一种竹材提取维管束纤维的预处理方法及装置与流程

本发明涉及一种木材化学渗透前的预处理方法及装置，特别涉及一种毛竹或慈竹等竹材中提取维管束竹纤维的预处理方法及装置。

背景技术：

竹纤维，是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维，继棉、麻、毛、丝后的第五大天然纤维。竹原纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能，被广泛运用于服装面料、纸巾制造等材料领域。在提取竹纤维时，通常需对原竹进行软化处理，为后续竹纤维的分离抽丝做预处理。竹材主要由薄壁组织和维管束纤维两大组织所组成，本发明所指维管束竹纤维是直接将竹材中的薄壁组织除去并留下的维管束纤维组织。

经专利检索，没有发现与本发明相同技术的专利报道，与本发明有一定关系的专利文献有以下几个：

1、专利号为cn201110279018.6，名称为“一种用竹子生产竹纤维的预处理工艺”的发明专利，公开了一种用竹子生产竹纤维的预处理工艺。其工艺包括将原竹经筛选、切断、洗涤、破碎为最大直径2-3cm的竹片，将竹片在池中浸泡，浸泡水与竹片的重量份比为4-6∶1，浸泡水混合有naoh和生物酶，naoh加入量是浸泡水重量的1-4％，生物酶加入量为每顿竹子30-70g，所述生物酶是漆酶和木聚糖酶的混合物，漆酶与木聚糖酶的重量份比计90-70∶10-30，浸泡水温度60-80℃，浸泡时间4-8小时，捞出后过分丝机帚化成为细丝状。

2、专利号为cn201710862753.7，名称为“一种可溶性纳米无机物渗入木材的方法及其设备”的发明专利，公开了一种无机物渗入木材的方法及其设备。其方法包括：步骤一：驱水疏通阶段：将带压力的空气顺着木材纤维方向对的一端压入，且从木材纤维方向的另一端排出；步骤二：纳米溶胶渗入阶段：将带压力的纳米溶胶在，沿着木材纤维方向压入木材中，在木材侧面以及背向压入纳米溶胶的端面，压紧一层滤阻尼层，其中的滤阻尼层为多孔高分子板。通过本发明的方法得到的木材，渗入纳米溶胶较为均匀，特别是自制的纳米溶胶，加入的硅烷改性剂，使得溶胶与对于木材的渗透能力更强，更加均匀。

3、专利号为cn201811154272.1，名称为“一种引导式减压-加压浸渍渗透木材的装置与方法”的发明专利。公开了一种引导式减压-加压浸渍渗透木材的装置与方法。其装置包括负压罐体、加压罐体、抽真空系统、加压系统和密封系统，所述抽真空系统与负压罐体的一端连接，所述加压系统与加压罐体连接，待浸渍木材的一端置于负压罐体内，另一端置于加压罐体内，加压罐体内设有浸渍液，中间通过密封系统密封隔离后再与负压罐体、加压罐体密封连接。浸渍时，在压力差的引导作用下，浸渍液能够较快的渗透到木材内部。

上述专利文献虽然都涉及到了竹材渗透软化处理工艺，也提出了一些相应的装置。但对比文件1中的一种用竹子生产竹纤维的预处理工艺，忽略了竹材外表面的竹青以及内表面的竹黄不利于化学试剂的渗透的问题。对比文件2和对比文件3通过物理加压渗透等方法处理竹材，虽然有较好的渗透效果，但工艺且装置结构复杂，成本高昂。因此提出一种高效、快捷的一种木材化学渗透前的预处理方法及装置具有非常重大的意义。

技术实现要素：

本发明主要针对现有竹材提取竹纤维预处理方法及装置的不足，提出一种新的竹材提取维管束纤维的预处理方法及装置，能让化学处理剂高效、快速地渗透到竹材内部，使竹材能全面、快速地化学处理软化，给后续竹纤维的提取提供了条件。

为达到这一目的，本发明提供了一种竹材提取维管束纤维的预处理方法，通过在竹块表面进行刻痕，去除竹材表面的竹青或者竹黄，增大化学试剂与竹材内部的接触面积，使化学处理剂能快速高效地渗透至竹块内部。

进一步地，所述在竹块表面进行刻痕是指在竹块内表面进行刻痕和竹块外表面进行刻痕，或者在竹块外表面或内表面进行刻痕。在竹块外表面刻痕，可去除竹块外表面的竹青，在竹块内表面刻痕，可去除竹块内表面的竹黄。

进一步地，所述在竹块内表面进行刻痕和竹块外表面进行刻痕，或者在竹块外表面或内表面进行刻痕是指纵向刻痕。不同的刻痕方向虽然都能去除竹块表面的竹青和竹黄，但纵向刻痕方向与竹纤维维管束细胞的排列方向一致，能最大程度的保持竹纤维的完整性。

