專利名稱：竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制造方法，尤其適于要求強(qiáng)度 高、硬度大及加工性能好的風(fēng)電葉片材料、建筑結(jié)構(gòu)材、建筑模板、車廂底 板、裝飾材料、家具用材及地板等結(jié)構(gòu)和裝飾性材料。
技術(shù)背景目前，現(xiàn)有的竹材板材化利用是先把竹材加工成竹篾、竹片或竹束，然 后施膠，再組坯、膠合等工藝加工而成，竹篾、竹片或竹束等竹材板材化的 基本單元均需要去除竹青和竹黃，不僅加工復(fù)雜，尤其需要大量手工操作， 而且切削加工竹材浪費(fèi)大、還降低了竹材原料的強(qiáng)度，同時膠的浪費(fèi)也大。近來，中國專利02120518.3提供了一種針對直徑小于80mm的小徑竹為 原料，由于竹青濕潤性差、膠合性能也低，首先要采用竹材去青機(jī)或噴砂去 青機(jī)除去竹材外弧表面竹青，然后采用剖竹機(jī)剖分竹材，再用竹材輾壓機(jī)輾 成橫向不斷裂、縱向松散而交錯相連的竹束，雖然提高了竹材的利用率，但 是，由于采用專門除去小徑竹的竹青的工序較為復(fù)雜，要去除小徑竹的竹青 的生產(chǎn)效率更低，而且竹材內(nèi)表竹黃也沒有除去，更重要的是經(jīng)過輾壓機(jī) 輾壓出的竹束，其竹束粗細(xì)不均、長短不一，難以達(dá)到均勻分布，施膠和含 水率必然也不均勻，實(shí)際上，壓制的膠合板的強(qiáng)度和硬度提高有限。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有竹材人造板及其制造方法的不足，而提供一 種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制造方法，它是直接把除去內(nèi)節(jié)的半圓竹筒，分 別以其內(nèi)弧表面和外弧表面對著疏解機(jī)的疏解輥進(jìn)行進(jìn)行若干次反復(fù)疏解， 經(jīng)過疏解齒對其內(nèi)、外弧表面的擠壓，在其內(nèi)、外弧表面及其竹壁上分別形 成間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，同時其內(nèi)、外弧表面的竹青層和竹黃層 經(jīng)過疏解齒切割、劈裂和擠壓以及驅(qū)動輥的摩擦，使竹青和竹黃呈部分脫落、 裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，從而破壞了竹青層和竹黃層原有的性能，然后經(jīng)浸 膠、組坯、膠合而形成竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，它是由定向竹纖維氈和膠粘劑層構(gòu)成，定向 竹纖維氈的內(nèi)、外弧表面及其竹壁上分別形成間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂 縫，該裂縫內(nèi)設(shè)有膠粘劑層，并且在定向竹纖維氈的上、下表面及其周圍表 面均設(shè)有一箔層膠粘劑層。一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法，包括以下步驟-1) 毛竹、巨龍竹、綠竹、慈竹、麻竹、雷竹和剛竹等竹材，將竹材鋸截成1.5m 20m長度的一段竹筒，沿其直徑縱向剖成兩個半圓竹筒，并除去 內(nèi)節(jié)；2) 疏解半圓竹筒內(nèi)弧表面以一段半圓竹筒內(nèi)弧表面對著疏解機(jī)的疏解輥，并使該半圓竹筒的一端 頭插入驅(qū)動輥和疏解輥之間的間隙中，在驅(qū)動輥拖動該半圓竹筒向前平移的過程中，對半圓竹筒內(nèi)弧表面的不同位置進(jìn)行局部縱向切割和徑向擠壓，使 半圓竹筒內(nèi)弧表面疏解出間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，而竹青面仍保持 較為完整的片狀結(jié)構(gòu)，同時，對半圓竹筒內(nèi)弧表面竹黃層進(jìn)行切割、劈裂和 擠壓，同時驅(qū)動棍對外弧表面竹青層進(jìn)行摩擦，使竹青和竹黃呈部分脫落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)；如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；3) 再疏解半圓竹筒外弧表面將上述內(nèi)弧表面疏解過的半圓竹筒翻轉(zhuǎn)180度，即使相應(yīng)原半圓竹筒外弧表面對著上述或與上述相同疏解機(jī)的疏解輥，并使該半圓竹筒的一端頭插 