[发明专利]一种破壁分离的束状竹纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种破壁分离的束状竹纤维的制备方法，该方法为：采伐毛竹，去节，加工成竹条，去除内部的竹黄，切段后，得到竹片，在高渗透碱性盐溶液中浸润后用脉动真空压力蒸汽法交替抽真空和高压热蒸汽处理后进行三级对辊碾压，得到松散状竹片，在饱和水蒸汽的作用下闪爆开纤处理后经过过滤、水洗、分选和干燥，得到破壁分离的束状竹纤维。本发明能实现高性能竹纤维束的一体化加工，制备的束状竹纤维细度均匀、长度长、长径比大、断裂强力和拉伸强度性能优异。

技术领域

本发明属于竹材加工技术领域，具体涉及一种破壁分离的束状竹纤维的制备方法。

背景技术

竹纤维来源于竹材维管束，而维管束散布在竹壁的薄壁组织中，是输导组织和机械组织的复合体。竹材竹青侧维管束拉伸强度平均可达648.03MPa。组成维管束的束状纤维为高韧性材料，其拉伸强度平均可达729.25MPa，而薄壁组织为蜂窝状的高脆性材料，其拉伸性能平均为40.02MPa。在化学组分上，竹材维管束中纤维素含量较高，薄壁组织中半纤维素含量较高。

目前，对于竹纤维制备方法的研究主要集中在竹短纤维的制取方面，主要是从竹材中直接提出竹纤维，其中机械梳理法制备的竹纤维是将经过辊压或碾压的竹材经梳理的方式，梳理成尺寸较为一致的束状纤维。随着纤维梳理次数的增加，单丝纤维的尺寸逐渐变小，尺寸变异性也逐渐降低，纤维变得柔软，可以用作于纺织纤维，但是纤维含有较多的薄壁组织；靠近竹青部位提取的竹纤维外观偏黄、纤维硬挺、尺寸偏大，靠近竹黄部位提取的竹纤维外观偏白、纤维柔软、尺寸偏小。该方法是目前较为常用的方法，可以有效控制纤维尺寸差异性，但是生产效率较低，破坏了纤维的断裂强力。

闪爆脱胶法是将竹材进行高温高压处理，然后通过压力瞬间释放，引起竹材的纤维与薄壁组织分离，将竹材密实状变为纤维状。利用该方法可以水解竹纤维中半纤维素，木质素软化，纤维得率高，不需要化学药品，无污染，纤维均匀性较好，但纤维处理工艺复杂，纤维较粗，纤维尺寸难以控制，设备成本高，纤维颜色较深，一般呈褐色。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种破壁分离的束状竹纤维的制备方法，该方法针对竹材梯度结构特征，将竹材加工成去黄留青的规格竹片，去除竹黄侧疏松竹材，采用浸润处理、高压蒸汽处理、差速碾压和动态闪爆开纤的方式，对不同尺度单元的弱界面进行破坏分离，实现高性能竹纤维束的一体化加工。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种破壁分离的束状竹纤维的制备方法，该方法为：

S1、采伐2年生或3年生毛竹，选用竹壁厚度大于5mm的竹段，去节，加工成宽度为15mm～25mm的竹条，去除所述竹条内部的竹黄，垂直于的长度方向切段后，得到竹片；

竹材是一种梯度结构材料，竹材外侧竹青部位结构致密，内侧竹黄部位结构疏松。现有机械法和蒸汽爆破法等竹纤维加工技术无法区别处理竹材不同部位、位置的竹纤维，致使制备的竹纤维性能差异性大、尺寸规格均一性差，限制了竹纤维的应用，本发明去除竹黄侧疏松竹材，去黄留青规格竹片为竹纤维束的可控分离提供性能相近的原材料；

S2、将木质素磺酸钠、甲基硅油、三乙醇胺、次氯酸钠和去离子水混合后，在温度为25℃～35℃的条件下搅拌后，得到高渗透碱性盐溶液；

高渗透碱性盐溶液为高渗透溶液，高渗透碱性盐溶液中各溶质微粒木质素磺酸钠、甲基硅油、三乙醇胺和次氯酸钠相互配合增加对水的吸引力，溶液渗透压越高，实现对竹材浸润；

S3、将S1中得到的竹片浸没到S2中得到的高渗透碱性盐溶液中，在温度为25℃～35℃的条件下静置浸润72h～96h，得到浸润后的竹片；

S4、将S3中得到的浸润后的竹片采用脉动真空压力蒸汽法交替进行抽真空和高压热蒸汽处理3次～6次，得到处理后的竹片；所述高压热蒸汽处理的方法为：每次将水a汽化成水蒸汽a，向浸润后的竹片中通入饱和水蒸汽a，在温度为132℃，压力为205.8kPa的条件下热蒸汽处理2min～8min；