CN105189065A - 用于结构应用的竹复合材料及制造竹复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

提供用于结构应用的竹复合材料及制造竹复合材料的方法。方法可包括以下步骤：提供竹竿；从竹竿分离薄片或薄板，使得薄片或薄板具有沿着竹竿的纤维方向的纵轴；沿着薄片或薄板的纵轴将薄片或薄板的单独的纤维束彼此至少部分地拆开；将胶施加于薄片或薄板；以及固化已胶合的薄片或薄板。

Description

用于结构应用的竹复合材料及制造竹复合材料的方法

技术领域

本申请涉及用于结构应用的竹复合材料及制造竹复合材料的方法，包括但不限于用作混凝土元件内的加筋系统的竹复合材料。

背景技术

US7,939,156公开了复合材料混凝土/竹结构。该结构包括由已干燥的竹段形成的层。这些段基本上不存在外节部、外皮和内膜物质。在每个层中的段的纵轴布置为大体彼此平行且还布置在模具内以围绕已固化的混凝土芯的表面。整个结构被加热、压缩并结合在一起，使得竹层围绕混凝土芯固化以形成单个完整的复合材料混凝土/竹结构。

US2010/0178451公开了用于生产竹板及产品的方法。每个细长的竹条通过供应经过滚压机而被挤压使得形成凸起-凹槽交错的带，而且这些带连续连接至紧邻的带。

US2011/0045243Al公开了通过向竹与软木或其他木质纤维素或再生材料的交互层添加粘合剂而提供的工程木制品。木制品可以具有不同的外观，其中通过施加于产品的着色剂以及竖直或水平切割而获得不同的外观。

竹类植物是世界上生长最快的自然资源之一。属于禾本科，竹比林木生长得快的多。其通常是可大量获得的且容易获得。

本发明的实施方式力图提供用于结构应用的可替代的竹复合材料及制造竹复合材料的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种制造用于结构应用的复合材料的方法，该方法包括以下步骤：提供竹秆；从竹秆分离薄片或薄板，使得薄片或薄板具有沿着竹秆的纤维方向的纵轴；沿着薄片或薄板的纵轴将薄片或薄板的单独的纤维束彼此至少部分地拆开；将胶施加于薄片或薄板；以及固化已胶合的薄片或薄板。

根据本发明的第二方面，提供一种用于结构应用的复合材料，该复合材料包括：竹纤维束的薄片或薄板，薄片或薄板具有沿着纤维束的纤维方向的纵轴；以及已固化的胶，施加于薄片或薄板；其中已固化的胶填充沿着薄片或薄板的纵轴的、薄片或薄板的至少部分分离的相邻纤维束之间的间隙。

