CN101607411A - 竹纤维增强复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竹纤维增强复合材料及其制造方法，它是由定向竹纤维毡和胶粘剂层构成，定向竹纤维毡的上、下表面以及厚度方向分别设有沿纵向均匀间断的粗细不均的系列纵向裂缝，其制造方法主要将一段竹筒，沿其直径纵向剖成两个半圆竹筒，并除去内节；通过驱动辊和疏解辊疏解半圆竹筒内弧表面，再疏解半圆竹筒外弧表面，然后施胶、热压而形成竹纤维增强复合材料，半圆竹筒内弧和外弧表面皆疏解出均匀而间断的粗细不均的系列纵向裂缝，同时竹青和竹黄也被除去，从而，增加了竹材的有效胶合面积和改善了竹材的渗透路径，使胶合板的强度、硬度大为提高并且加工性能还好。

Description

竹纤维增强复合材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种竹纤维增强复合材料及其制造方法，尤其适于要求强度高、硬度大及加工性能好的风电叶片材料、建筑结构材、建筑模板、车厢底板、装饰材料、家具用材及地板等结构和装饰性材料。

背景技术

目前，现有的竹材板材化利用是先把竹材加工成竹篾、竹片或竹束，然后施胶，再组坯、胶合等工艺加工而成，竹篾、竹片或竹束等竹材板材化的基本单元均需要去除竹青和竹黄，不仅加工复杂，尤其需要大量手工操作，而且切削加工竹材浪费大、还降低了竹材原料的强度，同时胶的浪费也大。

近来，中国专利02120518.3提供了一种针对直径小于80mm的小径竹为原料，由于竹青湿润性差、胶合性能也低，首先要采用竹材去青机或喷砂去青机除去竹材外弧表面竹青，然后采用剖竹机剖分竹材，再用竹材辗压机辗成横向不断裂、纵向松散而交错相连的竹束，虽然提高了竹材的利用率，但是，由于采用专门除去小径竹的竹青的工序较为复杂，要去除小径竹的竹青的生产效率更低，而且竹材内表竹黄也没有除去，更重要的是：经过辗压机辗压出的竹束，其竹束粗细不均、长短不一，难以达到均匀分布，施胶和含水率必然也不均匀，实际上，压制的胶合板的强度和硬度提高有限。

发明内容

本发明的目的在于改进现有竹材人造板及其制造方法的不足，而提供一种竹纤维增强复合材料及其制造方法，它是直接把除去内节的半圆竹筒，分别以其内弧表面和外弧表面对着疏解机的疏解辊进行进行若干次反复疏解，经过疏解齿对其内、外弧表面的挤压，在其内、外弧表面及其竹壁上分别形成间断的粗细不均的系列纵向裂缝，同时其内、外弧表面的竹青层和竹黄层经过疏解齿切割、劈裂和挤压以及驱动辊的摩擦，使竹青和竹黄呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，从而破坏了竹青层和竹黄层原有的性能，然后经浸胶、组坯、胶合而形成竹纤维增强复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

一种竹纤维增强复合材料，它是由定向竹纤维毡和胶粘剂层构成，定向竹纤维毡的内、外弧表面及其竹壁上分别形成间断的粗细不均的系列纵向裂缝，该裂缝内设有胶粘剂层，并且在定向竹纤维毡的上、下表面及其周围表面均设有一箔层胶粘剂层。

一种竹纤维增强复合材料制造方法，包括以下步骤：

1)毛竹、巨龙竹、绿竹、慈竹、麻竹、雷竹和刚竹等竹材，将竹材锯截成1.5m～20m长度的一段竹筒，沿其直径纵向剖成两个半圆竹筒，并除去内节；

2)疏解半圆竹筒内弧表面：

以一段半圆竹筒内弧表面对着疏解机的疏解辊，并使该半圆竹筒的一端头插入驱动辊和疏解辊之间的间隙中，在驱动辊拖动该半圆竹筒向前平移的过程中，对半圆竹筒内弧表面的不同位置进行局部纵向切割和径向挤压，使半圆竹筒内弧表面疏解出间断的粗细不均的系列纵向裂缝，而竹青面仍保持较为完整的片状结构，同时，对半圆竹筒内弧表面竹黄层进行切割、劈裂和挤压，同时驱动棍对外弧表面竹青层进行摩擦，使竹青和竹黄呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态；如此进行若干次反复疏解；

3)再疏解半圆竹筒外弧表面：

将上述内弧表面疏解过的半圆竹筒翻转180度，即使相应原半圆竹筒外弧表面对着上述或与上述相同疏解机的疏解辊，并使该半圆竹筒的一端头插入驱动辊和疏解辊之间的间隙中，采用如上述相同过程，使相应原半圆竹筒外弧表面疏解出间断的粗细不均的系列纵向裂缝，同时，对半圆竹筒外弧表面竹青层的蜡质进行切割、劈裂和挤压，同时驱动棍对内弧表面竹黄层进行摩擦，使竹青和竹黄呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，如此进行若干次反复疏解；

