CN102189570A - 一种梯形竹材原态重组材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种梯形竹材原态重组材料及其制造方法，属于材料领域。梯形竹材原态重组材料，由竹青面和竹黄面分别为梯形上底和下底的光滑梯形竹板有序排列粘接而成，梯形竹板可以是等腰梯形，也可以是不等腰梯形。本发明的优点是：本发明针对竹材具有中空、锥形、竹青竹黄竹节物理力学性能差异大等特点，将圆形空心竹材加工成梯形竹板，保持竹材天然结构进行原态竹坯重组，较传统的矩形(方形)重组提高了利用率，可实现多种几何图形重组，制造出高强度的重组竹材料。梯形竹材原态重组材料可替代珍贵木材及各种人造板材。提高竹材资源的利用率，节省林木资源。本发明还提供了上述重组材料的制造方法。

Description

一种梯形竹材原态重组材料及其制造方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种梯形竹材原态重组材料，还涉及该重组材料的制造方法。

背景技术

我国是世界第一竹子资源大国，竹材加工产业发展很快，但竹材利用率很低，以竹地板为例，整竹利用率不足25％。竹子具有生长迅速、轮伐期短等特点，将空心竹材加工成新型复合材料，具有较好的应用前景。现有竹材重组技术主要有：

(1)矩形重组技术：将空心竹材劈裂成弧形竹坯(如图2所示)，再将竹坯加工成一定规格的矩形(或方形)条(如图4b所示)，把竹条胶合到一起，组成竹板材或竹方材。其缺点和不足是：将弧形竹坯切削成方条，导致大量原料的浪费，一般利用率不足30％。

(2)梯形竹材原态重组技术：将空心竹材加工成弧形竹坯，再以内弧与外弧相吻合进行重组胶合到一起，形成竹板材或竹方材。这种重组虽然较矩形重组利用率有所提高，但仍然存在如下缺点和不足：1)内弧与外弧相拼精度要求很高，加工难度较大；2)必须做到内弧与外弧相等，对圆竹的直径要求一致，不利于规模化生产。

(3)小径竹重组技术：将小径竹竹材揉磋成竹束，重组胶合到一起，形成竹板材或竹方材。其缺点和不足是：破坏了天然竹材的宏观结构，失去了竹材的“原态”，表面质量欠佳，无法替代较高档次实木。

(4)竹材人造板技术：将竹材加工成竹刨花、竹纤维或竹单板等形态，经过拌胶、热压等过程，加工成竹刨花板、竹纤维板或竹胶合板等产品。其缺点和不足是：既失去了竹材的“原态”，又无法做成可替代木材的高档产品。

发明内容

本发明的第一目的是改进现有技术的不足，提供一种梯形竹材原态重组材料，其既保持了竹材天然原态生理特征，又可成为高强度的多种规格和形状的竹材料且竹材利用率较高；

本发明的再一个目的是提供上述梯形竹材原态重组材料的制造方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种梯形竹材原态重组材料，其重组单元为梯形截面竹板，该重组单元是将竹片的竹青面和竹黄面分别加工为上底平面和下底平面的任一截面均为梯形的竹板，将所述重组单元有序排列粘接组成所述重组材料；所述重组单元的梯形截面竹板是等腰梯形，或是不等腰梯形。

所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，可以是将所述梯形竹板上底和下底交替排列，相邻两所述梯形截面竹板的两腰的侧面粘接重组拼成平板材料；

所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，也可以是将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状实体的重组材料；

所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，还可以是将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状空心的重组材料。

进一步地，可以将所述平板材料作为重组单元进行二次重组，即将平板材料的重组单元平行重组拼成厚板材或方材。所述二次重组材料中，相邻各平板材料中的梯形截面竹板可以是相互平行的、或者是相互垂直的，或者是相互交错设置的。

进一步地，可以在所述杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料的侧壁上粘接梯形截面竹板，构成更大截面规格的杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料。

进一步地，还可以将若干个所述杆状实体的重组材料或其上再次重组的重组材料，或者杆状空心的重组材料或其上再次重组的重组材料彼此粘接在一起，构成更大截面的杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料。

