竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，屬木材工業中的竹材加工技術領域。
【背景技術】
[0002]家庭裝修、家具和戶外木質材料主要使用天然實木，如非洲菠蘿格、緬甸柚木、南美伊貝和美洲橡木等大徑級硬闊葉材，和經防腐劑處理的俄羅斯樟子松、美國南方松等。含重金屬等有毒成分的防腐劑使用會帶來使用過程中的隨雨水沖刷流失而影響生態環境，然而隨著社會經濟的發展和人口的增加，全球對木材的需求不斷增長。由于全球環境壓力加大，各國政府和人民的環境意識加強，認識到保護森林的重要性，大直徑原木供給越來越短缺，依賴天然林原木作為原料的時代已經過去。
[0003]我國的竹子資源集中分布在長江以南的14個省、市、自治區。今天，竹產業已經成為我國竹產區的支柱產業。我國竹林面積和竹材產量已由1950年130萬公頃和160萬噸，增加到2011年的538.1萬公頃和16.44億根。這些為我國發展竹材加工提供了堅實、可持續的資源基礎，竹材圓筒結構是天然形成的奇妙的結構，這種結構符合材料力學中的等強度設計原理，可以作為結構材來使用，如云南傣族的竹樓，主要使用圓竹建成。但在使用過程中容易發生開裂，限制了作為結構材的使用范圍，并易使水、蟲、腐朽菌等進入其中，造成蟲蛀和腐朽等影響其使用壽命。因此，圓竹竹筒防裂干燥、防蛀和尺寸穩定性好等技術難題的解決，是實現竹資源可持續利用的必要保障。
[0004]木材的炭化通常采用先將其干燥到絕干，然后再升溫到180?220°C的環境下保持I?4小時，然后還需通蒸汽使其達到其平衡含水率。炭化處理時間長，工序比較繁瑣。
[0005]如能將圓竹筒快速干燥并炭化，這樣就可以將圓竹這種材料作為一種家具材料、建筑材料和戶外景觀材料來使用，這是因為干燥后的無裂縫，就保持圓竹原來的最佳結構強度，外層致密的結構使得蟲菌等都不能進入;通過炭化處理后，竹材中的適合蟲菌生長的營養物質被分解，且其平衡含水率也較低，這樣其尺寸穩定性、耐腐和防蛀的能力就提高，可是作為戶外的圍欄等景觀材料使用，提高其使用附加值。
[0006]新鮮圓竹在溫度很高的飽和蒸汽中處理10?60分鐘，利用竹材中含有木質素、纖維素和半纖維素的材質，在高溫140?190°C以及竹材含水率高于30%以上的情況下，易發生半纖維素的快速水解而炭化原理，且在如此高的溫度下，竹材中的水分全部變成蒸汽易排出，該溫度在竹材木質素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒的干燥收縮又不會造成開裂，圓竹干燥開裂等缺陷將會大大減少。
【發明內容】
[0007]本發明提出的是竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其目的旨在利用新鮮圓竹筒在溫度為140?190°C的高溫飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱和濕熱熱處理，使竹筒保濕加熱，迅速達到木素、纖維素和半纖維素的軟化點，同時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解，達到短時間高效炭化目的。
[0008]在此情況下，竹材中的水分全部變成蒸汽易排出，同時該溫度在竹材木質素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒的干燥收縮又不會造成開裂，圓竹干燥開裂等缺陷將會大大改善。
[0009]這樣快速炭化處理和軟化處理，制造的無裂縫且炭化的圓竹筒，其尺寸穩定性更佳，且具有防腐和防蛀性能，適合制作工藝品、家具和戶外景觀。
[0010]本發明的技術解決方案:竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，包括如下工藝步驟:
(1)新鮮竹筒鉆孔處理；
(2)竹筒堆放及推進高壓罐；
(3)圓竹筒高壓罐內高溫軟化和炭化處理；
(4)圓竹筒的干燥處理。
[0011]本發明的優點:利用新鮮圓竹筒在溫度為140?190°C的高溫飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱和濕熱熱處理，使竹筒保濕加熱，迅速達到木素、纖維素和半纖維素的軟化點，同時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解，達到短時間高效炭化目的。在此情況下，竹材中的水分全部變成蒸汽易排出，同時該溫度在竹材木質素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒的干燥收縮又不會造成開裂，圓竹干燥開裂等缺陷將會大大改善。這樣快速炭化處理和軟化處理，制造的無裂縫且炭化的圓竹筒的尺寸穩定性更佳，且該圓竹筒具有防腐和防蛀性能，適合制作工藝品、家具、竹建筑和戶外景觀。使圓竹筒的無裂縫干燥炭化的大規模生產成為可能，也為竹產業的健康發展提供保障。
【具體實施方式】
[0012]實施例，竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法如下:
(1)直徑為10mm的新鮮竹筒(剛砍伐不超過20天)，按要求截成1800mm長，通過長鉆頭在其竹節隔上鉆孔將縱向打通，或在竹節上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內和外界相通；
(2)竹筒堆放及進高壓罐，將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關好罐門；
(3)圓竹筒高壓罐內高溫軟化和炭化處理，將罐內通入溫度為180°C高溫蒸汽，剛通入時，先將罐內的冷空氣和冷凝水排出，使罐內溫度迅速上升到180°C的溫度，然后保持12分鐘，在此段時間內，罐內始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內的蒸汽緩緩排出，直至管內蒸汽全部排出；
(4)圓竹筒的干燥處理，當罐內蒸汽全部排出后，從罐的進氣口通入的溫度為90°C干燥熱空氣，并打開罐下部的出氣口，此時竹筒內的高溫蒸汽就會隨干燥的熱空氣排出罐外，經過60分鐘的干燥，就得到已經炭化和干燥過無裂縫的圓竹筒。
[0013]經常規后期加工后，即可得到炭化的無裂縫圓竹筒，其物理力學性能如下:
密度:0.75 ?0.85g/cm3
含水率:6?15%
MOR //: > 110 MPa MOE //: > 12000 MPa0
【主權項】
1.竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是包括如下工藝步驟: (1)新鮮竹筒鉆孔處理； (2)竹筒堆放及進高壓罐中； (3)圓竹筒高壓罐內高溫軟化和炭化處理； (4)圓竹筒的干燥處理。2.根據權利要求1所述竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是所述的步驟(I)新鮮竹筒鉆孔處理:按要求截斷后，通過長鉆頭在其竹節隔上鉆孔將縱向打通，或在竹節的上下部位從竹青層向竹簧層鉆孔，該孔可以確保竹筒內和外界相通。3.根據權利要求1所述的竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是所述的步驟(2)竹筒堆放及進高壓罐:將竹筒放置在小車上，然后將竹筒推進高壓罐中，關好罐門。4.根據權利要求1所述的竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是所述的步驟(3)圓竹筒高壓罐內高溫軟化和炭化處理:向高壓罐內通入溫度為140?190°C高溫蒸汽，剛通入時，先將罐內的冷空氣和冷凝水排出，使高壓罐溫度迅速上升到140?190°C的溫度，然后保持10?60分鐘，在此段時間內，高壓罐內始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達至嗽化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使高壓罐內的蒸汽緩緩排出，直至管內蒸汽全部排出。5.根據權利要求1所述的竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是所述的步驟(4)圓竹筒的干燥處理:當高壓罐內蒸汽全部排出后，從高壓罐的進氣口通入的溫度為70?110°C干燥熱空氣，并打開高壓罐下部的出氣口，此時竹筒內的蒸汽就會隨干燥的熱空氣排出罐外，經過30?200分鐘的干燥，就得到已經炭化并已干燥的無裂縫圓竹筒。6.根據權利要求1所述的竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，其特征是所述的步驟(4)圓竹筒的干燥處理:還可以是將圓竹筒罐內排氣后，將竹筒直接推出，堆垛在有蓋并通風的地方使其氣干到含水率12%;還可以將取出的圓竹筒再在干燥窯或隧道窯中進一步干燥含水率12%。
【專利摘要】本發明是竹筒的高效炭化及無裂縫處理方法，包括如下工藝步驟：（1）新鮮竹筒鉆孔處理；（2）竹筒堆放及進高壓罐中；（3）圓竹筒高壓罐內高溫軟化和炭化處理；（4）圓竹筒的干燥處理。新鮮圓竹筒在溫度為140～190℃的高溫飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱，迅速達到木素、纖維素和半纖維素的軟化點，同時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解，達到短時間高效炭化目的。再通過干燥的熱氣將竹筒內的水分排出，竹筒的干燥收縮又不會造成開裂，這樣快速炭化處理和軟化處理，制造的無裂縫且炭化的圓竹筒，其尺寸穩定性更佳，還具有防腐和防蛀性能，適合制作工藝品、家具、竹建筑和戶外景觀。為竹產業提供更優加工方法。
【IPC分類】B27K5/06, B27M1/06, B27K5/04
【公開號】CN105643750
【申請號】
【發明人】許斌, 李延軍
【申請人】南京林業大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年2月25日