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竹筒无裂纹展平生产技术∗

更新时间:2009-03-28

在全球天然森林资源减少、木材资源供应紧张的背景下,寻求和开发林木供应的替代品已成为当务之急。我国地处世界竹子分布的中心,竹子有40余属,500余种,面积达673万hm2,占世界竹子资源的1/3[1]。竹材生长周期短,并且具有一次造林成功,永续利用的特色。加之其强度高、韧性好、硬度大,使其成为替代木材资源的首选材料。

我国率先开展了以竹代木的加工利用技术研究,开发了竹地板、竹材人造板和竹木复合材料等系列产品,产品广泛应用于家具制造、建筑及装饰装修等行业[1]。然而目前主要是采用将竹筒沿轴向剖开制得竹条,经刨削、施胶、压制的工艺制造竹板材。这种竹板材的生产方法竹材利用率低,用胶量大,环保性能差,生产工艺复杂,生产效率低,严重制约了竹板材加工产业的发展和壮大[2-4]。为此,许多专家学者及企业家们提出将竹材通过简单的方法和设备展平成平直状,开发一种高利用率、高附加值、环保的展平竹板材产品。张齐生等将竹筒剖分后经软化展开制成竹材胶合板[5];钱俊等采用提高温度和含水率的方法软化展平具有不同弧度的毛竹[6];栾凤艳介绍了目前竹材胶合板生产过程中常见的竹片展平生产工艺[7];蒋身学等采用链式输送软化机完成竹材的高温软化,达到软化效果后进行展平[8]。然而,由于竹材的结构、材料的特殊性,上述专家学者的研究方法只能对弧度较小的竹块进行无缝展平,展平后的竹板材幅面较小,而弧度较大的竹材展平会出现裂缝等缺陷,并且不能满足连续化生产需要,因此限制了展平竹板材的开发应用。

基于前人的研究,并针对现有技术中存在的问题,笔者开展对竹材无裂缝展平生产工艺的研究,介绍一种全新的竹材加工方法——竹材连续化无裂缝生产工艺,为企业生产制造无裂缝展平竹板材提供理论参考依据,相关研究成果已获得国家发明专利授权(一种竹材高效连续式无裂缝的展平方法,专利号:ZL 201610198832.8)[9]

“产品等于人品”,这句标语挂在晟图机械生产车间内,也是庹明珠经常提及的一句话,更铭刻在每一个晟图人的心里。倘若转换一下位置,“人品等于产品”也是有几分合理——什么样的领导才会带出什么样的兵,才会缔造出具有什么文化的企业,生产出什么样的产品。

竹筒无裂纹展平的生产过程包括竹筒制备及预处理、竹筒高温高湿软化处理、竹筒展平、竹展平板材后期处理等步骤。其生产工艺流程如下:

根据竹筒的长度和壁厚,将截断后的竹筒进行分类堆放。同一类竹筒的壁厚公差为0.5 mm,且遵循四舍五入原则,例如壁厚为13.5 mm的竹筒归于14 mm一类。

1 竹筒制备及预处理

1.1 竹筒制备

俞友明[10-11]、侯玲艳[12]、司徒南春等[13]的研究表明,竹龄为4~6年的竹材材性和加工性能最好,且此阶段的竹材中半纤维素含量较高、木质素含量稳定,有利于竹材的软化和展平。因此,本研究选用4~6年生,竹梢部直径达到10 cm以上的新鲜毛竹或含水率高于15%的毛竹。根据展平竹板材产品的尺寸要求,将毛竹截断成0.5~2 m长的竹筒。一般情况下毛竹根部弯曲度较大,因此至根部起向上1 m长竹段不用于制备展平竹板材,而用于制备竹条,作为竹集成材或者竹重组材的原料。另外,从毛竹根部至梢部随着直径减小,竹材的尖削度加大,因此内径在12 cm以上的毛竹部分可截断成长1 m以上的竹筒,而内径小于12 cm的毛竹部分宜截断成长1 m以下的竹筒。

