专利名称：一种整竹防裂加工方法
技术领域：
本发明属于竹材改性技术领域，尤指一种整竹防裂加工方法。
背景技术：
我国竹子资源丰富，是世界第一竹子资源大国。竹子具有生长迅速、轮伐期短、中 空竹节、抗剪能力强、刚性好、耐磨损、物理特性优良等特点。整竹是指砍伐下来的竹竿未经 加工或只进行了简单加工例如不破坏竹子原始断面结构只是截成适合长度的竹材，可用于 建筑、工农业生产、装饰及工艺品的材料。目前，我国对竹材的利用主要是重组利用，对原态 整竹的深精加工利用研究较少。这主要是因为整竹结构不均勻，竹青、竹肉以及竹黄存在变 异性，因而导致它们的密度、干缩性等物理、化学特性存在较大差异。竹材的纵、横向，不同 部位存在明显的各向异性，给整竹的加工带来不稳定因素，尤其以整竹开裂缺陷最为严重， 目前，整竹防裂技术主要集中于实验室阶段，具体做法有如下几种(1)端部压注法利用相关的设备把整竹适当地连接起来，利用液压装置、空气压 缩机、端部压注帽等从竹段端部把处理用药剂填充压注进竹材内部。该技术的缺点和不足 是处理效率较低，耗能较高，整竹处理成本高且没有成熟的干燥方法；(2)整竹浸泡及自然风干法将整竹竹筒浸入温度为20°C左右的清水中，浸泡 10 30天，然后将整竹取出，在通风处进行自然风干。该技术的缺点和不足是整竹风干 后质量不稳定，耐候性较差，处理时间长、效率低。上述两种竹段填充及干燥技术均没有体现现代大规模进行整竹填充及防裂的工 业处理要求，处理效率低，且缺乏成熟的整竹干燥的技术工艺。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种整竹防裂加工方法，通过在其中 的蒸煮、填充及干燥各个工序中改进，实现整竹的高效、低成本、快速处理，使处理后的整竹 大大降低开裂的几率，提高整竹的稳定性和耐候性。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种整竹防裂加工方法，其制作步骤包括a.竹材的简单处理，其包括定竹段，即从原竹截取设定长度的竹段；去除所述竹 段表面的竹青；在去青竹段的竹节和/或竹壁上穿孔；b.蒸煮将上述竹段浸入氯化钠和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化 钠为0. 5w% 10w%，醋酸为0. 8w% ，余量为水，常压下进行沸腾蒸煮，蒸煮时间 3 5小时；c.清洗用清水清洗已蒸煮的所述竹段内外壁，擦拭或吹风除去竹段表面附着的 溶液；d.蒸煮填充将步骤c所得的竹段，浸入明矾和聚乙二醇混合溶液中蒸煮填充， 所述混合溶液中，明矾为40w% 45w%，聚乙二醇为30w% 55w%，余量为水，温度在100°C 200°C，压力为0. 1 1. 6MPa，蒸煮时间3 6小时；e.干燥将步骤d所得的竹段放入木材蒸汽干燥窑中进行干燥，直到竹段的终含 水率为5% 20%。其中，所述定竹段过程中截得的竹段长度为0. 5 2m ；所述去竹青过程中去竹青的厚度以刚好除去竹青而不伤及竹肉为佳。例如厚度可 以是从整竹表面至竹肉方向去除0. 5 1. 5mm。在所述去竹青竹段的竹节上穿孔，孔的直径为5 20mm ；还可以在去竹青竹段的竹壁上穿孔，孔的大小为5 10mm。或者同时在竹段的竹节和竹壁上同时穿孔，孔径如上所述。根据需要重复上述的蒸煮填充步骤，即直到整竹竹段填充致密，然后进入下一个 工序。