CN108673663A - 一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，将毛竹展平板经干燥、分选、粗刨、分级、接长、精刨、施胶、组坯、加压固化等处理后制备多种组坯结构和尺寸规格的新型竹层积材。该方法简化了竹层积材的制备工序，提高了生产效率；通过分级和设计，保证了竹层积材的品质；以毛竹展平板代替规格竹片，有效减少胶粘剂使用量，降低生产成本，使之更符合环保要求；不同规格尺寸和强度等级的新型竹层积材既可应用传统于家具制造、家居装修等领域，也可以广泛应用于建筑工程领域。

Description

一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法。

背景技术

我国木材资源匮乏，而竹材资源丰富。竹材具有强大的生态功能和巨大的经济价值，被认为是另一种重要的生物质材料。我国在竹材基础研究和应用研究方面取得一系列重要成果，在竹材开发和利用方面走在世界前列。

目前，竹层积材基本加工单元主要为规格竹片。竹片尺寸小，竹材综合利用低；胶合成型时胶合面多，胶粘剂使用量大，生产成本高而环保性差；竹片单元未经密度及模量分级，产品质量及性能不均一。另外，竹材属于各项异性材料，产品容易受环境温湿度的影响产生裂缝或变形，严重影响产品质量。与木材工业相比，使用规则小竹片生产较大规格的板方材工序复杂，成本高，且产品质量和性能难以保证。

随着竹材基础研究和应用研究的不断深入，竹材展平技术取得了重大突破，开发出较为成熟的软化工艺及展平设备。竹材展平通常使用高温高湿加压密封罐将经过初步处理(去内、外节，去青等)的圆竹筒或者弧形竹材快速软化，并借助设备将其辊压展平获得整幅面或较大幅面的竹材展平板。目前，展平所使用的竹种为毛竹，毛竹展平板在我国主要竹产区已实现规模化生产，代表产品主要是竹砧板和竹地板，而作为家具及结构用方材尚未形成产业体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，以毛竹展平板为基本单元，结合胶合木设计及制造方法，开发一种新型竹层积材。该产品既可用于传统非结构用材，如家具制造、家居装修等，也可作为新型结构材，如建筑、桥梁等领域广泛使用的梁、柱等。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，包括如下步骤：

S1、毛竹展平竹板的干燥及分选：

将毛竹展平板进行统一堆垛干燥处理，注意使板材处于受压状态；待板材含水率在9-11％时停止干燥；将干燥后的板材粗刨并定长，定宽，加工成尺寸为1450±1mm，宽度为135±1mm，厚度为6.1±0.1mm的毛竹展平板；

S2、毛竹展平板分级

采用称重及三点弯曲的方法确定毛竹展平板的密度等级及模量等级。

S3、毛竹展平板接长：

将相同等级的毛竹展平板进行指接或斜接接长，完成毛竹展平板的接长；

S4、毛竹展平板精刨处理：

采用四面刨床对接长后的毛竹展平板进行精刨加工，确保接长后的单元平整，表面光洁；

S5、施胶

在胶合面辊涂或淋涂胶黏剂，胶黏剂种类根据冷、热压工艺确定；

S6、接长毛竹展平板组坯：

将施胶后毛竹展平板按照设计要求依次组坯，组坯时注意胶合界面的选择，上下层之间确保是竹青面对竹黄面，依次展开组坯；

S7、竹层积材制备：

将步骤S6所得的板坯移入压机，加压工艺的选择根据产品要求和用途确定，通常对于规格较大，层数较多的结构用材，使用冷压工艺，对于规格较小的板材，则选择热压工艺或高频加热工艺；

S8、完成裁断，砂光，检验、包装等后处理。

进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、首先对干燥后毛竹展平板的长度、宽度、厚度等进行尺寸检量；检量的目的是验证经定长、定厚、定宽加工后板材的加工精度是否符合要求，如果加工后板材的尺寸稳定，在进行产品密度分级时可直接使用名义加工体积替代各个板材的实际体积，通过称重即可实现板材密度分级，简化分级程序，提高分级效率；