1.2 竹筒分选

原竹→横截→竹筒→分选→去内节→去青→开槽→高温高湿软化处理→展平→干燥定型处理→砂光→成品

1.3 竹筒去内节

竹子的组织结构沿径向从外向内依次为竹青、竹肉和竹黄。通过大量的研究发现,竹材展开过程中开裂主要是由于竹青引起的,竹青主要包括蜡质层、硅脂层和维管束最致密的一部分,密度大,生长应力大,难以拉伸和压缩,难以变形。而且竹青硬度大,难以软化,因此导致竹材在展开过程中容易开裂。竹黄主要由髓外组织构成,虽不含有纤维管束,但是硬度也较大,是展开过程中导致竹材开裂的次要因素。竹肉位于竹青和竹黄之间,主要由薄壁细胞构成,维管束少,由于薄壁细胞容易拉伸和压缩,硬度较小,在展开过程中不易开裂。因此,竹筒外部的竹青去除是竹材展平生产工艺中的关键工序之一。根据大量的实践经验,竹青层主要有两种处理方式:1)采用人工手工车刀或刮刀的方法去除竹青层,这种处理方法操作简单,但生产效率低、不安全,且竹青的去除精度难以控制;2)采用特制的高效定量浮动去青装置,通过调节去青刀具装置对竹材径向上的压力和刀具上的限位齿控制切削厚度,去除竹青层,这样既可保证成品合格率,又减少去除材料的厚度,提高材料的利用率,降低成本。

  

图1 竹筒去内节装置结构示意图Fig. 1 Structure of removing the inner knot of bamboo

1.4 竹青处理

竹筒去内节装置结构如图1所示,采用特制竹材去内节机装置去除分选后的竹筒的内部节隔,具体方法为:将截断的新鲜竹筒放置在具有V形槽的竹轴向推进机构5上,通过竹轴向推进机构推动竹筒沿托架的V形槽,滑动到冲节刀3处,并继续前进进入冲节和刮节步骤。竹轴向推进机构继续推进竹筒,致使冲节刀3冲破竹筒节隔,到达指定位置后下压机构6与冲节刀3的刀轴共同压住竹筒一侧,同时胶轮7上升也压住竹筒另外一侧;冲节刀轴上的铣刀转动,同时胶轮7带动竹筒开始发生与冲节刀轴相反方向的转动,对残余竹节进一步刮磨,直至整根竹子去内节完毕,得到内部贯通且内壁较为光滑均匀的竹筒。

杭州庄宜家具有限公司目前采用特制的高效定量浮动去青装置去除竹青层和外节,其结构示意图见图2。方法如下:首先,将新鲜竹筒4的两端用收缩夹头3固定,且其中一端的收缩夹头用顶紧气缸6顶紧,从而使得对竹子的定位更加牢固。加工开始时,开启电机2,电机2带动收缩夹头3转动;同时,开启刀轴电机8带动去青刀具组件5转动;此时开启牵引电机7,牵引链轮带动刀架横向轨道前后移动,实现刀具进给。加工过程中,去青刀具组件5通过调整竹材径向上的压力和刀具上的限位齿控制加工厚度,将竹筒4表面的外节和竹青去除,使竹子表面平整,即使遇到弯曲或椭圆的竹筒也可浮动定量去除竹青。竹筒加工到位后,旋转电机2、刀轴电机8及牵引电机7自动停止。最后,取下竹筒。该去青装置竹筒加工的长度范围为:300~3 000 mm,内径范围为:60~160 mm,一次可装夹1~20根竹筒,并可对其同时加工,切削速度可达5~10 m/min,且加工基本不受竹筒形状、大小的影响,实现了定量切削,操作安全,显著提高了工作效率和加工质量。

  

图2 竹筒定量浮动去青装置结构示意图Fig. 2 Structure of quantitative float of removing the bamboo bark

1.5 竹筒开槽

处理竹青、竹黄后,利用圆锯机对竹筒进行纵向开槽处理,即在竹筒上沿纤维方向呈直线至少开一贯通槽,缝宽同锯片厚度为2~4 mm。例如可以在竹筒上开设一条轴向缝隙,从而去除竹青后的竹筒为完整竹筒,将完整竹筒展平可以获得幅面较宽的竹板材。

(二)部分教师习惯按照课件提供的案例“就事论事”地进行授课,缺乏对知识的前后梳理和针对性设计,导致教学效果较差,不能起到举一反三的启发效果。

2 竹筒高温高湿软化处理

当竹子经展开形成竹板材后,该竹板材紧接着进入压平机构中的压平区4,该压平区由各压平托辊圆周面的上表面和压辊圆周面的下表面构成。竹板材经过压平托辊和对应压辊的相互挤压,从而被压紧压实,而整个过程成为一条流水线,不仅能保证最终处理后的竹板材平整结实,而且大大提高了工作效率。

