本發(fā)明涉及的是一種等厚變截面竹筒的高效制造方法，屬木材工業(yè)中的竹材加工技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

家庭裝修、家具和戶外木質(zhì)材料主要使用天然實木，如非洲菠蘿格、緬甸柚木、南美伊貝和美洲橡木等大徑級硬闊葉材，和經(jīng)防腐劑處理的俄羅斯樟子松、美國南方松等。含重金屬等有毒成分的防腐劑使用會帶來使用過程中的隨雨水沖刷流失而影響生態(tài)環(huán)境，然而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，全球?qū)δ静牡男枨蟛粩嘣鲩L。由于全球環(huán)境壓力加大，各國政府和人民的環(huán)境意識加強，認識到保護森林的重要性，大直徑原木供給越來越短缺，依賴天然林原木作為原料的時代已經(jīng)過去。

我國的竹子資源集中分布在長江以南的14個省、市、自治區(qū)。今天，竹產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國竹產(chǎn)區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)。我國竹林面積和竹材產(chǎn)量已由1950年130萬公頃和160萬噸，增加到2011年的538.1萬公頃和16.44億根。這些為我國發(fā)展竹材加工提供了堅實、可持續(xù)的資源基礎，竹材圓筒結(jié)構(gòu)是天然形成的奇妙的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)符合材料力學中的等強度設計原理，可以作為結(jié)構(gòu)材來使用，如云南傣族的竹樓，主要使用圓竹建成。但在使用過程中容易發(fā)生開裂，限制了作為結(jié)構(gòu)材的使用范圍，并易使水、蟲、腐朽菌等進入其中，造成蟲蛀和腐朽等影響其使用壽命。因此，圓竹的大小不等，截面大都不是標準的圓形，在使用時，不便將其與其它材料標準連接，不能像鋸材那樣使用，限制了其使用的場合，另外竹筒防裂、防蛀和尺寸穩(wěn)定性好等技術(shù)難題的也需要解決，這樣才能實現(xiàn)竹資源可持續(xù)利用。

木材的炭化通常采用先將其干燥到絕干，然后再升溫到180～220℃的環(huán)境下保持1～4小時，然后還需通蒸汽使其達到其平衡含水率。炭化處理時間長，工序比較繁瑣。

如能將圓竹筒快速炭化、等厚定型并干燥，這樣就可以將圓竹這種材料作為一種家具材料、建筑材料和戶外景觀材料來使用，這是因為干燥后的無裂縫，就保持圓竹原來的最佳結(jié)構(gòu)強度，外層致密的結(jié)構(gòu)使得蟲菌等都不能進入；通過炭化處理后，竹材中的適合蟲菌生長的營養(yǎng)物質(zhì)被分解，且其平衡含水率也較低，這樣其尺寸穩(wěn)定性、耐腐和防蛀的能力就提高，可是作為戶外的圍欄等景觀材料使用，提高其使用附加值。

新鮮圓竹在高溫的飽和蒸汽中處理10～60分鐘，利用竹材中含有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的材質(zhì)，在高溫130～180℃以及竹材含水率高于30%以上的情況下，易發(fā)生半纖維素的快速水解和熱解而炭化，該溫度在竹材木質(zhì)素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒易壓縮變形，加上后期干燥收縮又不會造成開裂，成型竹筒的干燥開裂等缺陷將會大大減少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種等厚變截面竹筒的高效制造方法，其目的旨在利用新鮮圓竹筒在溫度為130～180℃的高溫飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱和濕熱熱處理，使竹筒保濕加熱，迅速達到木素、纖維素和半纖維素的軟化點，同時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解和熱解，達到短時間高效炭化目的。該溫度在竹材木質(zhì)素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒的干燥收縮又不會造成開裂，成型竹筒的干燥開裂等缺陷將會大大改善；

這樣快速炭化處理和軟化處理，制造的無裂縫且炭化的成型竹筒，其尺寸穩(wěn)定性更佳，且具有防腐和防蛀性能，適合制作工藝品、家具配件、室內(nèi)裝修和戶外景觀。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種等厚變截面竹筒的制造方法，包括如下工藝步驟：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；

（4）成型竹筒的干燥處理；

所述的步驟（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為80～100mm的新鮮竹筒，含水率大于30%，按要求截成900～3000mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；

所述的步驟（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為130～180℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到130～180℃的溫度，然后保持10～60分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

所述的步驟（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度12～20mm寬，高度50～90mm的隔條，該隔條左右移動，并充當厚度規(guī)的作用，當多層壓機向下壓縮時，上下活動的上壓板一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條停止，隨后被鎖緊裝置鎖住；與此同時在壓機空檔中有一可以升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)定（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置固定，這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

所述的步驟（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度60～100℃，濕度75～80%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過36～54h干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒。

本發(fā)明的優(yōu)點：新鮮圓竹筒在溫度為130～180℃的高溫飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱和濕熱熱處理，使竹筒保濕加熱，迅速達到木素、纖維素和半纖維素的軟化點，同時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解和熱解，達到短時間高效炭化目的。該溫度在竹材木質(zhì)素、纖維素和半纖維素軟化點之上，竹筒易壓縮變形，加上后期干燥收縮又不會造成開裂，成型竹筒的干燥開裂等缺陷將會大大減少。這樣快速炭化處理和軟化處理，制造的無裂縫且炭化的成型竹筒的尺寸穩(wěn)定性更佳，且該成型竹筒具有防腐和防蛀性能，適合制作工藝品、家具、室內(nèi)裝飾、竹建筑和戶外景觀。使圓竹筒壓縮成定厚的扁平竹筒的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，也為竹產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

