穆國君 張亞慧 于文吉

(1 青島國森機械有限公司 青島平度 266700；2 中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所 北京 100091)

重組材料是木竹材應用領域創(chuàng)新開發(fā)的一種全新復合材料，具有原料利用率高、生產效率高和產品附加值高的特點，重組材料的出現(xiàn)極大地拓寬了木竹材的應用范圍，實現(xiàn)了材料從室內地板、家具、裝飾裝潢等家裝領域到高強度結構用材、高耐候戶外材料等高附加值領域的跨越，有力促進了木竹材加工產業(yè)的轉型升級[1-2]。

重組材料作為一種高性能先進材料，2020年入選國家發(fā)改委、科技部、工信部和自然資源部等四部委編寫的綠色技術推廣目錄。同時，2021 年11 月，國家林業(yè)和草原局、國家發(fā)展改革委、科技部等10 部門聯(lián)合印發(fā)的《關于加快推進竹產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》(以下簡稱《意見》) 指出，要構建完備的現(xiàn)代竹產業(yè)體系，提升自主創(chuàng)新力，要全面推進竹材建材化，推動竹纖維復合材料、竹重組材、定向重組竹集成材、竹木復合等新型竹質材料研發(fā)生產，因地制宜擴大其在園林景觀、市政設施、裝飾裝潢和交通基建等領域的應用，逐步推廣竹結構建筑和竹質建材，《意見》的出臺為重組材料產業(yè)的發(fā)展帶來更大機遇。

目前木竹重組結構材的長度，取決于壓制設備的長度。壓制設備的有效長度，就是木竹重組方料的最大長度。隨著大型木結構建筑的興起和發(fā)展，對其梁柱長度的要求越來越高，其特點:一是長度規(guī)格大小不一，二是對長度要求越來越大。例如，位于挪威小鎮(zhèn)布魯蒙德爾的當今世界最高的木結構建筑Mj?st?rnet 大樓高度為85.4 m。按照傳統(tǒng)的生產制作方法:一是制做長度規(guī)格大小不一的多臺套壓制設備，二是要制造出超長的壓制設備以滿足超長制品的需要。然而，隨之而來的問題是:一方面制品制造單位要購買長短不一的多臺套設備，花費增多，占地面積增加，設備利用率大大降低；另一方面超長的大型設備也使得設備制造廠的制造難度增加和制造成本上升；更重要的是很低的設備利用率將造成社會資源的浪費。所以當前的竹木重組結構材長度，是建造竹木建筑結構遇到的最大瓶頸。

為解決上述問題，本研究設計了竹木重組材料連續(xù)壓制設備。該設備的結構特點是進口為契口式連續(xù)進料，模腔由多個單向折合式履帶前后連接而成，環(huán)形連接，實現(xiàn)連續(xù)輥壓。

1 設備功能

竹木重組材料連續(xù)壓制設備的突出功能是定長的設備，能壓制出任意長度的竹木重組結構材方料，以滿足各種竹木建筑結構長度用材。

2 工藝流程

高性能重組竹木方料連續(xù)壓制生產線主要分為鋪料區(qū)和壓制區(qū)2 個部分。具體由U 型模放入工段、裝料工段、送料預熱、蓋板放置、預壓工段、主機連續(xù)壓制、定寬卡子置入U 型模、定長鋸斷、連續(xù)式高溫固化、冷卻系統(tǒng)、自動脫模等組成(圖1)。

圖1 竹木重組材料連續(xù)壓制生產線示意圖Fig.1 Structural diagram of continuous pressing production line for bamboo/wood scrimber