在上述工艺过程中，在蒸煮填充工序结束后，取出所述竹段称重，如果与原始竹段 的重量相差较大，则重复所述蒸煮填充过程，直到重量基本相同，再进行下一个干燥工序。 蒸煮填充结束时竹段与蒸煮填充前其重量差控制在0. 3 3%以内，即可进行下一个工序。蒸煮时，溶液可以是氯化钠溶液浓度为0. 5% 2%，醋酸溶液浓度为0. 8% 1. 5%，常压下，沸腾蒸煮时间为3 5小时。蒸煮填充时，溶液可以是明矾溶液为高浓度溶液40% 45%，聚乙二醇溶液浓 度为30% 60%，在温度100 200°C，压力为0. 1 1. 6MPa条件下，在蒸煮时间3 6小 时。干燥过程具体地可以是，首先，干燥窑内按照每小时升温0. 1 0.5°C的速度升至 480C，保持该温度3 6小时，然后冷却。所述干燥过程中，首先的升温过程优选两段式升温，即在干燥窑内按照每小时升 温0. 1 0. 50C的速度升至33 35°C，保持温度4 6小时。然后再按照每小时升温0. 1 0. 5°C的速度升温至48°C，保持该温度3 6小时。干燥过程中最好同时向窑内喷水蒸气，进行水蒸气喷蒸，水蒸气的温度为110 170°C ；升温和保温之后，将干燥窑内的温度升至最高温度T，T的范围为50 60°C，相对湿 度升至最高相对湿度P，P的范围为55% 100%。保持干燥窑内的最高温度T的稳定3 6小时，然后冷却。进一步地，在升温、保温之后，或在保持所述最高温度下，对干燥窑进行排湿处理， 排湿时间为1 4天，其相对湿度每天均勻降低4% 25%，再测量整竹的含水率，如果含 水率较高，则重复干燥，110 170°C水蒸气喷蒸和排湿过程。直至竹段的含水率达到5% 20%后，再冷却所述冷却过程为使排湿时开启的通风机继续运转，进排气口呈微启状态，缓慢降 低干燥窑的温度至室内常温才能卸出蒸竹。实际操作中，采用排气口微启状态，风机继续运 转，自然冷却至室温，这个步骤是行业内的通常做法。保持干燥窑内的最高温度T的稳定，对干燥窑进行排湿处理，是为了防止排湿量 太大，而造成整竹开裂。最好还要控制排湿的速度，排湿时间为1 4天，1 4天内干燥窑的相对湿度每 天均勻降低4% 15%，再测量整竹的含水率，如果含水率较高，则重复干燥，110 170°C水蒸气喷蒸和排湿过程，直至竹段的含水率达到5% 20%，可根据不同的地区设定整竹 段的终含水率，然后使通风机继续运转，进排气口呈微启状态，缓慢降低干燥窑的温度至室 内常温才能卸出蒸竹。本发明通过将原竹或整竹定段，去除竹青，使竹段具有亲水性，且竹节穿孔或竹壁 穿孔，目的是在后序的蒸煮填充过程中使竹段内外壁充分与蒸煮溶液接触。采用两次蒸煮 的方式进行整竹蒸煮填充。首先，氯化钠和醋酸混合溶液蒸煮是尽量多的溶解竹材中的淀 粉、糖分、蛋白质等物质，使竹材具有一定的防虫、防腐能力，并溶解细胞间隙和维管束系统 之间薄壁组织的浓稠细胞质、盐及其他化学物质等，‘清空’细胞间隙和薄壁组织。接着，在 明矾和聚乙二醇混合溶液中高温高压蒸煮填充，目的是将明矾和聚乙二醇填充到已经‘清 空’的竹材细胞间隙和薄壁组织中，提高整竹致密程度，预防竹段开裂，提高其稳定性。在干 燥窑内，采用低温干燥，提高窑内的相对湿度。采用本处理后，相对充实了整竹内的空隙，提 高了致密程度，干燥效果更好，实验证明可明显降低整竹干燥后的开裂率，防裂效果更好， 提高了整竹的强度，延长了使用寿命。该整竹适用于建筑材料、装饰材料、工农渔等行业。
