渍不充分，无法实现户外可用的含油量，且增加了处理时间。而为了获得足够的负压，在先申请中，室内重组竹坯料直接投入高温介质油中，此时，当坯料的含水率过低时，负压不足，引起浸渍不充分；当含水率过高时，坯料出现开裂、甚至炸裂；而逐步升温的方式在室内重组竹坯料的油浴上应用效果不佳，材料的破损率达30~40%。

本技术方案中，将室内重组竹坯料装入模具中，从而在竹重组材的表面上形成变形约束，限制竹重组材两个表面（纤维的截面方向为端向）的变形，保证坯料的材料强度始终大于内部水蒸气分压力；且在相邻的坯料表面之间形成气道，从而形成外部的水-油置换通道，以利于水分离开坯料以及介质油进入坯料。

进一步的，在先申请中，从高温介质油中取出后，模具中的坯料中间料表面附有介质油，高温的坯料中间料暴露并与外部常温介质（如空气）接触后，水分通道形成暂时负压，将表面附油进一步吸入水分通道中，在油浴后的竹重组材表面形成一个无油或含油量极低的表层，以利于竹重组材的机加工，例如砂光、刨切、横纹锯切等。

作为一种优选，所述介质油的温度为130~160℃，所述竹重组材的含水率为16~30%。在这种实施方式中，介质油的温度与竹重组材含水率的配合除了带来介质油的浸渍外，胶黏剂在介质油的保护下得到了二次固化，胶黏剂的交联度更高，提高了胶黏剂的耐油性和胶合性能。

作为一种优选，所述介质油的温度为160~240℃，所述竹重组材的含水率为16~26%。在这种实施方式中，较高的介质油的温度与竹重组材含水率的配合可以带来更大的负压以及由该负压带来的吸附力，以实现更深的浸渍深度（第一介质油层的厚度）。

合适的介质油的温度与竹重组材的含水率的搭配还有：所述介质油的温度为160~180℃，所述竹重组材的含水率为16~24%；所述介质油的温度为180~240℃，所述竹重组材的含水率为14~22%；所述介质油的温度为180~200℃，所述竹重组材的含水率为16~25%。

作为一种优选，所述介质油的温度为240~300℃，所述竹重组材的含水率为10~16%。当竹重组材的含水率较低时，可以通过提高介质油的温度的值，以获得所需的负压以及由该负压带来的吸附力。

合适的介质油的温度与竹重组材的含水率的搭配另外还有：所述介质油的温度为240~260℃，所述竹重组材的含水率为10~12%；所述介质油的温度为260~300℃，所述竹重组材的含水率为12~16%。

作为优选，通过一对压板以及限制一对所述压板相对距离的多组丝杆副形成所述竹重组材表面的变形约束，所述丝杆副均布于所述压板面上。

作为优选，所述丝杆副的数量服从

N=（9.0~10.0）*（mc*1.4a*T）/d

其中，

N——丝杆副的数量

x₁——第一系数，x₁=9.0~10.0，mm/℃

mc——竹重组材的含水率，取无单位值

a——装载量，实际处理的竹重组材的体积与一对压板可容纳的竹重组材的体积的比值，%

T₁——第一温度的数值，℃

d——丝杆直径，mm。

当丝杆直径一定时，单个丝杆副能向一对压板提供的限制力是一定的，因而通过将第一系数x₁限定在9.0~10.0mm/℃的范围内，可通过确定竹重组材的平均含水率、装载量、第一温度和丝杆直径，从而推算得到需要多少组丝杆副以提供足够的限制力。丝杆直径的常规取值为16mm、20mm和24mm，优选的值为20mm。由于介质油在高温下粘性较小，且可耐高温的介质油在高温下粘性接近，因而本规律公式中，仅以第一温度作为其中一个参数。本规律公式用于根据设计产品反推工艺过程中所需要的丝杆副的数量。

作为优选，所述气道的宽度为1~3mm。

作为优选，在所述竹重组材的两个侧面和两个端面均设有限位固定阻挡。

在一对压板所围成的空间的四周侧还设有阻挡，阻挡可以通过布局于边部的丝杆提供，也可以另外使用挡板等结构提供阻挡。该阻挡用于限制竹重组材在一对压板之间的横向移动。

作为优选，装模后的所述竹重组材以其纤维方向水平于所述介质油油面的形式浸入所述介质油中，且所述竹重组材自接触所述介质油的油面至浸没于所述介质油中的耗时为1~10min/m。

