竹材规则加工与分级方法技术

本发明专利技术属于竹人造板和复合材料技术领域。本发明专利技术采用竹材长度的规则化；竹节位置的确定与交错；竹片宽度的规则化；竹青片厚度的２倍模数化；竹片超声波数字扫描分级方法；竹片、竹篾、竹丝和竹丝束的加工和分级方法；竹片、竹篾、竹丝和竹丝束的定量、定级、错节、头尾颠倒组成均匀竹单元；定量竹单元组成层单元；层单元浸胶、预压成片状预压料；预压料叠层单向或多向组坯压制成不同类型的竹增强复合材料。本发明专利技术建立较为完善的竹材规则加工和分级方法，可将形状不规则、性能不同的竹材制成形状规则和性能稳定的各种竹增强材料，在可能的范围内限定竹材的变异性，减少质量的波动，使之达到工程复合材料的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于竹人造板和复合材料

技术介绍
“以竹代木”是我国竹材加工和利用的主要目标。我国竹人造板行业已成规模，包括竹地板、竹模板、竹装饰材料等多种产品已市场化，创造了大量的社会效益和经济效益。竹材外形为非规则、有削尖度、椭圆筒状的薄壁材料，材性也有明显的变异。竹材的加工效率低、材料利用率低、劳动密集，多数竹产品的成本高于同类木产品。竹材加工的研究方向有两个，一是降低成本，从分利用各种竹材、使之达到与同类木产品的水平；二是突破以竹代木的局限，将竹材用于替代复合材料等高技术和高附加值的相关产品。复合材料由增强材料和基体材料组成，增强材料承担主要载荷，基体材料则将载荷传递给增强材料。玻璃钢又称为玻璃纤维增强塑料，使主要的复合材料之一，广泛用于风电叶片、船舶、建筑、交通等多行业。由于复合材料的废旧产品处理困难，既难以燃烧，又不易分解。多采用堆积方式处理，又称为垃圾材料(field fill)。玻璃钢属于无法持续使用的材料之一，人们无法持续制造大量玻璃钢产品，再将其丢弃，占用土地。竹材属可再生的天然材料，性能优良，外侧竹材的性能与玻璃钢相当。利用竹材制造各种类型的竹增强复合材料，具有性能好、成本低、可再生、环保好，废旧产品处理简便等优点，属于可持续性使用的生物质复合材料。利用竹材替代玻璃钢技术上有两个问题，一是要求其性能与玻璃钢的性能接近，二是产品质量的稳定性。外侧竹材模量已到达玻璃钢的水平，强度也与玻璃钢基本接近，但在质量的稳定性方面有较大的差距。玻璃钢为工业材料，玻璃纤维和树脂性能的波动较小。而竹材属天然材料，性能的变异性显著，制成各种产品的性能存在较大的波动，还达不到工程复合材料的要求。已有公开专利的竹材分级方法为将竹材分为A、B、C、D四级方法，该方法建立在竹帘组坯的工艺路线基础之上。生产方式为将竹材制成竹篾，再编成竹帘，浸胶、组坯、压制而成。属于竹人造板技术的改进，目的还是替代木材制作建筑结构材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，建立较为完善的竹材规则加工和分级方法，可将形状不规则、性能不同的竹材制成形状规则和性能稳定的各种竹增强材料，在可能的范围内限定竹材的变异性，减少质量的波动，使之达到工程复合材料的要求。