CN111037674B - 一种大幅面高强耐候竹木复合材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，包括以下步骤：将干燥后的竹帘单元和木单板置于高压浸注处理罐内，加入处理液进行浸注处理，所述处理液包括酚醛树脂胶粘剂和防霉防腐剂；将浸注处理后的竹帘单元和木单板干燥平衡后，置于传送带上进行连续接长组坯处理，板坯内部排列采取竹纵木横、上下层错位搭接，当达到预设厚度和长度时截断，得板坯；将板坯依次进行热压成型和后处理，得大幅面高强耐候竹木复合材，本发明制得的竹木复合材在长度方向上无限接长且横向结合力大和防霉防腐能力强。
Description
技术领域
本发明属于木材工业中的竹木复合材料制造领域，涉及竹木复合重组材的制造，尤其涉及一种大幅面高强耐候竹木复合材及其制造方法。
背景技术
重组竹质复合材料因其具有纵向强度高、尺寸稳定性及加工性能良好的优点，在现代竹木结构建筑领域中具有巨大的潜在应用前景，但因竹材单元尺寸、组坯方式等因素的制约，使得现有竹质重组材的长度一般小于2m，不能用于大尺度工程材和工程构件的制造，严重制约了竹质复合材在建筑工程领域的应用和发展。除此之外，现有重组材制造皆采用竹束纵向组坯方式，导致了其横向结合力弱、力学强度不够，在室外使用时容易产生开裂缺陷。另外，竹材是一种富含淀粉等糖类物质的天然生物质材料，其在使用过程中易产生腐朽、霉变现象，严重影响了竹质复合材料的使用寿命。因此，如何生产出长度大、横向结合力高和耐腐耐候性强的竹质复合材料，用于大尺度工程材和工程构件的制造，对于拓展竹材应用领域和提高竹材产品附加值都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在长度方向上无限接长、且横向结合力大和防霉防腐能力强的一种大幅面高强耐候竹木复合材及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，包括以下步骤：
S1、将竹篾或竹束编织成的竹帘单元和木单板进行干燥，直至含水率在15%以内；
S2、将干燥后的竹帘单元和木单板置于高压浸注处理罐内，加入处理液进行浸注处理，所述处理液包括酚醛树脂胶粘剂和防霉防腐剂，所述处理液中酚醛树脂胶粘剂的固体含量为20～30%；
S3、将浸注处理后的竹帘单元和木单板干燥后进行平衡处理，直至含水率在10～20%之间；
S4、将干燥和平衡处理的竹帘单元和木单板放置于传送带上进行连续接长组坯处理，当达到预设厚度和长度时截断，得板坯；组坯时，所述坯板包括多个竹帘层和多个木单板层，相邻木单板层之间设有多个竹帘层，每个竹帘层由多个竹帘单元沿传送带方向顺序连接而成，每个木单板层由多个木单板沿传送带方向顺序连接而成；板坯内部木单板的纤维方向和竹帘单元的纤维方向垂直，相邻竹帘层的相邻竹帘单元接口错位设置；
S5、将板坯依次进行热压成型和后处理，得大幅面高强耐候竹木复合材。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述步骤S2中，所述防霉防腐剂与处理液的质量比为0.001～0.05∶1。
所述防霉防腐剂按重量计包括以下组分：有机硅季铵盐15～25%，3-碘-2-丙炔基-丁氨基甲酸酯25～35%、丙环唑30～40%和戊唑醇5～20%。
所述浸注处理包括以下步骤：先将高压浸注处理罐内进行抽真空至真空度为0.02～0.09MPa，保持5～10min，加入处理液完全浸泡竹帘单元和木单板，加压至0.4～1.0MPa，保压10～20min后泄压，再次进行抽真空至真空度为0.02～0.08MPa，保持5～10min后泄压，取出竹帘单元和木单板。
