专利名称：一种蒸汽热处理式整竹干燥方法
技术领域：
本发明属于竹材改性方法领域，尤指一种蒸汽热处理式整竹干燥方法。
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匀，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，目前整竹干燥技术研究较少，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的连接起来，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段浸入温度为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。上述两种竹段干燥技术均没有体现现代大规模进行整竹干燥的工业处理要求，所需干燥周期长，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，提供一种蒸汽热处理式整竹干燥方法，通过采用蒸汽热处理方式快速降低整竹的含水率，再进行低温干燥，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，实现整竹干燥的工业化生产。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案
一种蒸汽热处理式整竹干燥方法，其制作步骤包括
制作整竹竹段，将竹子截成设定长度的竹段；在竹节上穿孔；
蒸煮，将竹段浸入氯化钠和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化钠重量百分比为0. 5w% 10w%，醋酸重量百分比为0. 8w% 10w%，余量为水，常压水温由自然状态升到90°C 100°C,升温时间15min 20min,进行沸腾蒸煮,蒸煮时间3h 5h ;
蒸汽热处理，将整竹段整齐置于蒸汽罐中，用0. 14Mpa 0. 25Mpa的蒸汽压，温度110°C 140 °C，恒定热处理 30min 240min ；
干燥，将经过蒸煮之后的整竹段放入干燥窑中，向竹子喷蒸汽，窑内温度为50°C 60°C，湿度为65% 95%，使得竹子的含水率达10% 18%。
其中，使用的竹子可以是四至六年龄的新鲜毛竹，竹龄小的密度较小，细胞空隙较大，易导致开裂，而使用本方法加工，其开裂率大大降低。本方法优选直径为80mm 300mm的竹子。竹子的直径越大，处理越困难，也越容易开裂。但是，本方法处理粗大竹子，在克服开裂方面有较大优势。竹子截成0. 5m 2m的竹段为宜。在竹节上穿设的小孔可以采用人工方法或者机械方法加工，其大小可以根据需要调节，孔径为5mm 20mm为宜。这样孔径的小孔便于后序整竹处理中内外竹壁与蒸煮溶液充分接触以及干燥过程中，使整竹内壁汽流顺畅，利于内壁水份的排放，且受热均匀，提高
干燥质量。蒸煮的目的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。蒸汽热处理是本发明的一个重要的发明点，其原理是，将竹材置于高温、高湿，高压的环境中，使竹材中的有机物质如糖、淀粉、蛋白质分解变性，使真菌等以及虫类失去营养源，同时又将竹材中的虫卵、真菌等杀死。竹材的吸湿、解吸是竹材生物活性的具体表现之一，蒸汽热处理还可以使得竹材微炭化，将竹材微炭化后可以让生物活性降低，吸湿、解吸性就降低了。由此，蒸汽热处理具有以下几方面的作用
第一，能快速排除整竹段中含有的大量自由水份中的较大部分，降低整竹段下一步干燥过程中初始含水率，蒸汽热处理后，整竹段的含水率可达到35%。第二，高温热蒸汽可去除腐朽菌，微生物，蒸汽热处理后的整竹段安全环保，具有较好的防腐防虫功能。第三，高温热蒸汽可使竹材微炭化，降低竹材的生物活性，蒸汽热处理后的整竹段生物特性降低，不易吸水，含水率低，稳定性提高，干燥后不易开裂，不易变形。可以使得后续的干燥过程的用时缩短。将热处理后的整竹段在干燥窑中放置是的优选方式为整竹段的轴心线与热空气流速度方向一致。进一步地，上下层整竹段最好应用隔条均匀隔开。进一步地，在干燥窑内前后整竹段同轴线上设置。在干燥步骤中，优选将干燥分为以下三个阶段
a.干燥初始期一高湿预热阶段，窑内湿度为90% 95%，温度60°C，时间24h 36h；
b.干燥期一干燥阶段，窑内温度为50°C 55°C，湿度为75% 85%，时间为48h
72h ；
c.干燥终结期一平衡干燥阶段，窑内温度为55°C 60°C，湿度为85% 90%，时间为24h 36h ；
干燥后，整竹段的含水率达10% 18%。通常的竹材干燥，在干燥完成后还需要进行缓慢的冷却过程，一般需要1-4天。而使用了本发明的工艺，增加了蒸汽热处理，干燥过程进行之后，可以打开干燥窑敞开20分钟即可，甚至可以省掉冷却过程。大大提高了处理效率。
