CN100542758C - 竹木互补复合材料制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于人造板和复合材料技术领域。采用竹材的采集，竹秆的加工，竹条的加工，竹条的开片，竹丝加工，竹丝帘的加工，竹丝帘的浸胶，浸胶竹丝帘的沥胶和干燥，旋切刨切木单板，木结疤去除，木集成材的制造，木单板的浸胶干燥，竹木单向叠层组坯，压制等工艺步骤，利用竹木特性，以竹为主要材料，木材为辅助材料，利用两者性能互补的特点，制成性能优良，内部无缺陷的优质复合材料。

Description

竹木互补复合材料制造方法

技术领域：

本发明属于人造板和复合材料技术领域。

背景技术：

竹材属可再生的天然材料，性能优良，外侧竹材的性能良好。但竹材为薄壁、中空、有削尖度的非规则椭圆锥筒形，竹材径向性能差异极大，竹材外侧和内侧性能差异极大。竹材可制成不同的加工单元，包括竹筒、竹条、竹片(竹篾)、竹丝、维管束和竹纤维。竹筒难以直接制作高性能的结构材料。主要的原因一是竹筒的几何形状不规则，连接困难。二是竹筒外侧维管束分布密集，干缩湿胀率高。竹筒的内侧维管束分布稀疏，干缩湿胀率低。竹筒易于开裂成为主要的问题。但竹筒的加工量最小，成本低。竹条则是将竹筒破开而成，竹条的均匀性差，受到削尖度的影响，竹条的长度受到限制。多用于加工成竹地板等装饰材料。竹片(竹篾)则是将竹条开片而成，竹篾的均匀性较好，可采用分级方法，分成不同的级别。但竹篾的均匀性差，几何形状不规则，难以制备高性能的复合材料。竹丝是一种连续、截面尺寸规则的加工单元，可以制成性能较好的竹基复合材料。但竹丝的方向、位置难以做到精确定位就、竹丝复合材料内部还会出现一定数量的空隙，影响到材料的性能。竹材的力学性能可高达300MPa，模量则可接近30GPa，硬度高、压缩率小。

木材的性能远低于竹材，多数木结构材料的强度低于100MPa，模量低于18GPa，而且一些软木材质地柔性好、压缩率高。

发明内容

本发明的目的是提供一种竹木互补复合材料制造方法，利用竹木特性，以竹为主要材料，木材为辅助材料，利用两者性能互补的特点，制成性能优良，内部无缺陷的优质复合材料。

本发明的方法包括如下步骤：

(1)竹材的采集，竹材的采集需要对竹种、采集地点、采集时间、采集数量、采集人、竹龄、胸径、长度、稍径有明确记载；

(2)竹秆的加工，竹秆的加工为圆锯截断，长度参照规定，竹秆长度为净长度尺寸，对分段后的竹秆的直径、竹壁的厚度、圆度、削尖度加以分类；

(3)竹条的加工，竹条的加工方法是撞机的机械破条，竹条的宽度在10至30mm之间，竹条的厚度需要均匀，同一组竹条厚度误差不得超过±10％，

(4)竹条的开片，竹条开片为竹青片和竹黄片，竹片可分成不同的级别，按厚度一定归类；

(5)竹丝加工，竹片可采用拉丝或压丝方法制成竹丝，竹丝的厚度在1-3mm，宽度在2-10mm，长度在1-5m之间；

(6)竹丝帘的加工，竹丝可利用编帘机制成竹丝帘，竹丝帘的厚度和长度为竹丝的厚度和长度，宽度为0.3-1.2m；

(7)竹丝帘的浸胶，竹丝帘浸胶，胶粘剂为环氧树脂；

(8)浸胶竹丝帘的沥胶和干燥，将浸胶竹丝帘沥去多余树脂，干燥；

(9)旋切木单板：选结疤少的木材，直接旋切成木单板，单板的厚度在0.5-3mm；

(10)刨切木单板，选无结疤的木材，直接刨切成无结疤的刨切木单板；

(11)木材锯解，将木材锯解成木条；

(12)木结疤去除，将有结疤的木条，去除结疤，制成无结疤木条；

(13)无结疤木条接长，将无结疤木条用指接或斜接方法接长；

(14)木集成材的制造，将无结疤木条涂胶，压制成木集成材；

(15)刨切木单板，将木集成材用刨切机刨切成木单板；

(16)木单板的浸胶干燥，将步骤(10)和步骤(15)中得到的刨切木单板以及步骤(9)中得到的旋切木单板分别浸胶、干燥，制成组坯木单板；

(17)竹木单向叠层组坯，将竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯，所述的将竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹同向且为竹木叠层放置；