作为优选，所述竹重组材自接触所述介质油的油面至浸没于所述介质油中的耗时为1~3min/m。

作为优选，油浴后的所述竹重组材包括具有厚度的介质油层，所述介质油层的厚度服从

M=x₂*mc*T

其中，

M——介质油层的厚度，mm

x₂——第二系数，mm/℃

mc——竹重组材的含水率，取无单位值

T——介质油的温度，℃；

当mc=10~20%、T=130~240℃时，x₂=0.20~0.23；当mc=20~30%、T=240~300℃时，M=9.6~11.0 mm。

经发明人大量的实验发现，当含水率以20%为界限、第一温度以240℃为界限时，第一介质油层的厚度随含水率和第一温度的变化产生了不同的趋势，受限于变形约束的作用，高含水率和高的第一温度对介质油的吸附、浸渍起到的作用达到了接近平衡的状态，此时第一介质油层的厚度维持在含水率20%、第一温度240℃时的厚度，即9.6~11.0mm范围内。

作为优选，所述竹重组材在所述介质油中的静置时间为0.5~4h。

综上所述，本技术方案的一种用于竹重组材的油浴处理方法至少具备以下的特点：油浴出材率高，由丝杆副提供的变形约束力提高了竹重组材的内结合强度，避免在高温油浴过程中产生爆裂，提高了出材率。

附图说明

图1是本发明实施例的本技术方案所制得竹重组材的性能参数及与对照组的性能参数比较示意图。

具体实施方式

在实施例1-5中，首先由干燥竹丝和酚醛树脂胶黏剂经冷压、热固得到含水率为10~30%的竹重组材。将竹重组材装载入模具中，模具包括一对压板，均布且用于限制一对压板的间距的多组丝杆副，一对顶板和一对侧板；装载后，拧紧丝杆螺母，在竹重组材的表面形成变形约束力；相邻的竹重组材的表面之间通过网格垫片间隔，网格垫片的厚度为1~3mm、优选1.5mm。随后将该竹重组材静以纤维方向平行于油介质液面的形式，下落速度（投料速度）为1~10min/m，置于温度为130~300℃的介质油中，处理后的竹重组材具有介质油层。本领域普通技术人员可知，通过对竹重组材竹重组材进行干燥处理，可得到适宜的含水率；通过采用适宜的该含水率和适宜的静置时间，可得到本技术方案所限定的适宜的第一介质油层和第二介质油层的含油量、厚度、以及胶储油空间中的含油量（胶储油空间中含有的介质油的质量与含有的胶黏剂的质量之比）。

实施例1：选用规格为1920*200*24mm的竹重组材，介质油为矿物质油，设计产品具有厚度为2.5~5mm的介质油层，产品含水率2~6%，介质油层中的平均含油量为4~8%，表层无油层（含油量低于1%）的厚度为1~2mm。

为获得设计的产品参数，竹重组材的初始含水率为10~16%。首先将竹重组材装入模具中，模具装载量为100%，选用厚度为1mm的网格垫片；将竹重组材置于介质油中，介质油的温度为135±5℃，竹重组材在2min内完全浸没。选用20mm直径的丝杆，丝杆副的组数按照最高含水率16%、最高油温140℃、调节系数为9.5计算，N=9.5*（0.16*1.4*140）/20，取整后N为15。

实施例2：选用规格为2400*240*34mm的竹重组材，介质油为植物油，设计产品具有厚度为4.5~7mm的介质油层，介质油层中的平均含油量为6~8%，表层无油层（含油量低于1%）的厚度为1~2mm。

为获得设计的产品参数，竹重组材的初始含水率为12~16%。首先将竹重组材装入模具中，模具装载量为100%，选用厚度为1.5mm的网格垫片；将竹重组材置于介质油中，介质油的温度为180±5℃，竹重组材在7.5min内完全浸没。选用24mm直径的丝杆，丝杆副的组数按照最高含水率16%、最高油温185℃、调节系数为9.0计算，N=9.0*（0.16*1.4*185）/24，取整后N为16。

