CN103879050A - 木质工程复合材料点阵夹芯结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质工程复合材料点阵夹芯结构，它包括有面板一（1）、芯层（2）、面板二（3），面板一（1）、芯层（2）、面板二（3）经榫接并胶合而成，芯层（2）包括点阵结构（4）以及点阵结构（4）填充在内的填充物，用纤维增强材料通过胶黏剂胶合进行部分增强。点阵结构（4）按照合理的单元规格设计周期性地分布于芯层。本发明不但能够长期承受很大的静载荷和周期载荷、质轻、比强度和比刚度高，而且赋予木质工程复合材料多功能化的特点，可广泛运用于建筑工程、车体工程、桥梁工程等既需要结构承载又需要多功能化要求的领域。

Description

木质工程复合材料点阵夹芯结构

技术领域

本发明涉及建筑材料，尤其是涉及一种木质工程复合材料点阵夹芯结构。

背景技术

本发明以复合材料设计学为理论依据，从结构与功能一体化设计的思路出发，将点阵结构应用于木质工程复合材料的结构设计中，制备出高性能木质工程复合材料，它不但能够长期承受很大的静载荷和周期载荷，而且赋予木质工程复合材料多功能化的特点，可广泛运用于建筑工程、车体工程、桥梁工程等既需要结构承载又需要多功能化要求的领域。

集成材、工字梁及单板层积材等是已经广泛应用的木质工程材，也是“劣材优用”的典型产品，虽然这些传统的木质工程材可以在一定程度上克服木材固有的一些缺点，拓宽木材的应用领域，使木材资源得到高效利用，然而其相对较低的强度及刚度，较大的自重，较高的价格，这些不足的存在仍然在一定范围内限制了它们的应用，在一些要求自重轻且强度高的场合中无法与其他建筑材料竞争。

以木质材料制备夹芯结构复合材料，芯层多采用蜂窝结构、或泡沫材料、或轻质的木质材料，少有涉及其他的芯子结构形式。在国内多以研究夹芯结构板材的功能性或装饰性为主；由于在日本及欧美木结构房屋较多，国外多以研究材料的力学性能为主。

点阵结构属于多孔结构，多孔结构存在于许多天然材料中，如木材、珊瑚和骨头等，其显著的优点就是能够长期承受很大的静载荷和周期载荷，并且点阵夹芯结构材料已成为当前国际上认为最有应用前景的新一代先进、轻质、强韧材料。

发明内容

本发明的目的是克服木材固有的一些缺点，拓宽木材的应用领域。从结构与功能一体化设计的思路出发，将点阵结构应用于木质工程复合材料的结构设计中，制备出高性能木质工程复合材料，它不但能够长期承受很大的静载荷和周期载荷，而且赋予木质工程复合材料多功能化的特点，可广泛运用于建筑工程、车体工程、桥梁工程等既需要结构承载又需要多功能化要求的领域。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于它包括有面板一、芯层、面板二，面板一、芯层、面板二经榫接并胶合而成，芯层包括点阵结构以及点阵结构填充在内的填充物，用纤维增强材料通过胶黏剂胶合进行部分增强。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的点阵结构是由面板一、面板二和芯层的点阵柱构成，芯层的点阵柱连接着面板一、面板二构成一个整体。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的榫接是按照不同点阵结构的单元规格设计在面板一、面板二上开榫，且开榫深度为面板厚度的三分之一至三倍。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的填充物选自聚氨酯泡沫板、玻璃棉层、石墨、橡胶、石膏、聚苯乙烯泡沫板、岩棉、活性碳或碳黑

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的面板一选自实木锯材、胶合板、单板层积材、集成材、定向刨花板、密度纤维板或重组材。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的面板二选自实木锯材、胶合板、单板层积材、集成材、定向刨花板、密度纤维板或重组材。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的胶黏剂选自环氧树脂、不饱和聚酯、异性酸酯、脲醛树脂、聚氨酯、环氧-酚醛树脂、酚醛树脂或乳白胶与水溶性高分子异性酸酯的双组份胶。

本发明的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的纤维增强材料选自玻璃纤维编织布、玻璃纤维网格布、玻璃纤维拉挤型材、碳纤维编织布、碳纤维网格布、碳纤维拉挤型材、玄武岩纤维编织布、玄武岩网格布、芳纶纤维编织布或芳纶纤维网格布。