为此，本专利技术的方法包括如下步骤(1)竹材的采集，竹材的采集需要对竹种、采集地点、采集时间、采集数量、采集人、竹龄、胸径、长度、稍径有明确记载；(2)竹材的目测分级，对竹材的径级、长度、梢径、弯曲程度和缺陷加以分类；(3)竹秆的加工，竹秆的加工为圆锯截断，长度参照规定，竹秆长度为净长度尺寸，对分段后的竹秆的直径、竹壁的厚度、圆度、削尖度加以分类，(4)竹节的交错与定位加工，根据需要选择竹节较为均匀的竹秆，对竹节的长度和位置加以限定，如需要错节，错节的间距大于50mm，竹秆长度模数为净长度尺寸；(5)竹篾条的加工，毛篾条的加工方法是撞机的机械破条，篾条的宽度在10至30mm之间，篾条的厚度需要均匀，同一组篾条厚度误差不得超过±10％，(6)去竹青，用刮青法去除竹青，加工后表面不得有竹青；(7)竹条的定厚开片，竹条的第一次开片，采用定厚开片机完成，竹条开片为竹青片和竹黄片，竹青片的厚度由规则分级方法限定，有4种模数和相关序列，竹青片的厚度可根据需要在规定序列中选定。竹青片和竹黄片为一种两级的分级方法，其中竹青片的厚度是规则的；(8)竹片的对分开片与多级分级，竹青片的厚度为模数的偶倍数，采用对分开片法，制成两片厚度接近的竹片，A，B两种级别的竹片，A和B级可进一步制成A0，A1和B0，B1四级竹篾，竹青片的厚度为规则值；竹黄片的破篾性不佳，但厚度较大时，可进一步开成C、D级的竹片。(9)各级竹材的无损检验与数字扫描分级，需采用超声波无损检验的方法，测定A、B各级竹篾的厚度、含水率、密度、强度和模量，根据模量可做数字分级，即使同属A级竹片，如模量差异较大时为不同的数字分级；(10)连续竹片的斜接，采用斜接方式可将长度一定的竹片，接成连续片，斜接的坡度为1/10，采用机械斜切方式加工，斜面用胶粘剂粘接，加压、加热快速固化；(11)竹丝与丝束的加工，分级竹片可采用拉丝或压丝方法制成竹丝，单一竹片可制成若干根竹丝组成的丝束，多片竹片则可制成较大的丝束；(9)均匀竹材单元，将定量、定级、头尾颠倒、竹节交错的竹片、竹篾、竹丝和丝束组成均匀单层单元。(12)均匀组层，将数量确定的均匀竹单元组成均匀层单元。(12)干燥，将各种均匀层单元干燥，含水率低于10％。(13)浸胶，胶粘剂选用酚醛、或环氧树脂，用溶剂稀释，调整胶液的浓度，将各种竹单层单元浸入胶液，达到规定时间，取出、沥胶或挤胶；(14)预压，各种类型的均匀层单元，采用预压方法，制成片状预压料。(15)层叠组坯，片状预压料层叠组坯。(16)压制，组坯后的竹加工单元在压机上压制成型。所述的分级竹片可采用压丝方法制成竹丝，单一竹片可制成若干根竹丝组成的丝束，多片竹片则可制成较大的丝束，竹片级别为A级，24GPa，宽度为15mm，厚度1.5mm，压丝机加工成10根1.5mm款的竹丝，组成一组竹丝束。所述的均匀组层单元是将20～35组竹丝束单元组成一层组层单元。所述组坯后的竹加工单元在压机上压制成型，酚醛胶粘剂固化温度为140-150℃，压力2.5-4MPa，时间10分钟，冷上冷下温度75℃。所述的胶液的干物质含量为8-12％。本专利技术的优点是提高竹材各种类型的竹加工单元性能的稳定，包括了竹片、竹篾、竹丝和竹丝束的几何尺寸、物理和力学性能、竹节的位置和数量，将目前不规则和有变异性的竹加工单元制成达到工业产品要求的高质量竹加工单元；对于竹材来说，竹节处的强度与竹材相比较基本相当，但当加工成竹片后，竹节处凸出部被去除，竹纤维受到较大的损伤。竹节处的强度远低于无节处。目前的竹加工方法对竹节的位置和数量未加限制，竹节随机分布。材料的强度波动大，影响材料质量的稳定性。而对竹节的长度和位置加以限制，使之均匀分布，则可提高材料的质量和性能的稳定性。规则加工与分级既满足降低成本的要求，竹片的分级减少，厚度稳定。又可以在需要高性能竹材时，将其对分开片成精细分级竹片。从降低产品的成本的角度出发，竹篾的厚度尽可能增加，级别数量减少。而要获得高性能的竹层积材，在工艺许可的范围内，减少竹篾的厚度，增加竹材分级的级数。而竹材的规则加工与分级方法则是将两种不同的目的，使用规范的方法达到统一。