重组竹
原竹经过加工制成的一种高强竹质复合材料
重组竹又称重竹,是由原竹经过多重工艺制成的一种高强竹质复合材料。具有原料丰富、可持续发展、利用率高等特点。
重组竹于1987年由中国科研工作者提出,20世纪90年代末期,浙江省的企业自主创新研发成功重组竹技术和产品,2005-2008年,重组竹生产企业分布从浙江扩散到江苏省、安徽和福建省等地,制造规模迅速扩大。之后中国林科院木材所的科研成果被应用于产业,也促进了中国重组竹产业技术水平的提升,以及装备和产品的升级换代。2022年8月,浙江农业大学光机电学院的科研成果系统研究了冷压热固化重组竹材自动化生产技术。2023年,华南农业大学材料与能源学院胡传双教授团队在重组竹工业制备领域取得进展。
重组竹按颜色分类有本色、碳化色、混色、染色重组竹,生产工艺主要有冷压和热压技术,广泛应用于建筑、家具制造、装饰装潢、高端材料等领域。
简史
提出及研究
重组竹于1987年由中国科研工作者提出,主要目标是实现“以竹代木”,弥补森林资源短缺。世界各国科研工作者便开始对重组竹展开研究,但由于竹资源分布不均,重组竹等竹质复合材料的研究主要集中于亚洲地区。印度尼西亚的Kikata等将重组竹命名为“zephyr”,并针对其加工工艺开展研究,建成投产了一些规模较小的重组竹生产线。日本的Kim等从1998年开始致力于重组竹的研究,但是仍然未实现工业化大规模生产和应用。这一时期,由于加工工艺及设备和科研人员思维定式的限制,重组竹的生产存在许多不足,如去黄去青以致原材料利用率低,工厂规模小,无法实现工业化生产,产品加工成本高、产量低、质量不可控,无法满足市场化要求,产品附加值低,高投入低回报等。国际上对重组竹的研究逐渐消退,仅中国继续坚持,最终研发出可工业化生产的冷压热固成型和热压成型两种重组竹产品。
发展初期
20世纪90年代末期,浙江省的企业自主创新研发成功重组竹技术和产品,由于具有竹材纹理,产品一经推出,即得到市场响应,生产规模呈扩大之势。由于竹材原材料的加工需要去除竹青竹黄,竹材利用率和生产效率均较低。在此期间产品的品种单一,规模小,产量低。
市场推广
2005-2008年,重组竹生产企业分布已经从浙江扩散到江苏省、安徽和福建省等地,制造规模迅速扩大。此阶段产品良莠不齐,跳丝、瓦状变形、开裂等缺陷导致质量差异较大,很多出口产品遭遇退货处理,对整个重组竹产业造成不良影响。在此阶段也涉及重组竹产业的专利纠纷及知识产权官司,对整个产业后期的发展起到促进作用。
技术革新
2009年,中国林科院木材所创制一种全新的竹材原材料处理技术获得成功,即不用去除竹材青黄的机械疏解加工技术,将竹材的一次利用率提高到 90%以上,并且大幅度提高了生产效率,推动了重组竹产业的发展。2014年7月,湖北巨宁竹业科技Inc.对重组竹进行研发、制造及系列深加工产品开发与应用,集成解决了一系列难题,将竹材一次利用率提高到90%以上。2022年8月,浙江农业大学光机电学院举行“重组竹系列化产品高效自动化制造关键技术研究及应用”成果评价会,该成果系统研究了冷压热固化重组竹材自动化生产关键技术。2023年,华南农业大学材料与能源学院胡传双教授团队在重组竹工业制备领域取得重要进展。
特点
重组竹对原料的选择不像竹集成材那样严格,可以采用小径级的杂竹为主要原料,其基本单元为不规则的竹篾。该新型竹质材料由于突破了传统的切削加工模式,在不破坏竹纤维的前提下将竹束或竹丝胶压成型,大大提高了竹材的利用率,并使小径竹、劣质材的利用成为可能。重组竹强度大,密度高,材质和色泽近似硬阔叶材,是一种很好的工程及家具用材。其具有原料丰富、可持续发展、利用率高、外观美丽、材性优良、易于加工等特点。
分类
按颜色分类
资料来源
按应用场景分类
资料来源
生产工艺
将原竹锯成规格长度,由于原竹天然长成的外形不规则,且其本身表面含有蜡质层,不利于胶合,所以为保证胶合强度,将胶接性能差的竹青竹黄去除。取其优质部分进行疏解,即软化后进行纵向辗压形成长度相同、相互交错关联并保持纤维原有排列方式的疏松网状纤维束,将竹丝放在碳化炉中进行碳化,用0.3MPa左右压力的蒸气处理60-90分钟,使竹材中的淀粉、蛋白质分解,隔绝蛀虫及霉菌的营养来源,同时杀死虫卵及真菌,延长竹材寿命。然后进行低温干燥,将其置于80°C的环境下烘干至水分含量低于11% ,对竹条表面进行平整处理后,对其浸胶,至含胶量为8%-15% ,然后使竹条在30-45 °C温度下烘干3-5小时,使其含水率达12%左右。重组竹型材的外形轮廓依模具而定,通常压制成方材,也可直接压制成一定断面形状的柱状规格。其形状需要进行剖分锯解,加工利用。工艺流程为:原竹选择→竹材截断→竹简剖分→竹条分片→竹片疏解→蒸煮或碳化→干燥→浸胶→二次干燥→选料组坯→模压成型→固化保质→锯边或开料→重组竹型材。
冷压工艺技术