通过上述各种不同形式的上底和下底按有序几何排列重组拼成立体材料，可将所述立体材料拼成更大截面规格的重组材料。

另外，梯形竹材原态重组材料，还可以将所述重组单元即梯形截面竹板在其长度方向进行对接，实现长度方向的延长。所述的对接方式可以是平接、斜接、指接、榫接及本领域其他连接方式。

梯形竹材原态重组材料，所述梯形竹板之间或重组单元之间进行加压粘接。

所述加压粘接为热压粘接或者冷压粘接。

上述梯形竹材原态重组材的制造方法，包括下述步骤：

(1)将竹材锯切成长度为500～3000mm的竹段，依据竹筒直径大小将竹段劈裂成宽度为20～100mm的弧形竹片毛坯；

(2)将弧形竹片毛坯的竹青面和竹黄面切削去除内外竹节，加工成标准规格的梯形截面竹板即所述重组单元；

(3)将梯形截面竹板需要涂胶面涂胶，然后按设定规律依次叠合组坯；

(4)将涂胶后的梯形竹板按需要加压的方向进行同时加压固定常温自然固化，或送入热压装置同时加压的热压法固化，形成梯形竹材原态重组材料；

(5)对梯形竹材原态重组材料边缘和表面进行处理，锯切成一定规格的梯形竹材原态重组材料。

通过上述方法制成的重组材料可以进行再一次、二次或多次的重组，后一次将前一次的重组材料作为重组单元，进行若干该重组单元或重组单元与梯形截面竹板之间的叠合粘接和固化，形成具有不同截面规格的梯形竹材原态重组材料。

在所述后一次的重组之前，可将该重组单元表面加工平整后再进行。

如果需要将所述梯形截面竹板在长度方向上加长，可在步骤(2)和步骤(3)之间增加一个步骤：将梯形竹板进行一端或双端对接，对接方式是平接、斜接、指接或榫接粘合固化。

在上述方法中完成全部5个步骤之后，可另设一步骤(6)：对所述重组竹材边缘和表面进行处理。该处理通常是对边缘进行修整、表面进行刨光或砂光处理。

本发明的梯形竹材原态重组材料的所述重组单元之间的胶粘剂可采用UF(脲醛树脂胶)、PF(酚醛树脂胶)、MDI(异氰酸酯胶)或本领域所用的其他胶黏剂。

本发明提供的梯形竹材原态重组材料具有如下优点：

(1)与传统的竹材矩形(方形)重组相比(见图4)，较大限度地提高了竹材的利用率，且保持了竹材的原生形态；

(2)梯形竹材原态重组材料可实现多种几何图形重组，比如六边形、三菱形、空心型等。

(3)自然竹材是圆筒状，可很容易将竹筒壁加工成梯形截面竹材原态重组单元，还可以将重组单元和已经组合起来的重组材料即组元再次重组，实现多个组元多次重组，这是本发明的关键之一。

加工设备与本领域的加工设备基本相同，可以实现本发明的关键技术。

因此，本发明针对竹材尤其是毛竹、龙竹等大型竹种，将圆形空心竹材加工成梯形竹材，既保持了竹材天然原态生理特征，又可研制出高强度的多种规格和形状的重组竹材料，因竹材强度较高，可实现以竹代木，甚至可应用于一般木材无法胜任的用途。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对本发明的限制，凡是依照本发明公开内容所进行的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为将竹材剖开形成弧形竹片毛坯示意图，即劈裂成弧形竹片工序。

