CN107127856B - 一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺。本发明解决了现有的竹材经碳化工艺后其防虫蛀、防腐、防霉变、防开裂的性能提升不大，而且加工时间长的缺点。该工艺通过步骤A‑G，经过断竹、剖片和粗刨制成竹条，经干燥将竹条含水率控制在小于30％，再经逐步升温完成高温干燥，并分阶段的进行温度，完成竹条的碳化过程，再经过分阶段的降温和调温，从而完成竹条的深度碳化。该工艺能对新鲜竹材进行快速彻底的物理深度碳化，提高碳化后竹材防腐、防霉变、防开裂的性能，而且还能增强碳化后竹材的稳定性，同时，缩短了碳化处理时间，并且又因为该工艺为纯物理加工，所以安全环保。以此可以制成一种性能优良、颜色美观、环境友好的室内和户外产品。
Description
技术领域
本发明属于竹材料碳化领域，具体涉及一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺。
背景技术
家具是指人类维持正常生活、从事生产实践和开展社会活动必不可少的器具设施大类，家具也跟随时代的脚步不断发展创新，到如今门类繁多、用料各异、品种齐全、用途不一，是建立工作生活空间的重要基础。现今，家具广泛应用于各类场所中使用，使用量巨大，同时，现今家具的材料大部分还是使用木质制造，因此消耗的木材量巨大。在现今全球森林乃至木材资源日益匮乏的情况下，转变家具用料耗材，减少树木砍伐，已变得越来越迫切。此时，竹材家具便应运而生了，全竹家具已成为未来家具的重要分支，正由于竹子吸湿、吸热性能高于木材的天然特性，使竹质家具具有冬暖夏凉的效果，同时，处理后的竹材板在一定程度上又能防虫驻、防开裂，具有极佳的应用前景。
碳化又称干馏、炭化、焦化，是指固体或有机物在隔绝空气条件下加热分解的反应过程，或者是加热固体物质来制取液体或气体(通常会变为固体)产物的一种方式。近年来，在木质家具的应用中，因为碳化能解决木材防潮、防腐、防地热等问题，因此，在家具尤其是地板业，木材的碳化工艺得到了极大地推广。经过碳化后的木地板，不仅可以和未处理的木材一样进行表面涂饰和维护，比如上漆、上蜡和上油等，而且可以通过磨光或涂刷的方法提高木材保护剂对木材的渗入程度，提高木材的使用寿命。为此，现有技术下，实竹材料的碳化也借鉴了实木材料的碳化工艺，目前，竹家具尤其是竹地板所加工的实竹材料，是先进行蒸煮，再经过汽化烘干和蒸汽碳化来实现碳化工艺的。而上述新鲜竹材的碳化工艺又却存在一定的缺点，首先，该工艺碳化后竹材防虫蛀、防腐、防霉变、防开裂的性能提升不大，即碳化深度较浅，只实现了一般的表面碳化而已，其工艺效果也比较有限，碳化后竹材的稳定性不足；其次，进行一次蒸煮、烘干和碳化的时间需要5-6天，加工时间长，碳化效率低；最后，通过现有的工艺进行碳化会产生相应的工业废水，如果处理不当会严重污染环境。
发明内容
(1)要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，该工艺能对新鲜竹材进行快速彻底的物理深度碳化，提高碳化后竹材防腐、防霉变、防开裂的性能，而且还能增强碳化后竹材的稳定性，同时，缩短了碳化处理时间，并且又因为该工艺为纯物理加工，不产生工业废水，所以安全环保。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，具体步骤为：
A.选取竹龄为4-6年、直径大于10cm、含水率大于40％的新鲜竹材进行断竹和剖片，把竹材加工成长度为1-2.5m、宽度为10-35mm的竹条；
B.经过粗刨，把竹条内外节打平，同时完全刨去竹黄，刨去竹青的80％；
C.将竹条放入碳化室内并进行堆垛，并通过加热装置进行加热升温，使碳化室内的温度控制在70℃，对竹条进行干燥，使竹条的含水率达到小于30％；
D.通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至76-80℃，保持1.1-1.3小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至69-71℃，保持4.9-5.1小时；
E.关闭喷饱和蒸汽，利用加热装置进行加热升温，通过每10分钟均匀上升8℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至100℃；再通过每10分钟均匀上升4℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至120℃；再通过每5分钟均匀上升1℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至130℃；
F.利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.7-1.9小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.1-1.3小时；
G.关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至78-82℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
优选地，在步骤D中，通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至78℃，保持1.2小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至70℃，保持5小时。
优选地，在步骤F中，利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.8小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.2小时。
优选地，在步骤G中，关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至80℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
(3)有益效果