附图说明

通过以下仅以示例的方式并结合附图所写的说明，本发明的实施方式将被更好地理解并对本领域的普通技术人员而言显而易见，在附图中：

图1示出了根据示例性实施方式的加筋混凝土元件的剖视图，

图2示出了图1的加筋混凝土元件的透视图，

图3示出了根据示例性实施方式的、用于图1的加筋混凝土元件的、竹复合材料加筋组件的部分布置的透视图，

图4示出了根据示例性实施方式的、用于图1的加筋混凝土元件的、竹复合材料加筋组件的布置的透视图，

图5示出了根据示例性实施方式的、用于图1的加筋混凝土元件的、单个加筋竹复合材料杆的透视图，

图6示出了根据示例性实施方式的、图1的加筋混凝土元件的制造过程，

图7示出了根据示例性实施方式的、在预应力加筋混凝土元件中竹复合材料加筋棒的可能的使用，

图8示出了根据示例性实施方式的、包括丢掉的模板和加筋组件的加筋混凝土壁元件的透视图，

图9示出了根据示例性实施方式的、制造如图8所示的加筋混凝土壁元件的步骤，

图10示出了根据示例性实施方式的、制造如图8所示的加筋混凝土壁元件的另一步骤，

图11示出了根据示例性实施方式的、制造如图8所示的加筋混凝土壁元件的进一步的步骤，

图12示出了根据示例性实施方式的、制造如图8所示的加筋混凝土壁元件的另一步骤，

图13示出了根据示例性实施方式的、不具有用于结构混凝土应用中的组群加筋系统的凹槽或压痕的笔直竹复合材料组件，

图14示出了根据示例性实施方式的、具有包括图13的笔直竹复合材料组件的组群加筋系统的加筋混凝土应用

图15示出了根据示例性实施方式的、具有用于结构混凝土应用中的组群加筋系统的压痕凹槽的笔直竹复合材料组件，

图16示出了根据示例性实施方式的、具有包括图15的笔直竹复合材料组件的组群加筋系统的加筋混凝土应用

图17示出了根据示例性实施方式的、具有光滑表面结构的U形竹复合材料组件，该U形竹复合材料组件用于结构应用中的组群加筋系统，

图18示出了根据示例性实施方式的、具有包括图17的U形竹复合材料组件的组群加筋系统的加筋混凝土应用

图19示出了根据示例性实施方式的、具有光滑表面结构的L形竹复合材料组件，该L形竹复合材料组件用于结构应用中的组群加筋系统，

图20示出了根据示例性实施方式的、结构应用中的、具有包括图19的L形竹复合材料组件的组群加筋系统的加筋混凝土应用。

图21示出了说明根据示例性实施方式的、制造用于结构应用的复合材料的方法的流程图。

图22示出了根据示例性实施方式的、用于挤压薄片或薄板的滚压机。

图23是说明根据示例性实施方式的竹薄片或薄板的截面图的示意图。

图24是说明根据示例性实施方式的竹薄片或薄板的俯视图的示意图。

图25是说明根据示例性实施方式的用于镶板技术的刨削机的示意图。

图26是说明根据示例性实施方式的用于镶板技术的镶板机的示意图。

具体实施方式

所描述的示例性实施方式提供用于结构应用的竹复合材料及制造竹复合材料的方法，包括但不限于用作混凝土元件内的加筋系统的竹复合材料。其他结构应用包括将竹材料用作单独的结构材料用于例如建筑业、汽车和航天工业或产品设计。

在以下描述中，提供细节以进一步解释可能的应用的实施方式。然而，对本领域的技术人员而言应该显而易见的是，可以在不存在这样的细节的情况下实施这些实施方式。

在图中所示的实施方式的一些部分具有相似的部分。相似的部分具有相同的名称或相似的部件编号，而该相似的部件编号具有基本符号或具有字母符号。在适当的情况下，通过参考其他相似的部分，也适用对这样相似的部分的描述，从而在不限制本公开的情况下减少文本的重复_。

图1和2示出了加筋混凝土元件10的示例性实施方式，加筋混凝土元件10包括多个竹复合材料加筋组件11和围绕竹复合材料加筋组件11的已固化的混凝土混合料12。将认识到的是，加筋混凝土元件10作为一个整体可以称为竹复合材料，至少包括竹、施加于竹的胶以及混凝土。还将认识到的是，复合材料加筋组件11可以单独地称为竹复合材料，至少包括竹和施加于竹的胶。

加筋混凝土元件10可以以任何形式、形状、尺寸、长度、厚度或高度出现。

竹复合材料组件11用作用于结构应用的加筋系统，在本文中用作加筋混凝土中的加筋系统，并且竹复合材料组件11包括一个或多个竹复合材料杆13和一个或多个相应的竹复合材料连接件14。在本文中连接件14也称为间隔件。应注意的是，在不同实施方式中间隔件可以由除竹之外的其他材料制成。例如，间隔件可以由钢、塑料等制成。间隔件14主要将竹复合材料杆13保持在适当的位置并用作箍筋加筋件_。

每个竹复合材料杆13用作用于加筋混凝土元件10的加筋系统。如图3中所看到的，竹复合材料杆13具有大体细长矩形块的形状，具有多个凹槽或压痕15，而凹槽或压痕15沿着竹复合材料杆13的纵轴的方向设置。竹复合材料杆13的纵轴平行于竹复合材料杆13中的纤维方向。

