摘要：采用特殊燒制工藝制得的優(yōu)質(zhì)竹炭，比表面積高達(dá)700m2/g。將竹炭制成0.5～100μm的超細(xì)微粉，與多種高分子材料結(jié)合，可制成許多種高分子復(fù)合材料，如各種具有不同性能、不同用途和不同類型的包裝材料——炭布，這些炭布具有極好的催化活化、吸附分解、吸濕干燥和除臭抗菌等性能； 關(guān)鍵詞：竹炭；炭布；比表面積；超細(xì)微粉；高分子復(fù)合材料 竹林是我國(guó)重要的森林資源，素有“第2森林”之稱。它生長(zhǎng)周期短，成材快，更新易，再生能力強(qiáng)；一次造竹林成功，即可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用。20世紀(jì)50年代至今，我國(guó)竹林面積年均增加3％，現(xiàn)有竹林面積約達(dá)800萬(wàn)hm2，其中純竹林約達(dá)500多萬(wàn)hm2，原始高山竹林300萬(wàn)hm2。全國(guó)500多萬(wàn)hm2純竹林中，毛竹林約有350萬(wàn)hm2，占70％左右，年產(chǎn)竹材約1000萬(wàn)t，竹林面積和竹材產(chǎn)量均早已居世界第一。 竹炭可利用豐富的廢竹、舊竹、干竹、老竹和青竹資源，經(jīng)高溫?zé)峤飧绅s而成。 它是一種多孔質(zhì)體，比表面積高達(dá)700m2/g，具有極好的催化活化、吸附分解、吸濕干燥、除臭抗菌等特性。利用竹子燒制成竹炭，再研制成應(yīng)用更多更高級(jí)的包裝材料——炭布，不但能促進(jìn)竹林產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而且能加快其以更快的速度向前發(fā)展。據(jù)測(cè)算，每百斤竹子可產(chǎn)竹炭十幾公斤，增值近60元，如將其深加工，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加顯著。隨著國(guó)家的政策會(huì)繼續(xù)鼓勵(lì)和支持竹林這種綠色產(chǎn)業(yè)，開(kāi)發(fā)竹炭和炭布的應(yīng)用，必將成為竹區(qū)人民的“烏金”產(chǎn)業(yè)。 1 竹炭制備工藝 至今為止，我國(guó)竹炭制備的方法主要有以下3種。 1.1 干餾熱解法 其設(shè)備從主要是外熱式立式干革餾釜。這種干餾釜在燒制竹炭時(shí)，既可使用預(yù)干致含水率為20％～25％的竹料，也可使用未經(jīng)預(yù)干的竹料，但以使用經(jīng)過(guò)預(yù)干的竹料為佳。由于在燒制過(guò)程中基本上不存在著竹炭氧化的問(wèn)題，因此竹炭產(chǎn)率較高，一般為25％左右，高者可達(dá)35％，燒制周期一般在48～72h。但精煉溫度提不高，影響竹炭密度；干餾容積小，竹炭產(chǎn)量也就低。 1.2 土窯燒制法 它是采用燃料（煤或木材）直接加熱方式，即窖口由燃料燃燒產(chǎn)生的熱量上升到窯頂后，向窯內(nèi)擴(kuò)散，其中大部分熱氣流流動(dòng)在上層，有小部分熱量向四周輻射，由于是從上而下緩慢干燥并達(dá)到預(yù)炭化；燃燒窯內(nèi)部分竹料使窯內(nèi)溫度繼續(xù)升高，除去揮發(fā)性物質(zhì)，此時(shí)[窯內(nèi)煙氣循環(huán)流動(dòng)，各點(diǎn)熱量和溫度基本上均勻。在完成炭化和精煉階段后，得到結(jié)構(gòu)致密的竹炭。土窯燒制法通常有煙熏預(yù)干燥、干燥、預(yù)炭化、炭化、煆燒（精煉）和自然冷卻等階段。各個(gè)階段有不同的溫度，煙熏預(yù)干燥階段為60～100℃，干燥階段為100～150℃，預(yù)炭化階段為150～270℃，炭化階段為270～450℃，煆燒階段為450～1000℃左右。