一种竹材成纤的连续式加工装置及方法与流程

本发明属于竹材加工领域，具体涉及一种竹材成纤的连续式加工装置及方法。

背景技术：

竹材成纤是软化脱胶生产纺织竹原纤维前的必不可少的环节，也是制备合格竹原纤维的基础。随着植物纤维新兴产业的蓬勃发展，对植物纤维的需求也大大增加。

目前，工业上的纤维制取方式主要通过挤压处理使植物原料产生龟裂，竹(木)片变薄后分离制得。就挤压碎裂法制纤而言，由于挤压的力不能很好契合不同规格的竹材，而导致竹材各个部位受力不均匀，产生的裂纹分布不均匀，从而影响竹材粗纤维的获取；也有用碱液浸泡致使竹材中半纤维素、木质素降解的方法得到植物纤维的，但也同样存在着效率较低等缺陷。

现有竹纤维的制备过程主要存在的问题是：不能很好地保证竹材中纤维的分离，导致成纤率低下，制得的纤维粗细不均匀，加工工序多，劳动强度大，加工方法较为落后。就化学法制纤而言，由于化学药液作用在竹材表面，使竹材中纤维素、半纤维素和木质素的分解出现内外不一致，致使竹材内部制得的竹纤维长短不一致，粗细不均匀，从而导致竹纤维合格率和出纤率低，纤维生产成本高，生产的竹纤维品质较差，只能用于纤维板或低档次复合材料应用领域。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种竹材成纤的连续式加工装置。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种竹材成纤的连续式加工方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种竹材成纤的连续式加工装置，包括一支架、一用以容置竹片且两端为敞口并中空的机具轨道、一小车导轨、一小车和一用以夹紧竹片的竹片夹具，所述机具轨道与小车导轨分别安装于支架上，所述小车滑设于小车导轨上，所述竹片夹具位于机具轨道内，所述小车与竹片夹具通过一连接板连接，所述机具轨道上沿着该机具轨道的路径开设有一插缝，所述连接板滑插于该插缝；所述机具轨道包括依次设置的一首线性轨道段、一锥形螺旋结构轨道段和一尾线性轨道段，所述锥形螺旋结构轨道段的轨道螺旋升角控制在10-30度，所述小车导轨包括依次设置的一首线性导轨段、一锥形螺旋结构导轨段和一尾线性导轨段，所述首线性轨道段与首线性导轨段平行设置，所述锥形螺旋结构轨道段与锥形螺旋结构导轨段绕同一中心轴设置，所述尾线性轨道段与尾线性导轨段平行设置。

进一步地，该连续式加工装置还包括一竹片取放段，所述竹片取放段的两端分别与首线性轨道段、尾线性轨道段衔接。

进一步地，所述小车上设有一凹槽，所述凹槽内的两侧对称设置有至少一组滑轮，所述小车导轨的截面形状呈T字型，所述小车导轨的横边部两端分别与凹槽内两侧的滑轮滑配。

进一步地，所述锥形螺旋结构轨道段的半径控制在80-800mm，且其轨道圈数控制在5-15圈。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之二的：一种竹材成纤的连续式加工方法，该加工方法采用如下连续式加工装置实现的，具体地，所述连续式加工装置包括一支架、一用以容置竹片且两端为敞口并中空的机具轨道、一小车导轨、一小车和一用以夹紧竹片的竹片夹具，所述小车滑设于小车导轨上，所述机具轨道与小车导轨分别安装于支架上，所述竹片夹具位于机具轨道内，所述小车与竹片夹具通过一连接板连接，所述机具轨道上沿着该机具轨道的路径开设有一插缝，所述连接板滑插于该插缝；所述机具轨道包括依次设置的一首线性轨道段、一锥形螺旋结构轨道段和一尾线性轨道段，所述锥形螺旋结构轨道段的轨道螺旋升角控制在10-30度，所述小车导轨包括依次设置的一首线性导轨段、一锥形螺旋结构导轨段和一尾线性导轨段，所述首线性轨道段与首线性导轨段平行设置，所述锥形螺旋结构轨道段与锥形螺旋结构导轨段绕同一中心轴设置，所述尾线性轨道段与尾线性导轨段平行设置；

且该加工方法包括如下具体操作步骤：

(1)、选用0.5-1.5年生的新鲜竹材，再将竹材锯切成为0.8-3m的定长度的竹筒，接着将竹筒分成4-8等分得宽度2-4cm的竹片，之后竹片经过加热处理得热改性后的竹片，备用；

