竹材旋切新技術(shù)及其制品的研發(fā)

鄭瑞鈺

（福建省尤溪縣竹業(yè)協(xié)會 尤溪 365100）

竹材旋切新技術(shù)及其制品的研發(fā)

鄭瑞鈺

（福建省尤溪縣竹業(yè)協(xié)會 尤溪 365100）

本文詳細介紹了竹材旋切的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備、性能技術(shù)指標和制品生產(chǎn)工藝；評價了竹旋切薄片制品的優(yōu)點。

竹材；旋切；關(guān)鍵技術(shù)；薄片制品；工藝

福建省三明市柏毅竹業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司是投資專門研發(fā)竹材旋切工藝新技術(shù)與設(shè)備的民營研發(fā)企業(yè)，該公司依靠高校和縣科技推廣中心技術(shù)力量，完成了竹材旋切新工藝技術(shù)設(shè)備設(shè)計、加工、安裝、調(diào)試，并獲得一次性試驗成功。生產(chǎn)的竹材旋切薄片制品已售往歐美國家，并得到客戶青睞。2010年，該公司旋切工藝技術(shù)設(shè)備被國家知識產(chǎn)權(quán)局授予多項專利保護。

早在20世紀50年代，日本就開始竹材旋切技術(shù)研究，我國在70年代末也進行該項目的研究，由于旋切設(shè)備工藝技術(shù)存在諸多的缺陷，至今還處于初始階段。竹子徑級小、尖削度大、竹材多節(jié)壁薄，且僅具有縱向纖維，竹子獨特的物理性狀決定了不能完全采用已經(jīng)成熟的木材旋切技術(shù)。因此必須從設(shè)備、工藝技術(shù)上攻關(guān)，充分利用其材料特性研究開發(fā)新產(chǎn)品，本文介紹了竹材旋切的關(guān)鍵技術(shù)及其制品工藝。

1 竹材旋切關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備

竹材旋切薄片生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在旋切、烘干、涂膠等3個重要環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)研究，開發(fā)了精密進給竹材旋切機、間歇熨平竹薄片烘干機和竹薄片涂膠機，解決了竹薄片生產(chǎn)普遍存在的問題，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

1.1 精密進給竹材旋切機

竹材旋切單板制作技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了較長的求索過程，竹旋切薄片的生產(chǎn)技術(shù)，雖然來源于木材旋切技術(shù)的啟迪，但是由于竹材壁薄、中空、徑小、只有縱向纖維，竹材的組織構(gòu)造和形態(tài)特征與木材有很大的差異，木材為實心的圓柱體，而竹材為圓柱形的有節(jié)中空殼體，并具有如下特點：①竹壁的橫向強度弱，加工過程中易產(chǎn)生開裂。②竹壁薄，只有5 mm，厚者約為20mm，平均厚度10mm左右。③竹稈并非標準圓柱型，且有一定錐度。竹材獨特的物理特性決定了不能完全采用已經(jīng)成熟的木材旋切技術(shù)，而必須根據(jù)竹材特點進行工藝設(shè)計。

國內(nèi)外所采用的竹材旋切技術(shù)普遍存在以下幾個方面的問題：第一，旋切刀不能自如地隨著竹材的尖削度擺動。第二，旋切刀的切削運動不穩(wěn)定，發(fā)生跳刀，導(dǎo)致斷片，不能獲得連續(xù)均勻的竹單板帶，造成竹單板厚薄不勻。第三，進給系統(tǒng)不易快速準確調(diào)整。竹壁厚度薄，旋切通常都在1min內(nèi)完成，可用的調(diào)整時間極短；各個竹筒的形狀變化多端，必須逐個調(diào)整。因此，必須在旋切作業(yè)運動過程中快速準確調(diào)整，否則，就會使整個竹筒都切出廢品。第四， 旋切出的竹薄片表面不光滑。竹薄片通?？刂圃?.2～2mm之間，不易砂光。表面不光滑就會增加砂光、上膠等后續(xù)工序的難度與成本，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

