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南京林业大学竹材高效利用研究生团队:用“科技竹”铺就致富路

作者: 发布时间:2021-09-17 来源:

  南京林业大学竹材高效利用研究生团队成立于2008年,总参与硕、博研究生逾30人。十三年来,在南京林业大学材料科学与工程学院张齐生院士、李延军教授等人的指导下,团队成员每年前往江西、福建、浙江、湖南等竹资源大省相关竹木企业工厂实地实践,通过实验室试验探求最佳工艺,工厂小试、中试,突破了竹材高效无裂纹展平技术、高性能竹基纤维复合材料制造创新技术并均实现产业化推广应用。实践取得了良好的经济效益和社会效益,对竹民增收、带动就业、节约森林资源和保护生态环境具有重大意义。团队始终秉持着学思结合、知行合一的思想,始终保持永不懈怠的精神状态和一往无前的奋斗姿态,用具体的实践行动为构建社会主义和谐社会贡献自己的一份力量。

    竹材高效无裂纹展平技术

  针对我国传统的竹片加工方式存在出材率低、机械化程度低等瓶颈问题,南京林业大学竹材高效利用研究生团队在材料学院张齐生院士、李延军教授、娄志超副教授的指导下,先后前往江西奔博科技发展有限公司、海之龙竹制品加工专业合作社、宜丰县永安建材有限公司等公司实地实践,把所学理论付诸于实践。

  竹材软化机理研究方面:

  团队成员通过探究水热、油热、微波和饱和蒸汽四种软化方式对毛竹材的作用,综合对比软化前后毛竹材的含水率和力学强度的变化情况,认为最适宜的软化方式为饱和蒸汽热处理。同时,团队成员从展平竹板的性能出发,重点研究软化工艺、毛竹理化性能、微观构造及玻璃化转变温度之间的变化关系,完善毛竹材的软化展平机理。

  竹材展平机理研究方面:

  团队在前期实践过程发现,化学成分的不同,竹材分为竹青、竹肉和竹黄三部分。其中,靠近竹壁外侧,维管束小而密,基本组织含量较少的为竹青;从竹青到竹肉再到竹黄,维管束逐渐变大,但其数量减少且分布逐渐稀疏。因此,竹材的力学强度从外到内逐渐降低:竹青层密度大,硬度高,不易压缩;而竹黄层松软,易被拉伸,发生开裂。这是竹材展平时易开裂的主要原因。

  为了解决以上问题,团队多次前往杭州庄宜家具有限公司,通过实地探究及长达数月的实地实践,先后提出了“先破竹筒节隔后浮动铣削内节”和“浮动铣削去除竹青和竹节”等技术去除竹材内外节和竹青,减小竹材结构差异。目前已与杭州庄宜家具有限公司合作研制出生产用竹筒高效浮动式去青机、竹筒去内节机,解决了尖削度和弯曲度共存的圆竹快速去除内节、竹青层的技术瓶颈,显著提高了工作效率。此外,团队研发了竹材刨削展平一体机设备,可以将竹片整型、去青、去黄和展开多道工序集成化,通过整型处理的竹片容易确定刨削基准面,调节组合刀片与基准面间距可以对不同厚度竹片进行刨削展平一体化处理,并精确控制刨削量,实现无裂纹无刻痕竹展平的高效生产。

  在生产中试试验中,项目团队还因地制宜,加强对竹筒自身的壁厚S、直径D参数进行分析和研究。研究原竹的竹径、壁厚、部位等自然形貌特征,分析不同竹龄、不同部位竹材物理力学性能,建立原竹分类分等标准,以解决了不同壁厚原竹开发不同产品的对标分等问题,实现竹材的高效利用和原态价值最大化。    

  根据分类分等标准,团队制定了不同的选材和软化展平工艺:如厚度较大的竹材取短料延长软化时间,采用横向展平方法做砧板原材料;厚度适中的长竹筒软化时间适宜,采用纵向展平方法做竹地板、竹家具板等原材料,大大提高展平竹板材的出材率。经过南京林业大学竹材高效利用研究生团队共同努力及多次实地实践,突破了竹材“高温高湿软化—应力释放展平”、竹材高效定量去节去青等关键技术及装备,实现了竹材的高效无裂纹展平,竹材出材率达到60-70%,解决了毛竹材加工中存在的资源利用率低和机械自动化程度低等问题。