每个竹复合材料连接件14具有细长矩形块的形状，具有相应的槽16以提供与竹复合材料杆13的牢固配合。

上述压痕15和上述槽16定尺寸为使得优选地需要一定量的压力以克服用于将每个压痕15放入其对应的槽16中的摩擦力。在本实施方式中该摩擦力的布局使加筋杆13固定至竹复合材料连接件14。

在不同的实施方式中，将竹复合材料加筋组件11布置为或结合为用作用于结构混凝土应用的加筋系统的不同方式是可能的。竹复合材料连接件14还可以给予不同的形式和形状以用作箍筋加筋件。此处所示的应用示例还可以包括图13-20中所示的竹复合材料组群加筋组件的教导。

图3描绘了在示例性实施方式中用于用作加筋混凝土元件10中的加筋系统的、竹复合材料组件11的部分布置。该布置示出了竹复合材料杆13大约直角地连接至竹复合材料连接件14。

图4示出了根据示例性实施方式的、用作加筋混凝土元件10中的加筋系统的、竹复合材料组件11的布置。该布置包括多个竹复合材料杆13和多个竹复合材料连接件14。每个加筋竹复合材料杆13放在适当的位置并通过竹复合材料连接件14连接至其邻近的元件，即邻近的加筋竹复合材料杆13。

所示的布置还可以包括用作结构混凝土应用中的、例如组群加筋组件的加筋系统的、竹复合材料组件的其他变形，见图13-20。

用作加筋混凝土应用中的加筋系统的竹复合材料加筋组件11嵌入混凝土混合料12内部，这样给已固化的混凝土加筋，使得已加筋的混凝土优选地具有比未加筋的已固化的混凝土高的拉伸强度。

图5示出了根据示例性实施方式的一个加筋竹复合材料杆13。竹复合材料杆13包括在其一个或多个表面中的、多个交替的矩形压痕15，以提高其机械性能。压痕15也称为凹槽。

这些凹槽15增强加筋竹复合材料杆13与其围绕材料例如混凝土的摩擦接合。可能是其他围绕材料。凹槽15有利地成形而以结构上适当的方式将可能的力传递给围绕材料。

竹复合材料杆13的压痕15优选地以这样的方式产生，该方式为压痕15不会弄乱或损坏竹复合材料杆13内部的竹纤维，从而允许竹复合材料杆13不受干扰地传递力。

可能是不同的压痕方法、形式、形状或系统来制造例如加筋杆的竹复合材料加筋组件。这可以通过压入相应的模具、或通过其他类型的冷或热成型方法或通过切割、研磨或其他类型的成型来实现。优选地，该过程有助于遵循最终产品的形状而定向纤维的方向。

所描述的例如加筋竹复合材料杆13或连接件14的竹复合材料组件包括竹复合材料。在这些示例中竹复合材料包括在压力和热的作用下通过胶合剂(在本文中也称为胶或粘合剂)胶合在一起的、处理过的和分离的竹薄片或薄板。

在示例性实施方式中竹复合材料将广泛分布于全世界热带地区的原生态竹竿用作原材料。如示例性实施方式中所使用/所制造的、原生态竹材料的机械和物理性能有利地允许制造轻质的复合材料，该复合材料具有比得上或甚至优于结构钢的高拉伸强度。优选地，胶合剂能够使竹复合材料防水。竹复合材料优选地为疏水性的。

有利地，竹复合材料由于不从围绕的混凝土混合料获取任何水因而大体上不会膨胀，并因此在混凝土应用中在加工过程期间竹复合材料优选地不破裂。此外，可以大体上防止竹复合材料的收缩。添加的胶合剂优选地提供竹复合材料与已固化的混凝土混合料12的良好粘合，并因此提高了所产生的加筋混凝土的剪切强度。胶合剂还优选地控制竹复合材料的弹性和温度系数以及耐热性。

复合材料中所使用的竹薄片或薄板和胶合剂一起的预处理还可以基本上防止可能由昆虫、杀菌剂或任何其他生物侵袭引起的损坏。在示例性实施方式中，该效果对于维持竹复合材料在其作为建筑组件的使用期内的机械和物理性能来说是重要的。