因此,本研究在此基础上提出采用高压饱和蒸汽快速软化竹材的新技术。将开缝后的竹筒放置在压力容器中,向压力容器中通入饱和蒸汽。软化处理工艺参数如饱和蒸汽压力、处理时间等主要根据竹筒的状况设定。对于壁厚的竹筒可采用高蒸汽压或长时间的工艺进行软化处理;对于去除全部竹青的竹筒可采用低蒸汽压或短时间的工艺进行软化处理。这是因为壁薄的或去除一部分竹青的竹筒,在软化过程中,蒸汽介质容易渗透到竹肉内,从而提高软化效果。通常,压力容器内饱和蒸汽的压力为0.7~1.3 MPa,根据饱和蒸汽压力-温度表可知,容器内蒸汽温度可达到160~200 ℃。当容器内的蒸汽压力达到设定值时,保温4~10 min,在此阶段,罐内始终为饱和蒸汽。在高温高湿作用下,竹筒温度快速升高,达到并超过其软化点温度,从而实现竹筒的软化。软化前,竹筒的锯缝宽度为2~4 mm;软化处理后,竹筒锯缝张开,缝口宽度增加到80~150 mm,这将有助于竹筒的展平。

3 竹筒展平

当压力容器保温阶段结束后,停止蒸汽处理,逐渐释放压力罐内的蒸汽,降温至常压打开压力罐罐盖,将软化处理后的竹筒立即取出,移至展平装置上进行展平处理。目前竹材展开方式主要分为横向展开和纵向展开。

横向展开是指在展开过程中压辊的轴向与竹筒的轴向一致。如图3所示,采用一组光辊和具有凸齿的钉辊,对软化后的竹筒进行展平。工作时,将经过高温软化处理后的竹筒送入光辊4与钉辊5之间,电机2通过链条3驱动钉辊5转动,并带动竹筒从光辊4与钉辊5之间穿过,通过气缸6对其进行稳定压力的下压,实现无裂纹展平。辊轧过程中,竹筒的内表面加工出孔眼,释放了应力,降低了展开难度,展开的竹板材因此开裂减少,合格率提高。采用该方法展平的竹板材长度较小,且由于竹黄层凹坑过多导致板材力学性能下降显著,因此,该方法生产出来的展平竹板材一般应用于竹砧板等幅面较小的产品[15]

就实践情况看,前期工作主要包括以下几个方面:一是认真熟悉、分析工程设计图纸,确定工程所需人力、物力等情况,展开准备工作;二是由于工地大多在河流和湖泊等处施工,要预先拟定有效方案,对水流进行引导控制,采取措施保护建筑实体在正式投入使用前不会受到水流的冲刷,并合理规划施工现场道路、水电、通信基础设施建设;三是组织相应的施工队伍和建设管理队伍,并对其进行岗前培训,考核合格后方可上岗;四是提前定制施工机械,并组织人力进行调试和保养;五是提前做好原材料的采购、检查和验收,并做好详细记录,产品合格方可办理验收手续,签订订购合同。

  

图3 竹筒横向展平装置结构示意图Fig. 3 Structure of flattening in horizontal direction

纵向展开是指展开过程中压辊的轴向与竹筒的轴向正交,该竹筒无裂纹展平生产技术采用此种展开方式,如图4所示。在纵向展开过程中,使用不同长度的辊逐渐展开竹筒。竹筒以竹黄面朝上,将其中竹筒中轴线部位放入固定导向辊轮7下,通过导向辊轮7实现竹筒的自动进给,进给速度为20~30 m/min。竹筒首先逐渐进入展平辊轧阶段,展平轧辊区3内的轧辊8宽度是逐渐增大的,这样可实现竹筒局部逐渐受压,竹材受压部分的弧度较小,可有效避免大弧度竹筒快速展开导致的开裂现象。同时,在展平轧辊区3内的轧辊的圆周面上安装有线槽刻刀,随着竹筒的进给,刻刀在竹黄面上实现划槽刻线,线槽与竹筒轴向呈30°,相邻两组轧辊上的线槽刻刀呈交错排列。辊轧时,在竹黄表面形成菱形线槽,线槽宽度为1.5~2 mm,深度为2~4 mm,相邻线槽间距为5~8 mm。均匀分布的线槽在竹筒的竹黄内延伸或从竹筒的竹黄内延伸到所述竹筒的竹肉内,有利于分散竹筒在展平过程中产生的应力,最终实现竹筒的无裂纹展平,如图5。

高温热水处理是一种有效的竹材软化方法[14]。研究结果表明经过高温热水处理后的竹材玻璃化转变温度为88.4 ℃,相对于未处理材下降了26.2%。在热水作用下,竹材半纤维素在80 ℃,木质素在100 ℃即可以具有一定的塑性。因此,选择采用100 ℃热水处理竹材4 h,就可达到竹材软化的目的。但从生产实际出发,处理时间仍较长,生产效率偏低,出材率低。