S22、毛竹展平板密度分级，参照规格竹条密度分级的方法，将毛竹展平板经传送带送入自动称重系统称重，以毛竹展平板的名义加工体积由系统计算出每块板材的气干密度，气干密度计算公式如下：

式中：ρ—气干密度，g/cm³；m—气干状态下质量，g；V—气干状态下名义加工体积；

根据气干密度测试结果，以0.05g/cm³的密度区间进行密度分级，密度等级以DY表示，Y为该等级区间最大值乘以100，单位为g/cm³；

S23、将称重后的展平竹经传送到送至三点弯曲静载加载区测定板材的模量；模量分级采用长跨距三点弯曲的方法，其计算公式如下：

式中：E--抗弯弹性模量，MPa；P--上、下限载荷之差；L--两支座间跨距，为600mm；Δ--上、下限载荷间试样变形值，mm；b--试样宽度，mm；d--试样厚度，mm；

根据测试结果，按照1GPa的模量区间长度对毛竹展平板进行模量分级。

优选地，所述步骤S3中，作为称重构件使用时采用指接工艺，此时接边坡度η≤1/10，指长≥20mm，指端宽度0.2-0.5mm。

优选地，所述步骤S4中，作为结构用材时，最外层为模量等级高的毛竹展平板，外层次之，中心芯层最弱。

本发明具有以下有益效果：

本发明以毛竹展平板替代传统小竹片，简化了竹层积材生产工艺，提高竹材综合利用率及板材生产效率；制备的竹层积材，充分发挥了毛竹展平技术优势，有效减少胶粘剂使用量，提高产品的环保性能，降低生产成本。提高了生产效率、减轻了劳动强度，易于实现连续化、自动化生产。制造的竹层积材质量均匀，强度可以设计，规格序列多样，能够满足现阶段家具、地板、桥梁及建筑等行业对竹板材及方材的需求。

附图说明

图1为毛竹展平板称重及模量测量示意图。

图2为毛竹展平板指接示意图。

图3为毛竹展平板青-黄交替组坯示意图。

图4为毛竹展平板竹层积材对称结构及非对称结构示意图：

图中：(a)对称结构；(b)非对称结构。

图5为毛竹展平板指接位置布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，竹层积材设计主参照ASTMD3737《Standard Practice for Establishing Allowable Properties for StructuralGlued Laminated Timber(Glulam)》，制造参照胶合木ANSI A190.1-2012《Standard forWood Products–Structural Glued Laminated 》。包括如下工艺步骤：

S1、毛竹展平竹板的干燥及分选：

将毛竹展平板统一干燥，干燥堆垛时注意使板材处于受压状态，以免干燥过程中出现翘曲变形；待板材含水率在9-11％左右时停止干燥；将干燥后的板材粗刨并定长，定宽，加工成尺寸为1450±1mm，宽度为135±1mm，厚度为6.1±0.1mm的毛竹展平板；

S2、毛竹展平板分级

本发明借鉴胶合木层板分级方法(AITC 117-2004《Standard SpecificationsFor Structural Glued Laminated Timber Of Softwood Species》)，采用称重及三点弯曲的方法确定毛竹展平板的密度等级及模量等级。

S21、首先对干燥后毛竹展平板的长度、宽度、厚度等进行尺寸检量；检量的目的是验证经定长、定厚、定宽加工后板材的加工精度是否符合要求，如果加工后板材的尺寸稳定，在进行产品密度分级时可直接使用名义加工体积替代各个板材的实际体积，通过称重即可实现板材密度分级，简化分级程序，提高分级效率；

S22、、毛竹展平板密度分级，参照规格竹条密度分级的方法，将毛竹展平板经传送带送入自动称重系统称重(附图1B区所示)，以毛竹展平板的名义加工体积(常量)由系统计算出每块板材的气干密度，气干密度计算公式如下：

式中：ρ—气干密度，g/cm³；m—气干状态下质量，g；V—气干状态下名义加工体积。

根据气干密度测试结果，以0.05g/cm³的密度区间进行密度分级，密度等级以DY表示，Y为该等级区间最大值乘以100，单位为g/cm³。根据测试结果将毛竹展平板分为6个密度等级，如下表1所示。

