工事中

竹の熱処理（火入れ）について、釣竿に関する書籍・文献・Web Siteを調べても定量的なデータが
ほとんどありません。
そこで、釣竿とは直接関係ない書籍・文献を中心に竹の成分・加熱特性等について調べてみました。

■竹の熱処理について

１．油抜き　とは

    (1)乾燥しやすくする。
    (2) 表面を綺麗にし、いつまでも保存にたえて工作にも支障がない様する。　
    (3) 害虫やカビを防ぐ。
　　
　　ために行うものである。

２．矯め　(曲がり直し)　とは

　　竹の軟化温度（70〜90℃、丸竹の場合は 90〜125℃）以上に加熱して、柔らかくなったところで癖をとること。
　　あるいは、繊維の並びを真直ぐに伸ばすことである。

　　また、曲がり直しで同じ場所を何度も加熱すると修正できなくなるのは、脱水が進んで硬くなるためと、
　　竹成分のヘミセルロース・リグニンのガラス転移点^*1が上昇（200℃位）し、柔らかくなり難くなる（あるいは、
　　柔らかくならない）為と思われる。
　　この様な状態で強引に曲がり直しを行うと、炭化が始まり竹が脆くなってしまうと思われます。
　　したがって、曲がり直しは短時間で行う（あるいは、あまり温度を上げないで行う）事が必要です。

３．火入れ　とは

　　竹には自由水と結合水^*2と呼ばれる2種類の水が存在しています。
　　自由水は含水率が繊維飽和点^*3(約２０％)以上の材の細胞内腔や細胞壁中の空隙にある水です。
　　竹が乾燥しても自由水が減少する限りにおいては収縮しないし、強度的性質も変化しません。
　　ところが、繊維飽和点以下に含水率が低くなると、結合水が減少します。
　　結合水は細胞壁内にあって材を構成する分子と二次的に結合している水なので、結合水が減少すると
　　収縮すると同時に強度的性質は増大します。
　　竹が、ある温度と湿度の環境に置かれると、いずれその環境とバランスがとれた含水率になります。
　　季節や地域によって違いがありますが、
　　日本の屋外の平均的な平衡含水率^*4は、およそ１５％と言われています。
    
　　つまり、火入れとは加熱することにより、短時間でセルロースの結合水を除去（脱水縮合^*5）することで
　　強度を高めると共に、親水性から疎水性に変質させ、再吸水を阻止し強度（乾燥状態）を維持する事である。
　　更に、リグニン（熱硬化性の接着剤の様な性質がある）が熱酸化重合^*6で強度を更に向上させる事。らしい

　　但し、加熱温度は長時間180℃以上にしない方が良さそうである。（竹成分のヘミセルロースが分解する）

　　また、低湿度の環境に長期間保管すれば、火入れは必要ないかも知れません。
　　（高湿度の環境では、5年・１０年保管しても強度は上がらない。・・・虫・カビが喜ぶだけ）

