CN101269501B - 竹木薄板复合层积材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹木薄板复合层积材的制造方法，包括制备杉木薄锯板步骤、竹青薄板步骤和将杉木薄锯板和竹青薄板复合成层积材的步骤等。本发明不仅方法简便，而且通过本发明的方法，能够大量生产出满足风力发电叶片复合材料要求的竹木薄板复合层积材，按GB1935-91木材顺纹抗压强度试验方法的要求加工并检测试件；再按NASA CR-174910、UDR-TR-85-45顺纹抗拉强度试验方法的要求加工并检测试件，沿木纹方向的平均拉伸强度＞190MPa，沿木纹方向的平均压缩强度＞130MPa，沿木纹方向的扬氏模量＞21GPa，完全满足风力发电叶片的强度要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电叶片复合材料的竹木薄板复合层积材的制造方法。
背景技术
目前，用于风力发电的叶片一般均采用玻璃纤维增强塑料(简称玻璃钢)复合材料制造。这种材料虽然制造工艺成熟，但也存在成本高(10-20万元/吨)的问题，且玻璃钢的废旧产品处理困难，既难以燃烧，又不易分解，国外多采用堆积方式处理，占用了大量的土地。因此，必须开发出一种新的低成本、可回收利用的环保叶片来替代目前大量使用的玻璃钢叶片。
我国是木材资源非常丰富的国家，杉木作为我国南方广泛生长的主要木材品种之一，其来源广泛，木材蓄材量大，生长相对较快，同时具有良好的防腐性能，其密度低，顺纹方向力学性能好，但杉木的横纹方向强度低，顺纹方向的抗压强度也相对较低。而毛竹的竹青部份具有强度高、硬度大、韧性好、耐磨等特点。
专利申请200710178373.8“风电叶片复合材料的杉木边材径切板目测及机械分级方法”公开了一种杉木的毛坯板分级方法，通过该方法能够分级出抗弯弹性模量大于12000Mpa的杉木边材规格板。
专利申请200710178853.4“杉木薄板层积材的制造方法”公开了一种杉木薄板层积材的制造方法，通过该方法的步骤能够制造出满足要求的重组杉木木方。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于风电叶片复合材料的竹木薄板复合层积材的制造方法，该方法快捷简便，能够在重组分级杉木边材径切板木方和重组分级毛竹竹青薄板的基础上制造出用于风电叶片的竹木薄板复合层积材。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于风电叶片复合材料的竹木薄板复合层积材的制造方法包括如下步骤：
1)对杉木边材径切规格板进行组坯，制成顺纹方向相互平行的集成材木方，杉木边材径切规格板之间涂刷集成材胶；在组坯时，所述杉木边材径切规格板在长度方向上按照斜接角度为2～6°进行组接；所述集成材胶的配比为：合成乳胶∶固化剂＝100∶15，所述配比为重量百分比，所述合成乳胶为LK-DN60的双组分合成乳胶，所述LK-DN60的涂胶量为120～220g/m2，陈化时间为5～15分钟，压力为5～15kgcm2，冷压时间为60～120分钟；其中，所述杉木边材径切规格板通过如下步骤得到：
步骤a：选择直径在30厘米以上，树干通直，外观无缺陷的杉木新伐材原木若干；
步骤b：对选材进行“米”字型下料；
步骤c：锯解标准杉木边材径切毛坯板，在干燥窑里烘干至含水率低于12％，剔除各种木材缺陷，精加工制成长×宽×厚为500mm×20mm×20mm的规格板条备用；
步骤d：通过目测，选择的毛坯板满足：直纹理、材质均匀，年轮宽度小于2mm且分布均匀，外观无任何生长缺陷和加工缺陷，径面形成的“山”纹数量少于2个且与平面的夹角大于75°为合格；
2)将集成材木方沿径向方向锯切成并加工成2～4mm厚的杉木薄锯板；