进一步地，因为竹块通常厚度不一，为了适应不同厚度的竹块刻痕，以及简化操作，所述在竹块表面进行刻痕的刻痕深度为控制在2~5mm之间。

进一步地，为了更加高效、简洁地对竹块进行刻痕，在所述竹块表面进行刻痕之前还包含工序：

（1）原竹锯断：因原竹尺寸一般较长，且竹头至竹尾外径尺寸不同，为了简化操作，将原竹锯断为竹头段、竹中段、竹尾段三个部分；

（2）制竹块：因锯断后的竹头段、竹中段、竹尾段的外径不同，为了简化操作，将（1）所得圆筒形竹头段纵向剖分成8~10片长条弧形竹块，竹中段分裂成6-8片弧形竹块，竹尾段分裂成4-6片弧形竹块；

（3）去内节：竹块内表面因有内节存在，不利于内表面的刻痕处理，为了能更有效地对竹块进行后续的刻痕，将（2）所得长条圆弧状竹块去除内表面内节；

（4）竹块整形：原竹经工序（3）处理后形成的竹块为圆弧状，需将竹块进行平整处理，使内外表面形成平面。

本发明根据所涉及的一种竹材提取维管束纤维的预处理方法，还提供一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，通过该装置，能将竹块刻痕操作自动化完成。所述的一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，包括电控柜、机架、驱动装置以及传动系统，所述电控柜安装于机架下方，所述驱动装置安装于电控柜内，在机架上方还安装有竹块刻痕系统，所述驱动装置经传统系统为竹块刻痕系统提供动力。

进一步地，所述的一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，所述竹块刻痕系统包括弧形竹块铣内节装置、弧形竹块整平装置以及竹块刻痕装置，所述弧形竹块铣内节装置的前端有进料口，竹块从进料口进入依次经过弧形竹块铣内节装置、弧形竹块整平装置最终经过竹块刻痕装置被刻痕后送出。

进一步地，所述的一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，所述竹块刻痕装置包含一对平行刻痕压辊以及变位齿轮，固定的刻痕下压辊为主动轮，并通过变位齿轮带动可上下移动的刻痕上压辊，可上下移动的刻痕上压辊，能调节上刻痕下压辊的间隙，从而根据竹块的厚度控制刻痕的深度。上下压辊在运转时呈对向滚动，竹块在经过上下压辊时在刻痕的同时，能沿上下压辊的滚动方向运动，使得竹块在刻痕后能自动送出刻痕装置。

进一步地，所述的一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，在所述刻痕下压辊上安装钢钉尖可对竹块内表面进行刻痕，在所述刻痕上压辊上安装钢钉尖可对竹块外表面进行刻痕。

进一步地，所述的一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，通过改变安装在上刻痕下压辊的钢钉尖排列方式，可对竹块进行不同方向的刻痕。通过将安装在所述刻痕下压辊或刻痕上压辊的钢钉尖布置为梅花状，设置每排钢钉之间的间距在10-20mm之间，可将竹块内或外表面进行纵向刻痕。因竹块的竹纤维维管束细胞的排列方向为纵向排列，对竹块进行纵向刻痕能最大程度的保持竹纤维的完整性。

进一步地，弧形竹块整平装置和竹块刻痕装置上的压辊具有相同的转速，且竹块刻痕装置上的刻痕压辊外径与弧形竹块整平装置上的压辊外径相等。通过相同转速相同外径的压辊，使竹块在整平及刻痕时受力均匀。

附图说明

图1为整体结构示意图；

图2为竹块铣内节装置结构示意图；

图3为弧形竹块整平装置结构示意图；

图4为竹块刻痕装置结构示意图；

图例说明：1：减速器，2：电控柜，3：机架，4：竹块纵向刻痕装置，5：弧形竹块整平装置，6：弧形竹块铣内节装置，7：小电动机，8：大电动机，9：进料口，10：弧形铣刀，11：刀轴，12.皮带传动，13：整平下压辊，14：变位齿轮，15：整平上压辊，16：整平反向止推锁紧手柄，17：整平压辊间隙调节手柄，18：链传动，19：刻痕反向止推锁紧手柄，20：刻痕压辊间隙调节手柄，21：刻痕上压辊，22：刻痕下压辊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明。