　　具体的な火入れ温度・時間については、明確ではありませんが、
　　下記の文献から　140℃〜180℃位　で　1時間位　が良いらしい。


以下は、論文・書籍等からの引用データです（一部加筆）

■竹の特性

１．竹の成分

　元素の割合　：　炭素　約５０ｗｔ％、酸素　約４５ｗｔ％、水素　約５ｗｔ％、窒素・ミネラル類　約１ｗｔ％

２．竹成分の熱特性

３．竹の含水率と強度

４．竹の熱処理方法と強度（マダケ）

５．竹繊維の耐熱性（孟宗竹）

（１） 加熱温度と重量保持率の関係 　　図３は、�@竹稈を圧搾したもの，�A竹単繊維，�B�潟oン     製の爆砕竹の３者の加熱後の重量保持率を示していま     す。�@と�Bでは160℃を超えると減量が目立つ。 　　これは熱分解温度の低いヘミセルロースによるものと 　　考えられる。 　　　 　　試験条件：１００℃〜２４０℃まで２０℃ずつ昇温し、 　　　　　　　　　各温度に１時間放置後の重量を測定 　⇒竹の火入れ温度は、160〜200℃以下にすべきか？
	図３　竹繊維の加熱温度と重量変化
（２） 天然繊維（竹、麻）の強度と熱処理温度の関係 　　　図４によれば、室温を含めた約140℃以下の低温域 　　　では数百MPa以上の高強度を発揮するが、 　　　１４０℃を境にして高温になると強度が急減する。 　　　（処理時間＝1時間）    　　 ⇒火入れ温度は、150℃以下にすべきか？
	図４　天然繊維の加熱温度と強度
（３） マニラ麻の強度と熱処理時間の関係 　　　図５によれば、処理時間が長くなるにつれて強度が 　　　急に減少しその後，次第にその減少傾向が弱くなって 　　　ある一定値に収束する 　　　３６００秒（1時間）以上では強度変化しない事が解る 　　　 　　　⇒火入れ温度は、１８０℃以下にすべきか？　 　　　　 火入れ時間は、1時間以内でＯＫか？
	図５　天然繊維の加熱時間と強度

６．　竹の熱処理と強度　　

７．竹の伐採時期

８．竹の選別

（１） 竹齢と強度（マダケ） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　竹齢と曲げ強さ（MOR）,曲げ弾性率（MOE）の関係は、 　　　両者とも3年生での密度の上昇に伴い高くなり、 　　　以降ほぼ一定の値を示している事が解ります。 　　　また、高さ方向の部位の違いによる曲げ強さ（MOR）, 　　　曲げ弾性率（MOE）の関係は、上方にいくに従い 　　　低くなる傾向が見られ、上方にいくに従い密度も 　　　低くなる傾向があるが、  　　　これは、維管束数及び維管束面積の減少による 　　　ものと考えられる。 　　　⇒ロッド制作には、３年生以上の竹が適している
	図８−１　竹齢と曲げ強度・密度
図８−２　竹齢と曲げ弾性	図８−３　竹齢と曲げ強度
（２） 密度と強度（マダケ） 　　　図９−１は、マダケの曲げ強度（MOE）で、密度と非常に強い正の相関にあり、 　　　密度を測定することによって、曲げ強度を推定することが可能であることがわかる。 　　　（伐採時期には影響されない・・・図７参照） 　　　図９−２は、孟宗竹の断面方向の密度分布です。表面側の密度が大きい（強度が大きい）事が解ります。
図９−１　密度と曲げ弾性	図９−２　孟宗竹断面の密度分布
（３） 使用部位（番玉*7）と強度（マダケ） 　　　図１０によれば、高さ方向の部位の違いによる維管束数及び維管束面積の関係は、上方にいくに従い 　　　維管束数及び維管束面積とも減少する事がわかります。 　　　図１１は、トンキン（3.6m）の根本側と先端側の断面写真です。維管束数は判りませんが、先端側の方が 　　　維管束が方が細くなっていることが判ります。                    　　　つまり、竹は根本側より先端側の方が強度がない（良く曲がる）という事であり、同じテーパーのロッドでも、 　　　根本側だけを使用した場合と先端側だけを使用した場合では、先端側だけのロッドの方が柔らかく 　　　（番手が低く）なってしまう。
図１０　竹の部位（玉番）と維管束	図１１　トンキンの根元と先端の断面
⇒肉厚の根本側をバットに、維管束の細い先端側をティップに使用することは理に適っている

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
■用語

*1　ガラス転移点とは    
　固体の結晶を加熱してゆくと融点で液体に変わり始め、固体と液体が共存する間は温度が融点に維持され、
　固体が全て液体に変わると、またその温度が上昇してゆく。
　だが、非晶質の固体を加熱した場合は、低温では結晶なみに堅く(剛性率が大きく)流動性がなかった(粘度が
　測定不可能なほど大きかった) 固体がある狭い温度範囲で急速に剛性と粘度が低下し流動性が増す。
　このような温度がガラス転移点である。

*2   結合水とは
^{細胞壁内にあって木材（竹）を構成する分子と二次的に結合している水のこと。}

*3　繊維飽和点とは
^{自由水が無くなる含水率の事。}

*4  平衡含水率とは
　自然乾燥での含水率の事。

*5  縮合反応・脱水縮合とは
　2つの官能基からそれぞれ1部分が分離し、それが結合して小さな分子を形成して脱離し、それと同時に2つの
　官能基の残った部分同士でも結合が生成して新しい官能基が生成する形式の反応である。
　例えばカルボキシ基 −COOH とヒドロキシ基 −OH の縮合反応では、カルボキシ基から OH、ヒドロキシ基から
　はH が分離して結合し水分子が脱離する。それと同時に残ったカルボキシ基の −CO の部分とヒドロキシ基の
　 −O の部分も結合してエステル結合 −COO− が生成する。
　縮合反応の内、水分子が脱離する場合を、脱水縮合（だっすいしゅくごう）と呼ぶ。