入驅(qū)動輥和疏解輥之間的間隙中，采用如上述相同過程，使相應(yīng)原半圓竹筒 外弧表面疏解出間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，同時，對半圓竹筒外弧表 面竹青層的蠟質(zhì)進(jìn)行切割、劈裂和擠壓，同時驅(qū)動棍對內(nèi)弧表面竹黃層進(jìn)行 摩擦，使竹青和竹黃呈部分脫落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；重復(fù)步驟2)和步驟3)對半圓竹筒進(jìn)行若干次反復(fù)疏解，在半圓竹筒疏 的內(nèi)、外表面和竹壁上分別形成間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫和粗細(xì)較均 勻、縱向不斷的竹纖維交織而成網(wǎng)狀的定向竹纖維氈。4) 干燥將上述疏解過的定向竹纖維氈在烘干箱內(nèi)干燥或晾曬干，達(dá)到含水率為8% 15%;5) 施膠使用的膠粘劑為酚醛膠黏劑，固含量為10-25%，采用浸膠施膠方法酚樹脂膠粘劑的固含量為定向竹纖維氈原料絕干重量的8-20%,浸膠時膠液的 溫度是常溫，浸膠時間為5-10分鐘，取出，垂直放置5-10分鐘，使表面的 膠黏劑不再滴落；將上述的定向竹纖維氈在40-6(TC烘箱中干燥或晾曬至含 水率在6-12%之間；6) 組坯按照預(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維氈一 般按竹黃層朝內(nèi)，竹青層朝外，順紋或交叉組坯得到板坯?；蛘甙凑疹A(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維 氈均勻地鋪裝在模具中。7) 熱壓在上述熱壓工藝中，采用冷進(jìn)-冷出工藝，當(dāng)熱壓板的溫度為40 60°C時，將上述的板坯送入熱壓機(jī)中，通入過熱蒸汽，邊升溫，邊加壓，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到3.5 MPa后保壓，熱壓溫度達(dá)到16(TC后保溫，保溫時間為0.5 min/腿，之后，通入冷卻水，使溫度降低到40 6(TC，泄壓，將板坯從壓機(jī) 中取出而獲得所需要的多塊竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的組合產(chǎn)品?；蛘卟捎美鋲汉娓晒袒尚头ǎ鋲簤毫?-13MPa，將上模壓制到銷 釘孔的位置，插上銷釘，將上述的板坯和模具送入140-160 。C烘箱中，固化 時間為3-5h。取出后脫模。所述相鄰的裂紋之間形成纖維，該纖維包含l-5個維管束和若干個基本 組織。所述在驅(qū)動輥的表面具有均勻凸出麻點(diǎn)。所述疏解齒長度為兩齒縱向間距的1. 1 3倍，高度為半圓竹筒壁厚的0. 5 0. 75倍。所述定向竹纖維氈寬度擴(kuò)展到半圓竹筒弧長的2倍 5倍。 本發(fā)明的有益效果不但半圓竹筒內(nèi)弧和外弧表面皆疏解出均勻而間斷 的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，同時竹青和竹黃也被除去，從而，增加了竹材 的有效膠合面積和改善了竹材的滲透路徑，使膠合板的強(qiáng)度、硬度大為提高 并且及加工性能還好。


圖1為本發(fā)明典型實(shí)施例的定向竹纖維氈立體圖； 圖2本發(fā)明典型實(shí)施例的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剖視示意圖。 圖3本發(fā)明典型實(shí)施例的疏解機(jī)具體實(shí)施方式
本發(fā)明典型實(shí)施例的竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由定向竹纖維氈1和膠粘劑 層2構(gòu)成，如圖1 2所示，其中定向竹纖維氈1是在竹材的上、下表面和竹壁上分別設(shè)有沿縱向間斷的 系列粗細(xì)不均的裂縫11和粗細(xì)均勻、縱向不斷的網(wǎng)狀交織的纖維12構(gòu)成， 如圖1所示，并且該定向竹纖維氈1表面竹青和竹黃由于切割、劈裂和擠壓 呈部分脫落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，該裂縫11是用疏解機(jī)在半圓竹筒內(nèi)、 外弧面分別加工形成，相鄰的裂縫11之間形成纖維12，該纖維12包含1-5 個維管束和若干個基本組織，并且定向竹纖維氈1的寬度達(dá)到原始剖開半圓 竹筒3弧長的2 5倍；膠粘劑層2滲透到定向竹纖維氈1的裂縫11內(nèi)，在定向竹纖維氈1的上、 下表面及其周圍表面均設(shè)有一箔層膠粘劑層2 (酚醛樹脂)，如圖2所示；由于本發(fā)明竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的定向竹纖維氈1在寬度和厚度方向均 勻地分布著系列粗細(xì)不均的縱向裂縫ll，既不破壞原有竹材的縱向纖維，又 使膠粘劑層2均勻而間隔地滲透到裂紋11和纖維12內(nèi)，形成牢固的膠釘連 結(jié)和化學(xué)結(jié)合，從而有效地提高了原有竹材的強(qiáng)度、硬度和耐候性。