СПОСОБ ОБРАБОТКИ БАМБУКА И ИЗДЕЛИЕ ИЗ БАМБУКА, ПОЛУЧЕННОЕ ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2015 года по МПК B27K9/00 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при обработке бамбука и изготовлении малых и длинномерных изделий из него.

Бамбуки относятся к семейству злаковых, имеют деревянистый стебель, подобный соломине, состоящий из нескольких десятков междоузлий, разделенных сплошными перегородками. У некоторых видов бамбука стебель достигает очень больших размеров - высоты 40 м при диаметре 30 см. Бамбуки относятся к однодольным растениям с пучковым типом строения стебля. Поперечный разрез стебля бамбука, например, мадаке, хорошо растущего на Черноморском побережье, показывает, что стенка состоит из трех слоев: наружного, среднего и внутреннего. Наружный покровный слой содержит ряд клеток, вытянутых по окружности стебля и имеющих довольно толстые стенки. Снаружи этот слой покрыт восковым налетом. Внутренний слой имеет один-два ряда также вытянутых по окружности стебля клеток со сравнительно тонкими стенками. Прочность бамбука обусловлена его структурой волокон, а легкость двумя факторами: той же структурой волокон, а также трубчатым строением ствола. Бамбук имеет один явный недостаток: он легче, чем дерево раскалывается в продольном направлении. Одновременно это является определенным преимуществом, потому что позволяет расщеплять стволы бамбука для последующего прессования и склеивания паркета, панелей и других плоских вещей.

В настоящее время применяются несколько способов обработки бамбука.

Например, известен способ обработки бамбука (JP №5-7161, В27К 9/00, опуб. 1995 г.), заключающийся во взаимодействии бамбука с газом неполного сгорания растительных материалов и выдерживании бамбука в этих условиях при температуре 100-140°С в течение 40 часов, после чего бамбук охлаждают до комнатной температуры в течение 20 часов. Основным недостатком известного способа является длительность технологического процесса, что значительно увеличивает себестоимость работ. Кроме этого газ используется для придания эластичности бамбуку и не играет роли в процессе придания цветности.

Известен также способ обработки бамбука (SU №709358, В27К 3/36, опуб. 15.01.1980 г.), заключающийся в пропитке бамбука водным раствором мочевины с последующей сушкой и термической обработкой при 160-170°С в течение 1,5-2-х часов. Способ позволяет получать светлую древесину. Однако указанный способ не предотвращает растрескивание древесины. В частности, растрескивание происходит внутри наиболее толстых частей стенок - в узлах. Кроме этого процесс обработки длителен и трудоемок.

Наиболее близким к заявляемому является способ обработки бамбука (SU №1063600 по кл. В27К 9/00, опуб. 30.12.83 г.), заключающийся в горячей сушке бамбуковых заготовок до заданной влажности (от 8% до 15%), нагревании их в ванне и пропитке 10-12,5%-ным водным раствором железного купороса. Пропитанный бамбук сушат, подвергают термической обработке и охлаждают, получая готовое изделие, часть ствола бамбука определенной длины, которое потом используется для изготовления мебели. Однако известный способ, также как и предыдущий, длителен и трудоемок, требует больших затрат. Кроме этого применение химикатов при обработке бамбуковой древесины (в частности, железного купороса) приводит к изготовлению изделий, содержащих в себе вредные для здоровья примеси.

Данное решение принято в качестве прототипа для обоих заявленных объектов.