3 工作原理

3.1 U 型模放入

用車間行車或專用吊具吊起U 型模(圖2)，放入設備軌道，U 型模底部的定位孔插入軌道托板的凸起定位塊中，此時U 型模會跟軌道同步勻速前進。

圖2 U 型模Fig.2 U-shaped mould

3.2 裝料工段

裝料工段由進料機、撥料輥等組成(圖3)。進料機將已疏解浸膠烘干的竹木束輸送到輸送工段，撥料輥將多余竹木束撥回，保持定厚輸送，使得進料均勻。該裝置并排多套，使得進料更均勻。該裝置的另一個功能是能將竹木束經整張化編織機編成的簾子，按工藝要求勻速地送進料槽中。

圖3 重組材裝料工段示意圖Fig.3 Structural diagram of loading section for scrimber

竹木束由進料設備輸送到輸送帶上后，跟隨輸送帶前進，與后鋪上的竹木束搭接，可形成階梯狀鋪料。為保證鋪料厚度，故采用多個進料機同時鋪料。

在輸送過程中同時對竹木束進行過熱蒸汽噴蒸預熱，竹木束軟化的目的一是降低加壓成型壓力，二是縮短固化時間。

廢酸原液中含有CuSO4、PbSO4等雜質，由于PbSO4雜質是致密粘性顆粒，其影響了后續(xù)硫化反應砷濾餅的含水率，分離出后，可以降低后續(xù)的銅砷濾餅含水率。提高閃速爐的電收塵能力，可直接降低進入廢酸原液中的懸浮物含量，從而減少砷濾餅的發(fā)生量。在凈化區(qū)域也可利用過濾器將廢酸原液中的懸浮物含量降下來，從而在源頭處減少懸浮物進入砷濾餅中。

3.4 蓋板放置

如圖所示，由該設備將蓋板自動放到物料上面(圖4)。

圖4 蓋板放置裝置Fig.4 The placement device of cover plate

3.5 預壓工段

由預壓輥(圖5) 組成。預壓部分主要是運用滾壓原理，對原材料進行初步壓縮，使物料方便進入壓機。

圖5 預壓裝置Fig.5 The prepressing device

3.6 連續(xù)壓機

壓機主要由單向折合式履帶、傳動鏈輪、滾柱、背壓機架等組成(圖6)。

圖6 重組材連續(xù)壓機示意圖Fig.6 Structural diagram of continuous press for scrimber

竹木束由上下履帶傳送的動力前進，在前半部分上履帶有傾斜角，木竹束在行進中會被陸續(xù)壓縮。后半部分，上履帶變?yōu)槠綁?，方料進入U型模內，會跟隨傳動鏈輪轉動送出壓機。當壓制前半部分壓縮達到一定高度時，設計了背壓機架，作用是為上下履帶提供足夠的壓力而不會變形。

自動穿銷是在恒壓即將結束前，在U 型模勻速前進過程中同步完成。

3.6.1 連續(xù)壓機結構

壓機整機分為進料段、預壓段、恒壓段、自動穿銷、泄壓工段和出料端。

主要壓制零部件為單向折合式下履帶結構，能保證在整個壓制過程中，雖為活絡式模腔，但始終保持其直線狀態(tài)而不會出現(xiàn)波浪狀，影響方料壓制質量。模腔可在一定范圍內壓制多種截面尺寸的產品。

3.6.2 連續(xù)壓機專用履帶的設計

單向折合式履帶，包括可相對壓合的單向折合上履帶和單向折合下履帶(圖7)。當上履帶平直時履帶節(jié)與節(jié)的凸塊間實現(xiàn)無縫隙銜接，構成連續(xù)凸塊壓模。上履帶的連續(xù)凸塊壓?？蓧喝胂侣膸У倪B續(xù)矩形模腔內，上、下履帶將以面壓力方式相對施壓于二者間的竹木重組材料，實現(xiàn)壓制成型。