本發(fā)明竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的物理力學(xué)性能測試的性能指標(biāo)，如卜表所竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的物理力學(xué)性能密度(g/cm3)1.101.000.80靜曲強(qiáng)度(MPa)288.6253.7156.1彈性模量(GPa)28.924.116.43拉伸強(qiáng)度(MPa)274.2256.9157.9拉伸模量(GPa)30.028.417.6壓縮強(qiáng)度(MPa)150.9147.8112.3本發(fā)明竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法的典型實(shí)施例步驟如下-1，毛竹、巨龍竹、綠竹、慈竹、麻竹、雷竹和剛竹等竹材，將竹材鋸截成1.5m 20m長度的一段竹筒，沿其直徑縱向剖成兩個半圓竹筒3，并除去 內(nèi)節(jié)；2，疏解半圓竹筒內(nèi)弧表面以一段半圓竹筒內(nèi)弧表面對著疏解機(jī)的疏解輥，并使該半圓竹筒的一端 頭插入驅(qū)動輥和疏解輥之間的間隙中，在驅(qū)動輥4拖動該半圓竹筒3向前平 移的過程中，由于疏解輥5外圓周上設(shè)有若干均布的帶有刀匁的疏解齒51(其長度為兩齒縱向間距的1.1 3倍)，該疏解齒51 (其高度為半圓竹筒3壁 厚的0. 5 0. 75倍)對半圓竹筒3內(nèi)弧表面的不同位置進(jìn)行局部縱向切割、 劈裂和徑向擠壓，使半圓竹筒3內(nèi)弧表面疏解出均勻而間斷的裂縫11，如圖 3所示，而竹青面仍保持較為完整的片狀結(jié)構(gòu)；如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；同時，疏解齒51和驅(qū)動輥4 (采用凸點(diǎn)輥)配合的疏解過程中，對半圓 竹筒3內(nèi)弧表面竹黃層的硅質(zhì)進(jìn)行切割、劈裂和擠壓，使其呈部分脫落、裂 紋、碎片或碎粒狀態(tài)，起到破壞竹黃層的硅質(zhì)存在的濕潤性差、膠合性能低 的缺陷，從而達(dá)到提高膠合性能的效果；而竹青面仍保持較為完整的片狀結(jié)構(gòu)，竹材由竹青面為外弧、竹黃為內(nèi) 弧的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為竹黃面為外弧、竹青面為內(nèi)弧的結(jié)構(gòu)，這樣就會形成竹黃面 收到拉伸力作用，竹青面受到擠壓力作用，有助于竹青和竹黃的脫落；3，再疏解半圓竹筒3外弧表面由于上述內(nèi)弧表面疏解過的半圓竹筒3，原竹青面仍保持較為完整的片 狀結(jié)構(gòu)，竹材由竹青面為外弧、竹黃為內(nèi)弧的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為竹黃面為外弧、竹 青面為內(nèi)弧的結(jié)構(gòu)-,此時，再將上述內(nèi)弧表面疏解過的半圓竹筒3翻轉(zhuǎn)180度，即使相應(yīng)原 半圓竹筒3外弧表面(竹青面)對著上述或與上述相同疏解機(jī)的疏解輥5， 并使該半圓竹筒3的一端頭插入驅(qū)動輥4和疏解輥5之間的間隙中，采用如 上述相同過程，使相應(yīng)原半圓竹筒3外弧表面疏解出均勻而間斷的裂縫11， 如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；同時，疏解齒51和驅(qū)動輥4 (表面具有均勻凸出麻點(diǎn))的配合的疏解過程中，對半圓竹筒3外弧表面竹青層的蠟質(zhì)進(jìn)行切割和擠壓，使其呈部分脫 落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，從而，起到破壞竹青層的蠟質(zhì)存在的濕潤性差、 