本发明的物理深度碳化工艺与现有技术相比，首先，本发明在加工过程中，不使用任何的化学药剂，过程为纯物理加工，不产生工业废水安全环保，并且只需要经过高温碳化一次就能达到所需的效果，其处理时间约为20个小时，总的加工时间加起来也才大致2天左右，这使得该碳化工艺在缩短了处理时间的同时又更加安全环保；其次，在深度碳化的步骤D-G中，先通过热蒸汽加热进行升温，后再通过喷饱和蒸汽进行降温，并稳定一段时间，再结合电热箱进行特异性的升温，最后再将温度升高至极值，经过上述的过程，从而实现了竹材的深度碳化，使竹材内部的半纤维成分完全分解，将糖类等营养物质完全反应或挥发掉了，竹材内部重新生产新的化学键，从而达到了提高处理后竹材稳定性和耐候耐久性的效果，通过上述步骤，使碳化更加彻底和深入；最后，通过合理的步骤安排，同时结合各步骤最适宜的参数选择，如各步骤中的加热温度和保持时间，都是通过大量的实验和尝试才得出的最优参数，具有极高的实用性，通过最优化的加热和保温时间，极大地优化了碳化效果，再经过分阶段的升降温度，提高了碳化后竹材防腐、防霉变、防开裂的性能，极大地保证了本发明的深度碳化工艺最终产品的稳定性；总体而言，该工艺能对新鲜竹材进行快速彻底的物理深度碳化，提高碳化后竹材防腐、防霉变、防开裂的性能，而且还能增强碳化后竹材的稳定性，同时，缩短了碳化处理时间，并且又因为该工艺为纯物理加工，所以安全环保。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施方式为一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，具体步骤为：
A.选取竹龄为4-6年、直径大于10cm、含水率大于40％的新鲜竹材进行断竹和剖片，把竹材加工成长度为1m、宽度为10mm的竹条；
B.经过粗刨，把竹条内外节打平，同时完全刨去竹黄，刨去竹青的80％；
C.将竹条放入碳化室内并进行堆垛，并通过加热装置进行加热升温，使碳化室内的温度控制在70℃，对竹条进行干燥，使竹条的含水率达到小于30％；
D.通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至76℃，保持1.3小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至69℃，保持5.1小时；
E.关闭喷饱和蒸汽，利用加热装置进行加热升温，通过每10分钟均匀上升8℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至100℃；再通过每10分钟均匀上升4℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至120℃；再通过每5分钟均匀上升1℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至130℃；
F.利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.7小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.3小时；
G.关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至78℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
通过上述过程，得到完成深度碳化的竹条样品1。
实施例2
本实施方式为一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，具体步骤为：
A.选取竹龄为4-6年、直径大于10cm、含水率大于40％的新鲜竹材进行断竹和剖片，把竹材加工成长度为1.7m、宽度为23mm的竹条；
B.经过粗刨，把竹条内外节打平，同时完全刨去竹黄，刨去竹青的80％；
C.将竹条放入碳化室内并进行堆垛，并通过加热装置进行加热升温，使碳化室内的温度控制在70℃，对竹条进行干燥，使竹条的含水率达到小于30％；
D.通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至78℃，保持1.2小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至70℃，保持5小时；
E.关闭喷饱和蒸汽，利用加热装置进行加热升温，通过每10分钟均匀上升8℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至100℃；再通过每10分钟均匀上升4℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至120℃；再通过每5分钟均匀上升1℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至130℃；
F.利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.8小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.2小时；
G.关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至80℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
通过上述过程，得到完成深度碳化的竹条样品2。
实施例3
本实施方式为一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，具体步骤为：
A.选取竹龄为4-6年、直径大于10cm、含水率大于40％的新鲜竹材进行断竹和剖片，把竹材加工成长度为2.5m、宽度为35mm的竹条；
B.经过粗刨，把竹条内外节打平，同时完全刨去竹黄，刨去竹青的80％；
C.将竹条放入碳化室内并进行堆垛，并通过加热装置进行加热升温，使碳化室内的温度控制在70℃，对竹条进行干燥，使竹条的含水率达到小于30％；