所述的点阵结构，其特征在于：所述的点阵柱的材料选自圆棒榫、玻璃纤维棒材、碳纤维棒材或金属棒材。

有益效果：

1、本发明能够长期承受很大的静载荷和周期载荷、质轻、比强度和比刚度高，克服了传统木质工程复合材料相对较低的强度及刚度，较大的自重，较高的价格这些缺点。

2、本发明点阵结构中的填充物不仅提高了结构的强度，而且还赋予了其多功能化（隔热保温、吸音隔声、吸振防震、耐疲劳、电磁屏蔽等）的特点。

3、本发明保留了木材本身自然美观、质感舒爽等环境协调性能；点阵夹芯结构材料已成为当前国际上认为最有应用前景的新一代先进、轻质、强韧材料，说明其具有极高的利用价值和广阔的市场前景。

本发明可以广泛运用于建筑工程、车体工程、桥梁工程等既需要结构承载又需要多功能化要求的领域，符合当前资源节约型社会发展的需求。

附图说明

图1是木质工程复合材料直柱型点阵夹芯结构整体图；

图2是木质工程复合材料直柱型点阵夹芯结构的单胞图；

图3是木质工程复合材料斜柱型点阵夹芯结构整体图；

图4是木质工程复合材料斜柱型点阵夹芯结构单胞图；

图5是木质工程复合材料斜柱型点阵夹芯结构榫接方式一的剖面图；

图6是木质工程复合材料斜柱型点阵夹芯结构榫接方式二的剖面图；

图7是木质工程复合材料四面体型点阵夹芯结构整体图；

图8是木质工程复合材料四面体型点阵夹芯结构单胞图；

图9是木质工程复合材料金字塔型点阵夹芯结构整体图；

图10是木质工程复合材料金字塔型点阵夹芯结构单胞图；

图11是木质工程复合材料戈薇型点阵夹芯结构整体图；

图12是木质工程复合材料戈薇型点阵夹芯结构单胞图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，一种木质工程复合材料直柱型点阵夹芯结构，它包括有面板一、芯层、面板二，面板一、芯层、面板二经榫接并胶合而成。

芯层包括直柱型点阵结构以及直柱型点阵结构填充在内的填充物，用纤维增强材料通过胶黏剂胶合进行部分增强。

直柱型点阵结构按照其单元规格设计周期性地分布于芯层。如图2所示，直柱型单元规格设计为：长l=32*n mm、宽b=32*n mm、高（h）为面板厚度的3～10倍，n=1～10。按照直柱型的单元规格设计在面板一、面板二上开榫，榫槽直径为6～50mm、榫槽深度为面板厚度的1/3～2/3倍，将点阵柱沾布胶黏剂后插入面板一，然后将面板一及点阵柱插入面板二，芯层的填充物为聚氨酯泡沫板。最后用纤维增强材料通过胶黏剂胶合面板一、面板二的边缘，并施加压力定型。直柱型点阵夹芯结构的平压性能优异，填充物-聚氨酯泡沫板增强了其保温隔热功能，性价比高、节约资源，适用于木结构的地板等受垂直载荷较大的部件。

点阵柱的材料采用圆棒榫；面板一、面板二均采用单板层积材；纤维增强材料采用玻璃纤维编织布；胶黏剂采用环氧树脂。

实施例二：

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：其点阵结构为斜柱型，如图4所示，点阵柱与面板二成角度w，w=20°～70°，斜柱型单元规格设计：高h为面板厚度的3～10倍、长l=2*h/sin w+10mm、宽b=32*n mm，n=1～10。榫接方式有两种，一种是一半开榫深度统一，另一半则将钻通面板，将较短的点阵柱沾布胶黏剂插入面板一、面板二上相应的榫槽，然后将较长的点阵柱插入面板一、面板二上相应的榫槽，点阵柱的直径略大于榫槽；另外一种是开榫深度全部统一，将沾布胶黏剂的点阵柱与面板一、面板二以及填充物构成一个整体，其剖面如图5和图6所示。芯层的填充物为岩棉。斜柱型点阵夹芯结构较直柱型点阵夹芯结构，长度方向上的剪切性能得到提高，填充物-岩棉增强了该结构隔热保温的能力，可以用作木结构的楼板、墙体等。