膠合性能低的缺陷；此外，經(jīng)過重復(fù)反復(fù)步驟2和3的疏解作用，將上述半圓竹筒3疏解成 在寬度和厚度方向設(shè)有間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫11和粗細(xì)較均勻、縱 向不斷的網(wǎng)狀交織的纖維12組成的定向纖維氈1，該纖維12包含1-5個維 管束和若干個基本組織，并且該定向竹纖維氈1的寬度可以擴(kuò)展到原來半圓 竹筒3弧長的2倍 5倍，使膠合性能良好的竹壁上部分較充分地暴露到外 弧表面，從而，增加了竹材的有效膠合面積和改善了竹材的滲透路徑；4) 干燥將上述疏解過的定向竹纖維氈在烘干箱內(nèi)干燥或晾曬干，達(dá)到含水率為8% 15%;5) 施膠使用的膠粘劑為酚醛膠黏劑，固含量為10-25%，采用浸膠施膠方法酚醛 樹脂膠粘劑的固含量為定向竹纖維氈原料絕干重量的8-20%,浸膠時膠液的 溫度是常溫，浸膠時間為5-10分鐘，取出，垂直放置5-10分鐘，使表面的 膠黏劑不再滴落；將上述的定向竹纖維氈在40-6(TC烘箱中千燥或晾曬至含 水率在6-12%之間；6) 組坯按照預(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維氈一 般按竹黃層朝內(nèi)，竹青層朝外，順紋或交叉組坯得到板坯?；蛘甙凑疹A(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維 氈均勻地鋪裝在模具中。 7)熱壓在上述熱壓工藝中，采用冷進(jìn)-冷出工藝，當(dāng)熱壓板的溫度為40 6(TC 時，將上述的板坯送入熱壓機(jī)中，通入過熱蒸汽，邊升溫，邊加壓，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到3.5 MPa后保壓，熱壓溫度達(dá)到16(TC后保溫，保溫時間為0.5 min/mm，之后，通入冷卻水，使溫度降低到40 60°C ，泄壓，將板坯從壓機(jī) 中取出而獲得所需要的多塊竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的組合產(chǎn)品?；蛘卟捎美鋲汉娓晒袒尚头?，冷壓壓力為8-13MPa，將上模壓制到 銷釘孔的位置，插上銷釘，將上述的板坯和模具送入140-160 "C烘箱中，固 化時間為3-5h。取出后脫模。
權(quán)利要求
1，一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，它是由定向竹纖維氈和膠粘劑層構(gòu)成，定向竹纖維氈的上、下表面及其竹壁上分別設(shè)有間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，該裂紋內(nèi)設(shè)有膠粘劑層，并且在定向竹纖維氈的上、下表面及其周圍表面均設(shè)有一箔層膠粘劑層。
2.一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法，其特征在于，包括以下步驟1) 毛竹、巨龍竹、綠竹、慈竹、麻竹、雷竹和剛竹等竹材，將竹材鋸截成1.5m 20m長度的一段竹筒，沿其直徑縱向剖成兩個半圓竹筒，并除去 內(nèi)節(jié)；2) 疏解半圓竹筒內(nèi)弧表面以一段半圓竹筒內(nèi)弧表面對著疏解機(jī)的疏解輥，并使該半圓竹筒的一端 頭插入驅(qū)動輥和疏解輥之間的間隙中，在驅(qū)動輥拖動該半圓竹筒向前平移的 過程中，對半圓竹筒內(nèi)弧表面的不同位置進(jìn)行局部縱向切割和徑向擠壓，使 半圓竹筒內(nèi)弧表面疏解出間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，而竹青面仍保持 較為完整的片狀結(jié)構(gòu)，同時，對半圓竹筒內(nèi)弧表面竹黃層的硅質(zhì)進(jìn)行切割、 劈裂和擠壓，同時驅(qū)動輥對外弧表面進(jìn)行摩擦，使竹青和竹黃呈部分脫落、 裂紋、碎片或碎粒；如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；3)再疏解半圓竹筒外弧表面將上述內(nèi)弧表面疏解過的半圓竹筒翻轉(zhuǎn)180度，即使相應(yīng)原半圓竹筒外 弧表面對著上述或與上述相同疏解機(jī)的疏解輥，并使該半圓竹筒的一端頭插入驅(qū)動輥和疏解輥之間的間隙中，采用如上述相同過程，使相應(yīng)原半圓竹筒 外弧表面疏解出間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，同時，對半圓竹筒外弧表 