專利名稱：一種蒸汽熱處理式整竹干燥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于竹材改性方法領(lǐng)域，尤指一種蒸汽熱處理式整竹干燥方法。
背景技術(shù)：
我國竹子資源豐富，是世界第一竹子資源大國。竹子具有生長迅速、輪伐期短、中空竹節(jié)、抗剪能力強、剛性好、耐磨損、物理特性優(yōu)良等特點。整竹是指砍伐下來的竹竿未經(jīng)加工或只進行了簡單加工例如不破壞竹子原始斷面結(jié)構(gòu)只是截成適合長度的竹材，可用于建筑、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、裝飾及工藝品的材料。目前，我國對竹材的利用主要是重組利用，對原態(tài)整竹的深精加工利用研究較少。這主要是因為整竹結(jié)構(gòu)不均勻，竹青、竹肉以及竹黃存在變異性，因而導(dǎo)致它們的密度、干縮性等物理、化學(xué)特性存在較大差異。竹材的縱、橫向，不同部位存在明顯的各向異性，給整竹的加工帶來不穩(wěn)定因素，尤其以整竹開裂缺陷最為嚴重，目前整竹干燥技術(shù)研究較少，主要集中于實驗室階段，具體做法有如下幾種
(1)端部壓注法利用相關(guān)的設(shè)備把整竹適當(dāng)?shù)倪B接起來，利用液壓裝置、空氣壓縮機、端部壓注帽等從竹段端部把處理用藥劑填充壓注進竹材內(nèi)部。該技術(shù)的缺點和不足是處理效率較低，耗能較高，整竹處理成本高且沒有成熟的干燥方法；
(2)整竹浸泡及自然風(fēng)干法將整竹段浸入溫度為20°C左右的清水中，浸泡10 30天，然后將整竹取出，在通風(fēng)處進行自然風(fēng)干。該技術(shù)的缺點和不足是整竹風(fēng)干后質(zhì)量不穩(wěn)定，耐候性較差，處理時間長、效率低。上述兩種竹段干燥技術(shù)均沒有體現(xiàn)現(xiàn)代大規(guī)模進行整竹干燥的工業(yè)處理要求，所需干燥周期長，處理效率低，且缺乏成熟的整竹干燥的技術(shù)工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種蒸汽熱處理式整竹干燥方法，通過采用蒸汽熱處理方式快速降低整竹的含水率，再進行低溫干燥，實現(xiàn)整竹的高效、低成本、快速處理，使處理后的整竹大大降低開裂的幾率，提高整竹的穩(wěn)定性和耐候性，實現(xiàn)整竹干燥的工業(yè)化生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案
一種蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其制作步驟包括
制作整竹竹段，將竹子截成設(shè)定長度的竹段；在竹節(jié)上穿孔；
蒸煮，將竹段浸入氯化鈉和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化鈉重量百分比為0. 5w% 10w%，醋酸重量百分比為0. 8w% 10w%，余量為水，常壓水溫由自然狀態(tài)升到90°C 100°C,升溫時間15min 20min,進行沸騰蒸煮,蒸煮時間3h 5h ;
蒸汽熱處理，將整竹段整齊置于蒸汽罐中，用0. 14Mpa 0. 25Mpa的蒸汽壓，溫度110°C 140 °C，恒定熱處理 30min 240min ；
干燥，將經(jīng)過蒸煮之后的整竹段放入干燥窯中，向竹子噴蒸汽，窯內(nèi)溫度為50°C 60°C，濕度為65% 95%，使得竹子的含水率達10% 18%。
其中，使用的竹子可以是四至六年齡的新鮮毛竹，竹齡小的密度較小，細胞空隙較大，易導(dǎo)致開裂，而使用本方法加工，其開裂率大大降低。本方法優(yōu)選直徑為80mm 300mm的竹子。竹子的直徑越大，處理越困難，也越容易開裂。但是，本方法處理粗大竹子，在克服開裂方面有較大優(yōu)勢。竹子截成0. 5m 2m的竹段為宜。在竹節(jié)上穿設(shè)的小孔可以采用人工方法或者機械方法加工，其大小可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，孔徑為5mm 20mm為宜。這樣孔徑的小孔便于后序整竹處理中內(nèi)外竹壁與蒸煮溶液充分接觸以及干燥過程中，使整竹內(nèi)壁汽流順暢，利于內(nèi)壁水份的排放，且受熱均勻，提高
