室外地板用竹基纤维复合材料制备技术
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Beijing 100010 ）
Beijing 100091 ； 2 ． Planning and Design Institute of Forest Products Industry，
State Forestry Administration
Abstract ：
The untreated and thermotreated Phyllostachys edulis and Bambusa emeiensis bamboo fibrous veneer， which made
竹地板由天然可再生的竹材加工而成， 具有独 特的质感和纹理， 深受人们喜爱，2012 年我国竹地 2 1） 板产量达到 0. 49 亿 m ， 约占地板产量的 8. 11% 。 目前， 我国的竹地板包括竹集成材地板和重组竹地 板两大类， 主要用于室内 （ 邓金龙等，2010 ； 齐爱华 2009 ； Lee et al．，2003 ； 于文吉，2011 ； 2012 ） 。 等， 竹集成材地板由于利用率低和成本高等问题 ， 其产 量逐年减少 （ 邓金龙等，2010 ； 齐爱华等，2009 ） ； 重组竹凭借良好的物理力学性能和较高的利用率 ， 已经成为我国竹产业最具有发展潜力的优势产业之
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材料与方法
试验材料 慈竹， 产自四川洪雅， 竹龄 3 ～ 4 年， 胸径 50 ～ 60 mm， 竹壁厚度 4 ～ 5 mm。 毛竹， 产自安徽广德， 竹龄 4 ～ 5 年， 胸 径 80 ～ 100 mm， 竹壁厚度 8 ～ 12 mm。 浸渍用低分子质量酚醛树脂 （ PF ） 胶： 北京太 尔化 工 有 限 公 司 生 产， 固 体 含 量 45. 59% ， 黏度 36 mPa · s， pH 值 10 ～ 11 ， 水溶倍数 7 ～ 8 倍。 1. 2 工艺流程 室外地板用竹基纤维复合材料制造工艺流程 如下： 竹材 → 竹筒 → 半 圆 竹 筒 → 竹 纤维化单板 → 炭化单板 → 干单板 → 带胶 单板→带胶干单板→板坯→室外用竹基纤维 复合材料。 室外地板用重组竹制造工艺流程如下 ： 竹材 → 竹 筒 → 竹 条 → 竹 片 → 竹束→ 干竹束 → 炭化竹束 → 带胶竹束 → 带胶干竹束→板坯→ 室外地板用重组竹。 1. 2. 1 单元制备 1 ） 纤维定向分离 将毛竹和慈
Manufacturing Technology of BambooBased Fiber Composites Used as Outdoor Flooring
Yu Yanglun1
（ 1 ． Ｒesearch Institute of Wood Industry，CAF
Qin Li2
Yu Wenji1
组坯 热压 干燥 炭化 浸胶 干燥 锯截 剖分 去青去黄 疏解 干燥 组坯 热压 热处理 干燥 浸胶 锯截 剖分 纤维定向分离
90 ℃ ， 干燥后的终含水率控制在 6% ～ 7% 之间。 1. 2. 4 浸胶 为了使胶黏剂分布更加均匀， 采用浸 渍施胶方法。浸胶量可通过固含量、 浸胶时间和淋 胶时间来控制。 根据预试验， 固含量为 18% ， 浸胶 时间为 5 min， 通过控制淋胶时间将浸胶量控制在 12% ～ 13% 之间， 竹束、 毛竹和慈竹纤维化单板淋胶 5 和 7 min。 时间分别为 3 ， 1. 2. 5 干燥 将带胶的湿纤维化竹单板和竹束放 入网带干燥机中进行干燥， 干燥温度为 70 ℃ ， 干燥 后的终含水率控制在 11% ～ 12% 之间。 1. 2. 6 采用手工铺装， 为了减少瓦状变形， 采用对称铺装， 按照预设的密度称取纤维化竹单板 铺装 和竹束， 将纤维化竹单板的竹黄面朝向中芯层 ， 竹青 形 成 长、 宽、 厚为 面朝 外 均 匀 地 铺 装 在 铺 装 台 上， 2 600 mm × 1 300 mm × （ 85 ～ 90 ） mm 均匀、 松散的 。 带状板坯 1. 2. 7 成型 采用“冷进冷出 ” 工艺， 进料时， 热压 板温度为 55 ～ 60 ℃ ； 保 压 时， 热 压 温 度 为 135 ～
