一种深度炭化竹材的处理方法及其产品和应用与流程

本发明涉及竹材炭化处理的技术领域，具体涉及一种深度炭化竹材的处理方法及其产品和应用。

背景技术：

我国的竹子资源集中分布在长江以南的14个省、市、自治区。今天，竹产业已经成为我国竹产区的支柱产业。我国竹林面积和竹材产量已由1950年130万公顷和160万吨，增加到2011年的538.1万公顷和16.44亿根。这些为我国发展竹材加工提供了坚实、可持续的资源基础，竹材圆筒结构是天然形成的奇妙的结构，这种结构符合材料力学中的等强度设计原理，可以作为结构材来使用，如云南傣族的竹楼，主要使用圆竹建成。竹材的化学成分中含有大量真菌生长所需的淀粉、糖类等营养物质，在温、湿度适宜的条件下极易发生霉变。霉变竹材会致竹制品外观不佳、降低其使用年限和使用效果，而且霉菌孢子的扩散会对居室内人的健康产生影响。

因此，具防霉功能的竹材产品及其制造方法广受关注，选用高效的无机金属盐、氧化物或单质也曾被研究或者应用，但是：要么有效防霉因子固着困难而致效果难以长久，要么就是操作工艺繁琐致操作困难，一直以来未见十分成功的无机物负载的高效防霉竹材产品。而且使用过程中容易发生开裂，限制了作为结构材的使用范围，并易使水、虫、腐朽菌等进入其中，造成虫蛀和腐朽等影响其使用寿命。

炭化竹素有物理“防腐竹”之称，也称为热处理竹。炭化防腐成形竹材，其强度等结构性能比新鲜竹子材还好，其他性能基本一致；通过物理炭化等科技加工，实现竹材的防腐、防虫、防开裂。

目前，竹材的炭化处理主要是纯物理方法、化学与物理方法结合。纯物理方法是指将粗刨好的竹片放入专用的炭化炉内，打开蒸汽阀，使压力达0.3mpa左右，保持70～90min后，排出蒸汽，取出竹片，竹片经过蒸煮或炭化后，含水率一般可达35％～50％左右，然后在干燥窑采用60～70℃左右的温度连续烘干72～84h。这种方法由于温度不高，对竹材炭化不但不彻底，而且生产周期较长，不适应于工业化生产；而化学与物理方法结合是先将竹材浸泡在防腐防虫剂中，然后放入炭化炉中进行加温加压处理，最后添加粘合剂等成形，这种方法制备的竹材存在化学物质，对人体有害，不够环保。

因此，圆竹竹材防裂干燥、防蛀和尺寸稳定性好等技术难题的解决，是实现竹资源可持续利用的必要保障。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种深度炭化竹材的处理方法及其产品和应用，工艺时间更短，效率更高，适应于企业化大规模生产；竹材防蛀、防霉、防腐、防裂、抗风抗雪和防火性能更优异，同时炭化竹材含水率低，不易吸水，材质稳定，炭化成形后不变形不开裂，可以应用于建筑材料。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种深度炭化竹材的处理方法；包括以下步骤：

1)将新鲜竹材钻孔预处理；

2)将步骤1)制得的竹材堆放至高温炉中，依次进行升压、稳压和降压处理；

3)将步骤2)制得的竹材取出，干燥处理。

进一步的，步骤1)中的钻孔预处理，包括以下步骤：将竹材截断后，在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节的上下部位从竹青层向竹簧层钻孔，该孔确保竹筒内和外界相通。根据实际竹材所需尺寸将竹材截断，钻孔设计使得蒸汽可以均匀穿透竹材内外壁，使得炭化过程更均匀稳定，炭化后竹材各部分的性能均一，提高炭化后竹材品质。

进一步的，步骤2)中升压处理为：通入高温蒸汽，高温蒸汽的温度为150-180℃；压力为3.5-6.0兆帕；处理时间为20-40min。该步骤的升温升压过程速度较为匀速，避免刚采集的竹材在急速高温环境下，破坏竹材性能稳定性。

进一步的，步骤2)中稳压处理为：保持高温炉内的温度为150-180℃，压力为3.5-6.0兆帕；处理时间为30-60min。本方案利用高温蒸汽的加热和湿热热处理，使竹材保湿加热，迅速达到木素、纤维素和半纤维素的软化点，同时半纤维素等糖类物质在如此高的温度和湿度下迅速水解，达到短时间高效炭化目的，同时，在此情况下，竹材中的水分全部变成蒸汽排出，使得制得的竹材防腐、防霉、防蛀。