重复步骤2)和步骤3)对半圆竹筒进行若干次反复疏解，在半圆竹筒疏的内、外表面和竹壁上分别形成间断的粗细不均的系列纵向裂缝和粗细较均匀、纵向不断的竹纤维交织而成网状的定向竹纤维毡。

4)干燥：

将上述疏解过的定向竹纤维毡在烘干箱内干燥或晾晒干，达到含水率为8％～15％；

5)施胶：

使用的胶粘剂为酚醛胶黏剂，固含量为10-25％，采用浸胶施胶方法酚醛树脂胶粘剂的固含量为定向竹纤维毡原料绝干重量的8-20％，浸胶时胶液的温度是常温，浸胶时间为5-10分钟，取出，垂直放置5-10分钟，使表面的胶黏剂不再滴落；将上述的定向竹纤维毡在40-60℃烘箱中干燥或晾晒至含水率在6-12％之间；

6)组坯：

按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡一般按竹黄层朝内，竹青层朝外，顺纹或交叉组坯得到板坯。

或者：按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡均匀地铺装在模具中。

7)热压：

在上述热压工艺中，采用冷进-冷出工艺，当热压板的温度为40～60℃时，将上述的板坯送入热压机中，通入过热蒸汽，边升温，边加压，当热压压力达到3.5MPa后保压，热压温度达到160℃后保温，保温时间为0.5min/mm，之后，通入冷却水，使温度降低到40～60℃，泄压，将板坯从压机中取出而获得所需要的多块竹纤维增强复合材料的组合产品。

或者采用冷压烘干固化成型法，冷压压力为8-13MPa，将上模压制到销钉孔的位置，插上销钉，将上述的板坯和模具送入140-160℃烘箱中，固化时间为3-5h。取出后脱模。

所述相邻的裂纹之间形成纤维，该纤维包含1-5个维管束和若干个基本组织。

所述在驱动辊的表面具有均匀凸出麻点。

所述疏解齿长度为两齿纵向间距的1.1～3倍，高度为半圆竹筒壁厚的0.5～0.75倍。

所述定向竹纤维毡宽度扩展到半圆竹筒弧长的2倍～5倍。

本发明的有益效果：不但半圆竹筒内弧和外弧表面皆疏解出均匀而间断的粗细不均的系列纵向裂缝，同时竹青和竹黄也被除去，从而，增加了竹材的有效胶合面积和改善了竹材的渗透路径，使胶合板的强度、硬度大为提高并且及加工性能还好。

附图说明

图1为本发明典型实施例的定向竹纤维毡立体图；

图2本发明典型实施例的竹纤维增强复合材料剖视示意图。

图3本发明典型实施例的疏解机

具体实施方式

本发明典型实施例的竹纤维增强复合材料是由定向竹纤维毡1和胶粘剂层2构成，如图1～2所示，其中：

定向竹纤维毡1是在竹材的上、下表面和竹壁上分别设有沿纵向间断的系列粗细不均的裂缝11和粗细均匀、纵向不断的网状交织的纤维12构成，如图1所示，并且该定向竹纤维毡1表面竹青和竹黄由于切割、劈裂和挤压呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，该裂缝11是用疏解机在半圆竹筒内、外弧面分别加工形成，相邻的裂缝11之间形成纤维12，该纤维12包含1-5个维管束和若干个基本组织，并且定向竹纤维毡1的宽度达到原始剖开半圆竹筒3弧长的2～5倍；

胶粘剂层2渗透到定向竹纤维毡1的裂缝11内，在定向竹纤维毡1的上、下表面及其周围表面均设有一箔层胶粘剂层2(酚醛树脂)，如图2所示；

由于本发明竹纤维增强复合材料的定向竹纤维毡1在宽度和厚度方向均匀地分布着系列粗细不均的纵向裂缝11，既不破坏原有竹材的纵向纤维，又使胶粘剂层2均匀而间隔地渗透到裂纹11和纤维12内，形成牢固的胶钉连结和化学结合，从而有效地提高了原有竹材的强度、硬度和耐候性。

本发明竹纤维增强复合材料的物理力学性能测试的性能指标，如下表所示；

竹纤维增强复合材料的物理力学性能

密度(g/cm3)	1.10	1.00	0.80
				静曲强度(MPa)	288.6	253.7	156.1
弹性模量(GPa)	28.9	24.1	16.43
				拉伸强度(MPa)	274.2	256.9	157.9
拉伸模量(GPa)	30.0	28.4	17.6
				压缩强度(MPa)	150.9	147.8	112.3

