一种竹质铅笔的制作方法与流程

本发明涉及竹材加工领域，更具体地，涉及一种竹质铅笔的制作方法。
背景技术：
：铅笔用木材主要有柏木、椴木、香杉、桤木、松木、西达木等，用于制作铅笔的木材要求纹理正直，结构均匀，质软略带脆性，具有低吸湿性，不变形，尺寸稳定性好。随着我国对“天然林是禁止砍伐”政策逐步实施，铅笔所用木材原料十分紧缺，未来该材料将成为铅笔产业发展的瓶颈。我国竹资源丰富，竹林面积达520万公顷，生长周期短4-5年即可加工利用。因此，开发竹质铅笔不仅可实现“以竹代木”、保护森林及生态环境，还推动竹材资源的开发利用向资源节约、高科技含量、高附加值方向发展。但是天然竹材密度、硬度较大，制成铅笔后卷削阻力大，这成为制约天然竹材应用至铅笔行业的最大障碍。因此，需要发明一种天然竹铅笔及其制造方法解决上述问题。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种天然竹铅笔制作的新技术方案。根据本发明的第一方面，提供了一种竹质铅笔的制作方法，主要包括如下步骤：步骤一：竹材切段，将毛竹茎秆横断成长度40～120cm的竹段；步骤二：竹段切片，将所述竹段沿径向切割为弧形的竹片；步骤三：定厚铣削，对步骤二中的所述竹片进行铣削；步骤四：浸渍处理，对步骤三中定厚铣削后的竹片放入浸渍液中常温浸渍24-72小时；步骤五：软化处理，浸渍处理后的竹片放入蒸汽压力罐中进行熏蒸；步骤六：碾压处理，将软化后的竹片经碾压辊碾压直至碾平；步骤七：定型处理，将碾平后的竹片放入定型设备中进行碾压，所述定型设备中设置有若干定型室，不同所述定型室中的温度以及定型辊的碾压力度均不一致；步骤八：通风干燥，步骤七中定型完毕的竹片放置于通风干燥窑中干燥7～15天；步骤九：稳定性处理，将干燥的竹片放入熔化石蜡中进行处理，温度60～80℃，时间2～6h，处理后在30～60℃下烘干2～4h。步骤十：尺寸加工，对干燥的竹片进行精加工并截断成长度为16～18cm的铅笔板；步骤十一：成品加工，将铅笔板放入铅笔自动成型加工机上，制成竹质铅笔。通过本方案，将天然竹材经过处理后，能够具备传统木材的较小的硬度，更加适合制作铅笔，使铅笔能够流畅切削。优选地，所述步骤二中，以所述竹段的小径端的周长为基数，以弧形周长上旋转长度40mm，50mm，55mm，65mm为单元计算切片数，并根据该切片数选择竹片锯，切割为定宽的竹片。通过本方案，根据不同的竹段直径选择不同切片数和竹片锯，使之能够均匀切割为大小均匀的竹片，从而减少竹材的浪费。优选地，在所述步骤三中，采用内凹型弧形铣刀将竹青部分铣削掉厚度1～1.5mm，用外凸弧形铣刀将竹黄部分铣削去除突出部分。通过本方案，顺应竹片的弧度进行竹片的外表和内侧的清理，有助于进一步减少竹材的浪费。优选地，在所述步骤四中，所述浸渍液为尿素与氨水的混合溶液，其中所述尿素的浓度为30％～60％，所述氨水的浓度为16％～28％。通过本方案，尿素与氨水的混合溶液能够预先软化竹片，有助于提高软化效果步骤中的软化效果。优选地，所述步骤五中，首先对蒸汽压力罐中通入0.08～0.1mpa蒸汽，使罐内温度到达90℃，保持1min，对材料进行预热减少后期冷凝水产生，然后通入氨气将罐内压力提高至0.15～0.2mpa，保持1～2min，再将蒸汽压力提高至0.62～1.0mpa，使罐内温度达到160～180℃，保持8～12min。通过本方案，对材料进行预热能够减少后期冷凝水的产生；再加压和升温，使氨气对弧形竹片进行轻度软化，减少蒸汽对弧形竹片软化时间及温度，降低弧形竹片在高温蒸汽处理过程颜色过度变化，降低材料色差优选地，在步骤五中，浸渍后的竹片竹青面朝上并排依次放置支架上，所述支架每个隔层均为倾斜布置，然后将所述支架放入蒸汽压力罐中熏蒸。通过本方案，在蒸汽处理时可防止冷凝水聚集在弧形竹片表面。优选地，在步骤六中，所述碾压辊设置有多对，所述碾压辊包括上碾压辊和下碾压辊，上碾压辊凸形，下碾压辊凹形，且上碾压辊以及下碾压辊的弧度半径逐渐增加直至弧度为0。通过本方案，对软化后的竹片能够循序渐进的碾压，避免直接碾平造成的竹片表面出现裂纹。优选地，所述步骤七中，所述定型室包括两个，前端的定型室中的湿度27～35％，温度80～100℃；后端的定型室为室温并设有风冷装置。通过本方案，先热后冷的定型室布局能够进一步提高竹片定型时的可靠性，避免竹片在定型过程中出现裂纹。