(18)木单板正交组坯，竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯，增加组坯木单板横向组坯，所述的竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯为竹丝帘沿竹丝纵向放置，组坯木单板沿木纹方向与竹丝方向垂直放置且为竹木叠层放置；

(19)竹木正交组坯，竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯，所述的竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹可横向、或纵向放置且为竹木叠层放置；

(20)压制，组坯后的竹木复合材料在压机上热压成型，压力2.5-4MPa，时间10分钟，热压温度75℃。

上述方法实现了本发明的目的。

本发明的优点是以高强度、高模量、低压缩率的竹丝为主要材料，以可压缩率高的木基材料为辅助材料，制成内部密实、无缺陷的竹木互补复合材料。竹材的特点是硬度高、强度高、模量高，压缩率低。但竹丝的定向、竹丝间准确的定位、低压缩率下的成型还存在一定的困难。竹丝复合材料内部还存在一定的空隙。虽然多余的树脂可以填补，但材料的性能受到影响。如果采用柔性好、压缩率高的木基材料填充竹材之间的间隙，则可弥补竹基复合材料的不足。因此，高性能的竹基复合材料需要木材补充间隙，增加强度。木材的力学性能一般低于竹材，木基复合材料的性能也受到影响。竹材的性能高，可以起到增强木材的作用，因此竹材和木材有明显的互补作用。两种材料有明显的互补作用，称之为竹木互补复合材料。

竹木互补复合材料主要种类如下：

(1)竹木互补单向复合材料

即竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯，竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹同向且为竹木叠层放置。以竹丝为主要材料，木单板为辅助材料。两者单向叠层单向组坯，压制而成。材料的纵向性能最强，横向性能较低。

(2)竹木互补主纵向复合材料

即竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯，竹丝帘的沿竹丝纵向放置，组坯木单板沿木纹方向与竹丝方向垂直放置且为竹木叠层放置，以竹丝为主要材料，木单板为辅助材料。两者单向叠层组坯，有少量的木单板为横向正交组坯，提高横向性能。

(3)竹木互补复合材料正交层板

即竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯，竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹可横向，或纵向放置且为竹木叠层放置。即以竹丝为主要材料，木单板为辅助材料。两者单向叠层多向组坯，压制而成。材料的纵向性能和横向性能可设计。

具体实施方式

(1)竹材的采集：竹材的采集需要对竹种、采集地点、采集时间、采集数量、采集人、竹龄、胸径、长度、稍径有明确记载；

(2)竹材的目测分级：对竹材的径级、长度、梢径、弯曲程度和缺陷加以分类；竹材的几何形态为由竹节分割的中空竹秆，主要的几何尺寸有：竹秆的长度、胸径、竹节数量、竹节的间距、竹秆大端和小端的长径；短径和竹壁厚度等。

(3)竹条的加工：竹条的加工采用撞机完成，可根据竹秆的平均围径等分破条。竹条的宽度小，有利于竹材的均匀。宽度为15mm。

(4)竹条开片：采用定宽和定厚开片机，可对竹条定宽和定厚开片，竹片的厚度为2-3mm。由于竹条(去除竹青和竹黄后的竹片)的厚度不规则，而高质量的产品需要将其厚度规则化。首先将竹青片和竹黄片定厚加工，其中竹青片的质量好，可将其厚度规则化，而竹黄片的性能较差，厚度可不规则。竹青片可进一步对分开片，加工成A、B两种级别的产品。竹黄片在厚度过大时，可对分开片成C、D级竹片。

(5)竹丝加工：竹片可采用拉丝方法制成竹丝，竹丝的宽度为3mm。竹丝的厚度为2mm，竹丝的长度在1-5米之间。

(6)竹丝帘的加工：用编帘机将竹丝编成竹帘，竹帘的厚度和长度为竹丝的厚度和长度，竹帘的宽度为500mm。

(7)竹丝帘的浸胶和干燥：竹丝帘经浸胶，沥胶，干燥，含水率低于10％，制成浸胶竹丝帘备用。

(8)木集成材的制备：木材锯解成木条，除去结疤。无结疤木条的宽度为30mm，厚度为20mm，长度为0.5，1，1.5，2米。木条涂胶压制成木集成材，木集成材的宽度为250mm，长度为4米，厚度为300mm。