圖7 單向折合式履帶結構Fig.7 The structure of one way folding track

3.7 定長鋸斷

根據(jù)預定要求的方料長度，由鋸斷機定長自動鋸斷(圖8)。

圖8 重組材方料定長鋸斷機Fig.8 Fixed-length sawing machine for scrimber

3.8 連續(xù)式高溫固化

定長鋸斷后，成組排列的滿料模被送到連續(xù)式固化隧道中(圖9)，經130～150 ℃溫度定時固化，浸漬到竹木束中的膠粘劑固化粘接。

圖9 連續(xù)式高溫固化隧道Fig.9 Continuous high temperature solidification tunnel

3.9 冷卻系統(tǒng)

從固化隧道出來的高溫滿料模，需在冷卻系統(tǒng)裝置上(圖10)強制風冷或自然冷卻到50 ℃以下。

圖10 重組材方料冷卻系統(tǒng)Fig.10 The cooling system for scrimber

3.10 自動脫模

自動脫模設備(圖11) 的作用是卸掉卡子、拆掉銷釘、掀掉蓋板、從U 型模中取出方料。

圖11 自動脫模機Fig.11 Automatic demoulding device

4 關鍵技術內容及創(chuàng)新點

4.1 關鍵技術

恒壓裝置之恒壓，產生保持機構為按限定位置設置于相壓合的上鏈式移動施壓機構與下鏈式移動承壓機構的固定壓塊，以及環(huán)繞固定壓塊依次排列滾動的滾柱，迫使主動運行的上鏈式移動施壓機構和下鏈式移動承壓機構相對壓合的運行通過，以確保二者彼此壓合產生預定壓力。

單向折合上履帶，履帶節(jié)的施壓面設有凸塊，當履帶平直時履帶節(jié)與節(jié)的凸塊間實現(xiàn)無縫隙銜接，相銜接的凸塊構成連續(xù)凸塊壓模。凸塊通過螺栓固定，可根據(jù)需要更換，壓制不同寬度的方料。

單向折合下履帶，當履帶平直時履帶節(jié)與節(jié)的立板間實現(xiàn)無縫隙銜接，相銜接的矩形槽構成連續(xù)矩形模腔。模腔內可在一定范圍內改變模腔寬度和高度，壓制不同寬度和高度的方料。

裝料裝置的上料輸送帶上方，設有一排與上料方向逆行轉動的撥料輥，確保鋪料均勻性，保證產品尺寸和質量。

4.2 創(chuàng)新點

將現(xiàn)有的間歇、定長、液壓機靜壓制，變成連續(xù)、移動、鏈式動壓制，可連續(xù)壓制任意長的、不同厚度、不同寬度的竹木重組材方料。

滾柱、壓塊等組成預壓和保壓裝置；單向折合上履帶，可根據(jù)需要更換，壓制不同寬度的方料；單向折合下履帶，構成連續(xù)矩形模腔。連續(xù)裝料處的撥料輥，確保鋪料均勻性，保證產品尺寸和質量。

設備關鍵部位故障檢測診斷信息系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，避免設備造成重大損壞，減少停機時間。

本生產線已授權的發(fā)明專利包括[3-8]:一種重組竹木集成材方料連續(xù)壓制生產線、一種重組竹木集成材方料連續(xù)模壓生產線、一種專用于連續(xù)壓制竹木集成材方料的單向折合履帶、一種用于速生林重組竹木成型設備的穿銷導向機構、重組竹木方料模壓生產線用U 型模、用于重組材壓制設備的自動分穿銷裝置。

5 應用前景

全面貫徹新發(fā)展理念，“不斷滿足人民對美好生活的向往”，建設美麗中國，實現(xiàn)“雙碳”目標，走綠色發(fā)展道路，已被納入我國國家發(fā)展戰(zhàn)略。像以前單純的鋼筋水泥磚瓦建筑已無法滿足綠色發(fā)展的需要，將逐步被低碳、綠色、資源可再生，且別具風格的竹木類建筑所替代。因此，本研究開發(fā)的竹木重組材料連續(xù)壓制設備一旦問世，將具有廣闊的市場前景和生命力。