所述步骤S1中，将竹篾或竹束编织成竹帘单元时，利用编织线将竹篾或竹束并联缝合，竹帘单元的宽度等于竹篾或竹束的长度，竹帘单元的宽度为1～3m，竹帘单元的长度为1～3m；相邻竹篾或竹束之间的距离不大于2mm，相邻编织线的距离为0.3～0.5m。
所述步骤S1中，所述竹篾的制备方法包括：将新鲜毛竹截断为长度为1～3m的竹筒，再将竹筒径向或弦向剖分为厚度为1～3mm的竹篾；
所述竹束的制备方法包括：将竹筒径向剖分成宽度为15～130mm的竹片，然后将竹片辗压成横向松散纵向贯通的疏解竹束。
所述步骤S3中，所述干燥的温度为50～60℃；所述平衡处理的温度为25～32℃，相对湿度为60%～90%，处理时间10～15天，风速为0.1～0.5m/s。
所述步骤S4中，所述板坯的木单板层层数不超过板坯总层数的40%；所述板坯的长度4～15m，宽度为1～3m。
所述步骤S5中，所述热压成型时，板坯芯层温度为130～155℃，热压压力为3～10MPa，当板坯芯层温度达到设定温度后保持5～20min。
优选地，所述步骤S1中，如采用竹束编织竹帘单元时，竹束大小头只需均匀搭配。不涉及竹片挑选过程，生产效率更高，更适合于规模化生产。
优选地，所述步骤S4中，所述板坯相邻竹帘层的相邻竹帘单元接口的间距小于30cm。
优选地，所述步骤S4中，所述板坯的总层数为奇数，为木单板层板坯的中心层，竹帘层和木单板层分别沿中心层对称设置；板坯的最外层为木单板层或竹帘层。
优选地，所述步骤S4中，所说竹帘层层数为偶数。
优选地，所述步骤S5中，所述后处理为养护处理和机加工处理，所述养护处理具体包括以下步骤：将热压成型后的板坯在室内环境中密堆陈放14～21天；所述机加工处理具体为：采用机械加工设备对养护后的板坯进行裁边、锯切和砂光处理。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种大幅面高强耐候竹木复合材，由前述制备方法制备得到，所述大幅面高强耐候竹木复合材的密度为0.7～1.2g/cm3，长度为4～15m，宽度为1～3m。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，通过在连续接长组坯处理时，板坯内部竹木纵横交错层叠组，在浸注处理时，采用浸胶耐候处理一体化的生产技术，处理液包括酚醛树脂胶粘剂和防霉防腐剂，在完成浸胶工序的同时完成防腐防霉处理，简化了生产工序，大大提高了生产效率，使得制造的竹木复合材在具备耐候功效的同时，横向力学强度大大增强，另外连续接长组坯处理根据实际需要得到符合目标长度、宽度和厚度的竹木复合材，突破了竹木复合材尺寸规格的限制，应用范围广。
本发明制备得到的大幅面高强耐候竹木复合材，具有幅面尺寸大，横向结合力强、耐腐防霉等级高等显著特点，复合材的密度为0.7～1.2g/cm3，长度为4～15m，宽度为1～3m，横向抗拉强度可提高30～70%，防霉耐腐等级达到最高级（防霉性能0级、耐腐性能1级），能满足大尺度工程材和工程构件制造的要求，可广泛应用于现代竹木结构建筑工程领域。
附图说明
图1为本发明中生产工艺流程图。
图2为本发明中竹帘单元编织示意图。
图3为本发明中板坯厚度方向截面组坯示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
如图1所示，本实施例的一种大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，具体包括以下步骤：
（1）竹篾单元制备：将新鲜毛竹截断为长度为2m的竹筒，经过刷青和出竹隔后，采用散竹机和径向破蔑机，将竹筒加工成长度为2m、厚度为2mm的径向竹篾。
（2）竹帘单元编织：用编织机将径向竹篾编织制成竹帘，如图2所示，相邻竹篾之间的距离不大于2mm，相邻缝合线的距离为0.4m，得长度为2m、宽度为2m的竹帘单元。