实施例一：对竹块内外表面进行纵向刻痕，刻痕深度控制在2-5mm。

通过附图可以看出，本发明涉及一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，包括电控柜2、机架3、驱动装置以及传动系统，所述电控柜2安装于机架3下方，所述驱动装置安装于电控柜2内，在机架上方还安装有竹块刻痕系统，所述驱动装置经传统系统为竹块刻痕系统提供动力。所述的驱动装置包括大电动机8和小电动机7。所述的竹块刻痕系统包括弧形竹块铣内节装置6、弧形竹块整平装置5、以及竹块刻痕装置4。所述的传动系统包括减速器1、皮带传动12、链传动18以及变位齿轮14。所述安装在机架上部的小电动机7直接通过皮带传动12，驱动弧形竹块铣内节装置将竹块的内节去掉，再通过大电动机8、减速器1、链传动18驱动弧形竹块整平装置将长条状弧形竹块整平，平整后的竹块通过同样由大电动机8、减速器1、链传动18驱动的竹块刻痕装置在竹块上或下两个表面进行刻痕。

所述竹块刻痕系统包括弧形竹块铣内节装置6、弧形竹块整平装置5以及竹块刻痕装置4，所述弧形竹块铣内节装置5的前端有进料口9，竹块从进料口9进入依次经过弧形竹块铣内节装置6、弧形竹块整平装置5最终经过竹块刻痕装置4被刻痕完成后送出。

所述的弧形竹块铣内节装置6还包括弧形铣刀10。因为竹子是圆筒状，通过剖竹机纵向开成竹条后，其断面形状是弧形，因此要尽可能地多去掉竹内节，就需要将弧形竹块铣内节装置6的内刀片设计成弧状。

所述的弧形竹块整平装置5设计为一对平行压辊，固定的整平下压辊13为主动轮，并通过变位齿轮14带动可上下移动的整平上压辊15，两个压辊外表面均加工出了1-2mm深的网纹，有利于加大竹块两表面与压辊之间的摩擦力，实现驱动竹块向前运动，同时调节整平压辊间隙调节手柄17能通过移动整平上压辊15来实现两压辊之间的间隙调节。

所述竹块刻痕装置4包含一对平行刻痕压辊以及变位齿轮，固定的刻痕下压辊22为主动轮，并通过变位齿轮14带动可上下移动的刻痕上压辊21，可上下移动的刻痕上压辊21，能调节上刻痕下压辊的间隙，从而根据竹块的厚度控制刻痕的深度，以适应不同厚度的竹块刻痕要求。上下压辊在运转时呈对向滚动，竹块在经过上下压辊时在刻痕的同时，能沿上下压辊的滚动方向运动，使得竹块在刻痕后能自动送出刻痕装置。

所述的竹块刻痕装置4，可在光压辊表面钻孔后再植入钢钉尖方式在每个刻痕压辊外表面安装钢钉尖。所述刻痕下压辊22上安装钢钉尖对竹块内表面进行刻痕，在所述刻痕上压辊21上安装钢钉尖对竹块外表面进行刻痕。

通过改变安装在上刻痕下压辊的排列方式，可对竹块进行不同方向的刻痕。通过将安装在所述刻痕下压辊或刻痕上压辊的钢钉尖布置为梅花状，钢钉尖均匀分布并突出高度5-10mm，设置每排钢钉之间的间距在10-20mm之间，而且上下两刻痕压辊的钢钉尖位置相应错位5-10mm。通过此种钢钉尖排列方式可将竹块内或外表面进行纵向刻痕。因竹块的竹纤维维管束细胞的排列方向为纵向排列，对竹块进行纵向刻痕能最大程度的保持竹纤维的完整性。

由于竹子有大有小、竹壁有厚有薄，因此弧形竹块整平装置5、竹块刻痕装置4均要有压辊之间的间隙调节装置，并设有刻度盘，有利于在加工不同大小竹材时进行分级调节。

而且单根竹条沿长度方向上厚薄逐渐变化，因此弧形竹块整平装置5、竹块刻痕装置4的上压辊都装有缓冲弹簧。通过所述的间隙调节装置以及缓冲弹簧，可将竹块表面的刻痕深度控制在2-5mm，此范围的刻痕深度可满足绝大部分厚度不一的竹块刻痕要求。

工作时：大电动机8通过减速器1进行减速后，再通过链传动18带动变位齿轮14，共有3组变位齿轮分别驱动弧形竹块整平装置5中的整平下压辊13和整平上压辊15，同时驱动竹块刻痕装置4中的刻痕上压辊21和刻痕下压辊22。小电动机7通过皮带传动12单独驱动弧形竹块铣内节装置6中的刀轴11，从而带动弧形铣刀10高速旋转。竹青面朝上竹黄面朝下，将弧形竹块从进料口9喂入，通过弧形竹块铣内节装置6中的高速旋转弧形铣刀10去掉弧形竹块的竹内节，进入弧形竹块整平装置5中的整平下压辊13和整平上压辊15之间后，弧形竹块被辗压整平，平整的竹块再进入竹块刻痕装置4中的刻痕上压辊21和刻痕下压辊22之间后，被刻痕上压辊21和刻痕下压辊22上面布置的钢钉分别从上下两面轧入而刻痕，平整的竹块上面（竹青）和下面（竹黄）都会留有呈梅花状分布的纵向小孔刻痕。带有纵向刻痕的平整竹块有利于化学处理剂的浸渍和渗透。

