一种竹丝分级循环干燥方法及其制得的重组竹和应用
阅读说明：本技术 一种竹丝分级循环干燥方法及其制得的重组竹和应用 (Bamboo filament grading circulation drying method, recombined bamboo prepared by same and application of recombined bamboo ) 是由 涂登云 梁尔珊 胡传双 周桥芳 周嘉华 王先菊 关丽涛 林秀仪 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于竹加工技术领域,公开了一种竹丝分级循环干燥方法及其制得的重组竹和应用,该方法是将两批新鲜的竹丝材堆A和B分别运至干燥窑的热干室和冷干室中,热干室和冷干室彼此相邻,由热干室中热泵干燥系统排出的低湿冷风进入冷干室,在冷干室中经送风机对竹丝材堆B进行冷干保质处理；待竹丝材堆A处理后转运出热干室,然后将冷干竹丝材堆B转运至热干室中进行干燥处理；将待处理的新鲜竹丝材堆均放置在冷干室中,依次按照冷干室和热干室的条件进行循环处理,实现竹丝材堆的分级循环干燥。该方法将干燥周期缩短35～128％,干燥能耗降低13～33％,具有生产能耗低,生产效率高,可实现重组竹地板大规模连续化生产的优势。(The invention belongs to the technical field of bamboo processing, and discloses a bamboo filament grading circulation drying method, a prepared recombined bamboo and application thereof, wherein the method comprises the steps of respectively conveying two batches of fresh bamboo filament piles A and B into a hot drying chamber and a cold drying chamber of a drying kiln, wherein the hot drying chamber and the cold drying chamber are adjacent to each other, low-humidity cold air discharged by a heat pump drying system in the hot drying chamber enters the cold drying chamber, and the cold drying quality guarantee treatment is carried out on the bamboo filament pile B in the cold drying chamber by a blower; after the bamboo filament material pile A is treated, the bamboo filament material pile A is transferred out of the hot dry chamber, and then the cold dry bamboo filament material pile B is transferred into the hot dry chamber for drying treatment; and (3) placing the fresh bamboo filament material piles to be treated in the cold drying chamber, and performing circulating treatment according to the conditions of the cold drying chamber and the hot drying chamber in sequence to realize the grading circulating drying of the bamboo filament material piles. The method shortens the drying period by 35-128%, reduces the drying energy consumption by 13-33%, has the advantages of low production energy consumption and high production efficiency, and can realize large-scale continuous production of the recombined bamboo floors.)