表1 规格竹条密度分级结果(单位：g/cm³)

S23、将称重后的展平竹经传送到送至三点弯曲静载加载区(附图1C区所示)测定板材的模量；模量分级采用长跨距三点弯曲的方法，其计算公式如下：

式中：E--抗弯弹性模量，MPa；P--上、下限载荷之差；L--两支座间跨距，为600mm；Δ--上、下限载荷间试样变形值，mm；b--试样宽度，mm；d--试样厚度，mm。

根据测试结果，按照1GPa的模量区间长度对毛竹展平板进行模量分级，以EX对其模量等级进行命名，X为模量区间中值，单位为GPa，各模量等级变化范围为X±0.5GPa，将毛竹展平板按模量分为E6-E12等7个等级，分级结果见下表2。

表2 毛竹展平板模量等级(单位：GPa)

经过步骤S21-步骤S23后，每块板的气干密度和模量值都已确定。作为家具及地板用材，对最终产品强度无特殊要求时，以密度分级为主要指标，生产的产品具有相同的重量；作为结构用材时，需考虑毛竹展平板的模量和密度，最终根据产品用途和性能需求选择相应等级的毛竹展平板组合。

S3、毛竹展平板接长：

考虑到竹层积材产品的尺寸序列，对于小规格竹层积材，可根据需要选择相同或者不同等级的毛竹展平板直接组坯制备，而对于较大规格的竹层积材，需对毛竹展平板单元进行斜接或指接，作为称重构件使用时采用指接工艺(如附图2所示)，此时接边坡度η≤1/10，指长≥20mm，指端宽度0.2-0.5mm。

S4、毛竹展平板精刨处理：

为了便于后续施胶及组坯，采用四面刨床对接长后毛竹展平板进行精刨加工，确保接长后的单元平整，表面光洁。

S5、施胶

在胶合面辊涂或淋涂胶黏剂，胶黏剂的种类可以根据竹层积材产品规格、用途及加压工艺等确定，施胶后根据相应胶黏剂的使用要求进行陈化或低温烘干，以便于后期固化，作为结构材使用时需选择结构用胶。

S6、接长毛竹展平板组坯：

将施胶后毛竹展平板按照设计要求依次组坯，组坯时注意胶合界面的选择，上下层之间确保是竹青面对竹黄面，依次展开组坯；作为结构用材时，竹层积材按照胶合木的设计方法，既可以是对称结构，也可以是非对称结构；具体层数根据产品规格和强度的要求确定。总的原则是最外层为模量等级高的毛竹展平板，外层次之，中心芯层最弱。

S7、竹层积材制备：

将步骤S6所得的板坯移入压机。加压工艺的选择根据产品要求和用途确定，通常对于规格较大，层数较多的结构用材，使用冷压工艺，而对于规格较小的(主要是厚度)板材，则选择热压工艺，也可以考虑采用高频加热，具体需要根据胶黏剂的种类确定。

S8、完成裁断，砂光，检验、包装等后处理。

实施例1

生产规格为1450×135×30mm³家具用竹层积材，具体制备工艺如下：

(1)选择相同密度等级的毛竹展平板，如密度等级为D65，将其送入干燥窑干燥，板材含水率控制在10％左右，施胶方式为辊涂，胶黏剂为水溶性脲醛树脂；

(2)将涂好胶的毛竹展平板按照竹青面与竹黄面(附图3所示)交替排列的原则组坯并陈化5-10分钟；

(3)喷涂脱模剂后将上述板坯若干组一起送入热压机，温度100℃，单位压力0.8MPa，保压30分钟；

(4)卸压后取出板材并冷却，再进行后续的裁断，砂光，检验，包装等后续加工。

实施例2

生产规格为4000×135×72mm³结构用竹层积材，其结构为对称结构，单元接长方式为指接，冷压工艺，使用的胶黏剂为间苯二酚，具体实施工艺如下：

(1)选择模量等级为E6-E12等的毛竹展平板(含水率10％左右)，

(2)将相同等级的毛竹展平板端头铣齿并按照指接工艺接长；

(3)将步骤(2)中接长后的长单元进行精刨；

(4)组坯，按照胶合木中的对称结构设计，竹积层材的上下表面抗压、抗拉层使用模量等级高的毛竹展平板(如E12)，次外层使用中等模量(如E9)的展平竹板，芯层使用模量等级低的展平竹(如E6)，毛竹展平板竹层积材对称结构设计如图4所示。