将竹篾或竹束编织成的竹帘单元时，竹帘单元的宽度等于竹篾或竹束的长度，竹帘单元的宽度为1～3m，竹帘单元的长度为1～3m；相邻竹篾或竹束之间的距离不大于2mm，相邻编织线的距离为0.3～0.5m，均可取得相同或相似的技术效果。
（3）竹帘单元和木单板干燥：采用常规窑干法对竹帘单元和厚度为2mm、长度为2m、宽度为1m的杨木单板单元进行干燥处理，干燥温度控制在90℃，将竹帘单元和杨木单板干燥到终了含水率约为12%，得干燥后的竹帘单元和杨木单板。
（4）高压浸注处理：将干燥处理后的竹帘单元和杨木单板置于高压浸注处理罐内，再抽真空至真空度为0.06MPa（0.02～0.09MPa均可取得相同或相似技术效果），保持7min，随后注入混合处理液使其完全浸泡，再加压到0.6MPa（0.4～1.0MPa均可取得相同或相似技术效果）；保压12min后泄压，再进行后真空处理，真空度为0.06MPa（0.02～0.09MPa均可取得相同或相似技术效果），保持6min后泄压，最后取出浸注处理后的竹帘单元和杨木单板。
本实例中采用的混合处理液由酚醛树脂胶黏剂和高效防霉防腐剂组成，其中酚醛树脂的固体含量为25%，高效防霉防腐剂与混合处理液的质量比为0.05∶1。高效防霉防腐剂中，有机硅季铵盐、3-碘-2-丙炔基-丁氨基甲酸酯、丙环唑和戊唑醇分别占防霉防腐药剂总质量的18%、32%、35%和15%。
在其他实施例中，高效防霉防腐剂与处理液的质量比为0.001～0.05∶1，高效防霉防腐剂按重量计包括以下组分：有机硅季铵盐15～25%，3-碘-2-丙炔基-丁氨基甲酸酯25～35%、丙环唑30～40%和戊唑醇5～20%，也可取得相同或相似的技术效果。
（5）浸注竹帘单元和木单板干燥和平衡：采用网带式热风干燥机对浸注竹帘单元和杨木单板进行干燥处理，干燥温度为50℃；干燥结束后，在平衡室内对浸胶竹帘单元和杨木单板进行平衡处理，平衡室的温度控制在25℃，相对湿度控制在70%，平衡处理12d，平衡室内的风速控制在0.3m/s，得干燥平衡处理后的浸注竹帘单元和杨木单板。
（6）组坯处理：将干燥平衡处理后的浸注竹帘单元和杨木单板置于传送带上进行连续纵横层叠接长组批处理；如图3所示，组坯时，竹帘层和杨木单板层分层放置，竹帘层的竹帘单元纵向放置，头尾相接，上下相邻层的接口错位，上下相邻竹帘层的相邻竹帘单元接口（如图3所示拼接缝）之间的错位距离不少于30cm，木单板层层数不超过板坯总层数的40%（本实施例木单板层层数为3层，板坯总层数为15层）；板坯层数遵循奇数层和对称性组坯原则，中心层为杨木单板层、最表面和底面放置纵向竹帘层，每放置3层纵向竹帘层再放置1层横向杨木单板层，在板坯内部形成竹纵木横、上下层错位搭接的板坯结构，得宽为2m、长度方向可无限延长的板坯带；再沿着板坯带的长度方向进行纵向切断，得长度为8m、宽度为2m的板坯。
（7）热压成型处理：将板坯通过传送带连同垫板一同送入热压机中进行热压成型处理，热压芯层温度控制在135℃，热压压力控制在4.7MPa，热压时间控制在板坯芯层温度达到设定温度后再保持15min。
在其他实施例中，板坯芯层温度为130～155℃，热压压力为3～10MPa，当板坯芯层温度达到设定温度后保持5～20min均可取得相同或相似的技术效果。
（8）养护处理：将热压成型后的成型板坯进行堆垛处理，堆垛时上、下层成型板坯之间用厚度为25mm，宽度为35mm的隔条隔开，同层成型板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为40cm；将成型板坯放置在平衡库中进行养护处理，养护时间为15天。
（9）机加工处理：养护结束后，采用裁板锯、推台锯等对养护处理后的成型板坯进行机加工处理，得到大幅面高强耐候竹木复合材。
