CN110202656A - 一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，涉及一种竹集成材的制备方法，主要解决现有长跨度竹集成材的锁扣连接处力学性能差，加工复杂的问题。方法：一、长竹条制备；二、长竹条第一次干燥；三、长竹条炭化；四、长竹条浸胶；五、长竹条第二次干燥；六、长竹条组坯；七、长竹板坯热压。本发明制备的竹集成材具有显著的防霉效果和优良的力学性能，其密度可达0.93g/cm3，弹性模量可达12568MPa，静曲强度可达132MPa。本发明用于制备竹集成材。

Description

一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种竹集成材的制备方法。
背景技术
目前，整根竹条制备的竹板材长度是2.44米，宽度1.22米，厚度在30毫米以内，该尺寸的竹板材在家具、地板基材、装饰板材等市场应用较大，但在木/竹建筑长跨度横梁、立柱或长跨度的高速公路护栏板材等工程领域无法满足其尺寸要求。
大型的体育场馆、大空间的建筑房屋、高速公路护栏板等场所需要的长跨度板材，其长度普遍在6米以上，普通的木/竹人造板材达不到上述应用的长度要求，而现有的长跨度竹板材是把短竹条的端部加工成锁扣，多个短竹条拼接延长，接长后再拼接、浸胶和热压成型制得。这种方法使得锁扣连接处竹板材力学性能较差，而且竹材多处截断、加工锁扣等造成竹材损耗，加工复杂，生产流程多等问题。
发明内容
本发明是要解决现有长跨度竹集成材的锁扣连接处力学性能差，加工复杂的问题，提供一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法。
本发明整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，包括以下步骤：
一、长竹条制备：
竹子采伐后，在竹子中心点的位置截取总长度为6-12米的竹筒，再将竹筒机械剖解成若干长6-12米的竹条；
二、长竹条第一次干燥：
将步骤一得到的竹条进行第一次干燥，使竹条的含水率控制在6％-10％；
三、长竹条炭化：
将步骤二干燥后的竹条放入炭化罐内进行深度炭化；
四、长竹条浸胶：
将步骤三炭化后的竹条浸渍在酚醛树脂胶粘剂中；
五、长竹条第二次干燥：
将步骤四浸渍后的竹条进行第二次干燥，使竹条的含水率控制在8％-12％；
六、长竹条组坯：
将步骤五干燥后的竹条沿竹片厚度方向排列组坯，得到长竹板坯；
七、长竹板坯热压：
将长竹板坯通过热压机，沿竹片厚度方向加压成型。
进一步的，步骤二中所述第一次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为70℃-90℃，干燥时间为3h-5h。
进一步的，步骤三中所述炭化的条件为：炭化温度150℃-200℃，炭化时间2h-5h。
进一步的，步骤四中所述的浸渍方式为：将竹条分两段浸渍，竹条的上半段浸渍完，沥干后倒过来，浸渍竹条的下半段，每段浸渍时间为10min-30min。
进一步的，步骤五中所述的第二次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为50℃-70℃，干燥时间为2h-4h。
进一步的，步骤七中所述热压机幅面长8米-15米，热压温度为135℃-145℃，热压单位压力为1MPa-2MPa，热压时间为40min-60min。
进一步的，步骤四中所述酚醛树脂胶粘剂的固体含量为22％-28％。
所述酚醛树脂胶粘剂中还加入酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的渗透剂和酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的防霉剂。
所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠中的一种或两种的混合物。
所述防霉剂为氨溶烷基胺铜(ACQ)、铬化砷酸铜(CCA)、酸性铬酸铜(ACC)中的一种或几种的混合物。
本发明的有益效果：
本发明是在竹材砍伐过程中不截断，直接在竹子中间部位加工成6-12米长的竹条，简化了竹材加工流程，提高竹材综合利用率，避免竹材多处截断、加工锁扣等造成的竹材损耗、加工复杂及锁扣连接处竹板材力学性能差等问题。本发明方法加工的竹集成材尺寸是1.22米宽、6-12米长，20-70毫米厚。
本发明的竹集成材可用于高速公路的护栏板及装备式的木竹建筑结构用材，由于高速公路的护栏板是长期户外的，所以对于防腐、防霉的要求较高。
本发明方法采用竹材深度炭化和胶层防腐、防霉联合处理的方法，其防腐、防霉效果更加明显。使用本发明深度炭化及加入防腐、防霉剂处理的竹板材和未经过相关处理的竹板材进行防霉对比实验，将两种不同工艺压制的竹板材用霉菌的混合孢子悬浮液喷雾接种，置于温度20-25℃，相对湿度90％～95％条件下贮藏20天，之后检查竹板材的霉变情况，结果显示：经过深度炭化及防霉处理的竹板材表面的霉变面积约为2％，未经过深度炭化及防霉处理的竹板材的霉变面积约为20％，具有显著的防霉效果。