(5)施胶，采用淋胶的方法，在接长单元表面涂刷间苯二酚树脂。

(6)组坯，为了避免上下表面接头处重合，采用梯形错缝的方法，如图5所示，上下层接头间距为300mm。

(7)冷压成型，将毛坯单元送入冷压机，压力1.0MPa，时间6h。

(8)后处理，卸压后取出，截断定长，精刨定宽厚，检验、包装备用等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、毛竹展平竹板的干燥及分选：

将毛竹展平板进行统一堆垛干燥处理，注意使板材处于受压状态；待板材含水率在9-11％时停止干燥；将干燥后的板材粗刨并定长，定宽，加工成尺寸为1450±1mm，宽度为135±1mm，厚度为6.1±0.1mm的毛竹展平板；

S2、毛竹展平板分级

采用称重及三点弯曲的方法确定毛竹展平板的密度等级及模量等级。

S3、毛竹展平板接长：

将相同等级的毛竹展平板进行指接或斜接，完成毛竹展平板的接长；

S4、毛竹展平板精刨处理：

采用四面刨床对接长后的毛竹展平板进行精刨加工，确保接长后的单元平整，表面光洁；

S5、施胶

在胶合面辊涂或淋涂胶黏剂，胶黏剂种类根据冷、热压工艺确定；

S6、接长毛竹展平板组坯：

将施胶后毛竹展平板按照设计要求依次组坯，组坯时注意胶合界面的选择，上下层之间确保是竹青面对竹黄面，依次展开组坯；

S7、竹层积材制备：

将步骤S6所得的板坯移入压机，加压工艺的选择根据产品要求和用途确定，通常对于规格较大，层数较多的结构用材，使用冷压工艺；对于规格较小的板材，则选择热压工艺或高频加热工艺；

S8、完成裁断，砂光，检验、包装后处理。

2.如权利要求1所述的一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、首先对干燥后毛竹展平板的长度、宽度、厚度等进行尺寸检量；检量的目的是验证经定长、定厚、定宽加工后板材的加工精度是否符合要求，如果板材加工后精度符合要求，在进行产品密度分级时可直接使用名义加工体积替代各个板材的实际体积，通过称重即可实现板材密度分级，简化分级程序，提高分级效率；

S22、毛竹展平板密度分级，参照规格竹条密度分级的方法，将毛竹展平板经传送带送入自动称重系统称重，以毛竹展平板的名义加工体积由系统计算出每块板材的气干密度，气干密度计算公式如下：

式中：ρ—气干密度，g/cm³；m—气干状态下质量，g；V—气干状态下名义加工体积；

根据气干密度测试结果，以0.05g/cm³的密度区间进行密度分级，密度等级以DY表示，Y为该等级区间最大值乘以100，单位为g/cm³；

S23、将称重后的展平竹经传送到送至三点弯曲静载加载区测定板材的模量；模量分级采用长跨距三点弯曲的方法，其计算公式如下：

式中：E--抗弯弹性模量，MPa；P--上、下限载荷之差；L--两支座间跨距，为600mm；Δ--上、下限载荷间试样变形值，mm；b--试样宽度，mm；d--试样厚度，mm；

根据测试结果，按照1GPa的模量区间长度对毛竹展平板进行模量分级。

3.如权利要求1所述的一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，作为称重构件使用时采用指接工艺，此时接边坡度η≤1/10，指长≥20mm，指端宽度0.2-0.5mm。

4.如权利要求1所述的一种基于毛竹展平板竹层积材的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中，作为结构用材时，最外层为模量等级高的毛竹展平板，外层次之，中心芯层最弱。