点阵柱的材料采用实木圆棒榫；面板一、面板二均采用集成材；纤维增强材料采用碳纤维编织布；胶黏剂采用环氧-酚醛树脂。

实施例三：

如图7所示，本实施例与实施例二的区别在于：其点阵结构为四面体型，点阵柱与面板二成角度w，w=20°～70°。如图8所示，四面体型单元规格设计：高h为面板厚度的3～10倍、长l=hcos30°/sin w+10mm、宽b=h/sin w+10mm。芯层的填充物为碳黑。四面体点阵夹芯结构较斜柱型点阵夹芯结构进一步提升了剪切性能，填充物-碳黑为其增加了电磁屏蔽的功能，可以用于需要电磁屏蔽功能的特殊结构中。

点阵柱的材料采用玻璃纤维棒材；面板一、面板二均采用实木锯材；纤维增强材料采用碳纤维网格布；胶黏剂采用酚醛树脂。

实施例四

如图9所示，本实施例与实施例二的区别在于：其点阵结构为金字塔型，点阵柱与面板二成角度w，w=20°～70°。如图10所示，金字塔型单元规格设计：高h为面板厚度的3～10倍、长l=2*h*tan w*tan45°+10mm、宽b=2*h*tan w*tan45°+10mm。芯层的填充物为活性碳。金字塔型点阵夹芯结构较四面体型点阵夹芯结构，力学性能更好，填充物-活性碳为其增加了净化空气的功能，可以用于木结构中的墙体、楼板或者车体工程。

点阵柱的材料采用碳纤维棒材；面板一、面板二均采用定向刨花板；纤维增强材料采用芳纶纤维编织布；胶黏剂采用异性酸脂。

实施例五：

如图11所示，本实施例与实施例一的区别在于：其点阵结构为戈薇型，如图12所示，戈薇型单元规格设计：高h为面板厚度的3～10倍、长l=32*n mm、宽b=32*n mm，n=1～10。芯层的填充物为石膏。戈薇型点阵夹芯结构各项力学性能优异，填充物-石膏增强了其防火性能。

点阵柱的材料采用金属棒材；面板一、面板二均采用重组材；纤维增强材料采用玄武岩纤维网格布；胶黏剂采用不饱和聚酯。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可以具有多种变换及改动的实验方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (9)

1.木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于它包括有面板一（1）、芯层（2）、面板二（3），面板一（1）、芯层（2）、面板二（3）经榫接并胶合而成，芯层（2）包括点阵结构（4）以及点阵结构（4）填充在内的填充物，用纤维增强材料通过胶黏剂胶合进行部分增强。 

2.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的点阵结构是由面板一（1）、面板二（3）和芯层（2）的点阵柱构成，芯层（2）的点阵柱连接着面板一（1）、面板二（3）构成一个整体。 

3.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的榫接是按照不同点阵结构（4）的单元规格设计在面板一（1）、面板二（3）上开榫，且开榫深度为面板厚度的三分之一至三倍。 

4.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的填充物选自聚氨酯泡沫板、玻璃棉层、石墨、橡胶、石膏、聚苯乙烯泡沫板、岩棉、活性碳或碳黑 。

5.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的面板一（1）选自实木锯材、胶合板、单板层积材、集成材、定向刨花板、密度纤维板或重组材。 

6.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的面板二（3）选自实木锯材、胶合板、单板层积材、集成材、定向刨花板、密度纤维板或重组材。 

7.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的胶黏剂选自环氧树脂、不饱和聚酯、异性酸酯、脲醛树脂、聚氨酯、环氧-酚醛树脂、酚醛树脂或乳白胶与水溶性高分子异性酸酯的双组份胶。 

8.根据权利要求1所述的木质工程复合材料点阵夹芯结构，其特征在于：所述的纤维增强材料选自玻璃纤维编织布、玻璃纤维网格布、玻璃纤维拉挤型材、碳纤维编织布、碳纤维网格布、碳纤维拉挤型材、玄武岩纤维编织布、玄武岩网格布、芳纶纤维编织布或芳纶纤维网格布。 

9.根据权利要求2所述的点阵结构，其特征在于：所述的点阵柱的材料选自圆棒榫、玻璃纤维棒材、碳纤维棒材或金属棒材。 

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