图3为梯形竹板示意图，即加工成标准梯形截面竹板工序。

图4a为梯形最大取材方案，图4b为矩形最大取材方案。该两图表示出本发明的梯形截面截取重组单元的方案与传统矩形取材方案对比情况。

图5为将梯形竹板上底和下底交替排列重组拼成平板重组材料示意图。

图6为将2片梯形截面竹板重组拼成杆状实体正六方形重组材料示意图。

图7为将8片梯形截面竹板重组拼成杆状实体正六方形重组材料示意图。

图8为将多片梯形截面竹板重组拼成杆状实体非正六方重组形材料示意图。

图9为将多片梯形截面竹板重组拼成实体大三角形重组材料示意图，该重组材料的两个下底角具有倒角。

图10为将多片梯形截面竹板重组拼成实体正六方形重组材料示意图。

图11为将4片梯形截面竹板重组拼成杆状空心正方形重组材料示意图。

图12为将8片梯形竹板重组拼成杆状空心八方形重组材料示意图。

图13为将多片梯形截面竹板重组拼成杆状空心正方形重组材料示意图，该材料四个转角具有倒角。

图14为将多片梯形截面竹板重组拼成实体矩形重组材料示意图，该重组材料具有多边轮廓。

图15为将多片梯形截面竹板重组拼成实体菱形重组材料示意图，该重组材料可以具有倒角。

图16为以图5平板材料为重组单元的二次重组板形重组材料示意图。

图17为以图5平板材料为重组单元的多次重组材料示意图。

图18为以图11杆状空心正方形材料为重组单元的多次重组材料示意图。

图19为以图13杆状空心正方形材料为重组单元的多次重组材料示意图，该材料四个转角具有倒角。

图20为以图12杆状空心八方形材料为重组单元的多次重组材料示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1为本发明的梯形竹材原态重组材料的制作工艺流程，选取胸径80～120mm的毛竹作为基本材料，根据竹材胸径不同，将圆竹劈裂成一定规格的弧形竹坯，如图2所示，经过铣削加工成规格一致的标准梯形截面竹板(见图3)，一端或双端铣指榫，按照设定指接竹板为设定长度。再进行排列组坯叠加胶合成板材，或二次重组形成方材。具体步骤如下：

(1)根据竹材的直径、锥度、壁厚和直度不同，将毛竹锯切成长度为500～2000mm的标准段。利用竹材破竹机将圆竹劈裂成弧形竹片毛坯。

规格：长度：500～2000mm

宽度：20～60mm

厚度：竹材自然壁厚(10～20mm)

(2)将弧形竹片毛坯进行改性处理，例如通过蒸煮30～60min，使其达到性能稳定。

(3)将改性处理后的弧形竹片毛坯进行干燥处理，可采用木材加工或竹材加工的常规干燥窑进行干燥，根据需要控制含水率达到2％～15％。

(4)将干燥弧形竹片加工成统一规格的梯形竹板，采用改进型的竹材四面铣床加工即可。

(5)将统一规格的梯形竹板一端或双端铣切成指形榫，可实现无限长度的指接组坯。

(6)将带有指形榫的梯形竹板横向结合面及指榫结合面涂胶，然后依次叠合组坯，将所述梯形竹板上底和下底交替地平行排列，相邻两所述梯形截面竹板的两腰的侧面粘接重组拼成平板材料；见图5。组坯时可将不同指接缝交错排放；可以采用酚醛树脂、密胺树脂、尿素树脂等热固性树脂或者其他用于人造板生产的胶粘剂。

(7)热压或冷压成型：将涂胶后叠合组坯进行垂直和侧向同时加压固定常温自然固化(冷压法)，或送入热压机垂直和侧向同时加压快速固化(热压法)，形成重组竹材，见图5。

1)冷压工艺参数

工作温度：环境温度即常温；

垂直单位压力：1.5～4.0Mpa；

侧向单位压力：0.5～3.0Mpa；

加压时间：12～36h；

实现方式：夹具固定。

2)热压工艺参数

工作温度：140～220℃；

垂直单位压力：0.5～4.0Mpa；

侧向单位压力：0.5～3.0Mpa；

加压时间：3min～10min；

实现方式：采用实木地板生产线所用平面热压机或专用高频热压机。

(8)对成型的重组板材的边缘进行修整、表面进行刨光处理，并根据需要锯切成一定规格的板材。

(9)根据具体用途不同，还可对图5所示板材再次重组，再次重组材料中，图5所示的平板材料作为重组单元，相邻各平板材料中的梯形截面竹板可以是相互平行的，或者是相互垂直的，或者是相互交错设置的。