进一步的，步骤2)中降压处理为：停止通蒸汽，排气降压至压力为0兆帕，降温至常温，处理时间为10-20min。本方案的降压过程并未打开高压炉，只是将其降压排气，然后自然冷却，竹材干燥收缩不会造成开裂，圆竹干燥开裂等缺陷将会大大改善。

进一步的，本发明的深度炭化竹材的处理方法制备得到的竹材，其防蛀、防霉、防腐、防裂、抗风抗雪和防火性能优异，使用寿命达到10-15年。

进一步的，本发明的竹材在建筑材料上的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明采用纯物理方法，整个炭化成形过程不添加任何化学试剂，环保健康，无任何毒副和腐蚀作用，现有技术中加热可控压的炉体均可使用；

2、本发明采取不同温度和压力分阶段完成竹材的深度炭化过程，相比现有技术，一方面使得竹材防蛀、防霉、防腐、防裂、抗风抗雪和防火性能更优异；另一方面，工艺时间更短，效率更高，适应于企业化大规模生产；

3、本发明制备得到的炭化竹材，含水率低，不易吸水，材质稳定，炭化成形后不变形不开裂，可以应用于建筑材料。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术效果进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种深度炭化竹材的处理方法；包括以下步骤：

1)将新鲜采集的竹材按要求将截断后，在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节的上下部位从竹青层向竹簧层钻孔，该孔确保竹筒内和外界相通；

2)将步骤1)制得的竹材堆放至高温炉中，通入高温蒸汽，高温蒸汽的温度为150℃，压力为3.5兆帕，处理时间为40min；然后，保持高温炉内的温度为150℃，压力为3.5兆帕，处理时间为60min；最后，停止通蒸汽，排气降压至压力为0兆帕，降温至常温，处理时间为10min；

3)将步骤2)制得的竹材取出，干燥处理，制得深度炭化后的竹材。

实施例2

一种深度炭化竹材的处理方法；包括以下步骤：

1)将新鲜采集的竹材按要求将截断后，在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节的上下部位从竹青层向竹簧层钻孔，该孔确保竹筒内和外界相通；

2)将步骤1)制得的竹材堆放至高温炉中，通入高温蒸汽，高温蒸汽的温度为180℃，压力为6.0兆帕，处理时间为20min；然后，保持高温炉内的温度为180℃，压力为6.0兆帕，处理时间为30min；最后，停止通蒸汽，排气降压至压力为0兆帕，降温至常温，处理时间为20min；

3)将步骤2)制得的竹材取出，干燥处理，制得深度炭化后的竹材。

实施例3

一种深度炭化竹材的处理方法；包括以下步骤：

1)将新鲜采集的竹材按要求将截断后，在其竹节隔上钻孔将纵向打通，或在竹节的上下部位从竹青层向竹簧层钻孔，该孔确保竹筒内和外界相通；

2)将步骤1)制得的竹材堆放至高温炉中，通入高温蒸汽，高温蒸汽的温度为165℃，压力为5兆帕，处理时间为30min；然后，保持高温炉内的温度为165℃，压力为5兆帕，处理时间为45min；最后，停止通蒸汽，排气降压至压力为0兆帕，降温至常温，处理时间为15min；

3)将步骤2)制得的竹材取出，干燥处理，制得深度炭化后的竹材。

上述实施例制得的竹材物理力学性能如下：

1)防蛀。经过高温蒸汽处理后，竹材变硬，且其中的营养物质变性，蛀虫不能在其中生存。

2)防霉。竹材经过饱和蒸汽热变形处理，防霉等级达到1级。

3)防腐。经过饱和蒸汽热变形处理，达到常规户外使用炭化木的强耐腐要求。在蔬菜大棚中，该竹材防腐等级达到c4a级。

4)防裂。经过饱和蒸汽热处理改性后，竹材中平衡含水率变化不大，吸湿性降低，此时外界的水蒸气变化对竹材的含水率影响小，竹材对应的尺寸变化小，圆竹不易开裂。

5)抗风抗雪。竹子的力学性能非常优越，抗拉强度达到530mpa，与最好的a1合金相当。经抗压强度试验，直径90-110mm的3-5年圆竹的承压力为5100-12830kg/cm²(每平方厘米达到5100-12830公斤)。竹蔬菜大棚的合理设计，其抗风和抗雪能力可达到6-7级。

6)防火。圆竹的最外层密度达到1.2g/cm³，密度与红木相当，属于不易燃材料，普通的火星和烟头不会引起燃烧。

综上，竹材经热处理后，提高了耐酸碱、不腐蚀、不氧化生锈、不虫蛀等性能，在不同环境下预计使用寿命达到10-15年。

以上实施例仅为本发明的优选实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

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