竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，属木材工业中的竹材加工技术领域。
【背景技术】
[0002]家庭装修、家具和户外木质材料主要使用天然实木，如非洲菠萝格、缅甸柚木、南美伊贝和美洲橡木等大径级硬阔叶材，和经防腐剂处理的俄罗斯樟子松、美国南方松等。含重金属等有毒成分的防腐剂使用会带来使用过程中的随雨水冲刷流失而影响生态环境，然而随着社会经济的发展和人口的增加，全球对木材的需求不断增长。由于全球环境压力加大，各国政府和人民的环境意识加强，认识到保护森林的重要性，大直径原木供给越来越短缺，依赖天然林原木作为原料的时代已经过去。
[0003]我国的竹子资源集中分布在长江以南的14个省、市、自治区。今天，竹产业已经成为我国竹产区的支柱产业。我国竹林面积和竹材产量已由1950年130万公顷和160万吨，增加到2011年的538.1万公顷和16.44亿根。这些为我国发展竹材加工提供了坚实、可持续的资源基础，竹材圆筒结构是天然形成的奇妙的结构，这种结构符合材料力学中的等强度设计原理，可以作为结构材来使用，如云南傣族的竹楼，主要使用圆竹建成。但在使用过程中容易发生开裂，限制了作为结构材的使用范围，并易使水、虫、腐朽菌等进入其中，造成虫蛀和腐朽等影响其使用寿命。因此，圆竹竹筒防裂干燥、防蛀和尺寸稳定性好等技术难题的解决，是实现竹资源可持续利用的必要保障。
[0004]木材的炭化通常采用先将其干燥到绝干，然后再升温到180?220°C的环境下保持I?4小时，然后还需通蒸汽使其达到其平衡含水率。炭化处理时间长，工序比较繁琐。
[0005]如能将圆竹筒快速干燥并炭化，这样就可以将圆竹这种材料作为一种家具材料、建筑材料和户外景观材料来使用，这是因为干燥后的无裂缝，就保持圆竹原来的最佳结构强度，外层致密的结构使得虫菌等都不能进入;通过炭化处理后，竹材中的适合虫菌生长的营养物质被分解，且其平衡含水率也较低，这样其尺寸稳定性、耐腐和防蛀的能力就提高，可是作为户外的围栏等景观材料使用，提高其使用附加值。
[0006]新鲜圆竹在温度很高的饱和蒸汽中处理10?60分钟，利用竹材中含有木质素、纤维素和半纤维素的材质，在高温140?190°C以及竹材含水率高于30%以上的情况下，易发生半纤维素的快速水解而炭化原理，且在如此高的温度下，竹材中的水分全部变成蒸汽易排出，该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒的干燥收缩又不会造成开裂，圆竹干燥开裂等缺陷将会大大减少。
【发明内容】
[0007]本发明提出的是竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其目的旨在利用新鲜圆竹筒在温度为140?190°C的高温饱和蒸汽罐中，利用高温蒸汽的快速加热和湿热热处理，使竹筒保湿加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素在如此高的温度和湿度下迅速水解，达到短时间高效炭化目的。
[0008]在此情况下，竹材中的水分全部变成蒸汽易排出，同时该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒的干燥收缩又不会造成开裂，圆竹干燥开裂等缺陷将会大大改善。
[0009]这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的圆竹筒，其尺寸稳定性更佳，且具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具和户外景观。
[0010]本发明的技术解决方案:竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，包括如下工艺步骤:
(1)新鲜竹筒钻孔处理；
(2)竹筒堆放及推进高压罐；
(3)圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；
(4)圆竹筒的干燥处理。
[0011]本发明的优点:利用新鲜圆竹筒在温度为140?190°C的高温饱和蒸汽罐中，利用高温蒸汽的快速加热和湿热热处理，使竹筒保湿加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素在如此高的温度和湿度下迅速水解，达到短时间高效炭化目的。在此情况下，竹材中的水分全部变成蒸汽易排出，同时该温度在竹材木质素、纤维素和半纤维素软化点之上，竹筒的干燥收缩又不会造成开裂，圆竹干燥开裂等缺陷将会大大改善。这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的圆竹筒的尺寸稳定性更佳，且该圆竹筒具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具、竹建筑和户外景观。使圆竹筒的无裂缝干燥炭化的大规模生产成为可能，也为竹产业的健康发展提供保障。
【具体实施方式】
[0012]实施例，竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法如下:
(1)直径为10mm的新鲜竹筒(刚砍伐不超过20天)，按要求截成1800mm长，通过长钻头在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节上下部位从竹青层向竹黄层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通；
(2)竹筒堆放及进高压罐，将竹筒放置在小车上，然后将其推进高压罐中，关好罐门；
(3)圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理，将罐内通入温度为180°C高温蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使罐内温度迅速上升到180°C的温度，然后保持12分钟，在此段时间内，罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达到其软化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出；
(4)圆竹筒的干燥处理，当罐内蒸汽全部排出后，从罐的进气口通入的温度为90°C干燥热空气，并打开罐下部的出气口，此时竹筒内的高温蒸汽就会随干燥的热空气排出罐外，经过60分钟的干燥，就得到已经炭化和干燥过无裂缝的圆竹筒。
[0013]经常规后期加工后，即可得到炭化的无裂缝圆竹筒，其物理力学性能如下:
密度:0.75 ?0.85g/cm3
含水率:6?15%
MOR //: > 110 MPa MOE //: > 12000 MPa0
【主权项】
1.竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是包括如下工艺步骤: (1)新鲜竹筒钻孔处理； (2)竹筒堆放及进高压罐中； (3)圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理； (4)圆竹筒的干燥处理。2.根据权利要求1所述竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是所述的步骤(I)新鲜竹筒钻孔处理:按要求截断后，通过长钻头在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节的上下部位从竹青层向竹簧层钻孔，该孔可以确保竹筒内和外界相通。3.根据权利要求1所述的竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是所述的步骤(2)竹筒堆放及进高压罐:将竹筒放置在小车上，然后将竹筒推进高压罐中，关好罐门。4.根据权利要求1所述的竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是所述的步骤(3)圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理:向高压罐内通入温度为140?190°C高温蒸汽，刚通入时，先将罐内的冷空气和冷凝水排出，使高压罐温度迅速上升到140?190°C的温度，然后保持10?60分钟，在此段时间内，高压罐内始终为饱和蒸汽，在此温度和湿度下，竹筒已达至嗽化点温度，半纤维素已水解，圆竹筒已炭化，此时停止通蒸汽，将排气阀门微开，使高压罐内的蒸汽缓缓排出，直至管内蒸汽全部排出。5.根据权利要求1所述的竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是所述的步骤(4)圆竹筒的干燥处理:当高压罐内蒸汽全部排出后，从高压罐的进气口通入的温度为70?110°C干燥热空气，并打开高压罐下部的出气口，此时竹筒内的蒸汽就会随干燥的热空气排出罐外，经过30?200分钟的干燥，就得到已经炭化并已干燥的无裂缝圆竹筒。6.根据权利要求1所述的竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，其特征是所述的步骤(4)圆竹筒的干燥处理:还可以是将圆竹筒罐内排气后，将竹筒直接推出，堆垛在有盖并通风的地方使其气干到含水率12%;还可以将取出的圆竹筒再在干燥窑或隧道窑中进一步干燥含水率12%。
【专利摘要】本发明是竹筒的高效炭化及无裂缝处理方法，包括如下工艺步骤：（1）新鲜竹筒钻孔处理；（2）竹筒堆放及进高压罐中；（3）圆竹筒高压罐内高温软化和炭化处理；（4）圆竹筒的干燥处理。新鲜圆竹筒在温度为140～190℃的高温饱和蒸汽罐中，利用高温蒸汽的快速加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素在如此高的温度和湿度下迅速水解，达到短时间高效炭化目的。再通过干燥的热气将竹筒内的水分排出，竹筒的干燥收缩又不会造成开裂，这样快速炭化处理和软化处理，制造的无裂缝且炭化的圆竹筒，其尺寸稳定性更佳，还具有防腐和防蛀性能，适合制作工艺品、家具、竹建筑和户外景观。为竹产业提供更优加工方法。
【IPC分类】B27K5/06, B27M1/06, B27K5/04
【公开号】CN105643750
【申请号】
【发明人】许斌, 李延军
【申请人】南京林业大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月25日