附圖說明

圖1為等厚變截面竹筒壓縮后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為等厚變截面竹筒壓縮后的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的1為四周固定框架，2為竹筒，3為兩竹筒間的隔條，4為側(cè)向鎖緊固定裝置；5為四周固定框架及底板，6為成型竹筒，7為可以上下活動的上壓板。

具體實施方式

實施例1，制造等厚變截面竹筒的方法，由如下步驟組成：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為100mm的新鮮竹筒，剛砍伐9天含水率30%，按要求截成3000mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；或在竹節(jié)上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內(nèi)和外界相通；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為180℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到180℃的溫度，然后保持60分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面，即寬度呈錐度成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度20mm寬，高度90mm的隔條3，該隔條可以左右移動，并充當厚度規(guī)的作用。當多層壓機向下壓縮時，可以上下活動的上壓板7一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條3停止，隨后被鎖緊裝置鎖住；與此同時在壓機空檔中有一升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置4固定。這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度100℃，濕度80%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過54h就可以干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒6。

實施例2，制造等厚變截面竹筒的方法，由如下步驟組成：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為80mm的新鮮竹筒（（剛砍伐8天）含水率31%，按要求截成900mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；或在竹節(jié)上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內(nèi)和外界相通；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為130℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到130℃的溫度，然后保持10分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度12mm寬，高度50mm的隔條，該隔條可以左右移動，并充當厚度規(guī)的作用。當多層壓機向下壓縮時，可以上下活動的上壓板一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條停止，隨后被鎖緊裝置鎖?。慌c此同時在壓機空檔中有一可以升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置固定。這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度60℃，濕度75%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過36h就可以干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒。

實施例3，制造等厚變截面竹筒的方法，由如下步驟組成：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為90mm的新鮮竹筒（（剛砍伐10天）含水率33%，按要求截成2000mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；或在竹節(jié)上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內(nèi)和外界相通；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為160℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到160℃的溫度，然后保持35分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度16mm寬，高度70mm的隔條，該隔條可以左右移動，并充當厚度規(guī)的作用。當多層壓機向下壓縮時，可以上下活動的上壓板一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條3停止，隨后被鎖緊裝置鎖??；與此同時在壓機空檔中有一升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置固定。這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度80℃，濕度76%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過45h就可以干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒。

實施例4，制造等厚變截面竹筒的方法，由如下步驟組成：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為75mm的新鮮竹筒（（剛砍伐6天）含水率34%），按要求截成850mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；或在竹節(jié)上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內(nèi)和外界相通；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為120℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到120℃的溫度，然后保持9分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度10mm寬，高度45mm的隔條，該隔條可以左右移動，并充當厚度規(guī)的作用。當多層壓機向下壓縮時，可以上下活動的上壓板一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條停止，隨后被鎖緊裝置鎖??；與此同時在壓機空檔中有一可以升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置5固定。這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度55℃，濕度70%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過35h就可以干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒。

實施例5，制造等厚變截面竹筒的方法，由如下步驟組成：

（1）新鮮竹筒去除內(nèi)節(jié)；直徑為110mm的新鮮竹筒（（剛砍伐11天）含水率28%以上），按要求截成3100mm長，將其內(nèi)節(jié)在設備上縱向打通；或在竹節(jié)上下部位從竹青層向竹黃層鉆孔，該孔可以確保竹筒內(nèi)和外界相通；

（2）圓竹筒高壓罐內(nèi)高溫軟化和炭化處理；將竹筒放置在小車上，然后將其推進高壓罐中，關(guān)好罐門；將罐內(nèi)通入溫度為185℃高溫飽和蒸汽，剛通入時，先將罐內(nèi)的冷空氣和冷凝水排出，使罐內(nèi)溫度迅速上升到180℃的溫度，然后保持65分鐘，在此段時間內(nèi)，罐內(nèi)始終為飽和蒸汽，在此溫度和濕度下，竹筒已達到其軟化點溫度，半纖維素已水解，圓竹筒已炭化，此時停止通蒸汽，將排氣閥門微開，使罐內(nèi)的蒸汽緩緩排出，直至管內(nèi)蒸汽全部排出；

（3）圓竹筒的等厚和寬度方向的變截面（即寬度呈錐度）成型；將圓竹按照大小頭顛倒并排排放，每兩根竹之間放一片厚度22mm寬，高度92mm的隔條，該隔條可以左右移動，并充當厚度規(guī)的作用。當多層壓機向下壓縮時，可以上下活動的上壓板一起隨之向下運動，最終壓倒起厚度規(guī)的隔條停止，隨后被鎖緊裝置鎖??；與此同時在壓機空檔中有一可以升縮的油缸或氣缸，將竹筒從側(cè)面頂住，這樣在上下和左右方向的壓力作用下，當圓竹被壓倒厚度規(guī)（隔條）時，側(cè)向油缸將其從側(cè)面頂緊后，側(cè)向鎖緊固定裝置固定。這樣圓竹筒被定型為厚度一定，寬度隨高度變化的截面為接近平行四邊的竹筒；

（4）成型竹筒的干燥處理；將成型好的竹筒連同夾具一起取出后，放到干燥窯中，將其一層一層堆放好，風向和竹筒的軸向平行，然后先向室內(nèi)通入蒸汽將竹筒預熱，然后再在溫度110℃，濕度82%的干燥窯內(nèi)進行干燥，經(jīng)過55h就可以干燥完畢，就得到已經(jīng)炭化和干燥過無裂縫的成型竹筒。