本实施例生产的大幅面高强耐候竹木复合材，其长度为8m，宽度为2m，实际密度为0.83 g/cm3。与采用现有技术生产的普通重组竹相比，其横向抗拉强度提高了32%，防霉耐腐等级达到最高级（防霉性能0级、耐腐性能Ⅰ级），显著改善了竹木复合材幅面小、横向强度弱、耐候耐久性差的缺陷，能满足大尺度竹木结构建筑工程用材的需求。
实施例2：
如图1所示，本实施例的一种大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，具体包括以下步骤：
（1）竹束单元制备：将新鲜毛竹截断为长度为1.5 m的竹筒，采用散竹机将竹筒剖分成宽度为25mm的竹片，再采用疏解机将其碾压成横向松散，纵向贯通的疏解竹束。
（2）竹帘单元编织：用编织机将竹束编织制成竹帘，相邻竹束之间的距离不大于2mm，相邻缝合线的距离为0.3m，得长度为2m、宽度为1.5m的竹帘单元。
采用竹束编织竹帘单元时，竹束大小头只需均匀搭配，不涉及竹片挑选过程，生产效率更高，更适合于规模化生产。
（3）竹帘单元和木单板单元干燥：采用常规窑干法对竹帘单元和厚度为1.5mm、长度为1m、宽度为1.5m的桉木单板进行干燥处理，干燥温度控制在80℃，将竹帘和桉木单板干燥到终了含水率约为12%，得干燥后的竹帘单元和桉木单板。
（4）高压浸注处理：将干燥处理后的竹帘单元和桉木单板置于高压浸注处理罐内，再抽真空至真空度为0.07MPa，保持8min，随后注入混合处理液使其完全浸泡，再加压到0.7MPa；保压15min后泄压，再进行后真空处理，真空度为0.07MPa，保持8min后泄压，最后取出浸注处理后的竹帘单元和按木单板。
本实例中采用的混合处理液由酚醛树脂胶黏剂和高效防霉防腐剂组成，其中酚醛树脂胶粘剂的固体含量为28%，高效防霉防腐剂与混合处理液的质量比为0.04∶1。高效防霉防腐剂中，有机硅季铵盐、3-碘-2-丙炔基-丁氨基甲酸酯、丙环唑和戊唑醇分别占防霉防腐药剂总质量的20%、30%、38%和12%。
（5）浸注竹帘单元和木单板干燥和平衡：采用网带式热风干燥机对浸注竹帘和桉木单板进行干燥处理，干燥温度为60℃；干燥结束后，在平衡室内对浸胶竹帘和杨木单板进行平衡处理，平衡室的温度控制在28℃，相对湿度控制在75%，平衡处理13d，平衡室内的风速控制在0.4m/s，得干燥平衡处理后的浸注竹帘单元和桉木单板。
（6）组坯处理：将干燥平衡处理后的浸注竹帘单元和桉木单板置于传送带上进行纵横层叠组批处理；组坯时，竹帘层和按木单板层分层放置，竹帘层的竹帘单元纵向放置，头尾相接，上下相邻层的接口错位，上下相邻竹帘层的相邻竹帘单元接口之间的错位距离不少于30cm；板坯层数遵循奇数层和对称性组坯原则，板坯最表面、最底层和中心层为桉木单板层，其排列方向皆为纵向放置，板坯内部其它层竹帘层和桉木单板层遵循木横竹纵的原则层叠组坯，每放置2层纵向竹帘层再放置1层横向桉木单板层，在板坯内部形成竹纵木横、上下层错位搭接的板坯结构，得宽为2m、长度方向可无限延长的板坯带；再沿着板坯带的长度方向进行纵向切断，得长度为12m、宽度为2m的板坯。
（7）热压成型处理：将板坯通过传送带连同垫板一同送入热压机中进行热压成型处理，热压芯层温度控制在140℃，热压压力控制在5.5 MPa，热压时间控制在板坯芯层温度达到设定温度后再保持18min。
（8）养护处理：将热压成型后的成型板坯进行堆垛处理，堆垛时上、下层成型板坯之间用厚度为25mm，宽度为35mm的隔条隔开，同层成型板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为40cm；将成型板坯放置在平衡库中进行养护处理，养护时间为12天。
（9）机加工处理：养护结束后，采用裁板锯、推台锯等对养护处理后的板坯进行机加工处理，得到大幅面高强耐候竹木复合材。