D.通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至80℃，保持1.1小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至71℃，保持4.9小时；
E.关闭喷饱和蒸汽，利用加热装置进行加热升温，通过每10分钟均匀上升8℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至100℃；再通过每10分钟均匀上升4℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至120℃；再通过每5分钟均匀上升1℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至130℃；
F.利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.9小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.1小时；
G.关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至782℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
通过上述过程，得到完成深度碳化的竹条样品3。
实验对比：取用使用现有碳化工艺得到的实竹样品4，通过样品1、样品2、样品3和样品4进行对比，得出相关结论。
首先，通过分析三个实施例的实施过程，并和现有碳化工艺的实施过程进行对比，明显可以看出该实施例的工艺无需使用化学试剂就能对新鲜竹材进行快速彻底的深度碳化，缩短处理时间，而且不产生工业废水安全环保。
其次，通过检测可以知道，样品1、样品2、样品3和样品4的竹材吸水膨胀率分别为6％、5％、7％和10％；样品1、样品2、样品3和样品4的竹材发霉等级分别为2级、1级、2级和3级；由此可以看出，该实施例的工艺能提高碳化后竹材防腐和防霉变性能。
最后，通过检测可以知道，将样品1、样品2、样品3和样品4的竹材放置于相同的潮湿环境中，样品1、样品2、样品3和样品4的竹材湿度分别上升了为12％、11％、13％和17％；样品1、样品2、样品3和样品4的竹材劈裂强度分别降低了为5％、5％、6％和8％；样品1、样品2、样品3和样品4的竹材因湿度而发生变形的可能性分别降低了为3％、4％、4％和7％；由此可以看出，该实施例的工艺能提高碳化后竹材防开裂的和防变形的性能。
综上可知，该工艺能对新鲜竹材进行快速彻底的物理深度碳化，提高碳化后竹材防腐、防霉变、防开裂的性能，而且还能增强碳化后竹材的稳定性，同时，缩短了碳化处理时间，并且又因为该工艺为纯物理加工，不产生工业废水，所以安全环保。
以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，其特征在于，具体步骤为：
A.选取竹龄为4-6年、直径大于10cm、含水率大于40％的新鲜竹材进行断竹和剖片，把竹材加工成长度为1-2.5m、宽度为10-35mm的竹条；
B.经过粗刨，把竹条内外节打平，同时完全刨去竹黄，刨去竹青的80％；
C.将竹条放入碳化室内并进行堆垛，并通过加热装置进行加热升温，使碳化室内的温度控制在70℃，对竹条进行干燥，使竹条的含水率达到小于30％；
D.通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至76-80℃，保持1.1-1.3小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至69-71℃，保持4.9-5.1小时；
E.关闭喷饱和蒸汽，利用加热装置进行加热升温，通过每10分钟均匀上升8℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至100℃；再通过每10分钟均匀上升4℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至120℃；再通过每5分钟均匀上升1℃的方式，将碳化窑内的温度逐渐上升至130℃；
F.利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.7-1.9小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.1-1.3小时；
G.关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至78-82℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
2.根据权利要求1所述的一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，其特征在于，在步骤D中，通过过热蒸汽进行加热升温，将碳化窑内的温度上升至78℃，保持1.2小时；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至70℃，保持5小时。
3.根据权利要求1所述的一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，其特征在于，在步骤F中，利用加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至160℃，保持1.8小时；再通过加热装置进行加热升温，将碳化窑内的温度直接上升至180℃，保持1.2小时。
4.根据权利要求1所述的一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺，其特征在于，在步骤G中，关闭加热装置，利用自然冷却进行降温，将碳化窑内的温度下降至100℃；再利用喷饱和蒸汽进行降温，将碳化窑内的温度下降至80℃，此时持续检测竹条的含水率，并继续喷饱和蒸汽，当竹条的含水率达到了7％时，关闭喷饱和蒸汽，使竹条自然冷却并出窑，从而完成竹条的深度碳化。
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