竹层积材的分级生产方法及其产品用途.pdf

本发明属于一种竹层积材的分级生产方法及其产品用途，它包含竹材的采集，竹材目测分级，竹材的分段，篾条的加工，竹篾的分级，竹帘的制备，干燥、浸胶，组坯，压制切边，用分级生产方法制成的竹层积材用于建筑结构材，船舶舷外板材，船舶舱板材、船装、地板和甲板，本发明依据竹青到竹黄的物理和力学性，将竹材分为高密度部分和中密度部分，对应制成用于建筑结构高模量类型的竹层积材和在湿环境和干湿交替的室外环境下使用的低缩涨类型的竹层积材，大幅度提高了竹材的使用领域，造成竹材利用率大幅提高，节省木材使用成本和使用量。

1.  一种竹层积材的分级生产方法，其特征在于它包含如下步骤：
(1)竹材的采集，采集竹龄4～5年，对采集地点、时间、数量、人员加以记载；
(2)竹材目测分级，对所采集的竹材按径级、弯曲程度和缺陷分级，所述的按径级分级为选稍径大于50mm，长度5.5m～7.5m，径级依竹管围径分为8、9、10、11、12寸，弯曲程度分为通直，局部弯曲和整体弯曲竹材；
(3)竹材的分段，自毛竹根部去除300mm长，按同径级竹材分段，各段竹管长度为1～2.55m，或依据使用要求的长度尺寸而定；
(4)篾条的加工，将分段后的竹管用撞机制成篾条，篾条宽度为15～20mm；
(5)竹篾的加工，以中分法，横向将篾条做逐次的对分，第一次对分，得到高密度和低密度篾条；
将高密度篾条横向对分，得到穿篾和席篾，高密度篾条具有良好的破篾性，可以破成厚度0.6～0.8mm的竹篾，所述的穿篾的几何形状不规则，有少量的竹青残留，其密度、强度和模量高，粘接性差；所述的席篾几何形状规则，密度、强度和模量仅低于穿篾，但粘接性好；低密度篾条称为底篾，破篾性差，破成厚度1.2mm～2.4mm的竹篾；
(6)竹篾的分级，根据密度加以分级，将高密度篾条分为A，B两级，A级为穿篾，B级为席篾；低密度篾条分为C，D两级，靠近竹黄一侧为D级，竹篾的厚度在2.4mm，其余为C级，厚度为1.5mm，地板和甲板使用C或D级竹篾；竹篾的级别、厚度、篾面的方向应有明显标记，存放开燥避雨高地面的架子上；
(7)竹帘的制备，按密度加以分级的同级竹篾，使用纵向或横向编机制成竹帘，保持竹篾有一定的方向，使竹篾的缝隙有一定的坡度，坡度控制在1/100；
(8)干燥、浸胶，竹帘的含水率低于10％，胶含量高于9％；
(9)组坯，竹帘错缝组坯，方法是将斜缝竹帘方向相交错组坯；根据产品要求将高密度篾条A，B两级制备的竹帘，中密度篾条C，D两级制备的竹帘，互相调节组合，达到结构分级的要求；
(10)压制，将组坯后的竹坯置模具中加压，压力2.5Mpa，温度150℃，时间10～15分钟；
(11)切边，将竹层积材切边。

2.  根据权利要求1所述的分级生产方法制成的竹层积材的用途，其特征在于：主要以高密度篾条A级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于建筑结构材，主要以高密度篾B条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材，主要以低密度篾C条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材、船装、地板和甲板，主要以低密度篾D条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舱板、地板、甲板。

竹层积材的分级生产方法及其产品用途
技术领域
本发明属于一种竹层积材的分级生产方法及其产品用途。
背景技术
中国是一个竹材资源丰富的国家，特别是毛竹的产量高居世界之首。竹材应用研究也得到充分的重视。经过几十年的研究，竹集成材、竹层积材、竹胶合板、竹地板、竹模板、竹车厢板等一系列技术和产品得到开发和应用。现有的竹层积材生产工艺采用的是混篾成型方法。其生产工艺的特点是对竹材不加区别，对性能差异大的竹篾混合使用。产品的主要特点是材料具有单向性能好，强度高、耐水性能好的优点。但问题是使用混篾方法制成的竹胶合板会出现曲翘，竹帘间隙随机分布，横向力学性能也得不到保证。目前的竹层积材产品主要用于非结构材。
竹材的一些性质已被广泛认识，主要的特点是竹材径向从竹青到竹黄的物理和力学性能变化大。竹材外侧具有高密度、高强度和高模量的特点，但由于与树脂粘接性能差，耐水性能低。竹材的中部和内侧(去除竹黄)仍具有较高的强度，耐水性能好，密度低，模量低。竹材的分类分级利用目前国内外还未进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种竹层积材的分级生产方法及其产品用途，该方法将竹材分为高密度部分和中密度部分，对应制成用于干燥环境使用的高模量结构材，与在湿环境和干湿交替环境下使用的低缩涨类型的竹层积材以用于各种用途。本发明的生产方法包括如下步骤：