(2)、将热改性后的竹片置于首线性轨道段处，并通过竹片夹具将竹片固紧锁定，之后将小车装配于首线性导轨段并启动，小车沿着小车导轨运行，则通过小车带动将竹片拉入首线性轨道段内并继续拉动着竹片在机具轨道内运动，在运动过程中竹片受到拉伸、挤压、弯曲、扭转的组合变形的作用，使得在下车带动下最终从尾线性轨道段出来的是竹纤维，且当小车运行至尾线性导轨段末端时，取下小车，并取出竹纤维，接着将小车重新装配于首线性导轨段进行新一轮的成纤操作，达到连续式的竹片成纤目的。

进一步地，所述加热处理为蒸，具体操作如下：将定长定宽后的竹片置于密封蒸池内，并把竹片放在悬空铁丝网上，上下都通入高压热蒸汽，持续通入3-5分钟的高压蒸汽，使竹片能够充分加热改性。

进一步地，所述加热处理为火烤，具体操作如下：将定长度定宽后的竹片置于木炭炉内烘烤2-3分钟，期间不断翻置竹片，使竹片各个部位烘烤受热均匀，均匀改性，待到竹青部分颜色泛白就可取出竹片。

进一步地，所述加热处理为水煮，具体操作如下：将定长定宽后的竹片置于蒸煮池内，将水温加热至70-95℃，持续恒温水浴5-15分钟即可取出竹片。

进一步地，所述新鲜竹材为慈竹、绿竹、青皮竹、或毛竹中的任一种。

进一步地，所述首线性轨道段的首端部与尾线性轨道段的尾端部均进行扩口处理。

进一步地，所述连续式加工装置还包括一竹片取放段，所述竹片取放段的两端分别与首线性轨道段、尾线性轨道段衔接。

进一步地，所述小车上设有一凹槽，所述凹槽内的两侧对称设置有至少一组滑轮，所述小车导轨的截面形状呈T字型，所述小车导轨的横边部两端分别与凹槽内两侧的滑轮滑配。

进一步地，所述锥形螺旋结构轨道段的半径控制在80-800mm，且其轨道圈数控制在5-15圈。

本发明的有益效果在于：

提供了一种结构相对简单、且易于操作使用的竹材成纤的连续式加工装置，利用该连续式加工装置进行的本发明加工方法不仅加工过程简单、高效、无污染，而且获得的竹纤维具有弹性好与韧性佳的特点，即本发明能够快速有效地连续性制备大量优质的竹材纤维，大大节省了竹纤维的生产时间，提高了生产效率，并降低了生产成本。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明一种竹材成纤的连续式加工装置的示意图。

图2是本发明中小车导轨与小车的装配示意图(含局部剖视)。

图3是本发明中小车的俯视图。

图4是本发明中小车与竹片夹具连接后示意图。

【具体实施方式】

请结合图1至图4，本发明一种竹材成纤的连续式加工装置100，其包括一支架(未图示)、一用以容置竹片且两端为敞口并中空的机具轨道1、一小车导轨2、一小车3和一用以夹紧竹片的竹片夹具4，所述机具轨道1与小车导轨2分别安装于支架上，所述小车3滑设于小车导轨2上，所述竹片夹具4位于机具轨道1内，所述小车3与竹片夹具4通过一连接板5连接，所述机具轨道1上沿着该机具轨道1的路径开设有一插缝11，所述连接板5滑插于该插缝11，小车3运行时，连接板5能够在小车3的带动下沿着插缝11移动，从而带动竹片夹具4能够在机具轨道1内沿着该机具轨道1的路径运动，进而使得夹紧锁定于竹片夹具4上的竹片能够沿着该机具轨道1的路径运动。

机具轨道1包括依次设置的一首线性轨道段11、一锥形螺旋结构轨道段12和一尾线性轨道段13，所述锥形螺旋结构轨道段12的轨道螺旋升角控制在10-30度，所述小车导轨2包括依次设置的一首线性导轨段21、一锥形螺旋结构导轨段22和一尾线性导轨段23，所述首线性轨道段11与首线性导轨段21平行设置，所述锥形螺旋结构轨道段12与锥形螺旋结构导轨段22绕同一中心轴设置，所述尾线性轨道段13与尾线性导轨段23平行设置，机具轨道1与小车导轨2的配合，能够确保小车3在小车导轨2上运行时始终带动着机具轨道1的竹片夹具4运动；需要说明的是，因竹片在机具轨道1内随着受到各种力的作用，竹片逐渐分层裂开，为了能更好的成纤，则设计了锥形螺旋结构轨道段12；机具轨道1两端为敞口，即首线性轨道段11的首端与尾线性轨道段13的尾端均为敞口。

