一种高阻燃高防水的竹材本体自胶合重组材及其

本发明涉及重组竹制造，尤其涉及一种竹材本体自胶合重组材及其制造方法。背景技术：1、在全球可持续发展的大背景下，竹材作为全球“第二大森林”资源，因其生长周期短、强重比高等突出优势，已被列入代木、代塑及代钢的主要关注对象。随着竹材现代化加工重组技术的不断突破，竹材已被加工成各式各样的竹质复合重组材，如竹胶合板、重组竹、竹集成材及竹层积材等，已完全突破竹材本身薄壁中空、尖削度大的结构缺陷限制，实现了结构和规格幅面的可控化设计制造。2、然而，现有工业化竹材复合重组技术多采用醛、酚类树脂为胶黏剂，产品存在因醛、酚类物质释放而造成室内环境污染的问题，进而导致其适用范围受限。为了突破上述技术瓶颈，近两年有少数学者致力于生物质材料的高温模压本体胶合成形技术，虽然攻克了竹质重组竹高强度绿色环保无胶成形制造，但产品仍存在耐候性欠佳、功能化不足等问题，尤其是耐火、耐液性能未有明显改善。3、例如目前，现有技术中存在一种竹粉无胶密实材的制备方法，将竹片水热处理后粉碎成竹粉，将竹粉预热后再铺装后模压成型，得到竹粉无胶密实材，该技术方案中通过水热处理降低粉末的物理力学性能减少了模压反弹，提高材料的密实化程度，在一定程度上实现了不使用胶黏剂就得到了绿色环保的密实材，但是，申请人发现，在此种技术方案中，通过水热处理仅起到软化粉末而减小产品回弹变形的作用，对后期自胶合过程的所需的键合自由基未有引发功效，最终产品的静曲强度低于30mpa，产品的24h吸水厚度膨胀率高于15%，这在一定程度上限制了产品的使用范围。4、另一方面，现有工业化推广的竹质复合重组产品因竹青、竹黄影响胶合性能差的原因，备料工序需要对竹材进行去青去黄处理，最终导致竹材原料最高利用率不足60%（最低者甚至不到30%）。因此，在确保竹材资源高效率利用的基础上，如何生产出绿色环保、强度高且具有功能化特性的竹质重组材，以满足室内外建筑、交通运输及严酷恶劣环境下的高强度承载使用要求，这对于提高竹材产品附加值、促进我国竹产业高质量发展具有现实意义。技术实现思路1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无需任何胶黏剂添加剂，仅通过一次模压成形便可具有强度高、耐水性好及无醛、无酚释放的一种高阻燃高防水的竹材本体自胶合重组材及其制造方法。2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：3、一种高阻燃高防水的竹材本体自胶合重组材的制造方法，包括以下步骤：4、s1，将干燥后的竹刨花进行苯醇抽提处理，清洗，得抽提后的刨花单元；5、s2，将抽提后的刨花单元进行碱液预处理，得预处理后的刨花单元；6、s3，将预处理后的刨花单元干燥平衡处理后置于硅酸钠水溶液进行浸渍处理，得浸渍后的刨花单元；7、s4，将浸渍后的刨花单元干燥平衡处理后装模，在温度为150~200℃、压力为10~45mpa的条件下进行模压成形处理，冷却后脱模得到竹材本体自胶合重组材。8、作为对上述技术方案的进一步改进：9、所述步骤s1中，所述干燥后的竹刨花包括以下制备步骤：将竹材原料制成竹刨花，干燥至气干状态，得到干燥后的竹刨花。10、所述步骤s1中，所述竹材原料为竹青、竹黄、竹肉或竹材加工剩余物中的一种或多种。11、优选地，所述步骤s1中，所述干燥至气干状态是采用单通道回转式滚筒干燥机进行，干燥介质为过热蒸汽，干燥温度为100~110℃，转速为30～50r/min，干燥时间为3~10min。12、优选地，所述步骤s1中，所述气干状态的竹刨花含水率约8%~18%。13、步骤s1中，所述苯醇抽提处理包括以下步骤：将干燥后的竹刨花与苯醇混合液混合后置于微波辐射强度为80~100w条件下处理30~60min，再于水浴条件下抽提处理1~2小时。苯醇抽提处理其目的是为了去除竹材中的有机抽提物，以获得纯化的刨花单元，以减小竹材有机抽提物对后续竹材本体自胶合效果的影响，微波辐射目的是缩短苯醇抽提处理时长，以提高抽提效率。