3)将杉木薄锯板放入到浸渍树脂中加压浸渍后取出低温烘干，具体是：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入杉木薄锯板，加上重物使薄锯板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，将浸渍好树脂的薄锯板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟，待薄锯板的表面的胶不再粘手后取出备用；其中，所述树脂的配比为：618环氧树脂30％，SK3环氧树脂30％，2124酚醛树脂40％，所述配比为重量百分比；测定调制好的环氧混合浸渍树脂的固含量，再加入稀释剂丙酮将环氧混合浸渍树脂的固含量调至40％；
4)将采伐的毛竹处理加工成具有适当长度、高度和宽度的留青竹片；
5)将留青竹片进行炭化处理，炭化条件为：温度100～140℃，压力0.5～1.5个大气压，时间60～180分钟；
6)将炭化完成的竹片进行干燥后分级，控制竹片的含水率在8％以下，在将所述竹片干燥后，检测竹片的杨氏模量Ew，选择杨氏模量Ew＞12000Mpa的竹片备用；
7)将分级竹片涂胶，并按竹青朝向同一方向单层组坯，通过热压形成单层的竹青薄板；
8)将竹青薄板放入到浸渍树脂中加压浸渍后取出低温烘干，具体是：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入竹青薄板，加上重物使竹青薄板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，将浸渍好树脂的竹青薄板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟，待竹青薄板的表面的胶不再粘手后取出；其中，所述树脂的配比为：618环氧树脂30％，SK3环氧树脂30％，2124酚醛树脂40％，所述配比为重量百分比；测定调制好的环氧混合浸渍树脂的固含量，再加入稀释剂丙酮将环氧混合浸渍树脂的固含量调至40％；
9)将杉木薄锯板和竹青薄板依次错层顺纹组坯，使竹青面朝同一方向，再通过热压机进行胶合；在通过热压机进行热压时，热压机垫板的上、下两层还涂有800～1000厘泊硅油，热压温度为100～140℃，压力为10～20Mpa，热压时间为60～120分钟。
优选地，所述杉木薄锯板和单层竹青薄板的厚度为3mm。
优选地，所述步骤7)具体是：将竹片单面涂刷地板胶，涂胶量260g/M2，竹青面朝同一方向单层组坯，通过热压机加压，热压正面压力1.1～1.2Mpa，侧压压力0.8～1.0MPa。
本发明不仅方法简便，而且通过本发明的方法，能够大量生产出满足风 力发电叶片复合材料要求的竹木薄板复合层积材，按GB1935-91木材顺纹抗压强度试验方法的要求加工并检测试件；再按NASA CR-174910、UDR-TR-85-45顺纹抗拉强度试验方法的要求加工并检测试件，沿木纹方向的平均拉伸强度＞190MPa，沿木纹方向的平均压缩强度＞130MPa，沿木纹方向的扬氏模量＞21GPa，完全满足风力发电叶片的强度要求。因此本发明使杉木与毛竹大批量用于加工风力发电叶片成为可能。
附图说明
图1为分级竹青薄板示意图；
图2为分级杉木薄锯板示意图；
图3为竹木薄板复合层积材的组坯示意图。
具体实施方式
本发明具体按照如下步骤进行选材和处理：
首先按照专利申请200710178373.8进行杉木边材径切规格板的分级，具体包括如下步骤：
步骤1：选择直径在30厘米以上，树干通直，外观无缺陷(包括腐朽、弯曲等)的杉木新伐材原木若干；
步骤2：对选材进行“米”字型下料；
步骤3：锯解标准杉木边材径切毛坯板，在干燥窑里烘干至含水率低于12％，剔除各种木材缺陷，精加工制成500mm×20mm×20mm(长×宽×厚)的规格板条备用；
步骤4：通过目测，选择的毛坯板满足：直纹理、材质均匀，年轮宽度小于2mm且分布均匀，外观无任何生长缺陷和加工缺陷，径面形成的“山”纹数量少于2个且与平面的夹角大于75°为合格。
然后再按照专利申请200710178853.4的制作步骤进行制作，具体步骤为：