竹复合材料通常由生长3年以上的竹竿制成。可能是不同种类和采收时间的竹。在示例性实施方式中，为了消除竹纤维内部的糖分子，同时优选地使竹竿或段更能用于诸多技术例如用于分离薄片或薄板的镶板或刨削，可以例如通过在锅里煮沸或慢炖来加热竹竿或段。可选地或者附加地，已分离的薄片或薄板可以煮沸，例如在使用用于分离的其他技术的情况下。这些竹薄片或薄板可以在干燥室中通过受控制的大气干燥，以将含水量减少至小于约18％并且优选地小于约10％。可以以不同的强度和持续时间实施煮沸和干燥的这些步骤，或跳过这些步骤，以得到用于结构应用的最终竹复合材料的不同材料性能。

在示例性实施方式中，至少持续约6小时的超过约60摄氏度的温度可用于消除糖的热处理和可用于例如镶板。然而可以使用其他温度/范围。更低的温度但更长的时间，例如约60摄氏度持续约72小时可以是优选的，其原因是发明人认为这样做对细胞结构和纤维强度的损坏会更小。

在示例性实施方式中，竹薄片或薄板可以在烘箱中以约60至80摄氏度(取决于例如材料性质)持续约14小时来干燥，直到得到期望的含水量(优选地约5-8％)。

发明人已认识到的是，例如约100摄氏度的更高温度可以使得过多的水分蒸发，并且导致材料变脆。在优选的实施方式中，使用例如对流烘箱装置基本上恒定地更换空气，以有助于从竹薄片或薄板带走水分。

通过将竹薄片或薄板浸入池式容器，或通过使用或不使用压力或在真空中在外部涂树脂，将竹薄片或薄板与树脂结合。

然后在高温或大体在室温下压迫竹薄片或薄板以制造例如用作加筋组件11的竹复合材料。在一个实施方式中，热压是加热到约100摄氏度的温度。接着使用约20兆帕(MPa)的压力压迫竹薄片或薄板持续约20分钟。然后，解除压力并且产品留在处于约100摄氏度的模具中持续另一个约20分钟。

然而，应注意的是，取决于胶，每种胶具有它自己的固化次数、温度以及时间。压力还取决于例如模具和最终产品的期望厚度。优选地在压迫过程期间实现胶的活化作用。通过热压过程中的热量可以促进活化作用，意味着通常可能需要较低的压力例如约20兆帕。另一方面，对于冷的例如室温压迫，可以通过施加更高的压力例如100兆帕促进活化作用。

在示例性实施方式中，将已压迫的竹复合材料加筋组件11放置在处于约45摄氏度的固化室中以冷却并干燥至少持续约18小时。之后竹复合材料加筋组件11可涂覆特定的试剂以提高组件11的机械和物理性能。在本文中，试剂可以是不同于在上述胶浴室中所使用的第一试剂。

粘合剂可以包括但不限于两种不同的成分。优选地，粘合剂是热活性的并可交叉联接的系统，由于粘合剂相对于纤维原材料的特殊的成分，所以可以调节粘合剂以实现产品期望的机械性能。粘合剂可以是在一个或多个后续步骤中可完全交叉联接的单级或多级系统。交叉联接优选地为热活性的。

产生的是单独的纤维束之间的功能连接，该功能连接具有能够转换竹纤维束/纤维之间的定向负荷的改善的强度。另外，粘合剂优选地在存在热和压力时浸入竹纤维束/纤维。有利地，胶与不同地预处理的竹纤维束/纤维和不同种类和起源的竹的竹纤维束/纤维实质上地连接。因此，优选地根据原材料和最终产品的期望性能选择粘合剂材料成分。

粘合剂可以包含添加剂，例如晶粒、阻燃剂或熔融流动增强剂。粘合剂可以包含催化剂或微粒以有助于机械联锁或防止复合材料的剪切破坏。

在加筋混凝土元件10中竹复合材料加筋杆13的使用给已固化的混凝土元件10加筋，并且与不存在任何加筋件的已固化的混凝土元件相比，优选地提供提高的拉伸和剪切强度。换句话说，竹复合材料加筋组件11补偿混凝土的相对低的拉伸强度。