竹锯截成 2 600 mm 长的竹筒， 经剖竹机剖成 2 个半 圆竹筒， 通过专用设备将半圆竹筒展平， 同时在展平 的半圆竹筒上、 下表面及其竹壁上 （ 包括竹青、 竹黄） 产生纵向裂纹， 由裂纹之间的纤维束和纵向裂纹交织 形成纤维化竹单板。在疏解过程中， 竹青和竹黄表面 的蜡质层和硅质层在疏解辊的作用下， 产生松动、 破 坏和脱落， 以改善竹青和竹黄的胶合性能。 2 ） 竹束制备 将毛竹锯截成 2 600 mm 长的竹 筒， 经剖竹机剖成 8 片竹片， 采用粗刨机将表面的竹 青和竹黄去除， 将竹条通过普通疏解机进行疏解形 成竹束。 1. 2. 2 热处理 生产炭化色竹基纤维复合材料时， 需要对疏解后的纤维化竹单板和竹束进行热处理 ， 即将疏解后湿的纤维化竹单板和竹束送入压力罐 中， 缓慢打开进气阀， 打开排气阀， 等待排气阀不再 排水或少量排水时， 关闭排气阀， 待压力罐内的蒸汽 压达到 0. 3 MPa， 关闭进气阀， 保持少量的蒸汽， 使 炉内的气压保持在 0. 3 MPa （ 130 ～ 135 ℃ ） ， 并持续 30 min； 打开排气阀， 使炉内的水蒸气排除， 关闭排 气阀， 打开进气阀， 打开上排气阀， 使炉内的水蒸气 充分循环， 关闭上排气阀， 使压力罐内的气压保持在 0. 3 MPa（ 130 ～ 135 ℃ ） ， 并持续 120 min； 之后， 打 开炉门， 将纤维化竹单板和竹束取出。 1. 2. 3 将热处理和未处理的湿纤维化竹单 板和竹束放入干燥窑中进行干燥， 干燥温度为 85 ～ 干燥
源自文库
“重组竹产业升级关键技术研究” （ 2011SY01 ） 。 基金项目： 浙江省院合作林业科技项目 * 于文吉为通讯作者 。 1 ） 国家林业局． 2012． 2012 年全国林业统计年报分析报告．
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林
业
科
学
50 卷
会出现开裂、 跳丝等现象， 甚至发生炸裂， 为此， 经常 会发生退货、 索赔、 贸易纠纷等事情。为了提高产品 质量， 部分户外重组竹生产企业采用 180 ℃ 以上的 高温对竹束进行处理或采用高达 18% 的浸胶量来 提高产品的尺寸稳定性， 过高的温度处理不仅导致 产品的力学性能大幅度降低、 能耗升高、 生产成本提 高， 而且在 热 处 理 过 程 中 竹 束 的 质 量 损 失 率 达 到 10% ～ 20% ， 产生的废气、 废液会对环境造成一定的 污染； 浸胶量的增加， 意味着成本的增加， 即使这样 的工艺， 产品的质量仍然无法保证 （ 于文吉，2011 ； 2013 ） 。 因此采用新的技术提升和改善 于文吉等， 重组竹产品质量已经成为当务之急 。 本 文 拟 以 酚 醛 树 脂 为 胶 黏 剂，以 毛 竹 （ Phyllostachys edulis ） 和慈竹 （ Bambusa emeiensis ） 为 原料， 在不去竹青和竹黄的条件下， 采用点裂和线裂 纤维分离技术， 将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束组 成的网状结构的纤维化竹单板。经过热处理、 浸胶、 热压等工序制造本色和炭化色室外地板用竹基纤维 复合材料， 并与室外地板用重组竹的性能进行了对 比， 以期为开发室外地板用竹基纤维复合材料工业 化生产提供借鉴和参考。
收稿日期： 2013 － 01 － 07 ； 修回日期： 2013 － 04 － 01 。
一， 经过近 10 年的发展， 重组竹地板的产能超过了 竹集成材地板（ 于文吉，2011 ； 2012 ） 。 鉴于重组竹 良好的性能和环境特性， 目前已在国内外引起了关 注， 许多企业正在尝试生产室外用重组竹地板 ， 作为 阳台、 庭院、 公园、 海滨、 广场、 旅游景区、 凉亭、 体育 馆等室外场所的铺地材料。 虽然我国重组竹产业化取得了突破性进展， 但 ， 是 目前的室外地板用重组竹仍然存在很多质量及 性能缺陷， 在室外经过几个月的日照、 风吹、 雨淋后，
*
秦
莉
2
于文吉
1 北京 100010 ）
北京 100091 ； 2． 国家林业局林产工业规划设计院
摘
要：
以酚醛树脂为胶黏剂， 以毛竹和慈竹为原料， 在不去竹青和竹黄的条件下， 采用点裂和线裂纤维分离技
术， 将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板， 经过热处理、 浸胶、 热压等工序制造本色 和炭化色室外地板用竹基纤维复合材料， 并与室外地板用重组竹的性能进行对比 。 结果表明： 竹基纤维复合材料 性能优于重组竹，慈竹竹基纤维复合材料的性能优于毛竹； 热处理对吸水厚度膨胀率 、 防腐和防霉等性能具有改 善作用， 对水平剪切强度具有不利影响； 采用纤维化单板， 改变了传统重组竹的束状元结构， 提高了竹材的利用率 和生产效率， 可促进竹材产业升级尤其是丛生竹的工业化利用 。 关键词： 纤维化竹单板； 竹基纤维复合材料； 室外地板 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 7488 （ 2014 ） 01 － 0133 － 07 中图分类号： TQ321. 5