Общим недостатком известных решений является то, что бамбук при том, что обладает высокой твердостью, также обладает и повышенной хрупкостью, которая проявляется в виде растрескивании вдоль волокон наружного поверхностного слоя. Это объясняется тем, что изделие из бамбука попадает в условия, когда влажность окружающей среды не соответствуют той влажности, при которой сами заготовки для изделия и само изделие из этих заготовок были изготовлены. Учитывая, что клетки в структуре ствола бамбука обладают высокой гигроскопичностью, то периодическое высыхание ствола (заготовки) после насыщения влагой или попадание изделия в более сухую атмосферу приводит к неодинаковым деформационным сдвигам в слоях ствола бамбука. В результате происходит повышенное напряжение отдельных участков наружного слоя по отношению к внутреннему или в другим участкам наружного слоя, что приводит к разрушению связей волокон в наружном слое, выраженное как наличие трещин и расколов. При изготовлении изделий из молодого бамбука, особенно если ствол (заготовка) подвержены искусственному изгибу (придана дугообразная форма), следует учитывать неодинаковость растяжений по слоя коры бамбука с тем, чтобы не была нарушена целостность поверхностного слоя, который рассматривается как декор изделия. В связи с этим и с тем, чтобы уйти от такой проблемы, производители используют укороченные или небольшой длины заготовки бамбука - одно или два междоузлия. Но это сильно ограничивает возможности применения бамбука. Например, изготовление двери из цельного бамбука или стеновой панели из двухметровой длины стволов бамбука имеет определенные трудности, обусловленные тем, что со временем прямой ствол бамбука приобретает продольную кривизну небольшую, но достаточную, чтобы нарушилась пространственная форма двери как уплощенного параллелепипеда.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении процесса получения готового изделия повышенной длины с сохранением его прямолинейности и с отсутствием продольной кривизны.

Указанный технический результат для способа достигается тем, что в способе обработки бамбука, заключающемся в отрезании от ствола бамбука длинномерной заготовки и сушке заготовки до влажности 8-30%, до сушки или после сушки осуществляют механическую обработку наружного слоя заготовки по ее длине путем формирования продольных царапин или рисок, по крайней мере, на части наружной поверхности на глубину, соответствующую, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки.

Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в изделие из бамбука, представляющее собой заготовку в виде части ствола бамбука, на наружной поверхности которой выполнены продольно расположенные царапины или риски глубиной, соответствующей, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 представлен общий вид бамбуковой заготовки в виде длинномерного изделия.

Согласно настоящему изобретению рассматривается новый способ придания бамбуковой заготовке в виде длинномерного изделия - части ствола бамбука длиной от одного до нескольких междоузлий (междоузлие - расстояние между узлами - позвонками ствола) прямолинейности (по отношению к продольной оси заготовки) при изготовлении, при хранении и после использования в изделии.

Способ обработки бамбука заключается в отрезании от ствола бамбука короткой или длинномерной заготовки 1 (длиной от одного до нескольких междоузлий) и сушке заготовки до влажности 8-30%. До сушки или после сушки осуществляют механическую обработку наружного слоя заготовки по ее длине для образования линейного вида ослаблений целостности наружного слоя путем выполнения продольных царапин 2 или рисок, по крайней мере, на части наружной поверхности на глубину, соответствующую, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки.

Независимо от того, что в процессе сушки до влажности 8-30% структура волокон ствола обезвоживается и приобретает затвердевшую пористость, заготовка испытывает внутренние напряжения, обусловленные тем, что каждый слой в стенке бамбука имеет свою собственную структуру. Наружный покровный слой - стекловидный слой (который ценится за фактуру и рассматривается как природный декор, не требующий обработки) содержит ряд клеток, вытянутых по окружности стебля и имеющих довольно толстые стенки, самый толстый средний слой (деловая часть) состоит из паренхимных клеток, среди которых разбросаны сосудисто-волокнистые пучки, имеющие на поперечном разрезе вид ромбов темного цвета. Паренхимные клетки на поперечном разрезе многоугольные и овальные (диаметр 32-72µ), на радиальном - четырехугольные (длина 32-160µ) с простыми порами на стенках, толщина которых в среднем 12µ. Вполне развившийся сосудисто-волокнистый пучок состоит из сосудов (двух сетчатых сосудов диаметром 108-162µ и одного-двух кольчатых сосудов диаметром 54-60µ) для проведения воды вверх по стеблю и элементов типа ситовидных трубок, являющихся проводниками пластических веществ, отсюда и повышенная гигроскопичность бамбука. Третий слой - мягкая неделовая часть - не рассматривается в виду слабого влияния на напряжения в стенке ствола.

