一种竹板材及其制备方法

本发明涉及竹制品的，具体为一种竹板材；本发明同时还涉及用于该种竹板材的制备方法。背景技术：1、竹材是我国森林资源的一个重要组成部分，每年的毛竹砍伐量巨大。竹材具有良好的力学性能，且竹子的生长速度极快，因此，合理并高价值地利用竹材能够有效缓解我国木材资源的紧张的局面。利用竹材制作竹板材是一种竹材综合利用率相对较高的手段。2、竹材是圆筒状的材料，且竹壁由外至内各个部分的密度、强度有较大的差异，以原竹形态利用竹材首先要将竹材展平；优选的，还需要使竹壁各个部分的密度、性能均匀统一。3、公开号为cn101528431a，名称为“展平的竹板材”的中国发明专利申请记载了一种竹片展平的技术方案，包括下述步骤：a)沿着竹筒的整个长度纵向切开竹筒，以形成一片或者多片竹杆壁(相当于竹片)，所述竹杆壁包括外部区(相当于竹青)、中间区(相当于竹肉)和内部区(相当于竹黄)；b)浸泡和加热所述竹杆壁，由此形成软化的杆壁(软化工艺)；以及c)以逐渐或者多步骤工艺展平所述软化的杆壁。该方法保留了竹杆壁的竹青与竹黄，相较于传统的去青去黄后再展开的技术方案，因其保留了密度较大的竹青和竹黄，可得到具有较大密度的竹板材。该技术方案仅能够实现竹片的展平，其得到的竹板材保留了竹青、竹肉、竹黄之间的密度、力学强度和吸湿性方面的差异。具体来说，得到的竹板材在厚度方向的密度与力学强度呈竹青部分最高、竹肉部分最低、竹黄部分次高的非对称、不均匀的状态，吸湿性方面则呈竹青部分最低、竹肉部分最高、竹黄部分次高的非对称、不均匀的状态。这在一个方面降低了竹板材的力学性能，吸湿时易发生扭曲变形，在另一个方面使竹板材仍有恢复卷曲成筒状的趋势。为此，该发明专利申请还记载了优选的技术方案，即在所述内部区形成有多个平行的线槽，其中所述线槽和纹理方向形成在大约10°和60°之间的度数。但是，该优选的技术方案不仅操作较为复杂、可实施性较弱，还影响了竹板材的划线表面的可加工性和使用性，同时也未能解决竹板材力学性能较低、吸湿易变形等的问题。4、将展平的竹板材或单板条沿宽度方向横向拼宽，或者同时沿厚度方向纵向拼厚得到竹板材。如公开号为cn202147305u，名称为“组合竹板材”的中国实用新型专利记载了一种竹板材的结构，它包括五层竹片，其特点是上层和底层竹片为侧压结构，竹片竖着拼接，第二、三、四层竹片为平压结构，竹片横着拼接，其中第二、四层竹片拼接方式相同，第三层竹片与第二、四层竹片交错成90°排列。由于竹片采用了侧压和平压相结合结构，使得其抗折变形力大大增强，结构稳定性明显好于现有技术中的竹板材。但是，显然该技术方案得到的竹板材具有相对较大的厚度，难以制作得到单层或者厚度较薄的产品。同时，该技术方案的组坯过程较为复杂、组坯精度难以控制，降低了产品质量的稳定性。5、为解决上述问题，如公开号为cn206011329u，名称为“竹板材”的中国实用新型专利记载了一种竹板材的结构，它由多个竹条沿竹条的宽度方向依次拼接而成，每个竹条具有彼此平行且在该竹条的厚度方向上彼此相对的第一主表面和第二主表面，所述竹条的横截面为梯形且所述第一主表面的面积小于所述第二主表面的面积，相邻两个竹条中，一个竹条的第一主表面与另一个竹条的第二主表面邻接。但是，该技术方案得到的竹板材的表面各处密度不同、强度不同，不能直接使用。6、综上所述，现有技术中缺少一种密度相对较高，且各处密度均匀统一的竹板材。技术实现思路1、本发明的技术目的在于克服上述至少一项技术问题，提供一种竹板材，通过使竹板材具有较高密度、较低密度偏差、较低吸湿性和较低的吸湿性偏差，从而使竹板材具有防腐防霉、力学强度高、密度均匀、稳定性好的优点。2、本发明同时还提供了用于制作该种竹板材的单板条的制备方法，该方法通过选择使用带有部分竹节的竹片，并对该种竹片施以温度与压力，从而使竹片发生密实化的压缩，得到具有较高密度、较低密度偏差、较低吸湿性和较低的吸湿性偏差的单板条。