具体实施例方式实施例1 a.备料选用4 6年竹龄毛竹，毛竹周长为250 500mm，并截成0. 5 2m的竹 段，将选取的竹段采用人工方法或去青机刮去竹青，以刚好除去竹青为佳，而不伤及竹肉， 刮除竹青的厚度为0. 5 1. 5mm。采用人工方法或者机械方法，在竹段的竹节上穿上小孔。 孔的大小可以根据需要调节，孔的直径R为5 20mm，便于后序处理中内外竹壁与溶液充分 接触。b.蒸煮处理将竹段浸入浓度0.8%氯化钠和醋酸混合溶液中，在温度为 100°C，常压下，进行沸水蒸煮，蒸煮时间为3 5小时。c.蒸煮填充处理将竹段浸入浓度为41. 5%明矾和30%聚乙二醇的混合溶液，在 温度110°c，压力为1. IMPa条件下进行蒸煮，蒸煮时间为5小时。d.重复c的操作，充分填充整竹段内部的空隙，直到整竹竹段的细胞间隙填充致 密为止。即是蒸煮结束后，除去表面附着的溶液，在相同条件下称量，同一竹段的质量几乎 不变即重量差控制在0. 3 3%以内即可。e.干燥处理采用现有的木材干燥窑，将达到蒸煮填充处理要求的竹段放入干燥 窑中，进行干燥，然后冷却出窑。干燥过程中，可以是干燥窑内按照每小时升温0. 1 0. 5°C的速度升至48°C，保 持该温度3 6小时，然后冷却。更好地，可以采用两段式升温过程，即在干燥窑内按照每小时升温0.2°C的速度升 温至35°C，保温4小时，在按照每小时升温0. 2°C，升温至48°C，然后保持6小时。优选地，在整个干燥过程中对干燥窑进行喷蒸以保持窑内的湿度，水蒸气温度为 120°C。进一步地，两段式升温过程之后，还可以继续喷蒸汽将干燥窑内的温度升至最高 温度T，T的范围为55°C，相对湿度升至最高相对湿度P，P的范围为60% 98%，T和P的 数值根据整竹的材质和规格略有不同。保持干燥窑内的最高温度T的稳定，保持最高湿度和最高温度3 6小时；然后在保持最高温度下，对干燥窑进行排湿处理，为了防止排湿量 太大，而造成整竹开裂，因此必须控制排湿的速度，排湿时间为1 4天，1 4天内干燥窑 的相对湿度均勻每天降低4% 25%左右，再测量整竹的含水率，如果含水率较高，则重复 干燥，110 170°C水蒸气喷蒸和排湿过程，直至竹段的含水率达到5% 20%，可根据不同 地区设定整竹段的终含水率，然后使通风机继续运转，进排气口呈微启状态，缓慢降低干燥 窑的温度至常温，才能卸出整竹。实施例2:在本实施例中，操作过程与实施例1基本相同，在b步骤中，将竹段浸入浓度3% 氯化钠和4%醋酸混合溶液中，在温度为100°C，常压下，进行沸水蒸煮，蒸煮时间为3小时。 在c步骤中，将竹段浸入浓度为42%明矾和40%聚乙二醇的混合溶液，在温度130°C，压力 为0. 6MPa条件下进行蒸煮，蒸煮时间为4小时。在干燥过程中，将步骤d所得的竹段放入 木材蒸汽干燥窑中进行干燥；干燥窑内首先按照每小时升温0. 3°C的速度升至33 35°C， 保持该温度5小时，然后再按照每小时升温0. 5°C的速度升温至48°C，保持该温度6小时。 在干燥中喷入水蒸气，喷入的所述水蒸气的温度为110 115°C。对干燥窑进行排湿处理， 排湿时间为2天，2天内干燥窑的相对湿度均勻每天降低6%。实施例3 在本实施例中，操作过程与实施例1基本相同，在b步骤中，将竹段浸入浓度8% 氯化钠和9%醋酸混合溶液中，在温度为100°C，常压下，进行沸水蒸煮，蒸煮时间为4小时。 在c步骤中，将竹段浸入浓度为45%明矾和55%聚乙二醇的混合溶液，在温度180°C，压力 为1.3MPa条件下进行蒸煮，蒸煮时间为3小时。