步骤5：对步骤4杉木进行组坯，组坯时分级杉木边材径切规格板组坯过程中要保证斜接缝的位置上下、左右错开，长度方向上按照斜接角度为2～6°进行斜接，最佳斜接角度为3.81°(斜率1/15)。杉木边材径切规格板之间涂刷集成材胶，胶粘剂选用双组分的合成乳胶(LK-DN60)做为集成材的胶粘剂，配比为(重量百分比)：合成乳胶70～90％，固化剂为10～30％，优选的配比为：LK-DN60∶固化剂＝100∶15。涂胶量为120～220g/m2，陈化时间为5～15分钟，压力为5～15kgcm2，冷压时间为60～120分钟；最佳涂胶量是170g/m2(单面)，陈化时间10分钟，压力10kg/cm2，冷压时间90分钟；
按本发明的制作步骤进行制作，具体步骤为：
步骤6：将冷压好的杉木集成材木方放置24小时后，取出沿径向锯切并加工成2～4mm(优选为3mm)厚的薄锯板备用；
步骤7：按照配比(重量百分比)为：618环氧树脂15～35％，SK3环氧树脂15～35％，酚醛树脂25～45％调制浸渍树脂；优选配比为：618环氧树脂∶SK3环氧树脂∶2124酚醛树脂＝30∶30∶40；测定调制好的环氧混合浸渍树脂的固含量，再加入稀释剂丙酮将环氧混合浸渍树脂的固含量调至40％；
步骤8：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入杉木薄锯板，加上重物使薄锯板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，待薄锯板表面的胶不再粘手为止，将浸渍好树脂的薄锯板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟；
制作出来的薄锯板如图2所示。
步骤9：将采伐的毛竹处理加工成具有适当长度、宽度和厚度的留青竹片；
步骤10：将留青竹片进行炭化处理，炭化条件为：温度100～140℃，压力0.5～1.5个大气压，时间60～180分钟；
步骤11：将炭化完成的竹片进行干燥，控制竹片的含水率在8％以下；并利用用DY-D99型多功能动态杨氏模量测量仪检测竹青片后分级， Ew≥12000Mpa，一级；12000MPa＞Ew≥10000MPa，二级；
步骤12：将选用一级竹青片涂胶，并按竹青朝向同一方向组坯，通过热压制成分级竹青薄板；
步骤13：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入分级竹青薄板，加上重物使竹青薄板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，待竹青薄板表面的胶不再粘手为止，将浸渍好树脂的竹青薄板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟；
制作出来的竹青薄板如图1所示。
步骤14：将低温干燥好的分级杉木浸渍薄锯板和分级竹青薄板依次错层(即一层杉木薄锯板一层竹青薄板)顺纹组坯，使竹青面朝同一方向，竹木薄板复合层积材的压缩率为50％，将组坯好的材料放入热压机热压，热压垫板的上、下两层涂800～1000厘泊硅油，热压温度为100～140℃，压力为10～20Mpa，热压时间为60～120分钟；优选为热压垫板的上、下两层涂1000厘泊硅油，热压温度为120℃，压力为15Mpa，时间为90分钟；
步骤15：将加工好的竹木薄板复合层积材取出，如图3所示，放置24小时后，按GB1935-91木材顺纹抗压强度试验方法的要求加工并检测试件；再按NASA CR-174910，UDR-TR-85-45顺纹抗拉强度试验方法的要求加工并检测试件，沿纹理方向的平均拉伸强度＞190MPa，沿木纹方向的平均压缩强度＞130MPa，沿木纹方向的扬氏模量＞21GPa。
通过上述步骤，就能够方便地大量生产出满足风力发电叶片复合材料要求的竹木薄板复合层积材，从而完全满足将杉木大批量用于风力发电叶片的要求。
Claims (3)