实施例二：对竹块外表面进行纵向刻痕，刻痕深度控制在2-5mm。

实施例二与实施例一不同之处在于将竹块刻痕装置4的刻痕上压辊21安装钢钉尖，刻痕下压辊22采用光压辊，竹块在经过竹块刻痕装置4时，只对竹块的外表面进行纵向刻痕。

实施例三：对竹块内表面进行纵向刻痕，刻痕深度控制在2-5mm。

实施例三与实施例一不同之处在于将竹块刻痕装置4的刻痕上压辊21采用光压辊，刻痕下压辊22安装钢钉尖，竹块在经过竹块刻痕装置4时，只对竹块的内表面进行纵向刻痕。

实施例四：对竹块内表面进行其他方向的刻痕，刻痕深度控制在2-5mm。

实施例四与实施例一、实施例二、实施例三不同之处在于，通过将竹块刻痕装置4的刻痕上下压辊的钢钉尖排列为螺旋状或者其他排列方式，可对竹块进行横向、斜向及其他方向的刻痕。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例可看出本发明还涉及一种木材化学渗透前的预处理方法。在对竹块进行刻痕前先将原竹锯断：因原竹尺寸一般较长，且竹头至竹尾外径尺寸不同，为了简化操作，将原竹锯断为竹头段、竹中段、竹尾段三个部分。

原竹锯断后制竹块：因锯断后的竹头段、竹中段、竹尾段的外径不同，为了简化操作，所得圆筒形竹头段纵向剖分成8~10片长条弧形竹块，竹中段分裂成6-8片弧形竹块，竹尾段分裂成4-6片弧形竹块；

制竹块之后去内节：将制的竹块竹青面朝上竹黄面朝下送入竹块铣内节装置6的进料口9，去除竹块内表面内节。

去内节后竹块整形：竹块经铣内节装置6去除内节后，向前运动至弧形竹块整平装置5，通过弧形竹块整平装置5的上整平下压辊将竹块平整并向前运动至竹块刻痕装置4。根据竹头段、竹中段、竹尾段的竹块外径，分别调节弧形竹块整平装置5上的压辊间隙调节装置，使竹块以最适合的间隙进行碾压平整

最后进行竹块刻痕：竹块运动至竹块刻痕装置4时，经过上刻痕下压辊后，在竹块的内或外表面同时进行纵向的刻痕。通过将刻痕上压辊21安装钢钉，下刻痕压辊22用光压辊，可对竹块的外表面进行刻痕。通过将刻痕下压辊22安装钢钉，上刻痕压辊21用光压辊，可对竹块的内表面进行刻痕。通过安装在竹块刻痕装置4的上刻痕下压辊的梅花状分布的钢钉尖，钢钉尖均匀分布并突出高度5-10mm，每排钢钉之间的间距在10-20mm之间，而且上下两刻痕压辊的钢钉尖位置相应错位5-10mm，实现竹块的纵向刻痕。通过将钢钉呈螺旋状分布，可对竹块进行其他方向的刻痕。并通过竹块刻痕装置4的间隙调节装置，使刻痕深度控制在2-5mm。

本发明的优点在于：

1、提出了一种一种竹材提取维管束纤维的预处理方法，通过将竹块的内或外表面进行刻痕，增大了化学试剂与竹块的接触面积，破坏了竹青和竹黄，能使化学试剂快速渗透至竹块内部，提高竹纤维提取前竹块预处理的效率。其中对竹块内外表面同时进行纵向刻痕，能最大程度保持竹纤维维管束细胞的完整性，同时能实现竹块渗透效率最大化。

2、本发明还提出了一种竹材提取维管束纤维的预处理装置，通过该装置能将竹块去内节、整平、刻痕等工序自动化完成，通过改变刻痕装置的压辊结构能实现对竹块内或外表面进行刻痕，通过改变刻痕压辊上的钢钉排列能改变刻痕的方向。竹块整平装置及竹块刻痕装置的上下压辊可调整间隙，可对不同厚度的竹材进行刻痕，并能调整刻痕的深度。该装置操作简便、成本低、灵活性高，能自动化地将不同厚度的竹块进行不同方向、不同厚度的刻痕。