14、步骤s1中，所述干燥后的竹刨花和苯醇混合液的物液比按1:20~50。此处的物液比指的是竹刨花物质质量和苯醇混合液体积之比。15、优选地，步骤s1中，所述苯醇混合液为苯和醇的混合液，苯和醇的体积比为2:1。16、优选地，步骤s1中，所述醇为乙醇。17、优选地，步骤s1中，抽提处理后还包括用酒精、去离子水先后将竹刨花冲洗过滤。18、步骤s2中，所述碱液预处理包括以下步骤：将抽提后的刨花单元置于5~20wt%的碱性溶液中，于温度为140~160℃的条件下进行0.5~1h的化学预处理，得预处理后的刨花单元。19、碱液预处理是为了达到刨花单元半纤维素和部分木素选择性脱除的目的，使其解聚成单糖、醛类等诸多高反应自由基中间体；同时又有效增加了竹材纤维细胞壁上的微纳孔隙结构，提高竹材表面的渗透性，为后续刨花单元浸渍处理提供更为丰富的吸附空间，更能为后期刨花单元本体自胶合的微纳结构融合提供结构基础。碱液预处理时间控制在0.5~1h范围内，使得刨花单元的木素仅部分发生降解，一方面能有效促进其降解成小分子物质，为后期“湿-热-力”作用下发生重新聚合提供物质基础；另一方面，竹材细胞壁物质的选择性脱除又可以保证部分木素不发生完全降解，保持了其在后期模压成形过程中的热塑熔融作用，进而有效促进刨花单元的无胶致密化成形。20、步骤s2中，所述刨花单元和碱性溶液的物液配比为1:5~10。此处的物液比指的是刨花单元物质质量和碱性溶液体积之比。21、优选地，所述步骤s2中，化学预处理过程中还进行搅拌，以使得刨花单元能够充分与处理液接触，获得较好的预处理效果。22、所述步骤s3中，所述浸渍处理包括以下步骤：将干燥后的预处理刨花单元置于5~30wt%硅酸钠水溶液中，于温度为40~60℃的条件下保持1~2h后取出，得浸渍后的刨花单元。23、浸渍处理是为了使刨花单元细胞壁孔隙结构中负载足够的硅酸钠，以便在后续高温模压成形过程中，促使硅酸根阴离子间脱水缩合成较大胶团粒子，以便于形成更为庞大稳定的三维网状结构，进而在刨花单元表面形成均一稳定且连续致密的保护膜层，以赋予竹质重组材极强的耐水、耐火及耐腐蚀性能。24、优选地，所述步骤s3中，所述干燥平衡处理包括以下步骤：将预处理后的刨花单元采用真空干燥法在80~100℃条件下对试样进行干燥处理，直至含水率小于10%。25、所述步骤s4中，模压成形处理的保压时间为20~70min；所述脱模后还包括养护及机加工处理。26、优选地，所述步骤s4中，所述干燥平衡处理采用单通道回转式滚筒干燥机进行，干燥介质为热空气，干燥温度为50~60℃，转速为30～50r/min，干燥时间为20~60min。27、优选地，所述步骤s4中，所述浸渍后的刨花单元经干燥后的目标含水率范围为6%~15%，以保证后续模压工艺过程中刨花本体自胶合效果。28、优选地，所述步骤s4中，目标含水率为6%~15%，能在“湿-热-力”多重耦合协效作用下，更好地实现竹材本体物质化学键合和物理结构嵌焊融合，有效地促进了刨花单元实现高性能本体自胶合成形制造。所述刨花单元在任意含水率状态下亦可实现成形加工制造，但会对终产品性能有所影响。29、优选地，所述步骤s4中，所述装模是指将刨花单元分批次投入模具的型腔，并使刨花单元在型腔中均匀分布。分批次投料是因刨花单元质轻且长细比大，单元之间易黏结搭拱、流动性差，装粉投料过程应小心且用力均匀，以保证装入型腔的刨花单元均匀而平整。30、优选地，所述步骤s4中，所述模具是由合金钢锻材cr12制造而成的刚性金属模具，由型腔、上模冲、下模冲三个元件组合使用。所述型腔的淬火/回火热处理硬度为hrc60~70，型腔内壁粗糙度为ra0.4；所述上、下模冲的淬火/回火热处理硬度为hrc55~60，表面粗糙度亦为ra0.4；所述型腔与上、下模冲之间优选的工作面配合间隙为0.05~0.08m，以确保模压成形过程所产生的挥发物能够有逸出通道。