(1)竹材的采集，采集竹龄4～5年，对采集地点、时间、数量、人员加以记载；
(2)竹材目测分级，对所采集的竹材按径级、弯曲程度和缺陷分级，所述的按径级分级为选稍径大于50mm，长度5.5m～7.5m，径级依竹管围径分为8、9、10、11、12寸，弯曲程度分为通直，局部弯曲和整体弯曲竹材；
(3)竹材的分段，自毛竹根部去除300mm长，按同径级竹材分段，各段竹管长度为1～2.55m，或依据使用要求的长度尺寸而定；
(4)篾条的加工，将分段后的竹管用撞机制成篾条，篾条宽度为15～20mm；
(5)竹篾的加工，以中分法，横向将篾条做逐次的对分，第一次对分，得到高密度和低密度篾条；
将高密度篾条横向对分，得到穿篾和席篾，高密度篾条具有良好的破篾性，可以破成厚度0.6～0.8mm的竹篾，所述的穿篾的几何形状不规则，有少量的竹青残留，其密度、强度和模量高，粘接性差；所述的席篾几何形状规则，密度、强度和模量仅低于穿篾，但粘接性好；低密度篾条称为底篾，破篾性差，破成厚度1.2mm～2.4mm的竹篾；
(6)竹篾的分级，根据密度加以分级，将高密度篾条分为A，B两级，A级为穿篾，B级为席篾；低密度篾条分为C，D两级，靠近竹黄一侧为D级，竹篾的厚度在2.4mm，其余为C级，厚度为1.5mm，地板和甲板使用C或D级竹篾；竹篾的级别、厚度、篾面的方向应有明显标记，存放开燥避雨高地面的架子上；
(7)竹帘的制备，按密度加以分级的同级竹篾，使用纵向或横向编机制成竹帘，保持竹篾有一定的方向，使竹篾的缝隙有一定的坡度，坡度控制在1/100；
(8)干燥、浸胶，竹帘的含水率低于10％，胶含量高于9％；
(9)组坯，竹帘错缝组坯，方法是将斜缝竹帘方向相交错组坯；根据产品要求将高密度篾条A，B两级制备的竹帘，中密度篾条C，D两级制备的竹帘，互相调节组合，达到结构分级的要求；
(10)压制，将组坯后的竹坯置模具中加压，压力2.5Mpa，温度150℃，时间10～15分钟；
(11)切边，将竹层积材切边。
用上述分级生产方法制成的竹层积材的用途是主要以高密度篾条A级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于建筑结构材，主要以高密度篾B条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材，主要以低密度篾C条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材、船装、地板和甲板，主要以低密度篾D条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舱板、地板、甲板。
本发明的优点是依据竹青到竹黄的物理和力学性，将竹材分为高密度部分和中密度部分，对应制成用于建筑结构高模量类型的竹层积材和在湿环境和干湿交替的室外环境下使用的低缩涨类型的竹层积材，大幅度提高了竹材的使用领域，造成竹材利用率大幅提高，节省木材使用成本和使用量。
具体实施方式
(1)竹材地采集，采集竹龄4～5年，对采集地点、时间、数量、人员加以记载。
竹材属天然材料，其品种、立地条件、竹龄、径级、弯曲的程度、竹璧厚度和竹管的尖削度等均有差异。因此并不能将所有的竹材不加选择，直接使用。但为了简化过程，竹材以合格与否为判别依据。符合以下条件据可使用毛竹选用4-5年，有毛竹采集地点、采集时间和采集数量。
(2)、竹材目测分级，对所采集的竹材按径级、弯曲程度和缺陷分级，所述的按径级分级为选稍径大于50mm，长度5.5m～7.5m，径级依竹管围径分为8、9、10、11、12寸，弯曲程度分为通直，局部弯曲和整体弯曲竹材。
径级：不同径级的毛竹性能有差异，壁厚等几何尺寸也不相同，80～90mm的毛竹数量最多，低于80mm径级的毛竹不做结构材料使用。径级不同，稍径和长度也有所不同。径级分级如下：
                   表-1毛竹的径级
围径 寸         8寸          9寸          10寸         大于11寸
稍径 mm         ＞50         ＞50         ＞50         ＞50
长度 m          5.5-6        6-6.5        6.5-7        7-7.5
尖削度：将尖削度明显的竹材去除。
毛竹的弯曲程度有所不同，分为通直、局部弯曲和整体弯曲三种类型。局部弯曲多集中在毛竹的根部，整体弯曲出现在毛竹的中部。毛竹的弯曲对竹篾的侧向弯曲影响大，制成的竹帘也会发生较大的空隙，影响竹层积材的质量。