本实施例生产的大幅面高强耐候竹木复合材，其长度为12m，宽度为2m，实际密度为1.12g/cm3。与采用现有技术生产的普通重组竹相比，其横向抗拉强度提高了45%，防霉耐腐等级达到最高级（防霉性能0级、耐腐性能Ⅰ级），显著改善了竹木复合材幅面小、横向强度弱、耐候耐久性差的缺陷，能满足大尺度竹木结构建筑工程用材的需求。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种建筑工程用大幅面高强耐候竹木复合材的制造方法，其特征在于；包括以下步骤：
S1、将竹篾或竹束编织成的竹帘单元和木单板进行干燥，直至含水率在15%以内；
S2、将干燥后的竹帘单元和木单板置于高压浸注处理罐内进行抽真空至真空度为0.02～0.09MPa，保持5～10min，加入处理液完全浸泡竹帘单元和木单板，加压至0.4～1.0MPa，保压10～20min后泄压，再次进行抽真空至真空度为0.02～0.08MPa，保持5～10min后泄压，取出竹帘单元和木单板；所述处理液包括酚醛树脂胶粘剂和防霉防腐剂，所述处理液中酚醛树脂胶粘剂的固体含量为20～30%；所述防霉防腐剂按重量计包括以下组分：有机硅季铵盐15～25%，3-碘-2-丙炔基-丁氨基甲酸酯25～35%、丙环唑30～40%和戊唑醇5～20%；所述防霉防腐剂与处理液的质量比为0.001～0.05∶1；
S3、将浸注处理后的竹帘单元和木单板干燥后进行平衡处理，直至含水率在10～20%之间；
S4、将干燥和平衡处理的竹帘单元和木单板放置于传送带上进行连续接长组坯处理，当达到预设厚度和长度时截断，得板坯；组坯时，所述板坯 包括多个竹帘层和多个木单板层，相邻木单板层之间设有多个竹帘层，每个竹帘层由多个竹帘单元沿传送带方向顺序连接而成，每个木单板层由多个木单板沿传送带方向顺序连接而成；板坯内部木单板的纤维方向和竹帘单元的纤维方向垂直，相邻竹帘层的相邻竹帘单元接口错位设置；
S5、将板坯依次进行热压成型和后处理，得大幅面高强耐候竹木复合材；所述热压成型时，板坯芯层温度为130～155℃，热压压力为3～10MPa，当板坯芯层温度达到设定温度后保持5～20min。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，将竹篾或竹束编织成竹帘单元时，利用编织线将竹篾或竹束并联缝合，竹帘单元的宽度等于竹篾或竹束的长度，竹帘单元的宽度为1～3m，竹帘单元的长度为1～3m；相邻竹篾或竹束之间的距离不大于2mm，相邻编织线的距离为0.3～0.5m。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述竹篾的制备方法包括：将新鲜毛竹截断为长度为1～3m的竹筒，再将竹筒径向或弦向剖分为厚度为1～3mm的竹篾；
所述竹束的制备方法包括：将竹筒径向剖分成宽度为15～130mm的竹片，然后将竹片辗压成横向松散纵向贯通的疏解竹束。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述干燥的温度为50～60℃；所述平衡处理的温度为25～32℃，相对湿度为60%～90%，处理时间10～15天，风速为0.1～0.5m/s。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述板坯的木单板层层数不超过板坯总层数的40%；所述板坯的长度4～15m，宽度为1～3m。
6.一种大幅面高强耐候竹木复合材，其特征在于：由权利要求1至5任一项所述制造 方法制备得到，所述大幅面高强耐候竹木复合材的密度为0.7～1.2g/cm3，长度为4～15m，宽度为1～3m。
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