本发明竹纤维增强复合材料制造方法的典型实施例步骤如下：

1，毛竹、巨龙竹、绿竹、慈竹、麻竹、雷竹和刚竹等竹材，将竹材锯截成1.5m～20m长度的一段竹筒，沿其直径纵向剖成两个半圆竹筒3，并除去内节；

2，疏解半圆竹筒内弧表面：

以一段半圆竹筒内弧表面对着疏解机的疏解辊，并使该半圆竹筒的一端头插入驱动辊和疏解辊之间的间隙中，在驱动辊4拖动该半圆竹筒3向前平移的过程中，由于疏解辊5外圆周上设有若干均布的带有刀刄的疏解齿51(其长度为两齿纵向间距的1.1～3倍)，该疏解齿51(其高度为半圆竹筒3壁厚的0.5～0.75倍)对半圆竹筒3内弧表面的不同位置进行局部纵向切割、劈裂和径向挤压，使半圆竹筒3内弧表面疏解出均匀而间断的裂缝11，如图3所示，而竹青面仍保持较为完整的片状结构；如此进行若干次反复疏解；

同时，疏解齿51和驱动辊4(采用凸点辊)配合的疏解过程中，对半圆竹筒3内弧表面竹黄层的硅质进行切割、劈裂和挤压，使其呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，起到破坏竹黄层的硅质存在的湿润性差、胶合性能低的缺陷，从而达到提高胶合性能的效果；

而竹青面仍保持较为完整的片状结构，竹材由竹青面为外弧、竹黄为内弧的结构转化为竹黄面为外弧、竹青面为内弧的结构，这样就会形成竹黄面收到拉伸力作用，竹青面受到挤压力作用，有助于竹青和竹黄的脱落；

3，再疏解半圆竹筒3外弧表面：

由于上述内弧表面疏解过的半圆竹筒3，原竹青面仍保持较为完整的片状结构，竹材由竹青面为外弧、竹黄为内弧的结构转化为竹黄面为外弧、竹青面为内弧的结构；

此时，再将上述内弧表面疏解过的半圆竹筒3翻转180度，即使相应原半圆竹筒3外弧表面(竹青面)对着上述或与上述相同疏解机的疏解辊5，并使该半圆竹筒3的一端头插入驱动辊4和疏解辊5之间的间隙中，采用如上述相同过程，使相应原半圆竹筒3外弧表面疏解出均匀而间断的裂缝11，如此进行若干次反复疏解；

同时，疏解齿51和驱动辊4(表面具有均匀凸出麻点)的配合的疏解过程中，对半圆竹筒3外弧表面竹青层的蜡质进行切割和挤压，使其呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，从而，起到破坏竹青层的蜡质存在的湿润性差、胶合性能低的缺陷；

此外，经过重复反复步骤2和3的疏解作用，将上述半圆竹筒3疏解成在宽度和厚度方向设有间断的粗细不均的系列纵向裂缝11和粗细较均匀、纵向不断的网状交织的纤维12组成的定向纤维毡1，该纤维12包含1-5个维管束和若干个基本组织，并且该定向竹纤维毡1的宽度可以扩展到原来半圆竹筒3弧长的2倍～5倍，使胶合性能良好的竹壁上部分较充分地暴露到外弧表面，从而，增加了竹材的有效胶合面积和改善了竹材的渗透路径；

4)干燥：

将上述疏解过的定向竹纤维毡在烘干箱内干燥或晾晒干，达到含水率为8％～15％；

5)施胶：

使用的胶粘剂为酚醛胶黏剂，固含量为10-25％，采用浸胶施胶方法酚醛树脂胶粘剂的固含量为定向竹纤维毡原料绝干重量的8-20％，浸胶时胶液的温度是常温，浸胶时间为5-10分钟，取出，垂直放置5-10分钟，使表面的胶黏剂不再滴落；将上述的定向竹纤维毡在40-60℃烘箱中干燥或晾晒至含水率在6-12％之间；

6)组坯：

按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡一般按竹黄层朝内，竹青层朝外，顺纹或交叉组坯得到板坯。

或者：按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡均匀地铺装在模具中。

7)热压：

在上述热压工艺中，采用冷进-冷出工艺，当热压板的温度为40～60℃时，将上述的板坯送入热压机中，通入过热蒸汽，边升温，边加压，当热压压力达到3.5MPa后保压，热压温度达到160℃后保温，保温时间为0.5min/mm，之后，通入冷却水，使温度降低到40～60℃，泄压，将板坯从压机中取出而获得所需要的多块竹纤维增强复合材料的组合产品。

或者采用冷压烘干固化成型法，冷压压力为8-13MPa，将上模压制到销钉孔的位置，插上销钉，将上述的板坯和模具送入140-160℃烘箱中，固化时间为3-5h。取出后脱模。