*6  重合・熱酸化重合とは
　重合とは、簡単な構造をもつ分子化合物が二つ以上結合して分子量の大きな別の化合物を生成する現象で
　あり、空気の存在下で熱をかけたときに起こる重合反応を熱酸化重合という。

*7 番玉とは
　1番玉，2番玉とは、
　地面に近い2，3節間は節間が短く試験片が作製できないため切り捨て、その上部から3節間づつを4本に玉切
　りし、下方から1番玉、2番玉、3番玉、4番玉とした。

*8 MOE，MORとは
　MOEおよびMORは、それぞれModulus of ElasticityおよびModulus of Ruptureの略語で、弾性率および曲げ破
　壊係数のことです。
　弾性率は材料の変形のしにくさを表す値で、応力−ひずみ曲線において、ひずみの小さいところにおける直線
　領域での勾配に相当します。弾性係数ともいいます。
　曲げ破壊係数は、曲げ強度あるいは曲げ強さとも呼ばれ、材料の強度を表し、曲げ荷重を受けて破壊した時
　の応力にあたります。
　変形しにくい材料は、強いと思われるかも知れませんが、例えばガラスのようにMOEが大きくてもMORは小さ
　い、すなわち脆い材料もあります。この点に関して、木材では一般に曲げ弾性率、曲げ強度ともに比重の増大
　に伴って増大するため、曲げ弾性率と曲げ強度の間に良好な正の相関関係が存在します。

■引用・参考文献

論文
　　　丸竹材の曲げ加工及び接合技術に関する研究　　　　
　　　　　　　　　　　　　　別府産業工芸試験所　　寒竹 愼一　,他
　　　竹材の性質に関する研究(第13報)　竹材の剪断強度と含水率との関係　　
　　　　　　　　　　　　　　九州大学農学部　　太田　基
　　　竹繊維の特性とその用途開発について　　
　　　　　　　　　　　　　　東京都立産業技術研究センター研究報告，第3 号，2008 年　　池田 善光　,他
　　　機能性グリーンコンポジットの開発とその評価方法
　　　　　　　　　　　　　　徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部　高木 均
　　　圧縮成型によるマダケの機械的性質の向上
　　　　　　　　　　　　　　徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部　高木 均
　　　同一竹林内における竹材の曲げ強度特性について
　　　　　　　　　　　　　　大分県竹工芸・訓練支援センター 　大内 成司　,他
　　　竹籤を用いたばねの製作と実験
　　　　　　　　　　　　　　長崎大学教育学部紀要. 教科教育　富山 哲之
　　　モウソウチクの強度性能：稈壁内のヤング係数分布について
　　　　　　　　　　　　　　北海道大學農學部　　上田 恒司

特許出願資料
   　　汚染物質の除去方法及び除去システム
　　　　　　　　　　　　　　http://www.j-tokkyo.com/2001/B09C/JP2001-079537.shtml
　　　セルロース系材料複合ポリウレタン樹脂組成物の製造方法
　　　　　　　　　　　　　　http://www.patentjp.com/12/L/L101703/DA10001.html
　　　セルロースエステル化合物
　　　　　　　　　　　　　　http://patent.astamuse.com/ja/granted/JP/No/3970947/%E8%A9%B3%E7%B4%B0

書籍　
　　　創森社 「竹の魅力と活用」　竹資源活用フォーラム　内村 悦三　編
　　　講談社 BULE BACKS 「紙のなんでも小事典」　紙の博物館　編

WEB SITE　
　　　江戸和竿ができるまで　http://members2.jcom.home.ne.jp/kuniichi/seisaku.html
　　　Ｑ酔Ｋの畔で　　　　　　　http://haruworks.exblog.jp/12670940/
　　　樹の中にある水　　　　　http://www.ohi-s.co.jp/PDF/kanso1.pdf