CN102794795A - 一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，包括复合材料面板、竹材过渡层、芯材和复合材料腹板，所述复合材料面板的上面板与下面板之间设置有芯材，所述芯材的上表面或/和下表面设有竹材过渡层，所述芯材内设有复合材料腹板。本发明可以提高传统夹层结构受力性能，具有承载力高、成本低、耗能低和环境友好等优点，可广泛推广使用。

Description

一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构

技术领域

本发明涉及一种复合材料夹层结构，尤其涉及一种采用竹木复合芯材制作的复合材料夹层结构，具体的说是可广泛应用于房屋建筑、桥梁结构、船舶工程和车辆工程中负荷较大部位的含竹材过渡层的新型复合材料夹层结构梁、板、壳构件。

背景技术

复合材料夹层结构通常由上、下面板和芯材三部分组成，其中上、下面板主要采用纤维增强复合材料制成，芯材采用蜂窝、泡沫或轻木等轻质材料制成，上下面板和芯材通过树脂进行粘接，常用树脂包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和酚醛树脂等。该复合材料夹层结构轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强等特点，在军事设施、国防工程、车辆、舰船、建筑、桥梁等领域均有广泛应用，如发达国家采用复合材料夹层结构制造舰船构件、火车及大型客车车厢、集装箱、化工储罐等，在建筑和桥梁结构中，可用于桥面板、屋面板、建筑模板、机场临时垫板、轻便舟桥等。

目前，常用的复合材料夹层结构多以轻木和泡沫等弹模较低、抗压强度较小的材料作为芯材，导致复合材料夹层结构在使用中经常发生芯材压溃破坏、面板剪切破坏、界面剥离破坏，不能有效发挥面板纤维的抗拉强度。另外，近些年随着我国泡沫工业的迅速发展，轻质高强的结构泡沫也逐渐开始用作复合材料夹层结构的芯材，可在一定程度上解决复合材料夹层结构的上述问题，但其价格昂贵很难在工程中大量应用。因此，寻找开发新型的夹芯材料，是复合材料夹层结构进一步发展应用的迫切需求，而竹材则是这样一种理想的夹芯材料。

竹材具有强度高、抗磨性能好、资源丰富并且生长速度快等优点，逐渐得到关注和应用。20世纪70年代以来，我国竹材人造板的研制和生产有了很大的发展。目前我国已投产的竹材人造板有竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材纤维板和竹材刨花板等，已在建筑、汽车、火车、集装箱等方面具有大量应用。现有的各种竹材人造板可为复合材料夹层结构提供大量优质的原材料来源。另外，竹材为天然纤维材料，在生产制造过程中具有低能耗、环境友好的特点，是一种绿色材料，因此竹材的推广应用具有良好的环保优势。

发明内容

本发明的目的是针对现有复合材料夹层结构易发生芯材压溃破坏、面板剪切破坏和界面剥离破坏的特点，提供一种新型含竹材过渡层的新型复合材料夹层结构，可以提高传统夹层结构受力性能，具有承载力高、成本低、耗能低和环境友好等优点，可广泛推广使用。

本发明采用的技术方案为：一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，包括复合材料面板、竹材过渡层、芯材和复合材料腹板，所述复合材料面板的上面板与下面板之间设置有芯材，所述芯材的上表面或/和下表面设有竹材过渡层，所述芯材内设有复合材料腹板。

作为优选，所述的复合材料面板采用纤维与树脂制成，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种；所述的树脂为不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。

作为优选，所述的竹材过渡层为竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材纤维板和竹材刨花板中的至少一种。

作为优选，所述的竹材过渡层采用单层铺设或多层铺设的方式，竹纤维铺层方向为纵向铺设、横向铺设和纵横向双向铺设三种情况中的至少一种。

作为优选，所述的竹材过渡层上开设有孔和槽，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。

作为优选，所述的芯材包括聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、PEI泡沫和PMI泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木或强芯毡中的至少一种。

作为优选，所述的芯材上开设有孔和槽，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。

作为优选，所述的复合材料腹板采用纤维与树脂制成，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种；所述的树脂为不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。

作为优选，所述的复合材料腹板为贯穿竹材过渡层或不贯穿竹材过渡层。

本发明竹质芯材具有较高局部承压能力和垂直于纤维方向的抗剪强度，且其弹性模量介于面板与普通轻质芯材之间，作为面板与普通芯材的过渡层，可有效减小界面应力差，从而避免复合材料夹层结构发生上述破坏形式，充分发挥面板的抗拉强度，提高复合材料夹层结构的承载力。

有益效果：本发明相比现有技术有如下优点：

1、本发明的含竹材过渡层的新型复合材料夹层结构与目前其他复合材料夹层结构相比，可有效减小界面应力差，从而有效地避免复合材料夹层结构发生芯材压溃破坏、面板剪切破坏和界面剥离破坏，充分发挥面板的抗拉强度；