优选地，所述定型辊包括若干对，若干定型辊依次组成压紧区、回弹区以及定型区，所述压紧区的定型辊之间的距离逐步减小，压紧区的定型辊之间的预紧力为4～6kn；回弹区中的定型辊中包括压紧组和回弹组，所述压紧组和所述回弹组均包括相同数量的所述定型辊，所述压紧组与所述回弹组交替布置。通过本方案，改变定型辊预紧力形成压紧回弹循环施力，使弧形碾平部位回弹应力大大减小，减少干燥应力引起翘曲变形，促进弧形竹片碾平定型。优选地，所述定型区的定型辊的预紧力大于回弹组的预紧力而小于压紧组的预紧力。通过本方案，经过回弹区的压紧回弹的循环施力，释放了竹片内部应力后采用恒定的压力来进一步巩固定型，提高定型的效果。优选地，步骤八所述稳定性处理，干燥后竹片通过浸渍石蜡可降低材料自身吸湿性能，使材料具有憎水性，提高材料尺寸稳定性，减少材料变形，防止材料霉变。另外，石蜡有润滑作用，大大提高铅笔切削刀流畅性。根据本公开的一个实施例，采用本发明的竹质铅笔的制作方法，打破了原有的仅使用木材作为铅笔原料的弊端，提高了原材料的出材率，降低了原材料的成本，实现了可持续发展以及可大规模工业化生产的目的；采用本方法制作的竹质铅笔，有效的降低了竹材本身的强度，提高了铅笔切削时的流畅性。通过以下对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。具体实施方式现在将详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。实施例本实施例中的天然竹铅笔及其制造方法，包括以下步骤：(1)竹段：选取新鲜毛竹根部3.5米以上茎秆通直竹段，横断成长度40～120cm，选取外径10～15cm、小径端壁厚8～12mm的竹段，两端遇到竹节去除，竹节离端部4～6cm。(2)弧形竹片定宽锯切：以竹段轴线为中心放置到定宽锯切机上，自动旋转一周测量两端周长，以小径端周长为基数，以弧形周长上旋转长度40mm，50mm，55mm，65mm为单元，选择一种规格竹片锯切并自动计算旋转次数，每旋转一次锯切一片弧形竹片。。在其他的实施例中，该旋转次数等于竹段小径端周长除以周长方向上旋转长度减1次，剩余一片用于更宽宽度弧形竹片加工，有助于进一步减少竹材的浪费，提高竹材的利用率。(3)弧形竹片定厚铣削：将定宽的弧形竹片放入去青去黄设备，采用内凹型弧形铣刀将竹青部分铣削掉厚度1～1.5mm，用外凸弧形铣刀将竹黄部分铣削去除突出部分，分别将弧形竹片厚度加工至8，10，11，12mm，该厚度根据竹材本身的厚度加工而成，以进一步提高竹片的利用率；或者根据不同厚度的竹片制作成不同规格的铅笔板。(4)浸渍处理：将去青去黄弧形竹片放入铁框架中浸入浸渍池中，浸渍液为尿素-氨水混合溶液，尿素浓度为30～60％，氨水浓度16～28％，尿素溶液与氨水之比1:1～3:1，采用常温浸渍24-72h，冬天陈放48h，夏天陈放24h待表面晾干。(5)蒸汽-氨气联合软化：浸渍后弧形竹片竹青面朝上并排依次放置支架上，所述支架每个隔层均设计为倾斜角度，在蒸汽处理时可防止冷凝水聚集在弧形竹片表面，将支架推入蒸汽压力罐中关闭罐门。首先通入蒸汽0.08～0.1mpa蒸汽，使罐内温度到达90℃，保持1min，对材料进行预热减少后期冷凝水产生，然后通入氨气将罐内压力提高至0.15～0.2mpa，保持1～2min，使氨气对弧形竹片进行轻度软化，减少蒸汽对弧形竹片软化时间及温度，降低弧形竹片在高温蒸汽处理过程颜色过度变化，降低材料色差，再将蒸汽压力提高至0.62～1.0mpa，使罐内温度达到160～180℃，保持8～12min，使竹片充分软化，根据弧形竹片厚度及材色，适当调整处理时间和温度，卸压时将罐内剩余气体通过一个回收池后排放到大气中，将罐体带弧形竹片支架移出，迅速进行碾压。通过蒸汽-氨气联合分段增压处理有利于材料温度均匀分布，材色均匀，软化匀称，减少后期竹片的裂缝。(6)碾压处理：依据选取竹段两端直径10～15cm设计相应表面弧形压辊，碾压辊数量为6～12组，上碾压辊凸形，下碾压辊凹形，上下碾压辊间隙为弧形定厚竹片厚度，碾压辊总长30cm，碾压辊直径15cm，辊压竹片弧度周长为85mm，弧度半径10～30cm，相邻两对碾压辊间距20cm，相邻两对碾压辊弧度半径逐渐增加，增加幅度为30～35mm，随弧度半径增加碾压后弧形定厚竹片翘曲度逐渐降低，直至碾平。(7)定型处理：碾压后的竹片均有所回弹成弧形，通过冷热交替，循环施力处理来消除碾压后剩余应力制成展平竹铅笔板。