干燥質(zhì)量。蒸煮的目的是盡量多的溶解竹材中的淀粉、糖分、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，使竹材具有防 蟲、防腐能力，并溶解細胞間隙和維管束系統(tǒng)之間薄壁組織的濃稠細胞質(zhì)、鹽及其他化學(xué)物質(zhì)等，‘清空’細胞間隙和薄壁組織。蒸汽熱處理是本發(fā)明的一個重要的發(fā)明點，其原理是，將竹材置于高溫、高濕，高壓的環(huán)境中，使竹材中的有機物質(zhì)如糖、淀粉、蛋白質(zhì)分解變性，使真菌等以及蟲類失去營養(yǎng)源，同時又將竹材中的蟲卵、真菌等殺死。竹材的吸濕、解吸是竹材生物活性的具體表現(xiàn)之一，蒸汽熱處理還可以使得竹材微炭化，將竹材微炭化后可以讓生物活性降低，吸濕、解吸性就降低了。由此，蒸汽熱處理具有以下幾方面的作用
第一，能快速排除整竹段中含有的大量自由水份中的較大部分，降低整竹段下一步干燥過程中初始含水率，蒸汽熱處理后，整竹段的含水率可達到35%。第二，高溫?zé)嵴羝扇コ嗑?，微生物，蒸汽熱處理后的整竹段安全環(huán)保，具有較好的防腐防蟲功能。第三，高溫?zé)嵴羝墒怪癫奈⑻炕档椭癫牡纳锘钚?，蒸汽熱處理后的整竹段生物特性降低，不易吸水，含水率低，穩(wěn)定性提高，干燥后不易開裂，不易變形?？梢允沟煤罄m(xù)的干燥過程的用時縮短。將熱處理后的整竹段在干燥窯中放置是的優(yōu)選方式為整竹段的軸心線與熱空氣流速度方向一致。進一步地，上下層整竹段最好應(yīng)用隔條均勻隔開。進一步地，在干燥窯內(nèi)前后整竹段同軸線上設(shè)置。在干燥步驟中，優(yōu)選將干燥分為以下三個階段
a.干燥初始期一高濕預(yù)熱階段，窯內(nèi)濕度為90% 95%，溫度60°C，時間24h 36h；
b.干燥期一干燥階段，窯內(nèi)溫度為50°C 55°C，濕度為75% 85%，時間為48h
72h ；
c.干燥終結(jié)期一平衡干燥階段，窯內(nèi)溫度為55°C 60°C，濕度為85% 90%，時間為24h 36h ；
干燥后，整竹段的含水率達10% 18%。通常的竹材干燥，在干燥完成后還需要進行緩慢的冷卻過程，一般需要1-4天。而使用了本發(fā)明的工藝，增加了蒸汽熱處理，干燥過程進行之后，可以打開干燥窯敞開20分鐘即可，甚至可以省掉冷卻過程。大大提高了處理效率。
干燥時，干燥窯中的空氣流動的風(fēng)速達2. 5 3. 5m /s為宜。在整竹段的干燥過程中竹段的堆積方式，可以使得熱汽流從整竹段一端的外表層、內(nèi)表層同時流過，將熱量傳給外、內(nèi)表層，再由竹材表層傳給材料內(nèi)層，這樣傳熱均勻。同時，整竹段外、內(nèi)表層的水汽被熱汽流帶走。這樣熱氣流在整竹段另一端流出，流向下一根整竹段。這樣就保證整竹段受熱的均勻性。而上下層整竹段應(yīng)用隔條均勻隔開，在材堆的高度上造成水平方向的氣流通道，使每層竹材的主要蒸發(fā)面都能從流過表面的熱空氣中充分吸收熱量排除濕氣。所使用的干燥設(shè)施應(yīng)具備的基本條件是有可噴蒸、調(diào)濕、調(diào)溫的功能，可調(diào)控風(fēng)速達 2. 5 3. 5m /so將蒸汽熱處理后的整竹段放入具有噴蒸調(diào)濕功能的干燥窯中進行干燥優(yōu)選分幾個階段進行，有以下作用
干燥初始期一高濕預(yù)熱階段。此階段的主要目標(biāo)是讓竹筒整體受熱，內(nèi)、外溫度達到均 勻，同時表層不排水份不發(fā)生干燥。要達到此目標(biāo)就是將材料在高濕度環(huán)境下，對材料進行預(yù)熱處理。干燥期一干燥階段。此階段的主要目標(biāo)是將整竹段的內(nèi)部水份最快而有效的逐漸排出材料體外，使整竹段干燥達到所要求的含水率。干燥終結(jié)期一平衡干燥階段。此階段的主要目標(biāo)是對整竹段進行調(diào)濕處理，使材料內(nèi)外含水率達到一致，減少干燥內(nèi)應(yīng)力。干燥后，整竹段的含水率達10% 18%。本發(fā)明提供的蒸汽熱處理式整竹干燥方法的有益效果本發(fā)明提供的整竹干燥方法中在干燥步驟之前增加了蒸汽熱處理過程，將整竹段置于蒸汽罐中進行蒸汽熱處理能快速較大部分地排除整竹段中含有的大量自由水份，降低整竹段下一步干燥過程中初始含水率，使整竹具有較好的防腐防蟲功能，生物特性降低，不易吸水，含水率低，穩(wěn)定性提高，干燥后不易開裂，不易變形。實驗可證明此方法明顯降低整竹干燥后的開裂率，防裂效果更好，提高了整竹的強度，延長了使用壽命。該整竹適用于建筑材料、裝飾材料、工農(nóng)漁等行業(yè)。