通直竹材：在竹材的适用范围内，无明显的局部和整体弯曲。这种通直竹材可用于结构用竹层积材使用。
局部弯曲：毛竹根部出现明显的局部弯曲，但去除后还可用于结构竹层积材使用。
整体弯曲：毛竹出现明显的整体弯曲，不宜用作结构竹层积材使用。但可以作为非结构材使用。
材质指标：竹材的材质还需满足下列要求：
                  表2加工用竹材材质要求
缺陷名称    计算方法                             允许限度
干枯        检尺长范围内                           不许有
霉变        检尺长范围内                           不许有
虫蛀        检尺长范围内                           不许有
虫眼        检尺长范围内最小直径超过5mm的虫孔      不许有
缩节        检尺长范围内不得超过                   3个
破裂        检尺长范围内两端各不超过               2节
外伤        弧长宽度不得超过所在圆周长的           30％
            纵向最大处长度不得超过检尺长的         10％
            深度不得超过                           3mm
(3)、竹材的分段，自毛竹根部去除300mm长，按同径级竹材分段，各段竹管长度为1～2.55m，或依据使用要求的长度尺寸而定。
毛竹砍伐后，由于竹材在高度方面还存在变异性，同径级的毛竹，相同分段方法，同一段内的竹材性质基本相同，降低了变异性对材质的影响。
毛竹根部壁厚大，影响竹篾的尖削度和均匀性，需要去除300mm。
根据使用的目的不同，竹材的分段方法也有所不同。竹人造板的长度有两种，分别是1.33米和2.55米(毛料)，分法有三种。
                    表3竹材的分段方法
竹管     I           II          III         VI          V
第1种    1.33        1.33        1.33        1.33        1.33
第2种    1.33        2.55        2.55        1.3
第3种    2.5         2.5         1.3         1.33
竹材的分段以罗马数字表示，竹材的底部为I，依次为II；III；VI；V等。
竹管的几何形状是一个椭圆，有长轴、短轴和壁厚。其中D1为竹管大端的长径，D2为短径，t1为竹壁厚度；D3为竹管小端的长径，D4为短径，t2为竹壁厚度。根据这些数据，可以得到竹管的大和小端的平均直径D_L和D_S、圆度C_L和Cs、竹管的尖削度S_b和竹壁的尖削度Sw。
        D₁₂＝(D1+D2)/2                 (1)
        D₃₄＝(D3+D4)/2                 (2)
        C₁₂＝D2/D1                     (3)
        C₃₄＝D4/D3                     (4)
        Sb＝(1-D₃₄/D₁₂)/L              (5)
        Sw＝(1-t2/t1)/L                (6)
竹管的圆度为竹管短长径之比，如为1时，竹管为圆管。小于1则为椭圆。竹管和竹壁的尖削度表示了竹管和竹壁之径和厚度的变化。这些参数表征了竹管自身的差异。
竹篾的弯曲主要由分段后的竹管弯曲控制，要求竹管的弯曲小于0.5％。
毛竹采集后目前多采用散堆积露天存放，竹材砍伐后，含水率会逐渐降低。由于随机堆积受力、干燥条件不一等因素的影响，不良的储存方式会影响到竹材的弯曲，因此需要加以改进。竹材分段后，将同类的竹材捆扎。立地存放。存放处应避免雨淋和浸泡。
(4)、篾条的加工，将分段后的竹管用撞机制成篾条，篾条宽度为15～20mm；
(5)、竹篾的加工，以中分法，横向将篾条做逐次的对分，第一次对分，得到高密度和低密度篾条；将篾条采用中分法，竹青一侧的1/2为高密度篾条，竹黄一侧的1/2位低密度篾条。将高密度篾条横向对分，得到穿篾和席篾，高密度篾条具有良好的破篾性，可以破成厚度0.6～0.8mm的竹篾，所述的穿篾的几何形状不规则，有少量的竹青残留，其密度、强度和模量高，粘接性差；所述的席篾几何形状规则，密度、强度和模量仅低于穿篾，但粘接性好；低密度篾条称为底篾，破篾性差，破成厚度1.2mm～2.4mm的竹篾；