在干燥过程中，将步骤d所得的竹段放入 木材蒸汽干燥窑中进行干燥；干燥窑内首先按照每小时升温0. 5°C的速度升至33 35°C， 保持该温度6小时，然后再按照每小时升温0. 1°C的速度升温至48°C，保持该温度3小时。 在干燥中喷入水蒸气，喷入的所述水蒸气的温度为160 170°C。对干燥窑进行排湿处理， 排湿时间为3天，3天内干燥窑的相对湿度均勻每天降低6%。实施例4 在本实施例中，操作过程与实施例1基本相同，在b步骤中，将竹段浸入浓度1.0% 氯化钠和0. 8%醋酸混合溶液中，在温度为100°C，常压下，进行沸水蒸煮，蒸煮时间为5小 时。在c步骤中，将竹段浸入浓度为40%明矾和30%聚乙二醇的混合溶液，在温度115°C，压 力为0. 2MPa条件下进行蒸煮，蒸煮时间为6小时。在干燥过程中，将步骤d所得的竹段放入 木材蒸汽干燥窑中进行干燥；干燥窑内首先按照每小时升温0. 1°C的速度升至33 35°C， 保持该温度3小时，然后再按照每小时升温0. 4°C的速度升温至48°C，保持该温度4小时。 在干燥中喷入水蒸气，喷入的所述水蒸气的温度为130 140°C。对干燥窑进行排湿处理， 排湿时间为3天，3天内干燥窑的相对湿度均勻每天降低6%。氯化钠和醋酸混合溶液蒸煮是尽量多的溶解竹材中的淀粉、糖分、蛋白质等物质， 使竹材具有一定的防虫、防腐能力，并溶解细胞间隙和维管束系统之间薄壁组织的浓稠细 胞质、盐及其他化学物质等，‘清空’细胞间隙和薄壁组织。接着，在明矾和聚乙二醇混合溶 液中高温高压蒸煮填充，目的是将明矾和聚乙二醇填充到已经‘清空’的竹材细胞间隙和薄 壁组织中，提高整竹致密程度，预防竹段开裂，提高其稳定性。在干燥窑内，采用低温干燥， 提高窑内的相对湿度，也可以提高竹材的抗裂能力。
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明矾和聚乙二醇的目的是填充整竹。无机和有机物同时填充，使填充物质在整竹 间隙产生交叉附着物。使填充更加致密。所使用的聚乙二醇，可以是PEG-100、PEG-200、PEG-300或PEG-400，即优选液态的
聚乙二醇。
权利要求
一种整竹防裂加工方法，其特征在于其制作步骤包括a.竹材的简单处理，其包括定竹段，即从原竹截取设定长度的竹段；去除所述竹段表面的竹青；在去青竹段的竹节和/或竹壁上穿孔；b.蒸煮将上述竹段浸入氯化钠和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化钠为0.5w％～10w％，醋酸为0.8w％～10w％，余量为水，常压下进行沸腾蒸煮，蒸煮时间3～5小时。c.清洗用清水清洗已蒸煮的所述竹段内外壁，擦拭或吹风除去竹段表面附着的溶液；d.蒸煮填充将步骤c所得的竹段，浸入明矾和聚乙二醇混合溶液中蒸煮填充，所述混合溶液中，明矾为40w％～45w％，聚乙二醇为30w％～55w％，余量为水，在温度100℃～200℃，压力为0.1～1.6MPa，蒸煮时间3～6小时；e.干燥将蒸煮后的竹段进行干燥；干燥后，竹段的终含水率为5％～20％。
2.根据权利要求1所述的一种整竹防裂加工方法，其特征在于所述定竹段过程中截 得的竹段长度为0. 5 2m ；和/或，所述去竹青过程中去竹青的厚度以刚好除去竹青而不 伤及竹肉为佳，或者，从整竹表面至竹肉方向去除0. 5 1. 5mm ；或者，在所述去竹青竹段的竹节上穿孔，孔的直径为5 20mm ；和/或，在去竹青竹段的竹壁 上穿孔，孔的大小为5 10mm。