3、在本技术的一个方面，提供了一种竹板材，至少包括多个沿宽度方向横向拼接的单板条，所述竹板材的密度为0.7～1.2g/cm3，单片所述竹板材各处的密度偏差小于10％，同一批次内的所述竹板材之间的平均密度的偏差小于5％；在20℃/65％rh的条件下，所述竹板材的平衡含水率小于9％；所述单板条包括两段竹壁段、以及连接两段所述竹壁段的竹节，所述竹壁段包括竹青、竹肉、竹黄。4、借由上述产品特征，与现有技术的竹板材相比较，本案的竹板材的密度相对较高，板材内各处的密度偏差相对较小，是一种均质材料，所以具有相对较高的力学强度。本案的竹板材具有相对较低的平衡含水率，所以具有较好的尺寸、形态的稳定性，不易发生霉腐的现象。5、进一步地，以包括竹青、竹肉、竹黄的单板条为原材料，所以能够借由竹青的存在而使本案的竹板材具有较高的力学强度和较好的防水性能。6、作为一种优选的实施方式，选择使用的所述单板条具有以下限定要求：所述单板条的近表面部分的密度较与其厚度方向的中层的密度偏差为5～15％。7、为了使所述单板条符合上述限定要求，所述单板条经过一种特别的排出竹沥的处理，处理后，所述单板条中木质素的相对含量较未处理前提高50～60％，并，在厚度方向上，所述单板条发生压缩率为0～30％的密实化压缩。8、现有技术在对竹片实施展开处理获得单板条，在此之前，一般将竹筒两端去除竹节得到两端开口的竹筒，再通过剖分制得无竹节的竹片，一些情况中，还会预先去除竹青，或一并去除竹黄。现有技术认为竹材内存在大量的水分，水分形成的热阻导致了常压下竹材内部的温度难以高于100℃，而竹节处集聚大量水分，是竹段上热阻最大处，所以一般选择去除竹节仅对竹壁段实施展开。同时，现有技术认为，竹青的存在虽然能够起到防护竹肉、竹黄部分的作用，但由于竹青部分的密度远大于竹肉部分的密度，使展开后的单板条表、芯层的密度偏差过大，反而会造成力学强度的降低，故而至少将竹青部分去除后再实施展开处理。9、与此相对的，本案区别于现有技术的排出竹沥的处理，使用包括一个竹节的竹筒，剖分制得具有竹节的竹片，最后通过排出竹沥的处理得到具有竹节、厚度方向上被压缩、木质素的相对含量所有增加的单板条。换言之，本案的技术方案通过保留竹节，以在竹节处形成温度高位、水蒸气压力高位，在竹壁段远离竹节的位置形成温度低位、水蒸气压力低位，进而在竹片的轴向上形成自竹节向两端的温度梯度、水蒸气压力梯度，温度梯度与水蒸气压力梯度促使竹片中水分、竹沥排出，并随着竹片含水率的降低，竹片的温度得以较为快速地上升并超过120℃，并在竹片内腾出允许压缩但原本被水分占据的空间。10、由此，在竹片的结构中保留竹节，能够获得厚度方向上被压缩、木质素的相对含量有所增加的单板条。单板条的厚度方向上被压缩时，位于中层的密度最低的竹肉部分首先发生压缩密实、密度被提高，所以制得的单板条的近表面部分(竹青部分)的密度较与其厚度方向的中层(被压缩的竹肉部分)的密度偏差减小，从而得到一种相对均质并保留竹青作用的单板条。竹青的利用，还附加能够提高竹材的利用率。随着竹沥的排出，单板条的木质素的相对含量增加，意味着半纤维素在温度的作用下产生化学反应而生成竹沥的功效成分，这使得单板条具有更低的平衡含水率、更低的吸湿性、更好的尺寸稳定性、更为细腻的材质和更高的机械强度。木质素的相对含量的增加还意味着单板条中糖分、淀粉的相对含量的降低，这使得单板条具有防虫、耐腐的性能。当然，作用于竹片的排出竹沥的处理温度越高，单板条的平衡含水率越低。11、作为一种优选的实施方式，所述单板条的宽度为3～8mm，所述单板条的厚度为3～6mm。12、作为一种优选的实施方式，所述竹板材包括多个沿厚度方向层叠拼厚的竹单板，所述竹单板包括多个沿宽度方向横向拼宽的所述单板条；多个所述单板条的纤维方向相同。