实施例3：选用规格为2400*260*40mm的竹重组材，介质油选用烷基联苯型导热油，设计产品具有厚度为6~10mm的介质油层，介质油层中的平均含油量为4~7%，表层无油层（含油量低于1%）的厚度为1~2mm。

为获得设计的产品参数，竹重组材的初始含水率为14~20%。首先将竹重组材装入模具中，模具装载量为90%，选用厚度为2.0mm的网格垫片；将竹重组材置于介质油中，介质油的温度为205±5℃，竹重组材在10min内完全浸没。选用24mm直径的丝杆，丝杆副的组数按照最高含水率20%、最高油温210℃、调节系数为9.5计算，N=9.5*（0.2*1.4*0.9*210）/24，取整后N为21。

实施例4：选用规格为1920*200*24mm的竹重组材，选用联苯和联苯醚低熔混合物型导热油作为介质油，竹重组材的初始含水率为15~22%，介质油的温度为225±5℃，竹重组材在2min内完全浸没；介质油层在纵剖面上的厚度为6.5~9.6mm，介质油层中的平均含油量为4~8%，表层无油层（含油量低于1%）的厚度为1~2mm。

实施例5：选用规格为2400*260*40mm的竹重组材，选用烷基萘型导热油作为介质油，竹重组材的初始含水率为20~30%，介质油的温度为295±5℃，竹重组材在6min内完全浸没；介质油层在纵剖面上的厚度为9.6~11mm，介质油层中的平均含油量为6~10%，表层无油层（含油量低于1%）的厚度为1~2mm。

实施例1-5中，所述的纵剖面厚度测量方式为取竹重组材的纵剖面，介质油层为环状时（竹重组材芯部无介质油），其厚度为环上任意一个上表面至对应的下表面的距离的均值。所述的纵剖面厚度测量方式为取竹重组材的横剖面，其计算方式同纵剖面的计算方式。

实施例1-5中，所述的平均含油量为介质油层中含有的介质油的质量与含有的竹单体和胶黏剂的质量之比。

实施例1-5中，所得到的竹重组材的性能参数及与对照组的性能参数比较见附图1，其中对照组为市场购得重组竹产品，实验方法执行GB/T 30364-2013《重组竹地板》。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：将含水率为10~30%的竹重组材间隔装模，使相邻所述竹重组材的板面之间形成气道、并在所述竹重组材的表面形成变形约束，随后将受约束的所述竹重组材匀速放入静置于高温介质油中；所述变形约束力动态地与所述竹重组材在油浴过程中形成的内部水蒸气分压力相抵消，所述介质油的温度为130~300℃。

2.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：通过一对压板以及限制一对所述压板相对距离的多组丝杆副形成所述初级材表面的变形约束，所述丝杆副均布于所述压板面上。

3.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：所述丝杆副的组数服从

其中，N为丝杆副的组数

x₁为第一系数，x₁=9.0~10.0，mm/℃

mc为竹重组材处理前的含水率，%

a为装载量，%

T为介质油的温度，℃

d为丝杆直径，mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：所述气道的宽度为1~3mm。

5.根据权利要求 1或2或3所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：在所述竹重组材的两个侧面和两个端面均设有限位固定阻挡。

6.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：装模后的所述竹重组材以其纤维方向水平于所述介质油油面的形式浸入所述介质油中，且所述竹重组材自接触所述介质油的油面至浸没于所述介质油中的耗时为1~10min/m。

7.根据权利要求6所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：所述竹重组材自接触所述介质油的油面至浸没于所述介质油中的耗时为1~3min/m。

8.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：油浴后的所述竹重组材包括具有厚度的介质油层，所述介质油层的厚度服从

其中，M为介质油层的厚度，mm

x₂为第二系数，mm/℃

mc为竹重组材处理前的含水率，取无单位值

T为介质油的温度，℃；

当mc=10~20%、T=130~240℃时，x₂=0.20~0.23；当mc=20~30%、T=240~300℃时，M=9.6~11.0 mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于竹重组材的油浴处理方法，其特征在于：所述竹重组材在所述介质油中的静置时间为0.5~4h。