技术领域
本发明属于重组竹生产及加工工艺技术领域，更具体地，涉及一种竹丝分级循环干燥方法及其制得的重组竹和应用。
背景技术
重组竹地板具有优良的力学性能和绿色环保特性，兼具耐水、防腐等性能，与水泥、钢铁和塑料相比是典型的低碳材料，符合建筑结构对绿色低碳材料的要求，它的出现为竹材的建材化利用开辟了广阔的发展空间。然而，竹丝作为一种生物质材料，内部含有丰富的淀粉、可溶性糖和蛋白质等营养物质，在干燥前的储存中极易发生霉变，竹丝霉变不仅影响重组竹的外观，还可能带来健康上的风险，从而对重组竹生产企业造成经济损失及质量信誉危机。此外，随着重组竹地板市场竞争的加剧，原竹价格和劳动力成本不断提高，通过探索一种高效、节能的生产工艺降低重组竹的生产成本尤为迫切，竹丝干燥工序是大多数微小企业的重点耗能工序，企业一般采用60～90℃对竹丝进行恒温干燥，干燥至含水率为7～8％需24h，反映出干燥工序耗时长且能耗大的问题，极大限制了高效节能重组竹地板的大规模生产。
目前，国内外对于竹丝干燥方面的研究报道较少，且主要针对竹材的材性进行研究，极少涉及干燥效率及其能耗方面。2016年，中国专利CN105666623A公开了一种重组竹竹丝的干燥方法，具体实现步骤如下：捆扎好的竹丝转入PH值为9～13、质量分数为10％的碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液中进行浸渍处理1.5～2h，接着自然脱水25～40min，在130～170℃、压力2.7～4.5MPa条件下碳化处理2.5～4.5h，最后经60～70℃干燥处理至竹丝含水率为6～12％。该方法能解决现有的重组竹竹丝干燥周期长、易霉变等问题，然而，该方法同时也存在干燥工序复杂，不利于生产能耗的降低等问题。2019年，中国专利CN110940152A公开了一种竹材微波快速连续干燥方法，具体实现步骤如下：含水率为60～120％的竹制品加工原料经疏解、拉丝等工序后在微波功率10kW～200kW、微波源频率为915MHz或2450MHz、微波处理速度为1m/min～10m/min条件下干燥至含水率为20～40％，经平衡处理后通过干燥窑工艺或气干方式使竹材的含水率降为8～15％。该方法虽有效缩短竹材干燥时间，但是对于大多数微小企业来说，获得生产设备的成本较高，且未能解决竹丝干燥前储存时出现的发酵发霉问题，因此该方法尚存在不足。为避免竹丝储存时出现发霉现象，并提高重组竹的生产效率和降低干燥能耗，亟需对竹丝干燥工艺进行改进。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明首先提供一种竹丝分级循环干燥方法，该方法可实现防发酵防发霉、快速干燥、能耗低的竹丝保质分级干燥。
本发明提供的另一目的在于上述方法制得的竹丝加工成重组竹。
本发明提供的再一目的在于上述重组竹的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种竹丝分级循环干燥方法，具体包括以下具体步骤：
S1.将两批新鲜的竹丝材堆A和B分别运至干燥窑的热干室和冷干室中，所述热干室和冷干室彼此相邻，热干室中设有热泵干燥系统，所述冷干室中设有送风机，在热干室中竹丝材堆A与热干室内壁的距离为0.2～0.3m，热干室的热风温度设定为85～95℃，循环风机的风速设定为3～4.99m/s，干燥至含水率为20～25％，然后调节热干室的热风温度至75～85℃，循环风机的风速调整为2～2.99m/s，将竹丝材堆A经二级干燥处理至含水率为7～10％，转运出热干室；
S2.由热干室中热泵干燥系统排出的低湿冷风进入冷干室，在冷干室中，经送风机对竹丝材堆B进行冷干保质处理；所述低湿冷风的温度比室温低5～8℃，相对湿度为30～40％；所述送风机的风速为5～8m/s，使冷干室内各区域的风速分布偏差小于0.5m/s，竹丝材堆B冷干至含水率为40～45％；
S3.待步骤S1完成处理竹丝材堆A后转运出热干室，然后将步骤S2处理的冷干竹丝材堆B转运至热干室中进行干燥处理；