При высыхании в известных из уровнях техники температурных режимах наружный слой стекловидного типа быстрее достигает требуемой нормы по влажности, занимая некоторое равновесное положение согласно выстроенным связям по волокнам и выстроенное относительно неструктурированного состояния среднего слоя, который еще находится в процессе формирования своего равновесного состояния из-за реструктуризации связей. При этом формирование новой пористой структуры среднего слоя строится, опираясь на наружный слой, относительно которого внутренние связи среднего слоя приобретают некоторое напряженное состояние. При сохранении влажности, достигнутой при сушке, в дальнейшем изделие в виде длинномерной части стебля бамбука сохраняет в структуре стенки достигнутое между наружным и средним слоями равновесное состояние по напряженности связей. При выходе за диапазон влажности, особенно в сторону ее повышения, средний слой насыщается влагой и последующий процесс высыхания вызывает нарушение равновесного состояния между слоями. При насыщении влагой связи между волокнами в среднем слое приобретают упругость и растяжимость, что приводит к потере равновесного состояния наружного слоя, выраженного в появлении продольных трещин и продольных расслоений.

Внутренние слои, имеющие большую толщину, чем наружный стекловидный слой, начинают формироваться в пористую структуру позже и из-за большей толщины. Так как ствол бамбука в поперечном сечении круглый по наружной поверхности и полый внутри, то изменение связей между волокнами в наружном слое выражено появлением скручивающих и изгибных напряжений, приводящий, ко всему прочему, к продольному изгибу (прогибу) длинномерного отрезка бамбука. Это явление еще спровоцировано тем, что толщины слоев в стенке бамбука, как кольцо деревьев, имеют разную толщину и, естественно, в этих толщинах образуются разные по величинам напряжения.

Для исключения этого явления (прежде всего, продольного изгиба или кривизны) до сушки или после сушки в положении, когда короткая или длинномерная заготовка имеет выставленную прямолинейность, на наружном слое заготовки и с наружной (внешней) стороны по ее длине делают искусственно линейные по форме ослабления целостности наружного слоя. Эти ослабления имеют линейный характер и вид, что обусловлено тем, что бамбук имеет особенность раскалываться и трескаться вдоль волокна наружного слоя. Эти ослабления выполняют механическими средствами (металлическая щетка, резцы, нож, шило, специальная фреза, цикля и т.д.). Такие механические средства позволяют получить на наружной поверхности заготовки продольные царапины или риски глубиной, соответствующей, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки. Эти ослабления могут быть выполнены на всей наружной поверхности заготовки или, по крайней мере, на ее части. Эти ослабления в виде рисок или царапин могут быть выполнены структурировано (равномерно или в шахматном порядке или с высокой частотой или плотностью размещения) на наружной поверхности с образованием некоторого подобия декора или фактуры поверхности. Риски, царапины могут быть различной глубины.

Царапанье может проводиться до и после обработки (шлифования, лакировки, пропитки или обжига и т.д.). Например, после обжига получается темная поверхность и после царапанья возникает весьма оригинальный декоративный эффект.

Заготовка может сохранять естественную структуру, то есть нетронутые обработкой узлы 3, или можно в зоне расположения узла 3 профугировать (удалить узел шлифованием, строганием, резкой и т.д.: стесывают, заваливают до основного диаметра ствола, стачивают) до уровня наружной поверхности смежно расположенных междоузлий. В этом случае заготовка длиной более одного междоузлия имеет ровную или выровненную наружную поверхность по всей длине. Так как бамбук представляет собой древовидное растение, достигающее длиной до 40 м (некоторые виды при высоте 40 м имеют диаметр стебля 30 см), то на участке длиной до 2-2,5 м длиной уменьшение или увеличение диаметра одного конца заготовки по отношению к другому практически сводится к минимуму, находящемуся в диапазоне допуска, нивелируемого при финишной обработке.