面竹青層的蠟質(zhì)進(jìn)行切割、劈裂和擠壓，同時，摩擦輥對內(nèi)弧表面竹青層進(jìn) 行摩擦，使竹青和竹黃呈部分脫落、裂紋、碎片或碎粒狀態(tài)，如此進(jìn)行若干次反復(fù)疏解；重復(fù)步驟2)和步驟3)對半圓竹筒進(jìn)行若干次反復(fù)疏解，在半圓竹筒疏 的內(nèi)、外表面和竹壁上分別形成間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫和粗細(xì)較均 勻、縱向不斷的竹纖維交織而成網(wǎng)狀的定向竹纖維氈；4) 干燥將上述疏解過的定向竹纖維氈在烘干箱內(nèi)干燥或晾曬干，達(dá)到含水率為8% 15%;5) 施膠使用的膠粘劑為酚醛膠黏劑，固含量為10-25%，采用浸膠施膠方法酚醛 樹脂膠粘劑的固含量為定向竹纖維氈原料絕干重量的8-20%，浸膠時膠液的 溫度是常溫，浸膠時間為5-IO分鐘，取出，垂直放置5-10分鐘，使表面的 膠黏劑不再滴落；將上述的定向竹纖維氈在40-6(TC烘箱中干燥或晾曬至含 水率在6-12%之間；6) 組坯按照預(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維氈一 般按竹黃層朝內(nèi)，竹青層朝外，順紋或交叉組坯得到板坯；或者按照預(yù)設(shè)的密度稱取定向竹纖維氈，將上述施膠后的定向竹纖維氈均勻地鋪裝在模具中j 7)熱壓在上述熱壓工藝中，采用冷進(jìn)-冷出工藝，當(dāng)熱壓板的溫度為40 60°C時，將上述的板坯送入熱壓機(jī)中，通入過熱蒸汽，邊升溫，邊加壓，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到3.5 MPa后保壓，熱壓溫度達(dá)到16(TC后保溫，保溫時間為0.5 min/mm，之后，通入冷卻水，使溫度降低到40 60°C ，泄壓，將板坯從壓機(jī) 中取出而獲得所需要的多塊竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的組合產(chǎn)品；或者采用冷壓烘干固化成型法，冷壓壓力為8-13MPa，將上模壓制到銷 釘孔的位置，插上銷釘，將上述的板坯和模具送入140-160 。C烘箱中，固化 時間為3-5h;取出后脫模。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于，所述 相鄰的裂紋之間形成纖維，該纖維包含l-5個維管束和若干個基本組織。
4,根據(jù)權(quán)利要求2所述一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法，其特征在于， 所述在驅(qū)動輥的表面具有均勻凸出麻點(diǎn)。
5，根據(jù)權(quán)利要求2所述一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法，其特征在于， 所述疏解齒長度為兩齒縱向間距的1. 1 3倍，高度為半圓竹筒壁厚的0. 5 0.75倍。
6，根據(jù)權(quán)利要求2所述一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造方法，其特征在于， 所述定向竹纖維氈寬度擴(kuò)展到半圓竹筒3弧長的2倍 5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制造方法，它是由定向竹纖維氈和膠粘劑層構(gòu)成，定向竹纖維氈的上、下表面以及厚度方向分別設(shè)有沿縱向均勻間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，其制造方法主要將一段竹筒，沿其直徑縱向剖成兩個半圓竹筒，并除去內(nèi)節(jié)；通過驅(qū)動輥和疏解輥疏解半圓竹筒內(nèi)弧表面，再疏解半圓竹筒外弧表面，然后施膠、熱壓而形成竹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，半圓竹筒內(nèi)弧和外弧表面皆疏解出均勻而間斷的粗細(xì)不均的系列縱向裂縫，同時竹青和竹黃也被除去，從而，增加了竹材的有效膠合面積和改善了竹材的滲透路徑，使膠合板的強(qiáng)度、硬度大為提高并且加工性能還好。
文檔編號B27N3/08GK101607411SQ20091008963
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者于文吉, 余養(yǎng)倫, 蘇志英 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所