  目前,竹材高效无裂纹展平技术成果已先后在江西奔博科技发展有限公司、海之龙竹制品加工专业合作社、江西庄驰家居有限公司等10多家企业推广应用。近月来,在南京林业大学材料学院苏浩副书记、娄志超副教授及徐晔晗老师的引领下,团队与上市公司圣象集团领导们介绍了竹材高效无裂纹展平技术并进行了多次密切讨论,共同探讨了未来的合作方向,并达成合作共识,进一步实现实践成果转化。

  实践取得良好的经济效益和社会效益,对竹民增收、带动就业具有重大意义。

  高性能竹基纤维复合材料制造技术

  除出材率低、机械化程度低问题外,因竹产品多数仍属于劳动密集型且资源消耗较多的产品,存在产品同质化严重等问题,其根源是传统技术存在竹材必需去除青黄才能有效胶合、难以单板化利用等瓶颈技术。针对这些产业问题和技术瓶颈,本研究生团队在张齐生院士、李延军教授及中国林业科学院于文吉老师等专家的指导下,多次前往福建建瓯市吉丰竹业有限公司、福建京明晟林业科技有限公司实地实践。团队成员在传统竹重组材制造工艺的基础上,通过实验室测试热处理前后竹束结晶度、官能团、形貌特征及力学强度变化,探究了不同工艺对竹束单元产生的影响,克服常压空气热处理出现的材料易燃、强度下降大、生产周期长等缺陷;通过对现有的竹束碾压疏解设备和技术的改进,创制高温高压蒸汽热处理装备,实现竹束单元材料高效、节能、无污染的改性处理,提高其尺寸稳定性及生物耐久性;通过调整酚/醛摩尔比、添加改性剂、改变投料方式,设计活性基团加成反应位置和缩聚反应速度,控制酚醛树脂的支化度及空间结构等方法,实现竹束单元的充分、高效施胶;通过对竹束喷蒸加热软化和固化成型等技术集成,开发出高性能竹基纤维复合材料。该技术使得竹材的一次利用率从50%提高到90%,施胶量降低15%,能耗降低15%。通过专利技术实施许可,在全国建成户外竹重组材、户外原竹高效热处理、定向重组竹集成材生产线近20条,取得了良好的经济效益和社会效益。

  未来,团队将始终秉持“以竹代木”的绿色低碳发展理念,围绕现代竹产业创新驱动和产业升级需求,增加优质竹产品有效供给,提高竹资源利用效益,提升竹产业发展水平与质量,不断推进团队实践成果。

责任编辑:耿美琳

南京林业大学竹材高效利用研究生团队:用“科技竹”铺就致富路
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  南京林业大学竹材高效利用研究生团队成立于2008年,总参与硕、博研究生逾30人。十三年来,在南京林业大学材料科学与工程学院张齐生院士、李延军教授等人的指导下,团队成员每年前往江西、福建、浙江、湖南等竹资源大省相关竹木企业工厂实地实践,通过实验室试验探求最佳工艺,工厂小试、中试,突破了竹材高效无裂纹展平技术、高性能竹基纤维复合材料制造创新技术并均实现产业化推广应用。实践取得了良好的经济效益和社会效益,对竹民增收、带动就业、节约森林资源和保护生态环境具有重大意义。团队始终秉持着学思结合、知行合一的思想,始终保持永不懈怠的精神状态和一往无前的奋斗姿态,用具体的实践行动为构建社会主义和谐社会贡献自己的一份力量。

    竹材高效无裂纹展平技术

  针对我国传统的竹片加工方式存在出材率低、机械化程度低等瓶颈问题,南京林业大学竹材高效利用研究生团队在材料学院张齐生院士、李延军教授、娄志超副教授的指导下,先后前往江西奔博科技发展有限公司、海之龙竹制品加工专业合作社、宜丰县永安建材有限公司等公司实地实践,把所学理论付诸于实践。

  竹材软化机理研究方面:

  团队成员通过探究水热、油热、微波和饱和蒸汽四种软化方式对毛竹材的作用,综合对比软化前后毛竹材的含水率和力学强度的变化情况,认为最适宜的软化方式为饱和蒸汽热处理。同时,团队成员从展平竹板的性能出发,重点研究软化工艺、毛竹理化性能、微观构造及玻璃化转变温度之间的变化关系,完善毛竹材的软化展平机理。

  竹材展平机理研究方面:

  团队在前期实践过程发现,化学成分的不同,竹材分为竹青、竹肉和竹黄三部分。其中,靠近竹壁外侧,维管束小而密,基本组织含量较少的为竹青;从竹青到竹肉再到竹黄,维管束逐渐变大,但其数量减少且分布逐渐稀疏。因此,竹材的力学强度从外到内逐渐降低:竹青层密度大,硬度高,不易压缩;而竹黄层松软,易被拉伸,发生开裂。这是竹材展平时易开裂的主要原因。