После высыхания и при хранении или в уже готовом изделии процесс реструктуризации в стенке бамбука продолжает изменять связи между волокнами. При этом в каждом слое это изменение имеет свой характер. При появлении избыточных напряжений на наружном слое происходит местное (локальное) смещение волокон наружного слоя в пределах глубин и зазоров царапин или рисок. Так как количество рисок или царапин по длине стебля, независимо от картины их расположения на наружном слое, очень большое, то происходит большое количество микросмещений волокон в ослаблениях, которые визуально не отражаются, а заготовка при этом не теряет своей прямолинейности. Такой процесс будет проходить каждый раз, когда будут менять влажность, температуры и другие условия окружающей среды. После приспосабливания к окружающей среде процесс уравновешивается и затормаживается в достигнутом состоянии.

Полученное таким способом изделие из бамбука представляет собой заготовку в виде части ствола бамбука, на наружной поверхности которой выполнены продольно расположенные царапины или риски глубиной, соответствующей, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки. Такие длинномерные заготовки с выстроенным прямолинейным стеблем могут найти применение в качестве готовых элементов для будущих габаритных изделий, таких как стеновые панели, двери, для обрамления картин по типу багета, зеркал, рамы окон, перекрытия и т.д. При изготовлении мебели, элементов интерьера, деталей уличных беседок и т.д. стволы бамбука изгибают, и в дальнейшем в них возникают значительные напряжения, стремящиеся вернуть стволу изначальный прямолинейный вид. А данный способ позволяет эти напряжения свести до минимума.

Полученное таким способом изделие может в дальнейшем подвергаться финишной обработке (шлифованию, лакировке, пропитке или обжигу и т.д.), так как в структуре стенок заготовки сняты все напряжения, а другие, которые могут быть сформированы дополнительной механической или химической обработкой, будут самопроизвольно компенсироваться окружными сдвигами волокон наружного слоя в пределах линий ослаблений.

Кроме придания бамбуковой заготовке способности сохранять свои первоначальные свойства, заготовка приобретает новый фактурный поверхностный слой, который расширяет гамму декора.

Настоящее изобретение промышленно применимо, опробовано на производстве в ООО «Бамбуковая компания» и показало действительность данного способа, по которому удалось получить ненапряженные бамбуковые длинномерные заготовки для производства габаритных строительных изделий. В рамках нового способа обработки бамбука было сформулировано новое название готового продукта - чесаный бамбук.

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к обработке бамбука. От ствола бамбука отрезают короткую или длинномерную заготовку (1). Сушат заготовку до влажности 8-30%. До сушки или после сушки осуществляют механическую обработку наружного слоя заготовки по ее длине для образования линейного вида ослаблений целостности наружного слоя. Механическую обработку осуществляют путем выполнения продольных царапин (2) или рисок, по крайней мере, на части наружной поверхности на глубину, соответствующую, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки. Длина заготовки, отрезаемой от ствола бамбука, равна по меньшей мере одному междоузлию. Заготовку в зоне расположения узла (3) фугируют до уровня наружной поверхности смежно расположенных междоузлий. Изделие из бамбука представляет собой заготовку в виде части ствола бамбука, на наружной поверхности которой выполнены продольно расположенные царапины или риски глубиной, соответствующей, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки. Упрощается процесс получения готового изделия повышенной длины с сохранением его прямолинейности и с отсутствием продольной кривизны. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки бамбука, заключающийся в отрезании от ствола бамбука короткой или длинномерной заготовки и сушке заготовки до влажности 8-30%, отличающийся тем, что до сушки или после сушки осуществляют механическую обработку наружного слоя заготовки по ее длине для образования линейного вида ослаблений целостности наружного слоя путем выполнения продольных царапин или рисок, по крайней мере, на части наружной поверхности на глубину, соответствующую, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отрезают от ствола бамбука заготовку длиной, равной по меньшей мере одному междоузлию.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заготовку в зоне расположения узла фугируют до уровня наружной поверхности смежно расположенных междоузлий.

4. Изделие из бамбука, представляющее собой заготовку в виде части ствола бамбука, на наружной поверхности которой выполнены продольно расположенные царапины или риски глубиной, соответствующей, по крайней мере, части толщины наружного слоя заготовки.