3.根据权利要求1所述的整竹防裂加工方法，其特征在于竹段的终率含水率为 10% -14%。
4.根据权利要求1所述的一整竹防裂加工方法，其特征在于所述蒸煮工序中，溶液是氯化钠溶液浓度为0. 5% 2%，醋酸溶液浓度为0. 8% 1.5%，常压下，沸腾蒸煮时间为3 5小时；和/或，蒸煮填充工序中，溶液是明矾溶液为高浓度溶液40 % 45 %，聚乙二醇溶液浓度为 30% 60%，在温度100 200°C，压力为0. 1 1. 6MPa条件下，在蒸煮时间3 6小时； 或者，所述步骤d重复进行，即第一遍步骤d结束后，取出竹段清洗掉其表面附着物，重新实 施步骤d，直到整竹竹段的细胞间隙填充致密为止，即是蒸煮结束后，除去表面附着的溶液， 在相同条件下称量，同一竹段的质量几乎不变。
5.根据权利要求1所述的整竹防裂加工方法，其特征在于在所述干燥过程中，将步 骤d所得的竹段放入木材蒸汽干燥窑中进行干燥，首先，干燥窑内按照每小时升温0. 1 0. 5°C的速度升至48°C，保持该温度3 6小时，然后冷却；或者，所述干燥过程中，升温过程为两段式升温，即在干燥窑内按照每小时升温0. 1 0. 5°C 的速度升至33 35°C，保持温度4 6小时。然后再按照每小时升温0. 1 0. 5°C的速度 升温至48°C，保持该温度3 6小时，然后冷却。
6.根据权利要求5所述的整竹防裂加工方法，其特征在于在干燥的同时向窑内喷水 蒸气，进行水蒸气喷蒸，在所述升温和保温之后，将干燥窑内的温度升至最高温度T，T的范 围为50 60°C，相对湿度升至最高相对湿度P，P的范围为55% 100%，保持干燥窑内的 最高温度T的稳定，保持最高湿度和最高温度3 6小时；然后冷却。
7.根据权利要求6所述的整竹防裂加工方法，其特征在于喷入的所述水蒸气的温度为 110 170°C。
8.根据权利要求5或6所述的整竹防裂加工方法，其特征在于在升温、保温之后，或 在保持所述最高温度下，对干燥窑进行排湿处理构成所述干燥过程，排湿时间为1 4天， 1 4天内干燥窑的相对湿度均勻每天降低4% 25%。
9.根据权利要求5或6或8所述的整竹防裂加工方法，其特征在于在冷却之前，测量 整竹的含水率，如果含水率较高，则重复所述干燥过程。
10.根据权利要求8所述的整竹防裂加工方法，其特征在于在冷却过程中，使通风机 保持在干燥过程后连接的排湿时的状态继续运转，进排气口呈微启状态，缓慢降低干燥窑 的温度，至常温。
全文摘要
本发明公开了一种整竹防裂蒸煮、蒸煮填充及干燥方法。包括以下步骤对去竹青、在竹节或竹壁穿孔的竹段进行在100℃，常压下氯化钠和醋酸混合溶液中蒸煮，再在100～200℃，0.1～1.6MPa下，用明矾和聚乙二醇混合溶液中进行蒸煮填充。然后将上述竹段放入木材蒸汽干燥窑中进行低温干燥，然后对干燥窑进行排湿处理，直至竹段的含水率达到5％～20％后，然后缓慢降低干燥窑的温度至室内常温才能卸出整竹。这样处理后，整竹的干燥和防裂效果更好，提高整竹的稳定性和耐候性，提高了整竹的强度，延长了使用寿命。
文档编号B27K3/52GK101927516SQ20101013503
公开日2010年12月29日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者余颖, 傅万四, 周建波 申请人:国家林业局北京林业机械研究所