CN107457859A - 一种高强长束竹纤维的制造方法 - Google Patents

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许斌
朱其孟
李延军
程大莉
张齐生
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Abstract

本发明涉及的是一种高强长束竹纤维的制造方法，包括以下工艺步骤：（1）竹材的前处理；（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；（3）竹材碾压分散出竹纤维束。优点：采用新鲜或泡水后的圆竹筒或竹片，经高温饱和蒸汽10～60分钟的快速热处理，再将其通过多辊纵向碾压，或单辊横向碾压，或用锤击方法，很容易将竹纤维束之间分离开来，得到高强长束竹纤维，因竹片本身含有水分，竹维管束之间薄壁组织经过高温水解和高温的热解作用而变性，竹维管束间容易分离，采用本方法生产高强长束竹纤维，具有成本低，无任何化学试剂添加，处理方法简单、时间短、纤维的强度下降小，丢弃后可以作为燃料或有机肥料肥田等优点。

Description

一种高强长束竹纤维的制造方法
技术领域
本发明涉及的是一种高强长束竹纤维的制造方法，属木材工业中的竹材加工技术领域。
背景技术
大多数天然纤维复合材料使用的是束状纤维，竹材的竹束纤维制取方法主要包括化学离析和物理疏解，其中以亚硫酸盐制浆法为代表，通过脱除木质素实现纤维素的重新组合，通常用于纺织；而以机械碾压为代表的物理疏解法则是通过有效分离薄壁细胞，实现维管束的重新组合。已知单根竹纤维的拉伸强度高达1770MPa（化学分离）、930MPa（机械分离）；维管束的拉伸强度达到470 MPa（机械分离），竹束纤维（通过化学离析或碾压疏解作用将竹材薄壁细胞分离形成的多个维管束在一起的竹丝纤维）拉伸强度达到610MPa（化学分离）、290MPa（机械分离），这些数据可以让我们了解到竹束纤维强度很高。化学离析法需要花费化学试剂，废水的治理也是一大难题；采用物理疏解费工又费时，其不能精确将薄壁细胞破坏，在疏解时将纤维割破和割断，强度大为减少。因此迫切需要有更好的方法来得到基本是由维管束组成的长束竹纤维，并且要求是一种可持续来源稳定的方法。
中国是世界上最大的竹资源大国，竹子种植和使用有着悠久的历史，在竹种资源、面积、竹产量和出口量居世界第一位，素有“竹子王国”的美誉。中国位于世界竹子分布的中心，竹类有500余种，面积为673万hm2，为世界竹资源的1/3，自然分布东起台湾，西至西藏，南至海南，北至辽宁的广大地区，集中在长江的16个省（市、区），竹子具有一次成林、长期利用、生长快、成材周期短、生产力高等特点。竹材资源丰富，且其除竹节外，纤维都是纵向平行排列，无横向纤维，这种纵向排列的维管束，为制取高强长束纤维提供了可持续的原料来源。
随着社会经济的发展和人口的增加，全球环境压力加大，各国政府和人民的环境意识加强，认识到生态循环的重要性，竹子具有一次造林成功，地下茎即可年年行鞭、出笋、成竹，年年择伐，生生不息，永续利用。竹子生长迅速，生长周期短。从竹笋出土到竹杆形态的形成，仅需50-60天。象毛竹这样的大型散生竹竹杆发育成熟只需4～5年时间，丛生竹（如巨龙竹）竹杆成熟时间更短，约为2～3年。竹材具有资源利用的可持续性，不破坏森林资源。
发明内容
本发明提出的是一种高强长束竹纤维的制造方法，其目的旨在利用竹材的纤维几乎都是纵向平行排列特点，制造高强长束竹纤维。
本发明的技术方案：
高强长束竹纤维的制造方法,包括如下工艺步骤：
（1）竹材的前处理；
（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；
（3）竹材碾压分散出竹纤维束。
本发明的优点：新鲜或浸泡过水的圆竹筒或竹片在温度为160～190℃的饱和蒸汽罐中处理一段时间，维管束之间的结合力大大减少，达到短时间将维管束之间结合力减弱的目的。在经过高温热处理后，此时的竹纤维尺寸稳定性好，已具备防腐、防蛀和防霉功效，这种高强长束竹纤维生产成本低，无任何化学试剂添加，处理方法简单、时间短、纤维的强度下降小，丢弃后可以作为燃料或生物质的材料肥田。因此，采用竹材来作为经济环保的纤维材料，是一种可持续的循环经济。
具体实施方式
一种高强长束竹纤维的制造方法，包括如下工艺步骤：
（1）竹材的前处理；（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；（3）竹材碾压分散出竹纤维束：
（1）竹材的前处理，直径为10～300mm的新鲜竹筒（含水率高于30%，已经干燥的竹材需将其含水率调整至30%以上），按要求截成30～4000mm长，将其内节去除，保留圆筒，或将其劈成3-8片长竹片。将竹材用小车堆垛好，竹材之间需有空隙，堆垛时竹材长度方向有5-15°斜度，竹青面朝上；
（2）竹材的高温饱和蒸汽处理，将装有竹材的小车推进压力罐内，关闭罐门，向罐内通入温度为160～190℃高温饱和蒸汽，保持10～60分钟处理时间。然后将蒸汽缓慢减压排出，将小车拉出；
（3）竹材碾压分散出竹纤维束，将处理好的竹材再将其通过多辊碾压纵向碾压，或单辊横向碾压，或用锤击方法，将竹纤维束之间分离开来，去除薄壁组织等，就得到了高强长束竹纤维，其直径为0.25-0.60mm，竹节处稍大。
实施例1，一种高强长束竹纤维的制造方法如下：
（1）竹材的前处理，直径为100mm的新鲜竹筒，按要求截成2m长竹筒，将竹筒内的内节全部去除，8°倾斜排放在小车上，以便于竹筒内的冷凝水排出。对罐内通入温度为190℃高温蒸汽，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190℃的温度，然后保温12分钟，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，直至罐内蒸汽全部排出；
（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；将装有竹筒的小车推进压力罐内，关闭罐门，向罐内通入温度为180℃高温饱和蒸汽，保持25分钟处理时间。然后将将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至罐内蒸汽全部排出，将小车拉出；
（3）竹材碾压分散出竹纤维束，将竹材再通过多辊碾压纵向碾压，竹纤维束之间分离开来，就得到了高强长束竹纤维，高强长束竹纤维直径为0.25mm，竹节处稍大。
实施例2，一种高强长束竹纤维的制造方法如下：
（1）竹材的前处理，直径为100mm的新鲜竹筒，按要求截成0.8m长竹筒，将竹筒内的内节全部去除，劈成2片，然后10°倾斜排放在小车上，竹青朝上，以便于竹筒内的冷凝水排出；
（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；将装有竹材的小车推进压力罐内，关闭罐门，向罐内通入温度为170℃高温饱和蒸汽，保持40分钟处理时间。然后将将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至罐内蒸汽全部排出，将小车拉出；
（3）竹材碾压分散出竹纤维束，将竹材再通过横向碾压，竹纤维束之间分离开来，就得到了高强长束竹纤维。其直径为0.60mm，竹节处稍大。
实施例3，一种高强长束竹纤维的制造方法如下：
（1）竹材的前处理，直径为200mm的新鲜竹筒，按要求截成2m长竹筒，将竹筒内的内节全部去除，劈成5片，然后10°倾斜排放在小车上，竹青朝上，以便于竹筒内的冷凝水排出；
（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；将装有竹材的小车推进压力罐内，关闭罐门，向罐内通入温度为160℃高温饱和蒸汽，保持60分钟处理时间。然后将将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至罐内蒸汽全部排出，将小车拉出；
（3）竹材碾压分散出竹纤维束，将竹材再通过锤击方法，竹纤维束之间分离开来，就得到了高强长束竹纤维。其直径为0.50mm，竹节处稍大。

