本发明是一种具有竹材仿生结构的高强度竹重组材及其制备方法，属于竹、木材加工技术领域。
背景技术：
我国属于竹材资源非常丰富的国家，但是竹材的利用率却是相当低下，由于竹子的外观造型，以及它的空心构造，使我们在竹材的应用方面受到了很大的限制，而重组竹的出现，大大的打破了这一局限，由于可形成自动化程度较高的连续化生产线，且力学性能优异，同时可提高竹材的利用率等特点，目前已广泛应用于地板、家居装饰、建筑等行业，较好地缓解了我国木材资源短缺的现状。当前，竹重组材的主要生产方法是将竹筒剖分成3～5cm宽度的竹片后，去青去黄，再疏解成网状的竹束单元，浸胶后热压或冷压成重组竹板材或方材。为了保证竹束单元材料的均匀性，加工过程中通常会去除较多的竹青和竹黄部分，仅采用竹材横截面的中间层，因为维管束在这部分分布相对均匀，密度差异不大，虽然此方法便于板坯的铺装，且热压工艺相对简单，但是竹材的利用率相对不高，且制备出的竹重组材呈现出的是一种均质结构，通常用于制造家具和地板，却还不能完全满足建筑结构用材的要求。
技术实现要素：
本发明提出的是一种具有竹材仿生结构的高强度竹重组材及其制备方法，其目的在于解决当前竹重组材呈现出结构简单、密度分布均一，竹材的利用率相对不高，产品性能还不能完全满足建筑结构用材的要求等问题，充分利用竹材的生长结构特征，即竹壁横截面从外侧到内侧力学强度逐渐减弱的力学特点，对竹壁从横截面由外到内进行分级剖分，形成竹青层、中间层、竹黄层竹片，再分别疏解成不同形态的竹束单元，利用竹材结构特点并联合复合材料层合板力学理论进行合理组坯，制备成具有竹材仿生结构的高强度竹重组材。
本发明的技术解决方案：
一种具有竹材仿生结构的高强度竹重组材，其特征是其结构从上到下依次包括第一竹青层竹束、第二中间层竹束、第三竹黄层竹束、第四中间层竹束、第五竹青层竹束，五层竹束之间胶粘固定连接；所述第一竹青层竹束和第五竹青层竹束为竹片去除竹青和竹黄后厚度为1.5~2.5mm的最外层；所述第二中间层竹束和第四中间层竹束是竹片去除竹青和竹黄，紧邻1.5~2.5mm最外层的竹片，其厚度为2.0~4.0mm；所述竹黄层竹束是竹片去除竹青、竹黄后，紧邻竹黄部分的竹片，其厚度约为3.0~5.0mm。最后将所有竹片通过机械疏解制备成竹束。
一种具有竹材仿生结构的高强度竹重组材，其特征是所述第一竹青层竹束和第五竹青层竹束各自占板坯质量组成的5~30%；所述第二中间层竹束和第四中间层竹束各自占板坯质量组成的15~30%；第三竹黄层竹束层板坯质量组成的10~40%。
一种具有竹材仿生结构的高强度竹重组材的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（一）将新鲜竹筒剖分成宽度为6～8cm的竹片，去除竹青和竹黄，然后沿竹壁横截面由外到内进行分级剖分，依次分别为竹青层、中间层、竹黄层竹片；设置剖分竹青层竹片的厚度为1.5~2.5mm，中间层竹片厚度为2.0~4.0mm，剩余部分即为竹黄层竹片，3.0~5.0mm厚。
（二）将步骤一所制备的竹青层、中间层、竹黄层竹片分别进行机械疏解处理，其中竹青层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为1~2mm的竹青层竹束；中间层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为800微米~1000微米的中间层竹束；竹黄层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为500微米~800微米的竹黄层竹束。将制备的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入不同干燥室中在102℃左右进行干燥，干燥时间24h。
（三）将干燥后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束放入分别装入铁框中进行浸胶处理，使用胶黏剂为酚醛树脂，竹青层竹束的浸胶时间为10～15min，中间层竹束的浸胶时间为12～18min，竹黄层竹束的浸胶时间为18～25min。
（四）将浸胶后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入干燥室中在60～80℃下干燥至含水率为12～16%。
（五）竹重组材的铺装从上到下依次为竹青层竹束（1）、中间层竹束（2）、竹黄层竹束（3）、中间层竹束（4）、竹青层竹束（5）；
（六）根据竹重组材力学性能的要求，按步骤（五）的铺层顺序，分别调整竹青层、中间层以及竹黄层竹束的质量比例，即可获得相同密度不同力学性能的竹重组材。
(七)将组好坯的竹重组材放入预压机中在单位压力1～1.5mpa/cm2下预压30～45min，然后放入热压中开始热压，热压温度：135～150℃，单位压力为4.0～6.0mpa/cm2，热压时间为80～120min，热压结束后卸板养生。
本发明的有益效果：
1）竹材横截面由外到内的密度逐渐降低，因而竹青部分与竹黄部分的竹材存在着较大的力学强度差异，为了提高单元材料性能的均一性，制备出密度均匀竹重组材，当前生产的主要方法是将大量去除竹片的竹青和竹黄部分，仅留下密度变化相对不大的中间部分进行疏解加工，因此竹材的利用率相对较低。而本发明利用竹壁横截面从外侧到内侧力学强度逐渐减弱的力学特点，对竹壁从横截面由外到内进行分级剖分，形成竹青层、中间层、竹黄层竹片，再分别疏解成竹束单元作为竹重组材的生产原料，极大地提高了竹材的利用率。