Claims (6)

1，一种竹纤维增强复合材料，其特征在于，它是由定向竹纤维毡和胶粘剂层构成，定向竹纤维毡的上、下表面及其竹壁上分别设有间断的粗细不均的系列纵向裂缝，该裂纹内设有胶粘剂层，并且在定向竹纤维毡的上、下表面及其周围表面均设有一箔层胶粘剂层。

2，一种竹纤维增强复合材料制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)毛竹、巨龙竹、绿竹、慈竹、麻竹、雷竹和刚竹等竹材，将竹材锯截成1.5m～20m长度的一段竹筒，沿其直径纵向剖成两个半圆竹筒，并除去内节；

2)疏解半圆竹筒内弧表面：

以一段半圆竹筒内弧表面对着疏解机的疏解辊，并使该半圆竹筒的一端头插入驱动辊和疏解辊之间的间隙中，在驱动辊拖动该半圆竹筒向前平移的过程中，对半圆竹筒内弧表面的不同位置进行局部纵向切割和径向挤压，使半圆竹筒内弧表面疏解出间断的粗细不均的系列纵向裂缝，而竹青面仍保持较为完整的片状结构，同时，对半圆竹筒内弧表面竹黄层的硅质进行切割、劈裂和挤压，同时驱动辊对外弧表面进行摩擦，使竹青和竹黄呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒；如此进行若干次反复疏解；

3)再疏解半圆竹筒外弧表面：

将上述内弧表面疏解过的半圆竹筒翻转180度，即使相应原半圆竹筒外弧表面对着上述或与上述相同疏解机的疏解辊，并使该半圆竹筒的一端头插入驱动辊和疏解辊之间的间隙中，采用如上述相同过程，使相应原半圆竹筒外弧表面疏解出间断的粗细不均的系列纵向裂缝，同时，对半圆竹筒外弧表面竹青层的蜡质进行切割、劈裂和挤压，同时，摩擦辊对内弧表面竹青层进行摩擦，使竹青和竹黄呈部分脱落、裂纹、碎片或碎粒状态，如此进行若干次反复疏解；

重复步骤2)和步骤3)对半圆竹筒进行若干次反复疏解，在半圆竹筒疏的内、外表面和竹壁上分别形成间断的粗细不均的系列纵向裂缝和粗细较均匀、纵向不断的竹纤维交织而成网状的定向竹纤维毡；

4)干燥：

将上述疏解过的定向竹纤维毡在烘干箱内干燥或晾晒干，达到含水率为8％～15％；

5)施胶：

使用的胶粘剂为酚醛胶黏剂，固含量为10-25％，采用浸胶施胶方法酚醛树脂胶粘剂的固含量为定向竹纤维毡原料绝干重量的8-20％，浸胶时胶液的温度是常温，浸胶时间为5-10分钟，取出，垂直放置5-10分钟，使表面的胶黏剂不再滴落；将上述的定向竹纤维毡在40-60℃烘箱中干燥或晾晒至含水率在6-12％之间；

6)组坯：

按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡一般按竹黄层朝内，竹青层朝外，顺纹或交叉组坯得到板坯；

或者：按照预设的密度称取定向竹纤维毡，将上述施胶后的定向竹纤维毡均匀地铺装在模具中；

7)热压：

在上述热压工艺中，采用冷进-冷出工艺，当热压板的温度为40～60℃时，将上述的板坯送入热压机中，通入过热蒸汽，边升温，边加压，当热压压力达到3.5MPa后保压，热压温度达到160℃后保温，保温时间为0.5min/mm，之后，通入冷却水，使温度降低到40～60℃，泄压，将板坯从压机中取出而获得所需要的多块竹纤维增强复合材料的组合产品；

或者采用冷压烘干固化成型法，冷压压力为8-13MPa，将上模压制到销钉孔的位置，插上销钉，将上述的板坯和模具送入140-160℃烘箱中，固化时间为3-5h；取出后脱模。

3，根据权利要求1所述的一种竹纤维增强复合材料，其特征在于，所述相邻的裂纹之间形成纤维，该纤维包含1-5个维管束和若干个基本组织。

4，根据权利要求2所述一种竹纤维增强复合材料制造方法，其特征在于，所述在驱动辊的表面具有均匀凸出麻点。

5，根据权利要求2所述一种竹纤维增强复合材料制造方法，其特征在于，所述疏解齿长度为两齿纵向间距的1.1～3倍，高度为半圆竹筒壁厚的0.5～0.75倍。

6，根据权利要求2所述一种竹纤维增强复合材料制造方法，其特征在于，所述定向竹纤维毡宽度扩展到半圆竹筒3弧长的2倍～5倍。

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