(9)木单板的刨切：用木材刨切机将木集成材刨切成木单板，木单板的尺寸为1mm厚，250mm宽，4米长。

(10)木单板的浸胶：胶粘剂选用酚醛或环氧树脂，用溶剂稀释，调整胶液的浓度，木单板浸胶、压辊去多余的胶，干燥，含水率低于8％，制成组坯木单板。

(11)叠层组坯：分为竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯，竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯和竹丝帘和竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯。

组坯木单板单向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹同向且为竹木叠层放置；形成一层竹丝帘、一层组坯木单板其木纹与竹丝向同向，竹木叠层放置，根据需要选择竹丝帘或组坯木单板作外端面层。

竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯为竹丝帘沿竹丝纵向放置，组坯木单板沿木纹方向与竹丝方向垂直放置且为竹木叠层放置。形成一层竹丝帘、一层组坯木单板其木纹与竹丝向垂向(包括近似垂直，斜交夹角20°—90°)，竹木叠层放置，根据需要选择竹丝帘或组坯木单板作外端面层。

竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹可横向、或纵向放置且为竹木叠层放置，为上述两叠层组坯法的任意组合。

(13)压制，组坯后的竹木复合坯板在压机上压制成型，酚醛胶粘剂固化温度为140-150℃，压力2.5-4MPa，时间10分钟，热压温度75℃。

(14)切边，沙光

竹增强材长度方向需切边，表面沙光。

(15)检测

用超声波无损检验和，对竹增强材料的含水率、密度、模量、强度检测。结构作为产品的指标，也供调节组坯比例，控制产品性能服务。

(16)竹层积材的产品性能

竹层积材的产品几何指标包括长度、宽度、厚度、几何尺寸的精度和平行度，物理性能包括密度、含水率、硬度，力学性能有模量和强度。需要有合格证和质量的认证。

Claims (1)

1、一种竹木互补复合材料制造方法，其特征在于：

(1)竹材的采集，竹材的采集需要对竹种、采集地点、采集时间、采集数量、采集人、竹龄、胸径、长度、稍径有明确记载；

(2)竹秆的加工，竹秆的加工为圆锯截断，长度参照规定，竹秆长度为净长度尺寸，对分段后的竹秆的直径、竹壁的厚度、圆度、削尖度加以分类；

(3)竹条的加工，竹条的加工方法是撞机的机械破条，竹条的宽度在10至30mm之间，竹条的厚度需要均匀，同一组竹条厚度误差不得超过±10％，

(4)竹条的开片，竹条开片为竹青片和竹黄片，竹片可分成不同的级别，按厚度一定归类；

(5)竹丝加工，竹片可采用拉丝或压丝方法制成竹丝，竹丝的厚度在1-3mm，宽度在2-10mm，长度在1-5m之间；

(6)竹丝帘的加工，竹丝可利用编帘机制成竹丝帘，竹丝帘的厚度和长度为竹丝的厚度和长度，宽度为0.3-1.2m；

(7)竹丝帘的浸胶，竹丝帘浸胶，胶粘剂为环氧树脂；

(8)浸胶竹丝帘的沥胶和干燥，将浸胶竹丝帘沥去多余树脂，干燥；

(9)旋切木单板：选结疤少的木材，直接旋切成木单板，单板的厚度在0.5-3mm；

(10)刨切木单板，选无结疤的木材，直接刨切成无结疤的刨切木单板；

(11)木材锯解，将木材锯解成木条；

(12)木结疤去除，将有结疤的木条，去除结疤，制成无结疤木条；

(13)无结疤木条接长，将无结疤木条用指接或斜接方法接长；

(14)木集成材的制造，将无结疤木条涂胶，压制成木集成材；

(15)刨切木单板，将木集成材用刨切机刨切成木单板；

(16)木单板的浸胶干燥，将步骤(10)和步骤(15)中得到的刨切木单板以及步骤(9)中得到的旋切木单板分别浸胶、干燥，制成组坯木单板；

(17)竹木单向叠层组坯，将竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯，所述的将竹丝帘和组坯木单板单向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹同向且为竹木叠层放置；

(18)木单板正交组坯，竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯，增加组坯木单板横向组坯，所述的竹丝帘和组坯木单板纵向叠层组坯为竹丝帘沿竹丝纵向放置，组坯木单板沿木纹方向与竹丝方向垂直放置且为竹木叠层放置；

(19)竹木正交组坯，竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯，所述的竹丝帘和组坯木单板纵向和横向叠层组坯为竹丝帘的竹丝与组坯木单板的木纹可横向、或纵向放置且为竹木叠层放置；

(20)压制，组坯后的竹木复合材料在压机上热压成型，压力2.5-4MPa，时间10分钟，热压温度75℃。