竹篾的分级，根据密度加以分级，将高密度篾条分为A，B两级，A级为穿篾，B级为席篾；低密度篾条分为C，D两级，靠近竹黄一侧为D级，竹篾的厚度在2.4mm，其余为C级，厚度为1.5mm，地板和甲板使用C或D级竹篾；竹篾的级别、厚度、篾面的方向应有明显标记，存放开燥避雨高地面的架子上。
竹青一侧可制成A级竹篾：平均密度高于0.8。A级竹篾几何形状不规则，篾条的破篾性好，竹篾的厚度可达0.6-0.8mm。A级竹篾的强度、模量、密度高。可以进一步采用工艺分级，将不同分段、位置的竹篾加以区分，用以调节材料的性能。
高密度篾条的另1/2制成B级竹篾：平均密度在0.7-0.8之间。B级竹篾几何形状规则，篾条的破篾性好，竹篾的厚度可达0.6-0.8mm。B级竹篾的强度、模量、密度较高。可以进一步采用工艺分级，将不同分段、位置的竹篾加以区分，用以调节材料的性能。
C级竹篾：平均密度在0.6-0.7之间。C级竹篾几何形状规则，篾条的破篾性差，竹篾的厚度约为1.5mm。C级竹篾具有低缩胀性，硬度和强度较高，粘接性好。可以进一步采用工艺分级，将不同分段、位置的竹篾加以区分，用以调节材料的性能。
D级竹篾：平均密度低于0.6。D级竹篾几何形状规则，篾条的破篾性差，竹节处强度低，易于折断。竹篾的厚度控制在2.4mm。D级竹篾的用于地板等非结构材料使用。
竹篾的级别、厚度、篾面的方向应有明显、清楚的标记。
篾条和竹篾的储存应放置干燥、避雨离开地面0.5米的架子之上。
(6)、竹帘的制备，按密度加以分级的同级竹篾，使用纵向或横向编机制成竹帘，保持竹篾有一定的方向，使竹篾的缝隙有一定的坡度，坡度控制在1/100。
竹帘的制备，利用竹篾的尖削度制成斜缝竹帘，方法是将一些具有一定尖削度的竹篾同方向编帘，当竹篾的坡度达到要求时，竹篾的方向可相互交替。所述的斜缝竹帘竹篾的坡度1/100～1/150，竹帘中竹篾的缝隙为0.5～3mm，混纺线间距为0.3m，竹帘的级别、厚度、篾面的方向应有明显标记，存放开燥避雨高地面的架子上。
竹帘是将有一定尖削度的竹篾用混纺线变成方向一致的竹帘。竹帘的主要问题是竹篾间的缝隙与空隙，竹篾除尖削度外还有侧向弯曲等缺陷，从而引起竹帘间存在大小不一，位置不定的空隙。如果竹篾的侧向弯曲度不加以限制，空隙可超过竹篾的宽度，竹帘的均匀性受到破坏。
竹帘缝隙指得是竹篾间正常的间隙，由于竹篾的尖削度，竹篾的方向(大小头)未有规定，但大体保持平衡。缝隙有直缝和斜缝两种。
竹帘间正常的缝隙受到混纺线松紧度的影响，需要确定混纺线的牌号与规格，以保证质量。另外编帘时也需注意各个环节，包括竹篾的推紧，混纺线的扭紧等。
目前工艺生产的竹帘，组坯时难以避免出现缝隙的集中，而集中的缝隙将影响到材料的均匀性和力学性能。这是结构材料应当加以限制的，将缝隙错开是结构材料所必需。
竹篾沿长度方向上的尖削度是基本相似的，大约在9-15％之间。如采用机械方法加工篾条，则可保证竹篾沿长度方向上的尖削度。因此利用这一特性可制成斜帘，方法很简单，只需要将竹篾大小头有规律的集中置放，则可制出斜缝竹帘。竹帘分为左斜和右斜两种方向。所述的以低密度篾条的竹材分为C和D两种竹篾，加工时调整其组坯比例可控制产品的性能。
(7)、干燥、浸胶，竹帘的含水率低于10％，胶含量高于9％；
(8)、组坯，竹帘错缝组坯，方法是将斜缝竹帘方向相交错组坯。避免了缝隙的集中，解决了缝隙的集中的问题。根据产品要求将高密度篾条A，B两级制备的竹帘，中密度篾条C，D两级制备的竹帘，互相调节组合，达到结构分级的要求；
(9)、压制，将组坯后的竹坯置模具中加压，压力2.5Mpa，温度150℃，时间10～15分钟；
(10)、切边，将竹层积材切边。切边，根据要求对坯料平行切边，邻边的垂直度有具体要求切制。
用上述分级生产方法制成的竹层积材的用途是主要以高密度篾条A级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于建筑结构材，例如用占55％以上的高密度篾条A级制备的竹帘，用占45％高密度篾B条级制备的竹帘间隔混合共同组坯制成的竹层积材，可用于建筑结构材，或其它结构用材。
主要以高密度篾B条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材，例如用占61％以上的高密度篾条B级制备的竹帘位于竹层积材两面，用占20％低密度篾C条级制备的竹帘和用占19％低密度篾D条级制备的竹帘间隔混合居中共同组坯制成的竹层积材，可用于船舶舷外板材。
主要以低密度篾C条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舷外板材、船装、地板和甲板，主要以低密度篾D条级制备的竹帘组坯制成的竹层积材用于船舶舱板、地板、甲板。