13、本案的另一个方面提供了一种竹板材的制备方法，至少包括单板条的制备，首先，获得竹筒，所述竹筒包括两段竹壁、以及连接两段竹壁的竹节，剖分所述竹筒以得到竹片；随后，将所述竹片置于一对压力面之间，一对所述压力面均具有120～200℃的温度，一对所述压力面同时自所述竹片的竹青面一侧和竹黄面一侧向所述竹片施加2～4mpa的压力，压力保持直至所述竹片的含水率降至7～15％，以得到所述单板条。14、在上述方法的技术方案中，通过使用相对较低的温度与压力处理竹片，使竹片的含水率降低、糖分等营养物质被排出、形态被展平。借由此，在一个方面，得到的单板条具有更小密度偏差、更高的密度和强度；在另一个方面，得到的单板条可以直接用于制备竹板材而不需要再次设置干燥的工序，也不需要另外进行防霉、防腐的预处理。该方法不使用化学药剂，使生产成本更低，工艺更容易控制。15、具体来说，由于竹材内往往存在大量的水分，形成了热阻，导致在常压下竹材内部的温度难以高于100℃，所以现有技术惯常使用蒸汽处理竹片以软化竹片并提高竹材内部的温度，而非使用热接触的方式。请参考现有技术文献，公开号为cn106881755a，名称为“热压结合蒸汽喷蒸法密实化木材/竹材的方法及密实化木材/竹材”的中国发明专利申请；公开号为cn116619503a，名称为“一种竹材展平工艺”的中国发明专利申请等。然而，一旦经过蒸汽处理的竹片，内部含有大量的水分而难以被压缩仅能够发生展平。并且竹片内部各处的含水率、水蒸气压力、温度基本相同，所以竹片内部的糖分、淀粉等营养物质难以排出。反观本案的技术手段，使用保留了竹节的竹片能够在竹片受热后在竹节处形成较高的含水率、水蒸气压力和温度区域，竹片的两端处形成较低的温度、水蒸气压力区域，从而在竹片的轴向形成自竹节朝向两端的温度梯度和水蒸气压力梯度。在温度梯度和水蒸气压力梯度的驱动下，含竹沥的水分自竹节处向两端迁移、排出，竹片的含水率随之降低、热阻减弱、竹片细胞中与细胞间形成无液态水的空间，进而能够在竹片内部达到120℃以上的温度，即竹材的软化温度，从而随着压力和温度的保持，竹片能够被压缩，同时被展平。16、竹片的竹沥排出过程是通过温度与压力的作用使竹材中的糖分、淀粉等营养物质随水分的迁移而向竹材两端排出的过程，并在该过程中，糖分、淀粉、半纤维素在温度的作用下产生化学反应而生成竹沥的功效成分。因此，竹片在经过排出竹沥的处理后，其中的营养成分随竹沥的提取而被彻底排除，所以单板条具有一定的防腐、防霉性能，由此制得的竹板材相应具有一定的防腐、防霉性能。有竹沥的产生与排出使得本案的技术方案区别与现有技术的竹片热压或者热处理的技术。现有技术的竹片热压或者热处理的明显特征是木质素含量的降低，而在本案中，由于大量半纤维素参与反应形成竹沥而使得木质素的相对含量上升。17、优选的，所述竹片的两端伸出于所述压力面之外，在竹片的两端形成冷端，以扩大温度梯度和水蒸气压力梯度。伸出长度进一步优选为4.5～5.5cm。18、优选的，选用厚度偏差小于±1.5mm的所述竹片，并使用厚度规以限定位于上方的压力面的下压行程，即限定单板条的厚度，为使利用同一厚度的厚度规制作得到的单板条的压缩率在一定范围内。19、作为一种优选的实施方式，所述竹片的自然含水率为60～120％。20、由于竹节的存在，克服了竹片中的水分形成的热阻，所以本案允许使用自然含水率较高的竹片。当竹片在初始状态就具有相对较高的自然含水率时，本案的技术方案能够在竹片的压制与展平过程中同时形成竹沥，并使竹沥在含水率梯度、水蒸气梯度和温度梯度的驱动下随水分排出。相较于现有技术的竹展平技术、热压技术或其它竹材的均质化处理，本案通过排出竹沥的手段处理竹片能够获得含水率的调控、糖分等营养物质被排出、密实化压缩、以及吸湿性降低等方面的有益效果。