2）在竹重组材的铺层过程中，利用竹材的仿生结构和复合材料层合板理论进行铺装，即将力学强度优异的竹青层竹束放在最表层，中间层竹束放在次表层，而力学性能最低的竹黄层竹束放在中间，该方法在充分利用竹质原料的同时，极大地提高了竹重组材的力学性能。
3）可以根据实际应用的要求，通过调整竹青层竹束、中间层竹束以及竹黄层竹束在整个板坯中的质量百分比，制备出满足其力学性能的竹重组材产品，实现对竹重组材力学性能可控制备的目的。
附图说明
附图1是竹材的沿横截面的剖分示意图。
附图2是竹重组材的铺层结构示意图。
附图中1，5为竹青层竹束，2，4为中间层竹束，3为竹黄层竹束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步解释说明。
对照附图1，一种具有竹材仿生结构的竹重组材的制备方法，包括以下步骤：
（一）将新鲜竹筒剖分成宽度为6～8cm的竹片，去除竹青和竹黄，然后沿竹壁横截面由外到内进行分级剖分，依次分别为竹青层、中间层、竹黄层竹片；设置剖分竹青层竹片的厚度为1.5~2.5mm，中间层竹片厚度为2.0~4.0mm，剩余部分即为竹黄层竹片，3.0~5.0mm厚。
（二）将步骤一所制备的竹青层、中间层、竹黄层竹片分别进行机械疏解处理，其中竹青层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为1~2mm的竹青层竹束；中间层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为800微米~1000微米的中间层竹束；竹黄层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为500微米~800微米的竹黄层竹束。将制备的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入不同干燥室中在102℃左右进行干燥，干燥时间24h。
（三）将干燥后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束放入分别装入铁框中进行浸胶处理，使用胶黏剂为酚醛树脂，竹青层竹束的浸胶时间为10～15min，中间层竹束的浸胶时间为12～18min，竹黄层竹束的浸胶时间为18～25min。
（四）将浸胶后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入干燥室中在60～80℃下干燥至含水率为12～16%。
（六）根据竹重组材力学性能的要求，按步骤（五）的铺层顺序，分别调整竹青层、中间层以及竹黄层竹束的质量比例，即可获得相同密度不同力学性能的竹重组材。
(七)将组好坯的竹重组材放入预压机中在单位压力1～1.5mpa/cm2下预压30～45min，然后放入热压中开始热压，热压温度：135～150℃，单位压力为4.0～6.0mpa/cm2，热压时间为80～120min，热压结束后卸板养生。
所述步骤（一）中的竹青层竹片、中间层竹片、竹黄层竹片的厚度可以根据不同厚度的竹壁进行调整，三者间的调节比例为30%:50%:20%。
所述步骤（二）中竹青层竹束、中间层竹束、竹黄层竹束的纤维细度设置为：竹青层竹束>中间层竹束>竹黄层竹束；
所述步骤（三）中的酚醛树脂使用的浸渍用酚醛树脂，其中用于浸渍竹青层竹束的酚醛树脂固含量为35～42%，中间层和竹黄层竹束浸渍用酚醛树脂的固含量在48～52%，而且浸胶时间设置为：竹青层竹束＜中间层竹束＜竹黄层竹束。
所述步骤（六）中可根据实际应用的要求，调整竹青层竹束、中间层竹束以及竹黄层竹束在整个板坯中的质量百分比，制备出满足其力学性能的竹重组材产品，实现对竹重组材力学性能可控制备的目的。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，下面所述内容只是本发明在试验中的具体事例，其所述内容不构成对本发明保护范围的任何限制。
实施例1
一种具有竹材仿生结构的竹重组材（厚度为18mm）的制备方法，包括：
（一）将新鲜毛竹筒剖分成宽度为6cm的竹片，去除竹青和竹黄，然后沿竹壁横截面由外到内进行分级剖分，依次分别为竹青层、中间层、竹黄层竹片。设置剖分竹青层竹片的厚度为3mm，中间层竹片厚度为5mm，竹黄层竹片厚度为2mm厚。
（二）将步骤一所制备的竹青层、中间层、竹黄层竹片分别进行机械疏解处理，其中竹青层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为2mm的竹青层竹束；中间层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为1mm的中间层竹束；竹黄层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为800微米的竹黄层竹束。将制备的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入不同干燥室中在102℃左右进行干燥，其中竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束的干燥时间分别为16h，20h和24h。
（三）将干燥后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束放入分别装入铁框中进行浸胶处理，使用胶黏剂为酚醛树脂。竹青层竹束的浸胶时间为15min，所使用酚醛树脂固含量为40%；中间层竹束的浸胶时间为18min，所使用酚醛树脂固含量为50%；竹黄层竹束的浸胶时间25min，所使用酚醛树脂固含量为50%。