由于竹条(去除竹青和竹黄后的竹片)的厚度不规则，而高质量的产品需要将其厚度规则化。首先将竹青片和竹黄片定厚加工，其中竹青片的质量好，可将其厚度规则化，而竹黄片的性能较差，厚度可不规则。竹青片可进一步对分开片，加工成A、B两种级别的产品。在许可的范围内A和B级竹片进一步开片成A0，A1、B0、B1级别的精细分级竹片。竹黄片在厚度过大时，可对分开片成C、D级竹片。当C、D级竹片厚度过大时则进一步开片成，C1、C2、D1、D2级竹片。从规则分级角度看，既可适合低成本要求的分级级数少，竹片的厚度大。又可适合高性能要求的竹片分级的级数多，竹片薄。主要的分级类型和级数有 一级竹条经去除竹青和竹黄后，几何截面规则，厚度可波动。二级竹青片和竹黄片，竹青片的厚度规则化。三级在两级的基础上，将竹青片对分开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹材规则加工与分级方法，其特征在于：（１）竹材的采集，竹材的采集需要对竹种、采集地点、采集时间、采集数量、采集人、竹龄、胸径、长度、稍径有明确记载；（２）竹材的目测分级，对竹材的径级、长度、梢径、弯曲程度和缺陷加以分类； （３）竹秆的加工，竹秆的加工为圆锯截断，长度参照规定，竹秆长度为净长度尺寸，对分段后的竹秆的直径、竹壁的厚度、圆度、削尖度加以分类；（４）竹节的交错与定位加工，根据需要选择竹节较为均匀的竹秆，对竹节的长度和位置加以限定，需要 错节，错节的间距大于５０ｍｍ，竹秆长度模数为净长度尺寸；（５）竹篾条的加工，毛篾条的加工方法是撞机的机械破条，篾条的宽度在１０至３０ｍｍ之间，篾条的厚度需要均匀，同一组篾条厚度误差不得超过±１０％；（６）去竹青，用刮青法去除 竹青，加工后表面不得有竹青；（７）竹条的定厚开片，竹条的第一次开片，采用定厚开片机完成，竹条开片为竹青片和竹黄片，竹青片的厚度由规则分级方法限定，有４种模数和相关序列，竹青片的厚度可根据需要在规定序列中选定，竹青片和竹黄片为一种两级 的分级方法，其中竹青片的厚度是规则的；（８）竹片的对分开片与多级分级，竹青片的厚度为模数的偶倍数，采用对分开片法，制成两片厚度接近的竹片，Ａ，Ｂ两种级别的竹片，Ａ和Ｂ级可进一步制成Ａ０，Ａ１和Ｂ０，Ｂ１四级竹篾，竹青片的厚度为规则值 ；竹黄片厚度较大时，可开成Ｃ、Ｄ级的竹片；（９）各级竹材的无损检验与数字扫描分级，需采用超声波无损检验的方法，测定Ａ、Ｂ各级竹篾的厚度、含水率、密度、强度和模量，根据模量可做数字分级；（１０）连续竹片的斜接，采用斜接方式可将 长度一定的竹片，接成连续片，斜接的坡度为１／１０，采用机械斜切方式加工，斜面用胶粘剂粘接，加压、加热快速固化；（１１）竹丝与丝束的加工，分级竹片可采用拉丝或压丝方法制成竹丝，单一竹片可制成若干根竹丝组成的丝束，多片竹片则可制成较大的 丝束；（９）均匀竹材单元，将定量、定级、头尾颠倒、竹节交错的竹片、竹篾、竹丝和丝束组成均匀单层单元；（１２）均匀组层，将数量确定的均匀竹单元组成均匀层单元；（１２）干燥，将各种均匀层单元干燥，含水率低于１０％；　 　（１３）浸胶，胶粘剂选用酚醛、或环氧树脂，用溶剂稀释，调整胶液的浓度，将各种竹单层单元浸入胶液，达到规定时间，取出、沥胶或挤...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江泽慧，孙正军，任海青，李岚，程强，
申请(专利权)人：国际竹藤网络中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]