S4.然后将待处理的新鲜竹丝材堆均放置在冷干室中，先按照步骤S2的条件处理后转运至热干室，再按照步骤S1的条件处理，依次进行循环处理，实现竹丝材堆的分级循环干燥。
优选地，步骤S1中所述冷干室的规格为长×宽×高＝(3.8～4.6)m×(2.6～3.6)m×(2.6～3.6)m，所述热干室的规格为长×宽×高＝(3.5～4.5)m×(2.5～3.5)m×(2.5～3.5)m。
优选地，步骤S1中所述的竹丝为毛竹、青皮竹或慈竹中的一种以上。
优选地，步骤S1中所述的热风温度为90℃，步骤S2中所述的热风温度为80℃。
优选地，步骤S1～S4中所述竹丝材堆的规格为长×宽×高＝(1.4～2)m×(0.9～1.5)m×(2.1～3.1)m；所述竹丝材堆用15～25mm厚的隔条将竹丝逐层码放。
优选地，步骤S1、S2和S4中所述竹丝的初含水率为60～90％。
优选地，步骤S3中所述的室温为≥12℃。
一种重组竹，所述重组竹是由所述的方法制得的竹丝加工而成。
优选地，所述重组竹的密度为1.05～1.2g/cm3，静曲强度为140～160MPa，吸水宽度膨胀率≤3％，吸水厚度膨胀率≤10％。
所述的重组竹在地板、家具或墙体装饰领域中的应用。
本发明方法充分利用干燥系统排放的低湿冷风对新鲜竹材进行冷干保质，有效避免新鲜竹材在存放过程中出现的发酵发霉现象，保证了新鲜竹材在存放过程中的质量，确保竹材力学强度，并克服了现有干燥设备废弃气体大量浪费的弊端；根据含水率对竹材进行分级干燥，与采用60～100℃的恒温干燥相比，干燥周期可缩短35～128％，干燥能耗降低13～33％，具有生产能耗低，生产效率高，可实现重组竹地板大规模连续化生产的优势。由采用分级干燥技术的竹丝所制得的重组竹具有较高的密度、强度以及耐水性，各项性能均满足相关标准的要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明充分利用干燥时热泵干燥系统中的蒸发器排出的低湿冷风对高含水率竹丝进行冷干保质处理，冷干室不需设置窑门，为开放式结构，以确保通过大风速迅速吹走竹丝蒸发出来的水分，保持冷干室较低的湿度，能够在保证竹丝干燥前不发酵不发霉的同时，充分回收利用干燥系统排放的气体保质干燥，为企业生产高质量产品、实现能源高效利用提供可能。竹丝经冷干保质后，防发酵防发霉能力大幅提高，从而保证了重组竹的外观质量及产品安全。
2.本发明利用干燥窑含水率分级干燥技术对竹丝内部自由水及结合水进行针对性快速干燥，针对竹材内不同的水分性质，采用不同的干燥温度和风速，在不影响重组竹后续生产工艺及成品性能的前提下，实现竹丝的高效节能干燥，克服了干燥工艺复杂、干燥周期长且能耗高的技术问题，可实现连续化生产，具有良好的经济效益。
3.本发明制得的重组竹的密度为1.05～1.2g/cm3，静曲强度为140～160MPa，吸水宽度膨胀率≤3％，吸水厚度膨胀率≤10％，可以应用在地板、家具或墙体装饰等领域。
附图说明
图1为本发明竹丝保质分级干燥窑的俯视结构示意图。
图2为本发明中竹丝在送料车中码放的结构示意图。
图3为本发明的竹丝干燥车间布局的俯视结构示意图。
图4为实施例1中采用分级干燥与恒温干燥两种方式处理竹丝的干燥速率与能耗对比图。
具体实施方式
下面将以具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明竹丝保质分级干燥窑，如图1所示，其包括竹丝冷干室以及与冷干室相连的竹丝热干室，所述竹丝冷干室的尺寸为长3.8～4.6m，宽2.6～3.6m，高2.6～3.6m，所述竹丝热干室的尺寸为3.5～4.5m，宽2.5～3.5m，高2.5～3.5m，所述竹丝冷干室中设有送风机21；所述竹丝热干室一侧安装有热泵干燥系统15以实现高低温分级干燥，所述热泵干燥系统15中的蒸发器13与冷干室连通以实现冷干室中竹丝的低温风干保质，所述冷干室为一面开放空间；所述竹丝热干室中四个转角设置有用于气体均匀分布的导流板11，所述竹丝热干室一侧固定有吊挂大门14，所述热干室的热泵干燥系统15连接于排水管12，箭头方向为空气流动方向，所述竹丝由送料车运往干燥窑。
本发明采用上述干燥窑对竹丝进行分级循环干燥，其方法包括以下具体步骤：
(1)一级干燥：使用15mm厚的隔条，将尺寸为500(L)×110(W)×10(T)mm，平均含水率为75％的毛竹竹丝逐层码放于送料车上，运至热干室中。竹丝材堆的规格为长1.5m×宽1.1m×高2.7m，与热干室内壁的距离为0.3m。热干室中的热泵干燥系统的热风温度调整为90℃，循环风机风速调整为3.5m/s，干燥1.5h。