图6示出了根据示例性实施方式的、制造图2中所示的竹复合材料加筋结构混凝土元件10的方法。该方法包括将加筋竹复合材料杆13与其对应的竹复合材料连接件14一起放入模具容器17中的步骤，模具容器17包括两个长木板18、两个短木板19和底部木板20。这里，竹复合材料连接件14用作用于将加筋竹复合材料杆13从模具容器17分离的间隔装置。此后，为了填充模具容器17将熔融的混凝土混合料21浇注至模具容器17中，其中熔融的混凝土混合料21围绕竹复合材料加筋组件11。

然后熔融的混凝土混合料21留下以固化，其中熔融的混凝土混合料21凝固以形成最终的加筋混凝土元件10。然后将最终的加筋混凝土元件10从模具容器17中取出。

根据竹复合材料加筋组件11的实施方式、形式和形状，可以以不同的方式布置或结合用作用于加筋混凝土应用的加筋系统的竹复合材料加筋组件11。应用示例还可以与图13-20中所示的竹复合材料组群加筋组件结合。

复合材料还可以用于预应力混凝土元件。图7示出了根据示例性实施方式的、用于在浇铸模块70中所制造的预应力加筋混凝土元件的、竹复合材料组件的示例性的和简化的应用，说明了用于嵌入混凝土混合料71中的加筋竹复合材料杆76。

图8至图10示出了加筋混凝土壁元件80。混凝土壁元件80包括丢掉的模板、已固化的混凝土混合料81以及多个加筋竹复合材料杆83和竹复合材料连接件84。

具体地，加筋竹复合材料杆83附接至竹复合材料连接件84。丢掉的模板包括竹复合材料面板82。如图12中所看到的，竹复合材料连接件84通过连接系统120附接至竹复合材料面板82。每个连接系统120包括用于附接至竹复合材料连接件84的一端的锁定装置87。

在使用时，丢掉的模板用于固定湿混凝土直到其凝固。

当加筋竹复合材料杆83给已固化的混凝土混合料81加筋时，竹复合材料连接件84用作用于分离加筋竹复合材料杆83的间隔件。

熔融的混凝土混合料81用于浇注至模板中和用于包围加筋竹复合材料杆83和竹复合材料连接件84。另外，熔融的混凝土混合料可以包括其他竹复合材料组件以便a)减少混凝土混合料81的量、b)减少混凝土混合料81的重量、以及c)提高元件80的结构性能。

以下提供根据示例性实施方式的、制造竹复合材料加筋结构混凝土壁元件80的方法。

该方法包括将第一组竹复合材料面板82彼此紧挨着放置以形成丢掉的模板的一侧的步骤，如图9所示。然后在第一组竹复合材料面板82上钻孔。此后，使用锁定装置87将竹复合材料连接件84的第一端插入并附接至这些孔。

之后将加筋竹复合材料杆83附接至竹复合材料连接件84。此后，将第二组竹复合材料面板82与第一组竹面板82对立放置以形成丢掉的模板的第二侧，如图10、11、12所示。完成放置使得使用相应的锁定装置87将竹复合材料连接件84的第二端插入并附接至第二组竹面板82的孔。

之后将熔融的混凝土混合料81浇注至两个竹复合材料面板82之间的空间中。熔融的混凝土混合料81覆盖用于用作结构混凝土壁中的加筋系统的全部竹复合材料组件，即加筋竹复合材料杆83和竹复合材料连接件84。

然后熔融的混凝土混合料81留下以干燥和凝固，其中凝固的混凝土混合料81形成混凝土壁元件80。

图11示出了用于将窗开口110插入竹复合材料加筋结构混凝土壁元件80中的可行设置。使用两块垂直板85和一块水平板86来关闭用于混凝土浇注的模板的竹复合材料面板82的开口。

图12示出了将竹复合材料连接件84连接至竹复合丢掉的模板82的可能方法。

由于丢掉的模板82提供轻质的建筑系统同时向建筑部门供给即刻可用的表面，所以丢掉的模板82可以具有益处。表面优选地防水以及不受昆虫或杀菌剂侵袭的影响。有利地，表面还允许容易地与其他非承重建筑元件，例如分隔壁、遮光元件或如管道或电缆的基础设施装置连接。优选地，表面还允许仅通过使用螺钉将窗或门固定到期望的开口中而容易地安装窗或门。