根據(jù)竹材物理特性和現(xiàn)有竹材旋切機存在的問題，我們確定竹材旋切機的設(shè)計思想如下：設(shè)計科學(xué)有效的夾緊裝置，保障旋切過程穩(wěn)定進行，將竹壁可用材完全地旋切成單板；所設(shè)計的旋切機必須能夠適應(yīng)變化多端的竹筒，提高原料利用率，提高出材率；科學(xué)設(shè)計進給系統(tǒng)，確保旋切竹薄片是光滑、均勻的連續(xù)單板帶。我們所設(shè)計制造的精密進給竹材旋切機，滿足了工業(yè)化高效率穩(wěn)定生產(chǎn)的要求，適應(yīng)了竹筒的特殊物理性狀，具有以下幾個方面的優(yōu)點：第一，采用帶刻度的針盤夾緊裝置，有效地保障了旋切過程的穩(wěn)定性。第二，可伸縮的針盤固定架，允許投入旋切的竹筒長度可在100～600mm之間，提高了原料利用率；采用精密絲桿，并設(shè)計了帶有擺動角度刻度盤的可靈活擺動的精密刀座，使刀具的位置、方向能迅速地調(diào)整為與竹筒相互平行的姿勢，做到最佳旋切，提高成品率。第三，采用精密導(dǎo)軌進給系統(tǒng)，將整體刀座固定在精密導(dǎo)軌之上，通過機床的主運動與進給運動的合理配合，保證刀尖在工作回轉(zhuǎn)一周后進給一個單板厚度的量，進給量由精密絲桿準確控制，進給方向由精密導(dǎo)軌控制，保證刀具穩(wěn)定，可獲得連續(xù)不間斷、均勻、光滑的旋切薄片。

精密進給竹材旋切機的竹材旋切利用率達到28%～32%，比國內(nèi)現(xiàn)有竹材旋切機的竹利用率10%～15%高2～3倍；竹薄片厚度公差控制在0.03mm之間，是國內(nèi)現(xiàn)有竹材旋切機（厚度公差一般0.15mm）的20%。

1.2 間歇熨平竹薄片烘干機

煮過的竹筒旋切出來的竹單板含水率很高，失去水分很容易變形和開裂，因此，旋切后的竹單板應(yīng)馬上進行后期加工。由于竹單板比較薄，用常規(guī)的干燥方法易產(chǎn)生邊部褶皺和開裂，通常采用平板式干燥機干燥。平板式干燥機采用對竹單板加壓的方法，使其在承受一定壓力的情況下進行干燥，干燥后的板面平整；另一種干燥方法是采用特制的網(wǎng)帶干燥機進行干燥，其網(wǎng)帶的網(wǎng)眼密，上下網(wǎng)帶夾得較緊，能取得較好的干燥效果。間歇式熨平竹薄片烘干機以網(wǎng)帶干燥機為母機，整合了平板式干燥機的加壓烘干技術(shù)和網(wǎng)帶干燥機的上下網(wǎng)帶夾緊烘干技術(shù)，開發(fā)出了“帶壓力自動調(diào)節(jié)上下網(wǎng)帶間隙裝置”，烘干時，通過菱形調(diào)節(jié)塊，使加壓板上下對壓處于網(wǎng)帶之間的竹薄片，就像電熨斗燙衣物一樣，間歇地熨平在烘干過程變形的竹薄片。

1.3 竹薄片涂膠機

現(xiàn)有竹薄片涂膠機包括機架、傳動系統(tǒng)和涂膠系統(tǒng)。涂膠系統(tǒng)包括上下2個涂膠系統(tǒng)和進料過渡輥，上下涂膠輥、膠體過渡輥、膠量控制輥支承在左右支架上，由傳動系統(tǒng)傳動轉(zhuǎn)動。由于采用大直徑涂膠輥，涂膠輥、膠體過渡輥、膠量控制輥之間間隙大，而竹材旋切薄片厚度在0.2～1mm之間，剛性較低，易出現(xiàn)竹薄片粘附到膠輥上，使涂膠中斷、撕裂竹薄片、涂膠不均勻等。通過采用小直徑涂膠輥，減小膠輥中心距，解決了竹薄片涂膠時粘附膠輥的問題，使生產(chǎn)操作連續(xù)快捷。

2 關(guān)鍵技術(shù)主要性能指標

2.1 精密進給竹材旋切機主要性能技術(shù)指標

機械線速度20m/min，旋切竹薄片厚度誤差0.03mm，竹薄片表面無纖維撕起，主軸旋轉(zhuǎn)1圈刀架進給誤差0.015mm，旋切寬度范圍100～600mm。

2.2 間歇式熨平竹材烘干機主要性能技術(shù)指標

網(wǎng)帶線速度6～25m/min，烘干后單板含水率7%，烘干后板面破損率2%，烘干后板面平整度：無翹曲、無扭曲，溫度控制誤差3℃。

2.3 竹薄片涂膠機主要性能技術(shù)指標

涂膠輥線速度1 2 m/m i n，涂布范圍600mm，涂布竹薄片不粘輥，涂布薄片厚度范圍0.2 mm，涂布膠量120g/m2。

2.4 竹材旋切薄片力學(xué)性能

竹材無橫向纖維，生產(chǎn)的薄片易橫向裂縫，但它的抗拉強度為192.5 Mpa，抗壓強度為63.5Mpa，硬度為70 Mpa(尤溪縣毛竹)。因此，將制成竹質(zhì)薄片單板經(jīng)橫縱交叉層壓的產(chǎn)品，則能揚長避短，克服了僅有縱向纖維易撕裂的缺陷，比竹材集成材層壓的產(chǎn)品提高了強度，體現(xiàn)旋切薄片制品的優(yōu)勢。