Claims (2)

1.一种高强长束竹纤维的制造方法，其特征是包括如下工艺步骤：
（1）竹材的前处理；（2）竹材的高温饱和蒸汽处理；（3）竹材碾压分散出竹纤维束；
所述的步骤（1）竹材的前处理，直径为10～300mm含水率高于30%的新鲜竹筒，已经干燥的竹材需将其含水率调整至30%以上，按要求截成30～4000mm长，将其内节去除，保留圆筒或将其劈成3～8片长竹片；将竹材用小车堆垛好，竹材之间需有空隙，堆垛时竹材长度方向有5～15°斜度，并将其竹青面朝上；
所述的步骤（2）竹材的高温饱和蒸汽处理，将装有竹材的小车推进压力罐内，关闭罐门，向罐内通入温度为160～190℃高温饱和蒸汽，保持10～60分钟处理时间；然后将蒸汽缓慢减压排出，将小车拉出；
所述的步骤（3）竹材碾压分散出竹纤维束，处理好的竹材通过多辊碾压纵向碾压，或单辊横向碾压，或用锤击方法，将竹纤维束分离开来，去除薄壁组织，就得到了高强长束竹纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高强长束竹纤维的制造方法，其特征是所述的高强长束竹纤维的直径为0.25～0.60mm，竹节处直径稍大，在长度方向上，有的纤维在竹节处断开。
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