從工窯燒制竹炭的過(guò)程來(lái)看，各階段的溫度和炭化速度是通過(guò)操作者“眼觀鼻嗅”，一是觀察煙囪及窯門出煙口煙的變化；二是通過(guò)聞煙味來(lái)確定。土窯所用的鮮毛竹，一般在室外先放置約7天，再進(jìn)入窯中進(jìn)行煙熏預(yù)干燥，大約仍需1周，而自然冷卻至窯口溫度50～60℃時(shí)也需要一周，出窯一般也要2天。所以從裝窯到出炭一般要25～30天，竹炭產(chǎn)率一般為20％左右。如工藝合理，后期氧化燃燒掉的量少，則產(chǎn)率會(huì)超過(guò)20％，否則會(huì)低于20％；若空氣漏入或空氣量進(jìn)入過(guò)大，其產(chǎn)率甚至還會(huì)更低。土窯造價(jià)便宜，精煉時(shí)溫度高，所得的竹炭密度大，但質(zhì)量穩(wěn)定性較差，產(chǎn)率不夠高。 1.3 螺旋進(jìn)火燒制法 采用螺旋進(jìn)火道燒制工藝的過(guò)程是：先緩慢干餾窖內(nèi)的竹子，再經(jīng)過(guò)15～25d的燒制，使窖內(nèi)溫度最終達(dá)到1800℃以上，并在這一溫度下保持18min后封窖滅火，滅火3d左右后出炭并埋置于草木灰中降至常溫。這種制法，竹炭得到率較高，一般都會(huì)超過(guò)25％，高者可達(dá)35％，而且質(zhì)量也較高。 以上燒制竹炭的3種方法中，前2種已比較落后，第3種“螺旋進(jìn)火燒制法”的工藝較為先進(jìn)。 2 用竹炭研制和生產(chǎn)各種功能的炭布 竹炭的最大用途是把它粉碎成0.5～100μm的超細(xì)微粉，然后與一些高分子材料結(jié)合，制成具有不同性能、不同用途和不同類型的各式各樣的炭布。 1）普通炭布。用竹炭粉加上羧甲基纖維素等粘結(jié)劑，制成有粘性的竹炭層，用兩塊普通布料把該竹炭層粘合、壓緊、烘干，即可制成普通的炭布。 2）人造纖維炭布。底布與蓋布改成人造纖維，用粘性竹炭層將底布與蓋布緊緊粘結(jié)，干燥后就能制成人造纖維竹炭布。聚丙烯腈炭布、酚醛樹(shù)脂纖維炭布和瀝青纖維炭布都可算是這一類。 3）粘膠炭布。粘膠炭布是將粘膠人造絲織成布后，經(jīng)過(guò)清洗，浸漬增強(qiáng)劑，然后在80～250℃的烘箱內(nèi)脫除其中的吸附水與結(jié)構(gòu)水，最后在炭化爐內(nèi)加熱到1000℃以上，再經(jīng)炭化后就制成了粘膠炭布。 粘膠炭布和其它炭布相比，具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、堿金屬含量低和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。一般用來(lái)制造活性炭布，用于空氣凈化、溶劑回收、水質(zhì)凈化和制造飛機(jī)上的掃冰器、加熱器和塑料加熱器等器件。在國(guó)防上，粘膠炭布和酚醛樹(shù)脂復(fù)合，可制成導(dǎo)彈頭部防熱層的燒蝕材料。 4）無(wú)紡面料炭布。此種炭布，主要是指在無(wú)紡布里裝填進(jìn)一定量的竹炭細(xì)粒。其制法是用縫合線在縱、橫2個(gè)方向上將兩層無(wú)紡布面料縫合，各縫合線均勻分布；各方格單元中裝有用無(wú)紡布面料做成的小袋，其內(nèi)包裝有一定量的竹炭細(xì)粒，各細(xì)粒直徑為1～5mm。它由2層無(wú)紡布經(jīng)縱橫縫合線縫合制成，縱橫交錯(cuò)縫合線形成的各方格元，其內(nèi)裝無(wú)紡布小袋。各小袋內(nèi)包裝有一定量的竹炭細(xì)粒。這樣的無(wú)紡面料炭布產(chǎn)品就具有了能脫臭，除濕、防霉和防菌等保健方面的性能。 5）高分子復(fù)合炭布。把竹炭制成o.5～100μm的超細(xì)微粉后，再把它與一些高分子材料相結(jié)合接著用一些特殊工藝，將它涂覆在布、紙或其它基材上，可制成新型的高分子復(fù)合材料——具有各種優(yōu)美性能和多種用途的高分子材料的復(fù)合竹炭布。 