本发明方法制备的竹集成材具有优良的力学性能。其密度可达0.93g/cm3，弹性模量可达12568MPa，静曲强度可达132MPa。
在高速公路的护栏板用材上，能起到车辆撞击护栏起到缓冲的作用，起到以竹代钢的效果；在木竹建筑结构用材上，可体现其长度长，强度高，可做大跨度的建筑结构用横梁，起到以竹代木的效果。
附图说明
图1为整根长竹条(6米)深度炭化后原材料；
图2为6米长竹条压完板后的成品竹集成材。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，包括以下步骤：
一、长竹条制备：
竹子采伐后，在竹子中心点的位置截取总长度为6-12米的竹筒，再将竹筒机械剖解成若干长6-12米的竹条；
二、长竹条第一次干燥：
将步骤一得到的竹条进行第一次干燥，使竹条的含水率控制在6％-10％；
三、长竹条炭化：
将步骤二干燥后的竹条放入炭化罐内进行深度炭化；
四、长竹条浸胶：
将步骤三炭化后的竹条浸渍在酚醛树脂胶粘剂中；
五、长竹条第二次干燥：
将步骤四浸渍后的竹条进行第二次干燥，使竹条的含水率控制在8％-12％；
六、长竹条组坯：
将步骤五干燥后的竹条沿竹片厚度方向排列组坯，得到长竹板坯；
七、长竹板坯热压：
将长竹板坯通过热压机，沿竹片厚度方向加压成型。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述第一次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为70℃-90℃，干燥时间为3h-5h。其它与具体实施方式一相同。
第一次干燥是浸胶前的干燥，竹条的含水率要低一点，这样的话含水率梯度就会大，浸胶量就会多。简单的说就是把竹条干燥的更干一定，这样吸收的胶水就会更多，形成更多的胶钉，这样压制的竹集成板材的力学强度就会更大，吸收厚度膨胀率就会更小。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述炭化的条件为：炭化温度150℃-200℃，炭化时间2h-5h。其它与具体实施方式一相同。
通过深度炭化可以把竹材的半纤维素降解成小分子的多糖类物质而排掉，这样竹材中的霉菌就缺少生存必需的营养物质，从而起到防腐和防霉作用。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中所述的浸渍方式为：将竹条分两段浸渍，竹条的上半段浸渍完，沥干后倒过来，浸渍竹条的下半段，每段浸渍时间为10min-30min。其它与具体实施方式一相同。
因为竹条长度较长，因此分两段浸胶，上半部浸胶完后，倒转过来浸下半部，确保整根竹条都能浸到胶。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中所述的第二次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为50℃-70℃，干燥时间为2h-4h。其它与具体实施方式一相同。
第二次干燥是竹条浸渍完后的干燥，目的是去除浸渍在竹条中胶粘剂里的水分，因为浸胶后竹条的含水率太高，会大大影响竹集成材的热压效果，板材的各项性能都会下降；但第二次干燥的温度不宜过高，时间不宜过长是因为温度太高和时间太长会导致浸渍在竹条上的酚醛树脂胶粘剂提前固化而影响胶合性能。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤七中所述热压机幅面长8米-15米，热压温度为135℃-145℃，热压单位压力为1MPa-2MPa，热压时间为40min-60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中所述酚醛树脂胶粘剂的固体含量为22％-28％。其它与具体实施方式一相同。
限定固体含量的原因有两个，第一是控制成本，酚醛树脂胶粘剂成本较高，没稀释之前酚醛树脂胶粘剂的固体含量在44％左右，而竹条的浸胶量较大，所以为控制成本要加水稀释到一定程度；第二是控制板材强度，固体含量不能稀释的太低，二次干燥比较麻烦，且酚醛树脂胶粘剂有效成分低，压制的竹集成板材的各项性能就会变差。所以，固体含量限定在22％-28％，其成本及强度均可达到较好的效果。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述酚醛树脂胶粘剂中还加入酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的渗透剂和酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的防霉剂。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠中的一种或两种的混合物。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是：所述防霉剂为氨溶烷基胺铜(ACQ)、铬化砷酸铜(CCA)、酸性铬酸铜(ACC)中的一种或几种的混合物。其它与具体实施方式八相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，包括以下步骤：