1.一种用于风电叶片复合材料的竹木薄板复合层积材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对杉木边材径切规格板进行组坯，制成顺纹方向相互平行的集成材木方，杉木边材径切规格板之间涂刷集成材胶；在组坯时，所述杉木边材径切规格板在长度方向上按照斜接角度为2～6°进行组接；所述集成材胶的配比为：合成乳胶∶固化剂＝100∶15，所述配比为重量百分比，所述合成乳胶为LK-DN60的双组分合成乳胶，所述LK-DN60的涂胶量为120～220g/m2，陈化时间为5～15分钟，压力为5～15kgcm2，冷压时间为60～120分钟；其中，所述杉木边材径切规格板通过如下步骤得到：
步骤a：选择直径在30厘米以上，树干通直，外观无缺陷的杉木新伐材原木若干；
步骤b：对选材进行“米”字型下料；
步骤c：锯解标准杉木边材径切毛坯板，在干燥窑里烘干至含水率低于12％，剔除各种木材缺陷，精加工制成长×宽×厚为500mm×20mm×20mm的规格板条备用；
步骤d：通过目测，选择的毛坯板满足：直纹理、材质均匀，年轮宽度小于2mm且分布均匀，外观无任何生长缺陷和加工缺陷，径面形成的“山”纹数量少于2个且与平面的夹角大于75°为合格；
2)将集成材木方沿径向方向锯切成并加工成2～4mm厚的杉木薄锯板；
3)将杉木薄锯板放入到浸渍树脂中加压浸渍后取出低温烘干，具体是：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入杉木薄锯板，加上重物使薄锯板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，将浸渍好树脂的薄锯板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟，待薄锯板的表面的胶不再粘手后取出备用；其中，所述树脂的配比为：618环氧树脂30％，SK3环氧树脂30％，2124酚醛树脂40％，所述配比为重量百分比；测定调制好的环氧混合浸渍树脂的固含量，再加入稀释剂丙酮将环氧混合浸渍树脂的固含量调至40％；
4)将采伐的毛竹处理加工成具有适当长度、高度和宽度的留青竹片；
5)将留青竹片进行炭化处理，炭化条件为：温度100～140℃，压力0.5～1.5个大气压，时间60～180分钟；
6)将炭化完成的竹片进行干燥，控制竹片的含水率在8％以下，在将所述竹片干燥后，检测竹片的杨氏模量Ew，选择杨氏模量Ew＞12000Mpa的竹片备用；
7)将竹片涂胶，并按竹青朝向同一方向单层组坯，通过热压形成单层的竹青薄板；
8)将竹青薄板放入到浸渍树脂中加压浸渍后取出低温烘干，具体是：将调制好的环氧混合浸渍树脂倒入浸渍罐中，加入竹青薄板，加上重物使竹青薄板完全浸入浸渍树脂中，加0.8MPa压力浸渍，60分钟后取出沥干，将浸渍好树脂的竹青薄板送入烘箱干燥，打开烘箱鼓风机，烘箱温度设定为60℃，时间为120分钟，待竹青薄板的表面的胶不再粘手后取出；其中，所述树脂的配比为：618环氧树脂30％，SK3环氧树脂30％，2124酚醛树脂40％，所述配比为重量百分比；测定调制好的环氧混合浸渍树脂的固含量，再加入稀释剂丙酮将环氧混合浸渍树脂的固含量调至40％；
9)将杉木薄锯板和竹青薄板依次错层顺纹组坯，使竹青面朝同一方向，再通过热压机进行胶合；在通过热压机进行热压时，热压机垫板的上、下两层还涂有800～1000厘泊硅油，热压温度为100～140℃，压力为10～20Mpa，热压时间为60～120分钟。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述杉木薄锯板和单层竹青薄板的厚度为3mm。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤7)具体是：将竹片单面涂刷地板胶，涂胶量260g/M2，竹青面朝同一方向单层组坯，通过热压机加压，热压正面压力1.1～1.2Mpa，侧压压力0.8～1.0MPa。
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