当然在生产中,根据加工产品的幅面要求,也可以在竹筒上开设两条轴向缝隙,这两条缝隙可以在竹筒的径向上彼此相对,从而将竹筒分成两个半圆形竹筒。同样也可以在竹筒上开设三条或四条轴向缝隙,开设的轴向缝隙越多,展开后的竹板材的幅面宽度越小。杭州庄宜家具有限公司目前大都采用在竹筒上开设一条轴向缝隙来生产幅面较宽的竹板材。

  

图4 竹筒纵向展平装置结构示意图Fig. 4 Structure of flattening in longitudinal direction

  

图5 纵向展平竹板材Fig. 5 Flattening bamboo in longitudinal direction

4 竹展平材后期处理

竹材在进行展平后由于内应力、生长应力、密度梯度以及吸湿解湿性等会出现变形现象,因此需要在展平处理完成以后对其进行定型处理,消除其内应力,防止竹材在冷却时出现反弹弯曲情况[16]。可采用两种方式进行定型处理:1)将展平后的竹板立即取出,放入多层压具内并固定送入干燥窑进行干燥处理,干燥温度为(50±5)℃,时间为24~48 h,然后取出在常温自然环境下进行含水率平衡处理,平衡后的展平竹板从压具内取出,即可进行表面砂光或刨光工序,制得可以再加工使用的无裂纹展平竹板材产品;2)采用定厚刨削机对展平后的竹板材直接砂光和定型,展平竹板上下表面的刨削量为0.5~1.0 mm,再经过(50±5)℃温度干燥处理24~48 h,即制得无裂纹展平竹板材产品,可用于多层板胶合、竹木复合等二次加工。目前笔者所在企业杭州庄宜家具有限公司采用后者进行生产,生产实践表明,可提高生产效率和产品质量。

EM断路器通常与电能表安装在同一表箱内,可通过电能表发出的开关控制信号控制其分、合闸,相对于传统微型空气开关,它不仅有简单的过流保护功能,还增加了欠费分闸、分合闸状态反馈等费控辅助功能。它的主要结构包括外壳、操作机构、动静触头、脱扣器等,某型号单相电能表用外置断路器如图1所示。

将长1 200 mm、内径100 mm的若干竹筒进行去青去内节处理,开1条纵向槽后放入180 ℃压力罐饱和蒸汽高温高湿处理6 min,经展平可制得平衡含水率为6.7%~8.3%,气干弦向干缩率为4.1%~5.0%、径向干缩率为3.1%~4.2%,静曲强度和弹性模量分别为137.3~178.2 MPa、10 323.8~12 173.8 MPa的无裂缝竹展平板。目前该技术已经用于竹材企业的生产中,可获得2 500 mm×380 mm的大幅面无裂纹展平竹板材。生产实践表明,利用该技术制造竹板材及其产品,可提高竹材资源利用率,降低胶黏剂用量,降低能耗,而且在降低产品成本的同时,提高了产品质量。无裂缝展平竹板物理力学性能佳,且色泽美观,可应用于无污染砧板、展平竹地板、展平竹多层复合板、竹木复合板以及装饰装修材料的制造,具有十分广阔的市场推广应用前景。竹筒无裂缝展平工艺能够实现整竹利用,对于我国竹资源向资源节约和高附加值方向发展,提升竹产业科技含量,具有积极的推动作用。

5 结语

稻瘟病又称稻热病。是危害水稻最严重的病害之一,是一种真菌病害,属世界性水稻病害,在70多个国家发生此病。我国凡有水稻栽培的地区均有不同程度的发生,减产幅度一般为10%-15%,发病严重地块甚至颗粒不收。因此,稻瘟病已成为水稻高产、稳产的一大障碍。现将防治要点介绍如下。

通过个案访谈发现(以吉林省吉林市某地区一个个案为例),低保金能够满足低收入家庭的基本生活需求,但是救济程度有限,住房是民生中非常重要的一部分,要则不动,动则耗资巨大,对于无资本积累、因病因残导致落入贫困的低收入家庭而言,仅仅依靠自身资本的累积建设或改造需要一次性投入大笔金额的住房,基本上是不可能的。

参考文献

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[16]张伟, 岳孔, 谢蔡富, 等. 弧形竹片展平后热处理工艺对回弹的影响[J].林业科技开发, 2009(1):26-28.

 
刘红征,王新洲,李延军,许斌,陈李璨,张乃华
《林产工业》 2018年第05期
《林产工业》2018年第05期文献

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