(1)竹子采伐后，在中心处做好标记，上下各取3米，截取总长度为6米的竹筒，再通过机械剖解成长度6m，宽度2.5cm，厚度0.5cm的长竹条；
(2)将制备的长竹条放入70℃干燥窑内干燥3小时，干燥后检测其竹条含水率为9.8％；
(3)干燥后的长竹条放入150℃炭化罐内处理2小时；
(4)炭化后的长竹条上下两头分别浸渍在固体含量为22％的酚醛树脂胶粘剂中10分钟，加入1‰的脂肪醇聚氧乙烯醚渗透剂和1‰的氨溶烷基胺铜防霉剂；
(5)浸渍后的竹长条放入50℃干燥窑内干燥2小时，干燥后检测其竹条含水率为11.6％；
(6)第二次干燥后的长竹条沿竹片厚度方向排列侧面组坯；
(7)长竹板坯放入8米长的热压机中，侧面加压，热压温度为135℃，热压单位压力为1MPa，热压时间为40min。
由此方法压制的整竹炭化竹板材检测其性能，包括密度0.92g/cm3，浸渍剥离率0％，弹性模量12081MPa，静曲强度115MPa，霉变面积为4.8％。
使用整竹制备的长跨度竹板材、使用卡扣连接制备的长跨度竹板材和常规尺寸2.44米长的竹板材力学性能实验数据如下表所示:

Claims (10)

1.一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、长竹条制备：
竹子采伐后，在竹子中心点的位置截取总长度为6-12米的竹筒，再将竹筒机械剖解成若干长6-12米的竹条；
二、长竹条第一次干燥：
将步骤一得到的竹条进行第一次干燥，使竹条的含水率控制在6％-10％；
三、长竹条炭化：
将步骤二干燥后的竹条放入炭化罐内进行深度炭化；
四、长竹条浸胶：
将步骤三炭化后的竹条浸渍在酚醛树脂胶粘剂中；
五、长竹条第二次干燥：
将步骤四浸渍后的竹条进行第二次干燥，使竹条的含水率控制在8％-12％；
六、长竹条组坯：
将步骤五干燥后的竹条沿竹片厚度方向排列组坯，得到长竹板坯；
七、长竹板坯热压：
将长竹板坯通过热压机，沿竹片厚度方向加压成型。
2.根据权利要求1所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤二中所述第一次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为70℃-90℃，干燥时间为3h-5h。
3.根据权利要求1或2所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤三中所述炭化的条件为：炭化温度150℃-200℃，炭化时间2h-5h。
4.根据权利要求3所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤四中所述的浸渍方式为：将竹条分两段浸渍，竹条的上半段浸渍完，沥干后倒过来，浸渍竹条的下半段，每段浸渍时间为10min-30min。
5.根据权利要求4所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤五中所述的第二次干燥是在干燥窑内进行，干燥的温度为50℃-70℃，干燥时间为2h-4h。
6.根据权利要求1所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤七中所述热压机幅面长8米-15米，热压温度为135℃-145℃，热压单位压力为1MPa-2MPa，热压时间为40min-60min。
7.根据权利要求1所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于步骤四中所述酚醛树脂胶粘剂的固体含量为22％-28％。
8.根据权利要求7所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于所述酚醛树脂胶粘剂中还加入酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的渗透剂和酚醛树脂胶粘剂质量1‰-5‰的防霉剂。
9.根据权利要求8所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠中的一种或两种的混合物。
10.根据权利要求8所述的一种整竹深度炭化长跨度竹集成材的制备方法，其特征在于所述防霉剂为氨溶烷基胺铜、铬化砷酸铜、酸性铬酸铜中的一种或几种的混合物。
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