with the dotted and / or linear shaped fiber separation technology on the semicircular bamboo tube，were reconstructed to form bamboobased fiber composites with phenolicformaldehyde adhesive． The physical and decay resistance properties were and compared with the traditional bamboo bundle scrimber． The results showed that： Bamboobased fiber composites evaluated， showed superior performance than that of bamboo bundle scrimber． Bamboobased fiber composites made from Bambusa emeiensis had better performances than that made from Phyllostachys edulis． Thermotreatment would improve the properties of thickness swell， mould proof and so on，but decrease the horizontal shear strength． The bamboo fibrous veneer composed of interlaced fiber bundle was manufactured directly from semicircular bamboo tube without special removing the outer and inner layer of bamboo． The process was easier and the production efficiency was higher compared with traditional bamboo bundle． Key words： bamboo fibrous veneer； bamboobased fiber composites； outdoor flooring
第 50 卷 第 1 期 2014年 1 月 doi： 10．11707 / j．10017488．20140120
林
SCIENTIA
业
科
SILVAE
学
SINICAE
Vol. 50 ， No. 1 2014 Jan． ，
室外地板用竹基纤维复合材料制备技术
余养伦
（ 1． 中国林业科学研究院木材工业研究所 1
Beijing 100091 ； 2 ． Planning and Design Institute of Forest Products Industry，
State Forestry Administration
Abstract ：
The untreated and thermotreated Phyllostachys edulis and Bambusa emeiensis bamboo fibrous veneer， which made
竹地板由天然可再生的竹材加工而成， 具有独 特的质感和纹理， 深受人们喜爱，2012 年我国竹地 2 1） 板产量达到 0. 49 亿 m ， 约占地板产量的 8. 11% 。 目前， 我国的竹地板包括竹集成材地板和重组竹地 板两大类， 主要用于室内 （ 邓金龙等，2010 ； 齐爱华 2009 ； Lee et al．，2003 ； 于文吉，2011 ； 2012 ） 。 等， 竹集成材地板由于利用率低和成本高等问题 ， 其产 量逐年减少 （ 邓金龙等，2010 ； 齐爱华等，2009 ） ； 重组竹凭借良好的物理力学性能和较高的利用率 ， 已经成为我国竹产业最具有发展潜力的优势产业之
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材料与方法
试验材料 慈竹， 产自四川洪雅， 竹龄 3 ～ 4 年， 胸径 50 ～ 60 mm， 竹壁厚度 4 ～ 5 mm。 毛竹， 产自安徽广德， 竹龄 4 ～ 5 年， 胸 径 80 ～ 100 mm， 竹壁厚度 8 ～ 12 mm。 浸渍用低分子质量酚醛树脂 （ PF ） 胶： 北京太 尔化 工 有 限 公 司 生 产， 固 体 含 量 45. 59% ， 黏度 36 mPa · s， pH 值 10 ～ 11 ， 水溶倍数 7 ～ 8 倍。 1. 2 工艺流程 室外地板用竹基纤维复合材料制造工艺流程 如下： 竹材 → 竹筒 → 半 圆 竹 筒 → 竹 纤维化单板 → 炭化单板 → 干单板 → 带胶 单板→带胶干单板→板坯→室外用竹基纤维 复合材料。 室外地板用重组竹制造工艺流程如下 ： 竹材 → 竹 筒 → 竹 条 → 竹 片 → 竹束→ 干竹束 → 炭化竹束 → 带胶竹束 → 带胶干竹束→板坯→ 室外地板用重组竹。 1. 2. 1 单元制备 1 ） 纤维定向分离 将毛竹和慈