（四）将浸胶后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入干燥室中在80℃下干燥至含水率为12～16%。
（五）竹重组材的铺装从上到下依次为竹青层竹束（1）、中间层竹束（2）、竹黄层竹束（3）、中间层竹束（4）、竹青层竹束（5）。铺装中所用竹单元材料共计65kg，其中竹青层竹束（1）、（5）层各为6.5kg，中间层竹束（2）、（4）层各为19.5kg，竹黄层竹束（3）层为12kg。
（六）将组好坯的竹重组材放入预压机中在单位压力1.0mpa/cm2下预压30min，然后放入热压中开始热压，热压温度：145℃，单位压力为4.5mpa/cm2，热压时间为90min，热压结束后卸板养生。
实施例2
一种具有竹材仿生结构的竹重组材（厚度为18mm）的制备方法，包括：
（一）将新鲜毛竹筒剖分成宽度为6cm的竹片，去除竹青和竹黄，然后沿竹壁横截面由外到内进行分级剖分，依次分别为竹青层、中间层、竹黄层竹片。设置剖分竹青层竹片的厚度为3mm，中间层竹片厚度为5mm，竹黄层竹片厚度为2mm厚。
（二）将步骤一所制备的竹青层、中间层、竹黄层竹片分别进行机械疏解处理，其中竹青层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为1.5mm的竹青层竹束；中间层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为800微米的中间层竹束；竹黄层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为500微米的竹黄层竹束。将制备的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入不同干燥室中在102℃左右进行干燥，其中竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束的干燥时间分别为14h，18h和20h。
（三）将干燥后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束放入分别装入铁框中进行浸胶处理，使用胶黏剂为酚醛树脂。竹青层竹束的浸胶时间为13min，所使用酚醛树脂固含量为40%；中间层竹束的浸胶时间为16min，所使用酚醛树脂固含量为51.6%；竹黄层竹束的浸胶时间22min，所使用酚醛树脂固含量为47.5%。
（四）将浸胶后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入干燥室中在80℃下干燥至含水率为14.3%。
（五）竹重组材的铺装从上到下依次为竹青层竹束（1）、中间层竹束（2）、竹黄层竹束（3）、中间层竹束（4）、竹青层竹束（5）。铺装中所用竹单元材料共计65kg，其中竹青层竹束（1）、（5）层各为13kg，中间层竹束（2）、（4）层各为13kg，竹黄层竹束（3）层为13kg。
（六）将组好坯的竹重组材放入预压机中在单位压力1.2mpa/cm2下预压35min，然后放入热压中开始热压，热压温度：145℃，单位压力为5.1mpa/cm2，热压时间为95.9min，热压结束后卸板养生。
实施例3
一种具有竹材仿生结构的竹重组材（厚度为18mm）的制备方法，包括：
（一）将新鲜毛竹筒剖分成宽度为6cm的竹片，去除竹青和竹黄，然后沿竹壁横截面由外到内进行分级剖分，依次分别为竹青层、中间层、竹黄层竹片。设置剖分竹青层竹片的厚度为3mm，中间层竹片厚度为5mm，竹黄层竹片厚度为2mm厚。
（二）将步骤一所制备的竹青层、中间层、竹黄层竹片分别进行机械疏解处理，其中竹青层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为1mm的竹青层竹束；中间层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为800微米的中间层竹束；竹黄层通过调节疏解工艺制备成纤维细度为500微米的竹黄层竹束。将制备的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入不同干燥室中在102℃左右进行干燥，其中竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束的干燥时间分别为14h，18h和20h。
（三）将干燥后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束放入分别装入铁框中进行浸胶处理，使用胶黏剂为酚醛树脂。竹青层竹束的浸胶时间为13min，所使用酚醛树脂固含量为40%；中间层竹束的浸胶时间为16min，所使用酚醛树脂固含量为50%；竹黄层竹束的浸胶时间20min，所使用酚醛树脂固含量为50%。
（四）将浸胶后的竹青层竹束，中间层竹束和竹黄层竹束分别放入干燥室中在80℃下干燥至含水率为12～16%。
（五）竹重组材的铺装从上到下依次为竹青层竹束（1）、中间层竹束（2）、竹黄层竹束（3）、中间层竹束（4）、竹青层竹束（5）。铺装中所用竹单元材料共计65kg，其中竹青层竹束（1）、（5）层各为19.5kg，中间层竹束（2）、（4）层各为9.75kg，竹黄层竹束（3）层为6.5kg。
（六）将组好坯的竹重组材放入预压机中在单位压力1.5mpa/cm2下预压40min，然后放入热压中开始热压，热压温度：150℃，单位压力为5.5mpa/cm2，热压时间为95min，热压结束后卸板养生。
竹重组材主要力学强度对照表
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