将若干图5所示的板材涂胶后相互平行地横叠置组坯加压加热，制造出如图17所示的多层梯形竹材原态重组板材；或者，将若干图5所示的板材涂胶后相互垂直地叠置组坯加压加热，制造出如图16所示的梯形竹材原态重组方材。

本发明的梯形截面截取重组单元的方案与传统矩形取材方案对比情况，如图4a、图4b所示。本梯形截面竹板的竹子利用率较高。

实施例2：

参照图1～图3、图6所示，选取胸径100～200mm的大规格龙竹作为基本材料，根据竹材胸径不同，将圆竹劈裂成一定规格的弧形竹坯，经过铣削加工成规格一致的标准梯形竹板，一端或双短铣指榫。再进行排列组坯叠加胶合成多种几何形状的材料，或二次重组形成更大规格的方材。具体步骤如下：

(1)根据竹材的直径、锥度、壁厚和直度不同，将龙竹锯切成长度为100～3000mm的标准段。利用竹材破竹机将圆竹劈裂成弧形竹片毛坯。

规格：长度：1000～3000mm

宽度：40～100mm

厚度：竹材自然壁厚(15～40mm)

(2)如果产品用途需要改性处理，可按实施例1步骤(2)进行；否则，对龙竹多数用途，此步骤可取消。

(3)将改性处理后的弧形竹片毛坯进行干燥处理，可采用木材加工或竹材加工的常规干燥窑进行干燥，根据需要控制含水率达到3％～15％。

(4)同实施例1步骤(4)。

(5)同实施例1步骤(5)。

(6)将带有指形榫的梯形竹板横向结合面及指榫结合面涂胶，然后依次叠合组坯，将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状实体的重组材料，这里具体地是将所述梯形截面竹板的较长的底面相对粘接构成杆状实体重组材料(见图6)。

还可以是将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状空心的重组材料，例如通过几块梯形截面竹板环设，其两腰相互粘接，形成杆状空心的重组材料(见图11)。组坯时可将不同指接缝交错排放；可以采用酚醛树脂、密胺树脂、尿素树脂等热固性树脂或者其他用于人造板生产的胶粘剂。

(7)冷压成型：将涂胶后叠合组坯进行垂直和侧向同时加压固定常温自然固化(冷压法)，形成重组竹材，见图6～图15。冷压工艺参数：

工作温度：室温；

垂直单位压力：1.5～3.0Mpa；

侧向单位压力：0.5～2.0Mpa；

加压时间：24～72h；

实现方式：夹具固定。

(8)对成型的梯形竹材原态重组材料的边缘进行修整、表面进行刨光处理，并根据需要锯切成一定规格的成品。

(9)根据具体用途不同，还可对上述形成的竹材原态重组材料再次进行重组，制造出梯形竹材原态多次重组材料，如图18～图20所示重组方案。

进一步地，还可以在所述杆状实体的侧壁上粘接梯形截面竹板(见图7)，二次重组时粘接的梯形截面竹材的底面与相邻芯杆的相应底面等宽；二次重组粘接相邻的梯形截面竹材的相邻的腰侧面也粘接固定；

进一步地，若干个所述杆状实体也可以通过朝外的上底面或下底面彼此粘接在一起，在该若干芯杆组合的重组材料的外面再粘接所述梯形截面竹板，构成二次重组的重组材料(见图8、图9、图10、图14、图15)。

也可以在所述杆状空心的重组材料的外面粘接梯形截面竹板，扩大重组材的截面积(见图12、图13)。若干个所述杆状空心重组材料相互粘接形成多孔的重组材料(见图18)，杆状空心重组材料经过在***粘接了梯形截面竹板后，将若干个这样的重组材可以再次重组，形成更大截面的多孔重组材料(见图19、图20)。

通过上述方法制成的重组材料进行再一次、二次或多次的重组，后一次将前一次的重组材料作为重组单元，进行若干该重组单元或重组单元与梯形截面竹板之间的叠合粘接和固化，形成具有不同规格的梯形竹材原态重组材料。