Manufacturing Technology of BambooBased Fiber Composites Used as Outdoor Flooring
Yu Yanglun1
（ 1 ． Ｒesearch Institute of Wood Industry，CAF
Qin Li2
Yu Wenji1
组坯 热压 干燥 炭化 浸胶 干燥 锯截 剖分 去青去黄 疏解 干燥 组坯 热压 热处理 干燥 浸胶 锯截 剖分 纤维定向分离
90 ℃ ， 干燥后的终含水率控制在 6% ～ 7% 之间。 1. 2. 4 浸胶 为了使胶黏剂分布更加均匀， 采用浸 渍施胶方法。浸胶量可通过固含量、 浸胶时间和淋 胶时间来控制。 根据预试验， 固含量为 18% ， 浸胶 时间为 5 min， 通过控制淋胶时间将浸胶量控制在 12% ～ 13% 之间， 竹束、 毛竹和慈竹纤维化单板淋胶 5 和 7 min。 时间分别为 3 ， 1. 2. 5 干燥 将带胶的湿纤维化竹单板和竹束放 入网带干燥机中进行干燥， 干燥温度为 70 ℃ ， 干燥 后的终含水率控制在 11% ～ 12% 之间。 1. 2. 6 采用手工铺装， 为了减少瓦状变形， 采用对称铺装， 按照预设的密度称取纤维化竹单板 铺装 和竹束， 将纤维化竹单板的竹黄面朝向中芯层 ， 竹青 形 成 长、 宽、 厚为 面朝 外 均 匀 地 铺 装 在 铺 装 台 上， 2 600 mm × 1 300 mm × （ 85 ～ 90 ） mm 均匀、 松散的 。 带状板坯 1. 2. 7 成型 采用“冷进冷出 ” 工艺， 进料时， 热压 板温度为 55 ～ 60 ℃ ； 保 压 时， 热 压 温 度 为 135 ～
竹锯截成 2 600 mm 长的竹筒， 经剖竹机剖成 2 个半 圆竹筒， 通过专用设备将半圆竹筒展平， 同时在展平 的半圆竹筒上、 下表面及其竹壁上 （ 包括竹青、 竹黄） 产生纵向裂纹， 由裂纹之间的纤维束和纵向裂纹交织 形成纤维化竹单板。在疏解过程中， 竹青和竹黄表面 的蜡质层和硅质层在疏解辊的作用下， 产生松动、 破 坏和脱落， 以改善竹青和竹黄的胶合性能。 2 ） 竹束制备 将毛竹锯截成 2 600 mm 长的竹 筒， 经剖竹机剖成 8 片竹片， 采用粗刨机将表面的竹 青和竹黄去除， 将竹条通过普通疏解机进行疏解形 成竹束。 1. 2. 2 热处理 生产炭化色竹基纤维复合材料时， 需要对疏解后的纤维化竹单板和竹束进行热处理 ， 即将疏解后湿的纤维化竹单板和竹束送入压力罐 中， 缓慢打开进气阀， 打开排气阀， 等待排气阀不再 排水或少量排水时， 关闭排气阀， 待压力罐内的蒸汽 压达到 0. 3 MPa， 关闭进气阀， 保持少量的蒸汽， 使 炉内的气压保持在 0. 3 MPa （ 130 ～ 135 ℃ ） ， 并持续 30 min； 打开排气阀， 使炉内的水蒸气排除， 关闭排 气阀， 打开进气阀， 打开上排气阀， 使炉内的水蒸气 充分循环， 关闭上排气阀， 使压力罐内的气压保持在 0. 3 MPa（ 130 ～ 135 ℃ ） ， 并持续 120 min； 之后， 打 开炉门， 将纤维化竹单板和竹束取出。 1. 2. 3 将热处理和未处理的湿纤维化竹单 板和竹束放入干燥窑中进行干燥， 干燥温度为 85 ～ 干燥
源自文库
“重组竹产业升级关键技术研究” （ 2011SY01 ） 。 基金项目： 浙江省院合作林业科技项目 * 于文吉为通讯作者 。 1 ） 国家林业局． 2012． 2012 年全国林业统计年报分析报告．
134
林
业
科
学
50 卷
会出现开裂、 跳丝等现象， 甚至发生炸裂， 为此， 经常 会发生退货、 索赔、 贸易纠纷等事情。为了提高产品 质量， 部分户外重组竹生产企业采用 180 ℃ 以上的 高温对竹束进行处理或采用高达 18% 的浸胶量来 提高产品的尺寸稳定性， 过高的温度处理不仅导致 产品的力学性能大幅度降低、 能耗升高、 生产成本提 高， 而且在 热 处 理 过 程 中 竹 束 的 质 量 损 失 率 达 到 10% ～ 20% ， 产生的废气、 废液会对环境造成一定的 污染； 浸胶量的增加， 意味着成本的增加， 即使这样 的工艺， 产品的质量仍然无法保证 （ 于文吉，2011 ； 2013 ） 。 因此采用新的技术提升和改善 于文吉等， 重组竹产品质量已经成为当务之急 。 本 文 拟 以 酚 醛 树 脂 为 胶 黏 剂，以 毛 竹 （ Phyllostachys edulis ） 和慈竹 （ Bambusa emeiensis ） 为 原料， 在不去竹青和竹黄的条件下， 采用点裂和线裂 纤维分离技术， 将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束组 成的网状结构的纤维化竹单板。经过热处理、 浸胶、 热压等工序制造本色和炭化色室外地板用竹基纤维 复合材料， 并与室外地板用重组竹的性能进行了对 比， 以期为开发室外地板用竹基纤维复合材料工业 化生产提供借鉴和参考。