具體實施例方式實施例I :
(I)備料選擇4年齡新鮮毛竹材，直徑約為140mm，將新鮮毛竹截成I. 2m的竹段。采用人工方法，在竹段的竹節(jié)上穿上小孔。孔的大小可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，在本實施例中孔的直徑R為8mm。(2)蒸煮處理將竹段浸入濃度0. 8%氯化鈉和1%醋酸混合溶液中，常壓水溫由自然狀態(tài)升到90°C，升溫時間15min，沸騰蒸煮4h。(3)蒸汽熱處理將整竹段整齊置于蒸汽罐中，用0. 18 Mpa的蒸汽壓，溫度116°C，恒定熱處理90min。(4)干燥將蒸汽熱處理后的竹段放入具有噴蒸功能的干燥窯中進行干燥，分為以下幾個操作階段
a.整竹段的干燥堆積在可噴蒸調(diào)濕溫度蒸汽干燥窯內(nèi)，可調(diào)控風(fēng)速達3米/S。整竹段的軸心線與熱空氣流速度方向一致。前后整竹段應(yīng)在同一軸線上。上下層整竹段應(yīng)用隔條均勻隔開。b.干燥初始期一高濕預(yù)熱階段。整竹段在高濕預(yù)熱階段為窯內(nèi)濕度為90%，溫度60°C，時間 24h。c.干燥期一干燥階段。干燥階段的溫度為55°C，濕度為75%，時間為48h。d.干燥終結(jié)期一平衡干燥階段。整竹段平衡干燥階段的溫度為58°C，濕度為85%，時間為24h。干燥后整竹段含水率達12%。實施例2
(I)備料選擇4年齡新鮮毛竹材，直徑約為140mm，將新鮮毛竹截成I. 2m的竹段。采用人工方法，在竹段的竹節(jié)上穿上小孔?？椎拇笮】梢愿鶕?jù)需要調(diào)節(jié)，孔的直徑R為8mm。
(2)蒸煮處理將竹段浸入濃度0. 8%氯化鈉和1%醋酸混合溶液中，常壓水溫由自然狀態(tài)升到100°c，升溫時間20min，沸騰蒸煮5h。(3)蒸汽熱處理將整竹段整齊置于蒸汽罐中，用0. 20Mpa的蒸汽壓，溫度120°C，恒定熱處理90min。(4)干燥將蒸汽熱處理后的竹段放入具有噴蒸功能的干燥窯中進行干燥，分為以下幾個階段
a.整竹段的干燥堆積在可噴蒸調(diào)濕溫度蒸汽干燥窯內(nèi)，可調(diào)控風(fēng)速達2.5米/S。整竹段的軸心線與熱空氣流速度方向一致。前后整竹段應(yīng)在同一軸線上。上下層整竹段應(yīng)用隔條均勻隔開。b.干燥初始期一高濕預(yù)熱階段。整竹段在高濕預(yù)熱階段為窯內(nèi)濕度為92%，溫度60°C，時間 36h。c.干燥期一干燥階段。干燥階段的溫度為55°C，濕度為80%，時間為60h。d.干燥終結(jié)期一平衡干燥階段。整竹段平衡干燥階段的溫度為58°C，濕度為85%，時間為36h，干燥后整竹段的含水率達15%。 在沒有設(shè)置蒸煮過程的工藝中，經(jīng)過蒸煮工序后進入干燥過程，與本發(fā)明對比，有如下的區(qū)別
I.干燥時間對比問題
在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)過蒸煮之后的竹材進入干燥過程，要經(jīng)過緩慢的升溫，再較長時間保溫，然后還要進行長時間的排濕，最后，竹材方能取出。按照室溫20度，以每小時升溫0. I 0. 5°C計算，上升到最高溫度為60°C，時間為60 400h.加上最低的保溫時間為10 18h，排濕時間為I 4天，因此干燥和排濕總時間需要114 514h，最少時間需要114h，因而相對于本專利最少的96h，至少節(jié)約時間18h。在實際的生產(chǎn)的過程中，節(jié)約的時間更長。在先前的干燥中，最后的排濕時間為I 4天，加之先前的干燥時間，這里說的時間是干燥加上排濕時間，計算時間為114 394h，相比較而言，蒸汽熱處理的時間最長也只有4個小時，因此，本發(fā)明提供的工藝用時少于現(xiàn)有工藝。2.穩(wěn)定性問題