21、在含水率的调控的方面，通过排出竹沥的手段使单板条的含水率降至7～15％的范围，能够控制单板条的含水率偏差自然地在±0.5％范围内。例如，设定在含水率降至10％的时候结束处理，得到的单板条的含水率为9.5～10.5％。从而，以此得到的单板条在用于制作竹板材之前，不再需要进行二次干燥。22、在糖分等营养物质被排出的方面，竹沥中的有效成份由半纤维素、淀粉等降解形成，当不再有竹沥滴出时，可以认为竹材内部的糖分、淀粉等营养物质被基本排出，所以得到的单板条(以及之后的竹板材)具有一定的防腐、防霉的能力。23、在密实化压缩的方面，随着水分被排出，在竹片内部腾出能够被压缩的空间，所以能够达到最高30％的压缩率，以提高单板条的平均密度，并缩小密度偏差。24、在吸湿性降低的方面，在温度与压力的作用下，特别是随着竹沥的形成，竹沥中的有效成份由半纤维素、淀粉等降解形成，更大量的半纤维素被降解，该过程有效地降低了竹片内部的羟基含量，从而相较于没有竹沥产生的现有技术的处理手段，单板条(以及之后的竹板材)具有更低的平衡含水率。与此同时，半纤维素的降解使得单板条中木质素的相对含量增加，从而能够使单板条的材质更细腻均一，提高了单板条的机械强度和耐腐蚀性能。25、如前所述，本案另一个有益效果是在对竹片实施热压以使其被展平的同时，还能够获得加工副产物——竹沥。本领域技术人员一般认为，竹沥的提取需要相对较高的温度，例如烧制与直火提取的方法。过高的提取温度不仅容易造成生产的安全隐患、增加生产能耗，同时竹材被过度加热会产生大量杂质掺杂在提取到的竹沥中。本技术发明人经过长期试验与研究发现，当竹材受到一定的温度加热后只要结合一定的压力，即使是一个相对较小的压力值，就可以得到与烧制与直火提取等方法接近的竹沥提取量。特别的，该温度应当超过120℃但低于200℃，在此条件下，能够使提取到含有愈创木酚这一有效功能性成分的竹沥，同时几乎不含其它因过热产生的杂质。所以，本案的处理过程更安全、环保、高效，并且能够确保竹沥中有效成分的含量、纯度。26、进一步的，发明人创造性地发现，以竹片的终含水率是否达到设定范围以确定竹片塑性(使密度均匀)、竹沥提取(去除糖分等营养物质)和干燥的过程是否结束，能够更为准确的判断合适、有效的处理时间，意即，当竹片的含水率降至7～15％时，竹片的处理基本结束。并且7～15％的含水率范围与竹板材的使用含水率范围相重合。换言之，竹板材的使用环境所要求的含水率能够直接作为竹片的处理是否结束的判断依据。27、虽然通过竹片的含水率判断热压处理的进度，并以竹片是否达到目标的终含水率判断处理进程是否结束的技术方案更为准确，但处理时间还是可以在一定程度上作为是否需要开始取样测试含水率的一项参考，或者是一些要求不高的情形下的一种便捷判断手段。一对压力面的压力保持时长达到10～30min时，对竹片的热压处理的进程基本结束。在相对较高的温度和压力的提取条件下，一对所述压力面需要保持压力10～15min，便可以完成处理使竹片达到前述的密度范围、均匀度要求。28、最后，上述方法的技术方案制备得到的单板条可以通过指接、层叠压制等工艺手段上述产品的技术方案中的竹板材。29、综上所述，本发明申请公开的一种竹板材及单板条的制备方法至少具有以下优点：30、1、本案的竹板材各处的密度偏差较小、各处的吸湿性相对较低、吸湿性偏差较低，所以能够形成均一的材质，进而获得相对较高的力学强度，同时具有较好的稳定性、不易发生霉腐的现象，也不容易发生因吸湿不均伸缩引起的翘曲、扭曲等变形的问题；31、2、本发明的一种单板条的制备方法通过使用相对较低的温度与压力处理具有部分竹节的竹片以获得稳定性较好、强度较高、防腐防霉并且密度均匀的单板条，并制得具有相应优点的竹板材。该方法不使用化学药剂，使生产成本更低，工艺更容易控制，同时该方法还能以更安全可靠、更高得率的方式获取高纯度、无杂质的竹沥。