在本发明中：为了方便操作使得竹片进入机具轨道1与最后竹纤维的取出，连续式加工装置100还包括一竹片取放段6，所述竹片取放段6的两端分别与首线性轨道段13、尾线性轨道段23衔接；小车3上设有一凹槽31，所述凹槽31内的两侧对称设置有至少一组滑轮32，所述小车导轨2的截面形状呈T字型，即小车导轨2具有横边部201和竖边部202，所述小车导轨2的横边部201两端分别与凹槽31内两侧的滑轮32滑配，从而实现小车3滑设于小车导轨2；锥形螺旋结构轨道段的半径控制在80-800mm，且其轨道圈数控制在5-15圈

请再参照图1，本发明一种竹材成纤的连续式加工方法，其是基于上述连续式加工装置100实现的，且该连续式加工方法包括如下具体操作：

选用0.5-1.5年生的新鲜竹材，再将竹材锯切成为0.8-3m的定长度的竹筒，接着将竹筒分成4-8等分得宽度2-4cm的竹片，之后竹片经过加热处理得热改性后的竹片，备用；

将热改性后的竹片置于首线性轨道段11处，并通过竹片夹具4将竹片固紧锁定，之后将小车3装配于首线性导轨段11并启动，小车3沿着小车导轨2运行，则通过小车3带动将竹片拉入首线性轨道段11内并继续拉动着竹片在机具轨道1内运动，在运动过程中竹片受到拉伸、挤压、弯曲、扭转的组合变形的作用，使得竹片能产生几何非线性大变形破坏，其间竹材中纤维与基体组织出现裂纹，裂纹细密均匀，随着裂纹的不断扩展，纤维与基体分层和剥离，大量的纤维束组织得以显现而从竹材组织中分离出来，进而使得在小车3带动下最终从尾线性轨道段13出来的是竹纤维(麻状的)，且当小车3运行至尾线性导轨段末端23时，取下小车3，并取出竹纤维，接着将小车3重新装配于首线性导轨段11进行新一轮的成纤操作，如此不断循环，以达到连续式的竹片成纤目的。

其中，加热处理方式可以采用如下三种中的任意一种，方式a、蒸：将定长定宽后的竹片置于密封蒸池内，并把竹片放在悬空铁丝网上，上下都通入高压热蒸汽，持续通入3-5分钟的高压蒸汽，使竹片能够充分加热改性；方式b、火烤：将定长度定宽后的竹片置于木炭炉内烘烤2-3分钟，期间不断翻置竹片，使竹片各个部位烘烤受热均匀，均匀改性，待到竹青部分颜色泛白就可取出竹片；方式c、水煮：将定长定宽后的竹片置于蒸煮池内，将水温加热至70-95℃，持续恒温水浴5-15分钟即可取出竹片。

新鲜竹材可选用慈竹、绿竹、青皮竹、或毛竹中的任一种；首线性轨道段的首端部与尾线性轨道段的尾端部均进行扩口处理，以利于竹片进入机具轨道1，加工得到的纤维从轨道中更方便取出；锥形螺旋结构轨道段的半径控制在80-800mm，且其轨道圈数控制在5-15圈，具体选用多少圈数的轨道主要取决于目标的区别，若需要更柔软的竹纤维，则圈数越多越好。

由上可知，本发明提供的是一种机械物理加工方法，其充分利用竹材各向异性及非均匀材料的特性，将其先进行加热改性，然后强迫竹材沿设定轨迹运动，该运动轨道即机具轨道1的施力作用迫使竹材受到拉伸、挤压、扭转和弯曲的组合变形，导致竹材产生几何非线性大变形破坏，其间竹材中纤维与基体组织出现裂纹，随着裂纹的不断扩展，纤维与基体分层和剥离，大量的纤维束组织得以显现而从竹材组织中分离出来。另外，通过鉴定知，本发明加工方法获得的竹纤维(束)具有弹性好、韧性佳的特点。

因此，本发明一种竹材成纤的连续式加工装置，其结构相对简单，易于操作使用，利用该连续式加工装置进行的本发明加工方法不仅加工过程简单、高效、无污染，而且获得的竹纤维具有弹性好与韧性佳的特点，换而言之，本发明能够快速有效地连续性制备大量优质的竹纤维，大大节省了竹纤维的生产时间，提高了生产效率，并降低了生产成本，同时拓宽了竹纤维的应用领域。