本实施例中通过梯形截面竹板可以拼接重组成杆状空心重组材料。这样的重组材料，通过现有的矩形截面竹板或弧形截面竹板都是不能拼接得到的。而空心重组材料，其使用较少的竹材可以得到截面较大的材料，且其强度大于同样质量实心重组材料。因此，本实施例通过梯形截面竹板组成空心重组材料是在竹材包括木材重组上的一个突破。

Claims (10)

1.一种梯形竹材原态重组材料，其特征在于：其重组单元为梯形截面竹板，该重组单元是将竹片的竹青面和竹黄面分别加工为上底平面和下底平面的任一截面均为梯形的竹板，将所述重组单元有序排列粘接组成所述重组材料；所述重组单元的梯形截面竹板是等腰梯形，或是不等腰梯形。

2.根据权利要求1所述的梯形竹材原态重组材料，其特征在于：所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，是将所述梯形竹板上底和下底交替排列，相邻两所述梯形截面竹板的两腰的侧面粘接重组拼成平板材料；或者，

所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，是将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状实体的重组材料；或者，

所述梯形竹材原态重组材料的有序排列，是将所述梯形截面竹板的有序排列粘接构成杆状空心的重组材料。

3.根据权利要求2所述的梯形竹材原态重组材料，其特征在于：将所述平板材料作为重组单元进行二次重组，即将平板材料的重组单元平行重组拼成厚板材或方材。所述二次重组材料中，相邻各平板材料中的梯形截面竹板可以是相互平行的、或者是相互垂直的，或者是相互交错设置的。

4.根据权利要求2所述的梯形竹材原态重组材料，其特征在于：在所述杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料的侧壁上粘接梯形截面竹板，构成更大截面规格的杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料。

5.根据权利要求2或4所述的梯形竹材原态重组材料，其特征在于：若干个所述杆状实体的重组材料或其上再次重组的重组材料，或者杆状空心的重组材料或其上再次重组的重组材料彼此粘接在一起，构成更大截面的杆状实体的重组材料或杆状空心的重组材料。

6.根据权利要求1所述的梯形竹材原态重组材料，其特征在于：将所述梯形竹板进行对接，实现长度方向的延长，对接方式是平接、斜接、指接或榫接。

7.如上述各权利要求所述的梯形竹材原态重组材的制造方法，包括下述步骤：

(1)将竹材锯切成长度为500～3000mm的竹段，依据竹筒直径大小将竹段劈裂成宽度为20～100mm的弧形竹片毛坯；

(2)将弧形竹片毛坯的竹青面和竹黄面切削去除内外竹节，加工成标准规格的梯形截面竹板即所述重组单元；

(3)将梯形截面竹板需要涂胶面涂胶，然后按设定规律依次叠合组坯；

(4)将涂胶后的梯形竹板按需要加压的方向进行同时加压固定常温自然固化，或送入热压装置同时加压的热压法固化，形成梯形截面竹材原态重组材料；

(5)对梯形竹材原态重组材料边缘和表面进行处理，锯切成一定规格的梯形截面竹材原态重组材料。

8.根据权利要求7所述的梯形竹材原态重组材的制造方法，其特征在于：通过上述方法制成的重组材料进行再一次、二次或多次的重组，后一次将前一次的重组材料作为重组单元，进行若干该重组单元或重组单元与梯形截面竹板之间的叠合粘接和固化，形成具有不同规格的梯形竹材原态重组材料。

9.根据权利要求7所述的梯形竹材原态重组材的制造方法，其特征在于：如果需要将所述梯形截面竹板在长度方向上加长，在步骤(2)和步骤(3)之间增加一个步骤：将梯形竹板进行一端或双端对接，对接方式是平接、斜接、指接或榫接粘合固化。

10.根据权利要求8所述的梯形竹材原态重组材的制造方法，其特征在于：所使用的胶黏剂为脲醛树脂胶、酚醛树脂胶或异氰酸酯胶。

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