冷压工艺主要用于压制厚度为15-18cm的重组竹方材,密度相对均匀。重组竹方料常用的规格尺寸(长X宽X厚)为193cmX10.5cmX15.0cm和200cmX14.5cmX15.0cm。
热压工艺技术
将装模的板胚在热压机上进行热压固化,一般热压温度为110-160°C,压力为50-100 MPa,热压时间依板坯决定。加热使竹材软化,并在高压下使竹材小单元密实,同时使胶黏剂充分固化。热压工艺主要压制板材,常规尺寸(长X宽X厚)为244cmX122cmX1.5-4 cm,最大幅面可达1.2mX5m,一般最大板厚可达5cm。
炭化工艺
炭化工艺依次包括碳化处理,干燥,浸胶,陈放,组坯,热压和陈化,在碳化处理中将竹束放入含有0.21份的碳化剂和0.2份的催化剂的处理罐内浸渍碳化,浸渍温度为25-80℃,浸渍时间为26小时。具有较好的防霉性能和尺寸稳定性,具有工艺简单、成本低廉、无排放、零污染、可操作性强、药剂性能稳定等特点。
性能参数
研发之初,重组竹主要用作室内地板、户外景观建筑、家具和装饰装修等非结构构件。因此,科研工作者重点关注重组竹密度、静曲强度、抗弯弹性模量、内结合强度和防腐防霉等物理力学性能,而忽略了抗拉、抗压、剪切等结构用性能指标。随着重组竹的应用范围开始从非结构领域扩大到建筑主体结构领域,其相关物理力学性能的研究对应逐渐展开。
材料性能
以上仅部分,资料来源
规格尺寸
资料来源
应用领域
地板铺装
重组竹发展的初始阶段,其目标产品市场主要定位于室内地板,随着对重组竹材性的进一步认识,其应用范围逐渐扩大到家具制造、装饰装潢及户外用途等领域,其中户外地板已成为重组竹产品中附加值较高的产品之一。
高端材料
重组竹在车厢底板及高端的材料领域都有应用,包含风电桨叶、园林景观等。
建筑设计
重组竹因其具有强度高和耐候性好的特点应用于建筑领域,在2019年北京世界园艺博览会“百果园”中,采用重组竹作为主要用材,设计出了异形建筑、廊架等,造型新颖丰富;此外,还有桐庐县装配式别墅、龙泉山城市森林公园等都使用重组竹作为主建筑材料。
家具设计
重组竹在家具设计方面的应用研究也较多,包含园林休憩设施小品、庭院家具、新中式家具等。
意义及影响
利于环境保护
中国是世界上竹类资源最丰富的国家,开发利用竹材资源是缓解木材供需矛盾的有效途径之一,重组竹能够节省大量的木材,有利于保护生态环境。同时竹子属于绿色植物,具有净化空气、调节气候、保持水土、涵养水源、防风固沙等治本的显著功能。与其他树木和植物相比,竹子生长周期短、萌发快、生态适应性强,因此能迅速恢复森林植被,迅速固结表土减少水土流失,竹子根状茎系统庞大,具有更强的保持水土作用,竹子属多年生一次性生长植物,可连续数十年收获而不破坏竹林群体结构。
利于新材料应用
重组竹材密度多在1.0-1.2g/cm3之间,且内部分布基本均匀,力学强度超过普通木质人造板和普通木材,具备较高的耐老化、耐腐、防靠等性能,可以用现有的家具生产设备进行锯、刨、钻、铣、砂、徐饰等加工,加工质量良好。优异的特性使重组竹成为木材的优良替代材料,具备了大规模应用于家具、建筑、装饰等行业的潜力。
提高材料利用率
重组竹提高了材料利用率,其竹材利用率能达到90%以上。重组竹材一般为板材或方材,规格可以根据应用要求直接压制或剖切后胶拼而成,型材的利用率也很高。在生产过程中除胶粘剂外极少使用特殊的化学药品,常用的碾压法制备竹束也不产生水污染。制品在使用终了能完全进行再循环,生产废料如枝丫、锯屑与碎料,可用于刨花板与纤维板生产或作能源使用。
发展趋势
科技创新
随着中国经济的发展,中国重组竹行业将迎来一个以科技创新为核心的新发展阶段。政府将继续加大对竹行业的投资力度,支持竹行业发展新技术,提高其产品科学性,促进竹行业的可持续发展。
管理规范
在重组竹行业发展的过程中,政府将加大对竹行业的管理力度,建立一套完善的行业标准,保护消费者权益,引导竹行业向规范化、现代化发展。
品质提升
中国重组竹行业市场规模正在不断扩大,未来发展前景广阔,重组竹产品品质将进一步提高,促进竹行业的可持续发展,以满足消费者的需求。
相关标准
资料来源
参考资料
竹质工程材料科技创新.浙江农林大学.2024-06-20
胡传双教授团队在重组竹工业制备领域取得重要进展.华南农业大学材料与能源学院.2024-06-20
重组竹:科技让竹子价值翻番.中国政府网.2024-06-20
重组竹.标准规范.2024-06-20
重组竹.国家标准全文公开系统.2024-06-20
目录
概述
简史
提出及研究
发展初期
市场推广
技术革新
特点
分类
按颜色分类
按应用场景分类
生产工艺
冷压工艺技术
热压工艺技术
炭化工艺
性能参数
材料性能
规格尺寸
应用领域
地板铺装
高端材料
建筑设计
家具设计
意义及影响
利于环境保护
利于新材料应用
提高材料利用率
发展趋势
科技创新
管理规范
品质提升
相关标准
参考资料