收稿日期： 2013 － 01 － 07 ； 修回日期： 2013 － 04 － 01 。
一， 经过近 10 年的发展， 重组竹地板的产能超过了 竹集成材地板（ 于文吉，2011 ； 2012 ） 。 鉴于重组竹 良好的性能和环境特性， 目前已在国内外引起了关 注， 许多企业正在尝试生产室外用重组竹地板 ， 作为 阳台、 庭院、 公园、 海滨、 广场、 旅游景区、 凉亭、 体育 馆等室外场所的铺地材料。 虽然我国重组竹产业化取得了突破性进展， 但 ， 是 目前的室外地板用重组竹仍然存在很多质量及 性能缺陷， 在室外经过几个月的日照、 风吹、 雨淋后，
*
秦
莉
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于文吉
1 北京 100010 ）
北京 100091 ； 2． 国家林业局林产工业规划设计院
摘
要：
以酚醛树脂为胶黏剂， 以毛竹和慈竹为原料， 在不去竹青和竹黄的条件下， 采用点裂和线裂纤维分离技
术， 将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板， 经过热处理、 浸胶、 热压等工序制造本色 和炭化色室外地板用竹基纤维复合材料， 并与室外地板用重组竹的性能进行对比 。 结果表明： 竹基纤维复合材料 性能优于重组竹，慈竹竹基纤维复合材料的性能优于毛竹； 热处理对吸水厚度膨胀率 、 防腐和防霉等性能具有改 善作用， 对水平剪切强度具有不利影响； 采用纤维化单板， 改变了传统重组竹的束状元结构， 提高了竹材的利用率 和生产效率， 可促进竹材产业升级尤其是丛生竹的工业化利用 。 关键词： 纤维化竹单板； 竹基纤维复合材料； 室外地板 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 7488 （ 2014 ） 01 － 0133 － 07 中图分类号： TQ321. 5
with the dotted and / or linear shaped fiber separation technology on the semicircular bamboo tube，were reconstructed to form bamboobased fiber composites with phenolicformaldehyde adhesive． The physical and decay resistance properties were and compared with the traditional bamboo bundle scrimber． The results showed that： Bamboobased fiber composites evaluated， showed superior performance than that of bamboo bundle scrimber． Bamboobased fiber composites made from Bambusa emeiensis had better performances than that made from Phyllostachys edulis． Thermotreatment would improve the properties of thickness swell， mould proof and so on，but decrease the horizontal shear strength． The bamboo fibrous veneer composed of interlaced fiber bundle was manufactured directly from semicircular bamboo tube without special removing the outer and inner layer of bamboo． The process was easier and the production efficiency was higher compared with traditional bamboo bundle． Key words： bamboo fibrous veneer； bamboobased fiber composites； outdoor flooring
第 50 卷 第 1 期 2014年 1 月 doi： 10．11707 / j．10017488．20140120
林
SCIENTIA
业
科
SILVAE
学
SINICAE
Vol. 50 ， No. 1 2014 Jan． ，
室外地板用竹基纤维复合材料制备技术
余养伦
（ 1． 中国林业科学研究院木材工业研究所 1