[00150060]提高竹材加工利用率关键技术研究示范与产业化生产

一、项目来源与背景 我国以竹代木产业悄然兴起,竹材加工业蓬勃发展,市场不断扩大,在这个良好的基础上竹材集成材家具开始面世,并不断发展完善,逐渐形成了颇具特色的家具产品系列。竹板材是由一片片或一根根竹条经胶合压制而成的集成材,具有卓越的物理力学性能,并且具有吸水膨胀系数小、强度高、稳定性和韧性好的优点。同时,竹材具有木材加工过程中可车、可铣、可雕的工艺性能,处理后的竹质板材防虫蛀,不会开裂、变形、脱胶,各种物理性能相当于中高档硬杂木。但目前,竹材能够大规模工业化利用的只有毛竹,并且其加工利用率一般均在30%以下,而其它竹种还尚未大规模工业化利用。本项目针对我国木材短缺、竹材丰富但利用率低的现状。以南京林业大学、中国工程院院士张齐生为带头人的科研团队,在宁波士林工艺品有限公司建立了“院士工作站”,成立了由多名工艺美术师、工程师组成的企业产品研发部,近年来,一直在研究解决原竹材料加工利用率低,原材消耗高的难题。经过产学研联合攻关,通过改进设备和生产工艺,重点研究竹材弧形原态铣削胶合与直热式一次性炭化技术相结合的关键技术。 二、技术原理及性能指标 由于竹片坯条自然存在着一定的曲率半径,按传统加工成平直形竹片时,上下两弧面要铣削成平面,图示 （1）使得竹片坯条加工利用率低。一种新的竹片加工技术--弧形竹片加工技术,加工后的弧形保持竹材原态图示（2）,竹片尺寸精度高、微观结构完整、内部残余应力小,能最大程度地保留竹材原有的物理力学特性,可显著提高竹材资源利用率、减少切削动力损耗、降低产品的生产成本。本项目根据竹材加工的特点,分析弧形竹片加工的技术难点,计算弧形竹片加工利用率,研究弧形竹片干燥特性,制定合理的加工工艺,研制弧形竹片定型弧铣机。根据不同竹子的弧面形状选用刀口弧度合适的铣刀,其中上铣刀刀口呈内凹弧形,下铣刀刀口呈外凸弧形图示（3）本研究取得的主要采用的工艺技术路线： （1）研究并总结弧形竹片加工过程。竹片坯条→分组→两侧初次定宽铣削→竹黄侧一次弧形铣削→竹青侧一次弧形铣削→竹黄侧二次弧形铣削→竹青侧二次弧形铣削→竹黄侧三次弧形铣削→两侧终定宽铣削→弧形竹片。 （2）弧形竹片定型弧铣机的研制为弧形竹片的制备提供了设备条件。 根据竹材弧形原态重组材料的数学模型进行力学分析,相对于曲率半径趋于∞的矩形竹单元而言,具有较小曲率半径的弧形竹材单元强度较高,在承受相同荷载的情况下,相对不易发生变形或断裂。当荷载均匀分布的情况下,弧形竹材单元曲率半径为常量,圆弧形的竹单元相对于非圆弧形（包括矩形竹单元）能够承受较大的荷载。竹材弧形原态重组材料充分合理利用竹材纤维材料的固有特性,使竹竿抗弯、抗压和抗剪能力增强,既保留了竹材原有的物理力学性能,又保证了竹材的高利用率,强度高、规格大、密度分布均匀,竹板厚度规格增至60mm,竹材弧形原态重组材的静曲强度及弹性模量基本达到60E优等品结构水准。 三、技术的创造性与先进性 利用竹子片基的自然弧形进行胶合,是对现有竹胶板压制工艺的彻底改革。压制前须对片基进行预处理,根据不同竹子的弧面形状选用刀口弧度合适的刨刀,其中上刨刀刀口呈内凹弧形,下刨刀刀口呈外凸弧形。对片基的正反两面进行适当刨削,将每两片上胶后片基之间的外凸与内凹弧面依次紧密贴合后放入压制模中胶合。 本项目因不用刨去片基背面的弓形和里面的两条尖楞,可节约数量相当可观的竹材资源,这对节能减排事业无疑是一种不可估量的贡献,对生产企业可节约成本,提高经济效益。并且由于片基之间采用弧形贴合,提高了片基之间的结合力,使竹胶合板在平面垂直方向的耐冲击强度和撕裂强度得以进一步提高。根据我们调查及有关信息提供,本项目的研发成功并结合利用本公司现有的高频固化技术制成异型集成竹材板、工艺用竹材林定向培育及综合加工利用等技术制作成的竹板材做成全竹型现代高档家具产品,并实现机械化、产业化。 四、技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目实施集成了南京林业大学院士工作站的竹材加工研发人员和相关企业的科技人员,组成了产学研的技术创新团队,成立项目技术咨询组,聘请国内相关专家作为项目技术咨询顾问,负责项目的决策、评价及技术指导,竹子是最为理想的替代品,竹质家具经检验其顺纹抗拉强度、抗压强度为樱桃木的2倍、杉木的2.5倍。处理后的竹质板材防虫蛀,不会开裂、变形、脱胶,各种物理性能相当于中高档硬杂木。竹材要取代木料,其胶合,一般拼合集成,其研究成效也比较好。由于竹子具有良好的加工特性,竹材胶合板材如复合板、隔板、天花板、地板、模压板、椅心板、风磨叶片、预制混凝、复合结构、竹镶花地板、层压竹片、装饰片等,尤其是竹子重组成型材研究将是我国现阶段以及今后相当长的一段时间内是我国竹材加工利用研究的主要发展方向。