干燥时，干燥窑中的空气流动的风速达2. 5 3. 5m /s为宜。在整竹段的干燥过程中竹段的堆积方式，可以使得热汽流从整竹段一端的外表层、内表层同时流过，将热量传给外、内表层，再由竹材表层传给材料内层，这样传热均匀。同时，整竹段外、内表层的水汽被热汽流带走。这样热气流在整竹段另一端流出，流向下一根整竹段。这样就保证整竹段受热的均匀性。而上下层整竹段应用隔条均匀隔开，在材堆的高度上造成水平方向的气流通道，使每层竹材的主要蒸发面都能从流过表面的热空气中充分吸收热量排除湿气。所使用的干燥设施应具备的基本条件是有可喷蒸、调湿、调温的功能，可调控风速达 2. 5 3. 5m /so将蒸汽热处理后的整竹段放入具有喷蒸调湿功能的干燥窑中进行干燥优选分几个阶段进行，有以下作用
干燥初始期一高湿预热阶段。此阶段的主要目标是让竹筒整体受热，内、外温度达到均 匀，同时表层不排水份不发生干燥。要达到此目标就是将材料在高湿度环境下，对材料进行预热处理。干燥期一干燥阶段。此阶段的主要目标是将整竹段的内部水份最快而有效的逐渐排出材料体外，使整竹段干燥达到所要求的含水率。干燥终结期一平衡干燥阶段。此阶段的主要目标是对整竹段进行调湿处理，使材料内外含水率达到一致，减少干燥内应力。干燥后，整竹段的含水率达10% 18%。本发明提供的蒸汽热处理式整竹干燥方法的有益效果本发明提供的整竹干燥方法中在干燥步骤之前增加了蒸汽热处理过程，将整竹段置于蒸汽罐中进行蒸汽热处理能快速较大部分地排除整竹段中含有的大量自由水份，降低整竹段下一步干燥过程中初始含水率，使整竹具有较好的防腐防虫功能，生物特性降低，不易吸水，含水率低，稳定性提高，干燥后不易开裂，不易变形。实验可证明此方法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I :
(I)备料选择4年龄新鲜毛竹材，直径约为140mm，将新鲜毛竹截成I. 2m的竹段。采用人工方法，在竹段的竹节上穿上小孔。孔的大小可以根据需要调节，在本实施例中孔的直径R为8mm。(2)蒸煮处理将竹段浸入浓度0. 8%氯化钠和1%醋酸混合溶液中，常压水温由自然状态升到90°C，升温时间15min，沸腾蒸煮4h。(3)蒸汽热处理将整竹段整齐置于蒸汽罐中，用0. 18 Mpa的蒸汽压，温度116°C，恒定热处理90min。(4)干燥将蒸汽热处理后的竹段放入具有喷蒸功能的干燥窑中进行干燥，分为以下几个操作阶段
a.整竹段的干燥堆积在可喷蒸调湿温度蒸汽干燥窑内，可调控风速达3米/S。整竹段的轴心线与热空气流速度方向一致。前后整竹段应在同一轴线上。上下层整竹段应用隔条均勻隔开。b.干燥初始期一高湿预热阶段。整竹段在高湿预热阶段为窑内湿度为90%，温度60°C，时间 24h。c.干燥期一干燥阶段。干燥阶段的温度为55°C，湿度为75%，时间为48h。d.干燥终结期一平衡干燥阶段。整竹段平衡干燥阶段的温度为58°C，湿度为85%，时间为24h。干燥后整竹段含水率达12%。实施例2
(I)备料选择4年龄新鲜毛竹材，直径约为140mm，将新鲜毛竹截成I. 2m的竹段。采用人工方法，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8mm。
(2)蒸煮处理将竹段浸入浓度0. 8%氯化钠和1%醋酸混合溶液中，常压水温由自然状态升到100°c，升温时间20min，沸腾蒸煮5h。(3)蒸汽热处理将整竹段整齐置于蒸汽罐中，用0. 20Mpa的蒸汽压，温度120°C，恒定热处理90min。(4)干燥将蒸汽热处理后的竹段放入具有喷蒸功能的干燥窑中进行干燥，分为以下几个阶段
a.整竹段的干燥堆积在可喷蒸调湿温度蒸汽干燥窑内，可调控风速达2.5米/S。整竹段的轴心线与热空气流速度方向一致。前后整竹段应在同一轴线上。上下层整竹段应用隔条均匀隔开。b.干燥初始期一高湿预热阶段。整竹段在高湿预热阶段为窑内湿度为92%，温度60°C，时间 36h。c.干燥期一干燥阶段。干燥阶段的温度为55°C，湿度为80%，时间为60h。d.干燥终结期一平衡干燥阶段。整竹段平衡干燥阶段的温度为58°C，湿度为85%，时间为36h，干燥后整竹段的含水率达15%。 在没有设置蒸煮过程的工艺中，经过蒸煮工序后进入干燥过程，与本发明对比，有如下的区别
I.干燥时间对比问题
在现有技术中经过蒸煮之后的竹材进入干燥过程，要经过缓慢的升温，再较长时间保温，然后还要进行长时间的排湿，最后，竹材方能取出。按照室温20度，以每小时升温0. I 0. 5°C计算，上升到最高温度为60°C，时间为60 400h.加上最低的保温时间为10 18h，排湿时间为I 4天，因此干燥和排湿总时间需要114 514h，最少时间需要114h，因而相对于本专利最少的96h，至少节约时间18h。在实际的生产的过程中，节约的时间更长。在先前的干燥中，最后的排湿时间为I 4天，加之先前的干燥时间，这里说的时间是干燥加上排湿时间，计算时间为114 394h，相比较而言，蒸汽热处理的时间最长也只有4个小时，因此，本发明提供的工艺用时少于现有工艺。2.稳定性问题