(2)二级干燥：当热干室中的竹丝含水率降为22％时，调整热泵干燥系统的热风温度为80℃，调整循环风机的风速为2.5m/s，干燥至竹丝的含水率降为8％，二级干燥时间为1.1h，竹丝转运出热干室。
(3)冷干保质：使用15mm厚的隔条，将尺寸为500(L)×110(W)×10(T)mm，平均含水率为75％的第二批毛竹竹丝逐层码放于送料车上，推入冷干室中，竹丝材堆的规格为长1.5m×宽1.1m×高2.7m。室温为18℃。热干室中的热泵干燥系统排向冷干室中的低湿冷风温度为12℃，相对湿度为34％，送风机的风速调整为6m/s，各区域的风速分布偏差小于0.5m/s。竹丝冷干至含水率为42％，冷干时间为2.6h。待步骤(2)中首批竹丝的二级干燥完成后将冷干竹丝由送料车推送至热干室依次进行一级干燥与二级干燥处理。
(4)第二及以后批次的竹丝按(3)(1)(2)步骤进行处理，得到干燥处理后的竹丝，所述竹丝的含水率为7～10％。记录每一批竹丝在热干室中的平均干燥速率及总能耗。
干燥处理后的竹丝经过浸胶、胶后干燥、组坯热压等工艺制成尺寸为500mm×440mm×25mm的重组竹。重组竹锯截成尺寸规格为50mm×50mm×25mm，450mm×50mm×25mm的标准试件用做耐水性、静曲强度及弹性模量测定。并采用动态水分吸附仪(DVSintrinsic,Surface Management Systems,United Kingdom)与傅立叶变换红外光谱仪(Spectrum 100,Science,China)分别测定竹束的动态水分吸附特性与重组竹的化学成分。将干燥处理后的竹丝浸渍于酚醛树脂中并控制其浸胶量为10～12％，浸胶后的竹丝在70℃下干燥至含水率为12～14％后进行人工组坯所得坯料，该坯料在140℃下热压制得重组竹。所述重组竹的密度为1.05～1.2g/cm3，静曲强度为140～160MPa，吸水宽度膨胀率≤3％，吸水厚度膨胀率≤10％。
结果表明：竹丝采用分级干燥与恒温干燥的速度与能耗对比情况：在竹束的含水率降为8％的过程中，分级干燥的速度介于80～90℃之间，为16.5％/h，比最低值60℃的干燥速度提高了128％，且其总能耗最低，为331kW·h/t，比最高值60℃的总能耗降低了33％。重组竹的耐水性能均可达到GB/T 30364-2013《重组竹地板》室外用重组竹地板的相关标准，即试样的吸水宽度膨胀率小于3％，吸水厚度膨胀率小于10％，吸水宽度膨胀率测定试件达到优良产品等级，吸水厚度膨胀率测定试件达到合格产品等级。重组竹的静曲强度满足GB/T20241-2006《单层板积材》结构用单板层积材的优等品指标67.5MPa，弹性模量达到结构用单板层积材的140E级别。本发明所采用的处理工艺对浸胶竹束在常温贮存过程中的平衡含水率影响不大，不会对胶后干燥的陈放工序产生影响，对重组竹的化学成分并没有明显影响。
图2为本发明中竹丝在送料车中码放的结构示意图。从图2可知，选用竹丝为毛竹、青皮竹或慈竹等竹材。所述竹丝材堆的规格为长×宽×高＝(1.4～2)m×(0.9～1.5)m×(2.1～3.1)m；所述竹丝在送料车上使用15～25mm厚的隔条逐层码放。图3为本发明重组竹用竹丝干燥车间布局的俯视结构示意图。从图3中可知，冷干室和热干室通过蒸发器13相通，可根据企业干燥需求适当增减冷干室与热干室的数量。图4为实施例1中采用分级干燥与恒温干燥两种处理竹丝方式的干燥速率与能耗对比图。其中，(a)为分级干燥与恒温干燥的干燥速度，(b)为分级干燥与恒温干燥的干燥能耗；条纹柱状为分级干燥，空白柱状为恒温干燥。从图4中可知，分级干燥的速度在80～90℃之间时为16.5％/h，比最低值60℃的干燥速度提高了128％，且其总能耗最低为331kW·h/t，比最高值60℃的总能耗降低了33％，说明分级干燥的速度较高且总能耗最低。
本发明方法充分利用干燥系统排放的低湿冷风对新鲜竹材进行冷干保质，有效避免新鲜竹材在存放过程中出现的发酵发霉现象，保证了新鲜竹材在存放过程中的质量，确保竹材力学强度，并克服了现有干燥设备废弃气体大量浪费的弊端；根据含水率对竹材进行分级干燥，与采用60～100℃的恒温干燥相比，干燥周期可缩短35～128％，干燥能耗降低13～33％，具有生产能耗低，生产效率高，可实现重组竹地板大规模连续化生产的优势。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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