3 竹質(zhì)旋切薄片制品生產(chǎn)

工藝流程：毛竹——截斷——打內(nèi)節(jié)——軟化——水洗——恒溫——旋切——定長——網(wǎng)帶烘干——涂膠——熱壓——成型——打磨——油漆——殺菌——檢驗——包裝——入庫

(1)截斷：把毛竹按所需要的長度，一般為100～600mm，截斷為段竹。

(2)打內(nèi)節(jié)：把段竹的內(nèi)節(jié)通過打節(jié)機作業(yè)除去內(nèi)節(jié)隔。目的是防止竹材在高溫下斷裂，以及軟化時均勻受熱滅菌。

(3)高溫軟化：把段竹裝入密閉的高壓容器內(nèi)，并加入軟化劑，通過蒸氣加溫至90～100℃，時間為1h時，壓力0.2Mpa。

(4)水洗：把高溫軟化處理過的段竹材進行水洗，洗去泥沙和軟化后的污垢，防止旋切時泥沙傷刀和污染竹薄片。

(5)恒溫：把洗凈的段竹材放入恒溫池，恒溫池的水溫保持在60℃。

(6)旋切：對軟化后的竹材進行單板旋切。旋出的竹薄片任一點的厚度誤差在0.03mm以內(nèi)，光滑、連片。

(7)定長：把旋出的竹薄片板按照產(chǎn)品的規(guī)格要求制定板材的長度，可采用手工撕片方法。

(8)烘干：把竹薄片板夾在上下網(wǎng)帶中間進行烘干，烘出的板不變形，含水率可一次滿足指標的要求。

(9)涂膠：根據(jù)產(chǎn)品需要控制上膠量，控制范圍為70～110g/m2，做到上膠均勻，竹薄片板不粘輥。

(10)熱壓：把上膠后的薄片板進行熱壓，壓力為5 Mpa，溫度為60℃左右，加壓時間為40s。

(11)成型：通過在模具上進行熱壓形成所需的產(chǎn)品，如圓形與方形罐類產(chǎn)品，本工藝創(chuàng)新，設(shè)計了對接無拼合縫容器類產(chǎn)品的模具。溫度為50℃左右，時間為20s。壓制與剪切一次進行。

(12)打磨：把產(chǎn)品通過打磨機磨光滑。

(13)滅菌：產(chǎn)品包裝前，先進入紫外線滅菌。

(14)檢驗包裝。

4 竹質(zhì)旋切薄片制品的優(yōu)點

(1)竹材旋切制品比竹材集成材制品勞動強度低，生產(chǎn)過程粉塵少、噪音低、整個車間干凈等。

(2)產(chǎn)品抗壓抗摔的強度提高。

(3)旋切竹薄片產(chǎn)品可以盡展竹子所具有的清新和堅貞的氣質(zhì)，美不失雅，土而不俗，真正體現(xiàn)綠色環(huán)保。

竹材旋切薄片單板可再壓產(chǎn)品種類包括：

(1)食品包裝物：如茶葉、煙、酒、糖果等食物的外包裝。

(2)工業(yè)品包裝物：如首飾盒、手表盒、領(lǐng)帶盒等。

(3)食品盛具：如圓盤、方盤，碗、刀、叉、勺盛具。

(4)裝飾系列：如墻紙、墻裙、卷式地毯、扇子、家具門等建材裝飾材料。

目前1根胸徑10cm毛竹在我省深加工企業(yè)最高價值為28元，而竹質(zhì)旋切薄片制品產(chǎn)值可達到60元/根，促進了竹材深加工的技術(shù)水平更上一臺階。

1 趙明，吳季陵.擺動進給竹材旋切的試驗研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1994,(5):30-35.

2 蔣身學(xué)等.旋切竹單板生產(chǎn)工藝簡介[J].中小企業(yè)科技.2004,(3):4-28.

A Study of New Technology of Rotation Cutting of Bamboo Timber and Its Products

Zheng Ruiyu
(Youxi Bamboo Association, Youxi 365100, Fujian)

The paper introduced the key technology and equipments of rotation cutting of bamboo timber, the performance technology indicators and the products production techniques, and then evaluated the merits of laminates produced with the rotation cutting technology.

bamboo timber, rotation cutting, key technology, laminate, techniques

鄭瑞鈺（1966-），男，福建尤溪縣人，本科，從事竹林培育技術(shù)研究推廣和竹材加工。