穩(wěn)定性就是竹材干燥過程中或干燥后竹材本身物理及形態(tài)變形的指標(biāo)。提高竹材的穩(wěn)定性就是降低了竹材在干燥中和干燥后使用過程中的變形量。本發(fā)明提供的工藝中增加蒸汽熱處理過程，使得竹材微炭化，微炭化可減少這種變形量。
3.開裂率減少的問題
如果沒有進行蒸煮就直接干燥，每百根竹子中就要有60根會開裂，經(jīng)過蒸煮但沒有進 行蒸汽熱處理的現(xiàn)有工藝進行竹材處理，經(jīng)過干燥后每100根大概有8根會開裂，而本發(fā)明提供的竹子處理方法，每100根整竹開裂的僅約為4根。由此可以證明通過本發(fā)明提供的方法處理整竹，可以有效降低整竹的開裂率。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于其制作步驟包括 制作整竹竹段，將竹子截成設(shè)定長度的竹段； 在竹節(jié)上穿孔； 蒸煮，將竹段浸入氯化鈉和醋酸混合溶液中蒸煮，所述混合溶液中，氯化鈉重量百分比為0. 5w% 10w%，醋酸重量百分比0. 8w% 10w%，余量為水，常壓水溫由自然狀態(tài)升到90°C 100°C,升溫時間15min 20min,進行沸騰蒸煮,蒸煮時間3h 5h ; 蒸汽熱處理，將整竹段整齊置于蒸汽罐中，用0. 14Mpa 0. 25Mpa的蒸汽壓，溫度110°C 140 °C，恒定熱處理 30min 240min ； 干燥，將經(jīng)過蒸煮之后的整竹段放入干燥窯中，向竹子噴蒸汽，窯內(nèi)溫度為50°C 60°C，濕度為65% 95%，使得竹子的含水率達10% 18%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于使用的竹子為四至六年齡新鮮毛竹；和/或， 選擇直徑為80mm 300mm的竹子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于所述竹子截成0. 5m 2m的竹段；和/或， 在竹節(jié)上穿設(shè)的小孔的孔徑為5mm 20mm為宜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥步驟中，干燥分為以下階段 a.干燥初始期一高濕預(yù)熱階段，窯內(nèi)濕度為90% 95%，溫度60°C，時間24h 36h； b.干燥期一干燥階段，窯內(nèi)溫度為50°C 55°C，濕度為75% 85%，時間為48h 72h ； c.干燥終結(jié)期一平衡干燥階段，窯內(nèi)溫度為55°C 60°C，濕度為85% 90%，時間為24h 36h ； 干燥后，整竹段的含水率達10% 18%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥步驟之后，打開干燥窯敞開20分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥過程中，干燥窯中的空氣流動的風(fēng)速達2. 5 3. 5m /s。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于在所述干燥過程中，整竹段的軸心線與熱空氣流速度方向一致；和/或， 上下層整竹段用隔條均勻隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蒸汽熱處理式整竹干燥方法，其特征在于前后整竹段同軸線上設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒸汽熱處理式整竹干燥方。包括以下步驟在竹節(jié)或竹壁穿孔的竹段進行在100℃，常壓下氯化鈉和醋酸混合溶液中蒸煮，再將整竹段整齊置于蒸汽罐中，用0.14MPa～0.25MPa的蒸汽壓，溫度110℃～140℃進行處理。然后將上述竹段放入具有噴蒸功能的蒸汽干燥窯中進行低溫干燥，然后對干燥窯進行排濕處理，直至竹段的含水率達到10%～18%。這樣處理后，整竹的干燥和防裂效果更好，提高整竹的穩(wěn)定性和耐候性，提高了整竹的強度，延長了使用壽命。
文檔編號B27K5/00GK102729303SQ20111040764
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者何合高, 傅萬四, 劉偉, 劉星雨, 周建波, 范利海, 趙章榮, 韓望 申請人:國家林業(yè)局北京林業(yè)機械研究所