定型装置由上下两层定型辊组成，共计100对定型辊，圆柱形定型辊直径为12cm，前后定型辊轴中心间距20cm，上下定型辊间距可调5～20mm，定型辊传输速度为1～2m/min。第1～30对定型辊置于密闭的蒸汽护罩内部，在展平定型过程中保持蒸汽护罩内湿度27～35％，温度80～100℃，第30～100定型辊置于风冷防护罩内部，冷却风机流量为：1～3m3/min，主要用于冷却展平竹片，定型后期将温度降低至30～60℃。定型辊上下间距由第1对开始逐步减小，上下定型辊之间预紧力为4～6kn，第1对定型辊上下间距为20mm，逐步缩小定型辊之间间距，到第10～100对定型辊上下间距为6.5～10.5mm，第11～13对定型辊上下间距和第10对一致，减小定型辊两端支撑弹簧的预紧力为2～3kn，该预紧力小于弧形竹片回弹力，该定型阶段使其产生回弹，第14～16对定型辊上下之间预紧力为4～6kn，每隔3个定型辊预紧力依次交替至第70对定型辊，第71～100对定型辊预紧力为3～4kn，通过改变定型辊预紧力形成压紧回弹循环施力，使弧形碾平部位回弹应力大大减小，减少干燥应力引起翘曲变形，促进弧形竹片碾平定型。(8)常规通风束缚干燥：将展平竹铅笔板粗刨定宽定厚，用精刨定宽定厚竹条作为隔条将展平竹铅笔板纵横交错放置于专用堆垛车上，采用重物放置于堆垛好展平竹铅笔板上进行压制束缚干燥，防止常温干燥过程中变形，再放入通风干燥窑进行干燥。采用常温强制气干法由干燥窑大门底部与大气相通，堆底送风顶部风机排风方法，通过控制风机的气流量调节展平铅笔板干燥速度，干燥初期展平铅笔板含水率高于纤维饱和点时气流循环速度1～2m/s，当接近纤维饱和点时气流循环速度降低到0.25～0.5m/s，竹材纤维饱和点后随含水率逐步减少会产生干燥应力，干燥速度过快易产生干燥裂纹，因此，降低气流循环速度从而降低干燥速度，具体可根据干燥时气温进行适当调整，气温15～25℃时气流速度可以适当降低，气温5～15℃时气流速度可以适当提高，干燥时间7～15天，干燥后将其放置养生房中湿度65～70％，将含水率逐步调至10％～12％。再将其整体浸渍石蜡，浸渍温度：40～50℃，浸渍时间：4-5h，浸渍后晾干。(9)稳定性处理，将干燥的竹片放入熔化石蜡中进行处理，温度80℃，时间3h，处理后在40℃下烘干2h。(10)尺寸精加工：将上述展平竹铅笔板通过精刨定厚定宽并加工多个笔芯槽，再截断成长度16～18mm。(11)成型加工：将带有笔芯槽的展平铅笔板放入竹铅笔自动成型加工机上，通过涂胶，加铅芯、组坯、高频胶合、剖分、铣削制成竹质铅笔。经过试验对比，使用本方法制作的铅笔板与传统的铅笔板相比，各项性能参数的对比如下表所示：表1：实施例的铅笔板与传统的铅笔板以及普通竹材的参数对比硬度(n)抗弯强度(mpa)抗拉强度(mpa)实施例的铅笔板214081109传统椴木铅笔板187575103普通竹材3600147150由此可见，使用本方法制作的铅笔板相较于传统的铅笔板在硬度相近的情况下，抗弯强度以及抗拉强度也相类似，较为适合制作铅笔；与普通的竹材相比，硬度明显降低，适合制作铅笔后的切削。与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用本工艺制备的竹质铅笔，原材料出材率高、宽度大、生产效率高且材料绿色环保，实现了可持续发展并可大规模工业化生产的目的。本发明采用竹段定宽锯切成弧形竹片，大大提高竹片出材率减少损耗，减少剖分时竹片纵向撕裂现象出现，有利于提高竹片尺寸规格精度。采用浸渍处理和蒸汽-氨气联合软化，促使弧形竹片在尿素、氨气和温度三者相互作用下充分软化但又不大幅度改变竹材化学的构成，有利于降低弧形竹片展平制造宽幅竹片开裂的现象发生，并且有利于降低竹材强度，以提高铅笔切削时的流畅性。定型工艺中采用循环施力、冷热交替来消除碾压后展平竹铅笔板的残余剩余应力，提高铅笔板的平整度，提高展平竹铅笔的成品率。采用常规通风束缚干燥大大减少干燥应力引起的竹材翘曲变形，再经石蜡润滑浸渍处理，石蜡具有憎水性有利于降低竹质材料吸湿性，本身竹质材料尺寸稳定性均优于木质材料，石蜡具有润滑性有利于降低削竹质铅笔切削力。虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。当前第1页1 2 3 

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