  为了解决以上问题,团队多次前往杭州庄宜家具有限公司,通过实地探究及长达数月的实地实践,先后提出了“先破竹筒节隔后浮动铣削内节”和“浮动铣削去除竹青和竹节”等技术去除竹材内外节和竹青,减小竹材结构差异。目前已与杭州庄宜家具有限公司合作研制出生产用竹筒高效浮动式去青机、竹筒去内节机,解决了尖削度和弯曲度共存的圆竹快速去除内节、竹青层的技术瓶颈,显著提高了工作效率。此外,团队研发了竹材刨削展平一体机设备,可以将竹片整型、去青、去黄和展开多道工序集成化,通过整型处理的竹片容易确定刨削基准面,调节组合刀片与基准面间距可以对不同厚度竹片进行刨削展平一体化处理,并精确控制刨削量,实现无裂纹无刻痕竹展平的高效生产。

  在生产中试试验中,项目团队还因地制宜,加强对竹筒自身的壁厚S、直径D参数进行分析和研究。研究原竹的竹径、壁厚、部位等自然形貌特征,分析不同竹龄、不同部位竹材物理力学性能,建立原竹分类分等标准,以解决了不同壁厚原竹开发不同产品的对标分等问题,实现竹材的高效利用和原态价值最大化。    

  根据分类分等标准,团队制定了不同的选材和软化展平工艺:如厚度较大的竹材取短料延长软化时间,采用横向展平方法做砧板原材料;厚度适中的长竹筒软化时间适宜,采用纵向展平方法做竹地板、竹家具板等原材料,大大提高展平竹板材的出材率。经过南京林业大学竹材高效利用研究生团队共同努力及多次实地实践,突破了竹材“高温高湿软化—应力释放展平”、竹材高效定量去节去青等关键技术及装备,实现了竹材的高效无裂纹展平,竹材出材率达到60-70%,解决了毛竹材加工中存在的资源利用率低和机械自动化程度低等问题。

  目前,竹材高效无裂纹展平技术成果已先后在江西奔博科技发展有限公司、海之龙竹制品加工专业合作社、江西庄驰家居有限公司等10多家企业推广应用。近月来,在南京林业大学材料学院苏浩副书记、娄志超副教授及徐晔晗老师的引领下,团队与上市公司圣象集团领导们介绍了竹材高效无裂纹展平技术并进行了多次密切讨论,共同探讨了未来的合作方向,并达成合作共识,进一步实现实践成果转化。

  实践取得良好的经济效益和社会效益,对竹民增收、带动就业具有重大意义。

  高性能竹基纤维复合材料制造技术

  除出材率低、机械化程度低问题外,因竹产品多数仍属于劳动密集型且资源消耗较多的产品,存在产品同质化严重等问题,其根源是传统技术存在竹材必需去除青黄才能有效胶合、难以单板化利用等瓶颈技术。针对这些产业问题和技术瓶颈,本研究生团队在张齐生院士、李延军教授及中国林业科学院于文吉老师等专家的指导下,多次前往福建建瓯市吉丰竹业有限公司、福建京明晟林业科技有限公司实地实践。团队成员在传统竹重组材制造工艺的基础上,通过实验室测试热处理前后竹束结晶度、官能团、形貌特征及力学强度变化,探究了不同工艺对竹束单元产生的影响,克服常压空气热处理出现的材料易燃、强度下降大、生产周期长等缺陷;通过对现有的竹束碾压疏解设备和技术的改进,创制高温高压蒸汽热处理装备,实现竹束单元材料高效、节能、无污染的改性处理,提高其尺寸稳定性及生物耐久性;通过调整酚/醛摩尔比、添加改性剂、改变投料方式,设计活性基团加成反应位置和缩聚反应速度,控制酚醛树脂的支化度及空间结构等方法,实现竹束单元的充分、高效施胶;通过对竹束喷蒸加热软化和固化成型等技术集成,开发出高性能竹基纤维复合材料。该技术使得竹材的一次利用率从50%提高到90%,施胶量降低15%,能耗降低15%。通过专利技术实施许可,在全国建成户外竹重组材、户外原竹高效热处理、定向重组竹集成材生产线近20条,取得了良好的经济效益和社会效益。

  未来,团队将始终秉持“以竹代木”的绿色低碳发展理念,围绕现代竹产业创新驱动和产业升级需求,增加优质竹产品有效供给,提高竹资源利用效益,提升竹产业发展水平与质量,不断推进团队实践成果。

责任编辑:耿美琳