31、优选地，所述步骤s4中，所述模具在刨花单元装填投料前应进行润滑处理，即在型腔内壁、模冲工作面涂覆具有润滑功效的物质，以方便后期脱膜处理。32、所述具有润滑功效的物质优选为液体石蜡或硬脂酸锌。33、优选地，所述步骤s4中，所述模压成形为单轴一次双向加压封闭式模压塑化成形，能够有效地实现刨花单元有限的侧向流动，促进刨花单元在板坯内部分布的均匀性。34、优选地，所述步骤s4中，所述冷却为随模冷却，即采用“冷出”工艺，待压制过程达到保温保压时间后，应采用人为或自然冷却的方式将板坯随模冷却至60℃以下，才能依次进行卸压、脱模工序。35、优选地，所述步骤s4中，所述脱模应在上模冲加压面上均匀施加一定频率的振动力，以确保成形板坯从型腔下出口完整脱出。36、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种高阻燃高防水的竹材本体自胶合重组材，由前述制备方法制备得到，所述的竹材本体胶合重组材的成形强度超过100mpa，24h常温吸水厚度膨胀率小于1%，阻燃抑烟性能达难燃级（b1级）。37、与现有技术相比，本发明的优点在于：38、（1）本发明的高阻燃高防水的竹材本体胶合重组材制造方法，是基于刨花单元本体物质化学和结构特性，在不添加任何物质的条件下，经碱液和硅酸钠协同浸渍处理后的刨花单元在温度、压力和水分的协效耦合作用下产生化学键合、木素热塑融合及物理结构嵌焊融合的多重耦合作用的同时，还能够在材料表面形成一层均匀且致密的三维网状硅酸钠耐候保护层膜，从而实现竹材本体单元高性能、功能化自胶合重组成形制造。39、（2）本发明的高阻燃高防水的竹材本体胶合重组材制造方法，所采用的“碱液预处理+硅酸钠浸渍”协同处理，能够显著提高材料的耐水性、阻燃抑烟及耐候性能。一方面，碱液处理可选择性地解聚竹材半纤维素和少部分木质素，所生成的高活性小分子自由基于竹材本体物质重新发生化合缩聚反应，而实现本体物质缩聚交联；再者，碱液选择性地降解了刨花单元的半纤维素和部分木素，促进了细胞壁多级孔隙结构的形成，有效增加了竹材细胞壁的微纳孔隙度，大大增加了刨花单元的比表面积和渗透性，不仅能够为后续浸渍处理提供畅通通道，还能够优化后续本体自胶合成形过程中的多尺度物理结构嵌焊融合所需的基础条件。另一方面，碱液预处理有效提升了硅酸钠在竹材细胞壁腔内的载药量，而硅酸钠体系又利用模压成形的热作用条件而形成坚固且致密的保护膜，具有极强密封性，能够有效阻止液体的侵入而能显著提高防水耐候性，进而有效延长产品使用寿命。该保护层遇热遇火会促使硅酸钠在产品表面形成无机硅渣热屏障，可有效阻隔部分热量传递；再者，硅酸钠水解能够形成多聚硅酸，生产的无机膜也会在材料表面形成隔层，可有效阻止可燃气体的对流，进而可有效抑制火焰蔓延，因而产品阻燃抑烟效果可提升80%以上。由上述内容可知，碱液预处理和硅酸钠浸渍处理对竹材本体自胶合功能化成形有显著增强和耦合作用。40、（3）与现有高性能竹质重组竹制造技术相比，因本发明不涉及胶黏剂的添加，竹材在实现功能化本体自胶合成形制造的同时，从源头上避免了醛类、游离酚等有机挥发性物质的产生，解决了竹质重组材因有毒有害物质释放而存在的人居环境安全风险，拓展了竹质重组材在室内、车内及严酷恶劣环境的应用领域。与传统无胶成形制造技术相比，本发明产品的力学和耐候性指标远远超越传统无胶胶合产品，突破了传统无胶成形技术无法实现产品高性能制造的技术瓶颈。41、（4）本发明的高阻燃高防水的竹材本体胶合重组材产品成形强度超过100mpa，24h常温吸水厚度膨胀率小于1%，阻燃抑烟性能达难燃级（b1级）且具零醛零酚释放，既有力学强度大、耐水、耐火及耐腐蚀性能强等特点，还具有绿色环保、无污染的优势，能够在满足严酷恶劣环境下的高强度承载用途所需的同时，还有效解决了竹质人造板加工所面临的产品有毒有害物质释放超标问题。另一方面，本发明以竹材加工剩余物为原料，在达到竹质重组材高强度、功能化制造目标的同时，还实现了竹材资源的全生物量利用（达100%），突破了竹材资源利用率难以提升的技术瓶颈。