6）塑料樹(shù)脂模炭布。利用竹炭可以制作裝填有竹炭的塑料樹(shù)脂模制品，也可用它作各式墊子以及涂料等的填充或包裝材料。用竹炭或竹炭和巨藻炭混合制成的塑料樹(shù)脂模制品，具有保健的遠(yuǎn)紅外線輻射性能和波傳導(dǎo)作用，因此裝填有竹炭的塑料樹(shù)脂模制品和刷上含有竹炭的涂料等，就會(huì)擁有上佳的保溫、保健等功能。 7）C/C型炭布復(fù)合材料。以炭布與炭纖維薄氈交替成疊層，采用針刺技術(shù)在垂直布面方向引入增強(qiáng)纖維制備準(zhǔn)三維預(yù)制體，樣品尺寸規(guī)格為：外徑110mm，內(nèi)徑451mm，高15～20mm，炭纖維所占的體積百分?jǐn)?shù)為20％～45％，以丙烯（C3，H6）為炭源氣，以2H或N2為載氣，所采用的C/C型復(fù)合材料的制備工藝流程為： 預(yù)制體—高溫預(yù)處理—CVI增密-熱處理—機(jī)加工—C/C復(fù)合材料。 用定向流動(dòng)熱梯度CVI工藝，通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化，完全能夠制備出摩擦磨損性能優(yōu)良的航空剎車用的C/C型炭布復(fù)合材料。 3 炭布的應(yīng)用 3.1 制作具有彈性的高級(jí)衣料 竹炭布有多孔結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸附能力，能吸附汗水，會(huì)輻射遠(yuǎn)紅外線，能滲透血管，刺激身體各經(jīng)絡(luò)的穴道，改善身體器官機(jī)能，所以用竹炭布能做成上佳的具有彈性的高級(jí)內(nèi)衣和華貴的衣料。 3.2 制作簡(jiǎn)易防塵、軍事防毒口罩 利用竹炭布可以制作一種簡(jiǎn)易防塵、軍事上能防毒的口罩。其特征是軟質(zhì)泡沫塑料片的兩端各有一個(gè)掛耳孔，軟質(zhì)泡沫塑料片中部的上端可由折疊線向下折疊，并且中間夾有一個(gè)竹炭布包。其優(yōu)點(diǎn)是，制作成本低，使用方便，洗滌多次仍可照常使用。它還具有吸塵、吸附異味和有害氣體的功能，能起到防塵防毒的作用。 3.3 制作高效空氣凈化機(jī)的過(guò)濾裝置 高效空氣凈化機(jī)的出風(fēng)口內(nèi)有竹炭布過(guò)濾裝置。這種空氣凈化機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠高效除塵、滅菌且能去除高濃度的PPb數(shù)量級(jí)的有害氣體。 4 結(jié) 語(yǔ) 采用最佳的燒制工藝制得優(yōu)質(zhì)的綠色產(chǎn)品竹炭，再用竹炭制成具有不同性能和不同用途的更高級(jí)的綠色產(chǎn)品炭布，由于竹炭和炭布的比表面積都很高，因而都具有極好的催化活化、吸附分解、吸濕干燥和除臭抗菌等性能。 竹炭和炭布除了用作裝填和包裝材料外，還被廣泛用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、電子、軍事、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、和高科技等領(lǐng)域。 竹炭和炭布以上種種的優(yōu)良性能和各式各樣的用途，可從日本專利權(quán)人所申請(qǐng)的10個(gè)美國(guó)專利中得到證實(shí)（詳見(jiàn)下面的參考文獻(xiàn)）。 利用竹炭布成功開(kāi)發(fā)的一系列綠色產(chǎn)品，好處多多，用途廣闊、經(jīng)濟(jì)效益可觀，是一條竹子深加工的較佳途徑，能為竹區(qū)的資源開(kāi)發(fā)和利用，開(kāi)辟更深遠(yuǎn)的前景。