稳定性就是竹材干燥过程中或干燥后竹材本身物理及形态变形的指标。提高竹材的稳定性就是降低了竹材在干燥中和干燥后使用过程中的变形量。本发明提供的工艺中增加蒸汽热处理过程，使得竹材微炭化，微炭化可减少这种变形量。
3.开裂率减少的问题
如果没有进行蒸煮就直接干燥，每百根竹子中就要有60根会开裂，经过蒸煮但没有进 行蒸汽热处理的现有工艺进行竹材处理，经过干燥后每100根大概有8根会开裂，而本发明提供的竹子处理方法，每100根整竹开裂的仅约为4根。由此可以证明通过本发明提供的方法处理整竹，可以有效降低整竹的开裂率。
权利要求
1.一种蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于其制作步骤包括 制作整竹竹段，将竹子截成设定长度的竹段； 在竹节上穿孔； 蒸煮，将竹段浸入氯化钠和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化钠重量百分比为0. 5w% 10w%，醋酸重量百分比0. 8w% 10w%，余量为水，常压水温由自然状态升到90°C 100°C,升温时间15min 20min,进行沸腾蒸煮,蒸煮时间3h 5h ; 蒸汽热处理，将整竹段整齐置于蒸汽罐中，用0. 14Mpa 0. 25Mpa的蒸汽压，温度110°C 140 °C，恒定热处理 30min 240min ； 干燥，将经过蒸煮之后的整竹段放入干燥窑中，向竹子喷蒸汽，窑内温度为50°C 60°C，湿度为65% 95%，使得竹子的含水率达10% 18%。
2.根据权利要求I所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于使用的竹子为四至六年龄新鲜毛竹；和/或， 选择直径为80mm 300mm的竹子。
3.根据权利要求I或2所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于所述竹子截成0. 5m 2m的竹段；和/或， 在竹节上穿设的小孔的孔径为5mm 20mm为宜。
4.根据权利要求I所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥步骤中，干燥分为以下阶段 a.干燥初始期一高湿预热阶段，窑内湿度为90% 95%，温度60°C，时间24h 36h； b.干燥期一干燥阶段，窑内温度为50°C 55°C，湿度为75% 85%，时间为48h 72h ； c.干燥终结期一平衡干燥阶段，窑内温度为55°C 60°C，湿度为85% 90%，时间为24h 36h ； 干燥后，整竹段的含水率达10% 18%。
5.根据权利要求I或4所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥步骤之后，打开干燥窑敞开20分钟。
6.根据权利要求I或4所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥过程中，干燥窑中的空气流动的风速达2. 5 3. 5m /s。
7.根据权利要求I或4所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥过程中，整竹段的轴心线与热空气流速度方向一致；和/或， 上下层整竹段用隔条均匀隔开。
8.根据权利要求7所述的蒸汽热处理式整竹干燥方法，其特征在于前后整竹段同轴线上设置。
全文摘要
本发明公开了一种蒸汽热处理式整竹干燥方。包括以下步骤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，再将整竹段整齐置于蒸汽罐中，用0.14MPa～0.25MPa的蒸汽压，温度110℃～140℃进行处理。然后将上述竹段放入具有喷蒸功能的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10%～18%。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B27K5/00GK102729303SQ20111040764
公开日2012年10月17日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者何合高, 傅万四, 刘伟, 刘星雨, 周建波, 范利海, 赵章荣, 韩望 申请人:国家林业局北京林业机械研究所