2、本发明的含竹材过渡层的新型复合材料夹层结构与目前其他复合材料夹层结构相比，竹材有较高的抗拉强度，在设计荷载一定的情况下，可以有效减少FRP用量，降低复合材料夹层结构造价；

3、本发明的含竹材过渡层的新型复合材料夹层结构与目前其他复合材料夹层结构相比，竹材为天然纤维材料，在生产制造过程中具有低能耗、环境友好的特点，是一种绿色材料。

附图说明

图1为本发明的复合材料夹层一种结构示意图；

图2为本发明的复合材料夹层第二种结构示意图；

图3为本发明实施例1示意图；

图4为本发明实施例2示意图；

图5为本发明实施例3示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

    如图1和2所示：一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，包括复合材料面板1、竹材过渡层2、芯材3和复合材料腹板4。所述复合材料面板1的上面板与下面板之间设置有芯材3，所述芯材3的上表面或/和下表面设有竹材过渡层2，所述芯材3内设有复合材料腹板4。复合材料面层1采用纤维与树脂制成，该纤维选用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种，树脂选用不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。竹材过渡层2，包括竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材纤维板和竹材刨花板中的至少一种。所述的竹材过渡层2上开孔、开槽以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。芯材3为聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、PEI泡沫和PMI泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木或强芯毡中的至少一种。所述的芯材3上开孔、开槽以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。复合材料腹板4采用纤维与树脂制成，该纤维选用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种，树脂选用不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。

实施例1

    如图3所示，本发明的竹材过渡层的新型复合材料夹层梁，它包括复合材料面板1、竹材过渡层2、芯材3和复合材料腹板4。竹材选用竹编胶合板，在芯材3上、下表面分别铺设竹材过渡层2，竹材采用单层铺设，其纤维方向沿梁长度方向。复合材料腹板分纵横向交错布置，且未贯穿竹纤维层。所述的竹材沿纤维方向上、下表面开槽，所述的竹材与面板垂直方向开孔，所述的芯材表面开槽，所述的芯材与面板垂直方向开孔，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。该新型结构梁质量轻，可以在工厂预制，可以用连接件固定到工字钢梁上，可用于快速拼装桥面板。

实施例2

如图4所示，本发明的竹材过渡层的新型复合材料夹层壳体结构，它包括复合材料面板、竹材过渡层和芯材。竹材选用竹材胶合板，在芯材上表面铺设竹材过渡层，竹材采用多层铺设，其纤维方向沿壳体纵横双向铺设。复合材料腹板分纵横向交错布置，且未贯穿竹纤维层。所述的竹材沿纤维方向上、下表面开槽，所述的竹材与面板垂直方向开孔，所述的芯材表面开槽，所述的芯材与面板垂直方向开孔，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。该新型结构壳体可以在工厂采用真空导入工艺一次成型，整体性好，现场施工采用吊装的方式，施工速度快。

实施例3

 如图5所示，本发明的竹材过渡层的新型复合材料夹层折板结构，它包括复合材料面板1、竹材过渡层2、芯材3和复合材料腹板。竹材选用竹编胶合板，在芯材3上表面铺设竹材过渡层2，竹材采用单层铺设，其纤维方向沿板长度方向。复合材料腹板分纵横向交错布置，且未贯穿竹纤维层。所述的竹材沿纤维方向上、下表面开槽，所述的竹材与面板垂直方向开孔，所述的芯材表面开槽，所述的芯材与面板垂直方向开孔，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。该新型结构板采用折线形结构，截面抗弯刚度大，承载力高，质量轻，在工厂预制，然后用连接件固定到工字钢梁上，现场施工方便。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：包括复合材料面板、竹材过渡层、芯材和复合材料腹板，所述复合材料面板的上面板与下面板之间设置有芯材，所述芯材的上表面或/和下表面设有竹材过渡层，所述芯材内设有复合材料腹板。

2.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的复合材料面板采用纤维与树脂制成，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种；所述的树脂为不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的竹材过渡层为竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材纤维板和竹材刨花板中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的竹材过渡层采用单层铺设或多层铺设的方式，竹纤维铺层方向为纵向铺设、横向铺设和纵横向双向铺设三种情况中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的竹材过渡层上开设有孔和槽，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。

6.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的芯材包括聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、PEI泡沫和PMI泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木或强芯毡中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的芯材上开设有孔和槽，以增加界面粘结力，保证构件在真空导入过程中树脂能够顺畅流通。

8.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的复合材料腹板采用纤维与树脂制成，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、混杂纤维中的至少一种；所述的树脂为不饱和聚酯、邻苯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂或热塑性树脂材料中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构，其特征在于：所述的复合材料腹板为贯穿竹材过渡层或不贯穿竹材过渡层。

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