通常，加筋竹复合材料杆用作线型的竹复合材料组件。

可能存在结合竹复合材料加筋组件的不同组件和它们的组合的不同方法。所示的应用示例还可以与图13-20中所示的竹复合材料组群加筋组件结合。竹复合材料面板82可能存在不同的形状、尺寸和连接方法，还允许预制过程，因此预加工的壁件可以在现场放置在一起。竹复合材料加筋组件还可以适于用作其他建筑元件，例如横梁、顶棚镶板和过梁。

图13示出了根据示例性实施方式的、不具有用于结构混凝土构件中的组群加筋系统的凹槽的竹复合材料组群加筋组件130。图14示出了具有组群加筋件的这样的示例性结构混凝土构件140的侧剖面。结构混凝土构件140包括混凝土混合料141内的多个竹复合材料组群加筋组件130。

竹复合材料组群加筋组件130具有针的形状，具有约20毫米(mm)至200毫米的长度和约1毫米至约20毫米的厚度，然而其他尺寸也是可以的。在这个实施方式中组群加筋组件130的表面没有凹槽。

通常，不同类型的胶以及不同的竹种类可以用于制造竹复合材料加筋组件130。各种浇铸技术和方法可以用于以不同形状、直径、长度、形式和表面纹理等制造竹复合材料组群加筋组件130。这样的变型示例在图15-20中示出。

混凝土混合料141和竹复合材料组群加筋组件130之间的结合优选地通过混凝土混合料141的表面和组群加筋组件130之间的机械粗糙度而实现。所述结合还可以根据混凝土混合料141和组群加筋组件130的性质通过这两者之间的可能的化学连接而实现。

多个竹复合材料组群加筋组件130在各个方向上的大体上随机的排列提高了结构构件对抗张力、弯曲和剪切应力的物理性能和承重性能。在其他实施方式中，除了大体上随机的排列之外的其他布置可以用于获得期望的性能，例如沿着一个或多个方向排列。

竹复合材料组群加筋组件130优选地是轻质的且强度大，这归因于它的原材料竹的性能及其与胶的结合。同样因为与胶物质的结合，它们优选地还防水并且能抵抗昆虫和真菌。

图15-20示出了用于结构混凝土构件中的组群加筋系统的、竹复合材料组群加筋组件的不同实施方式。

图15示出了具有针的形状、具有约20毫米至约200毫米的长度和约1毫米至约20毫米的厚度的竹复合材料组群加筋组件150，然而其他尺寸也是可以的。竹复合材料组群加筋组件150的表面具有压印的凹槽151。图16示出了具有混凝土混合料161内的多个竹复合材料组群加筋组件150的示例性竹复合材料组群加筋结构混凝土构件160。

混凝土混合料161和竹复合材料组群加筋组件150之间的结合通过它们的表面的机械粗糙度以及这两种材料根据它们的性质通过可能的化学连接而实现。压印的凹槽151进一步增加竹复合材料组群加筋组件150和混凝土混合料161之间的机械摩擦，并且可以在形状和尺寸方面变化以提供这两种不同材料之间最可能的力传递。

图17示出了具有U形、具有约20毫米至约200毫米的长度、10毫米至150毫米的宽度和1毫米至20毫米的厚度的竹复合材料组群加筋组件170，然而其他尺寸也是可以的。图18示出了具有混凝土混合料181内的多个竹复合材料组群加筋组件170的示例性结构混凝土构件180。

混凝土混合料181和竹复合材料组群加筋组件170之间的结合通过它们的表面的机械粗糙度和这两种材料根据它们的性质通过可能的化学连接而实现。另外，U形的元件170将其本身彼此缠绕，在混凝土混合料181形成连接的加筋系统。在混凝土混合料181的混合或浇注过程中，上竹复合材料组群加筋组件183将其本身与下竹复合材料组群加筋组件182连接。在混凝土混合料181干燥后，下竹复合材料组群加筋组件182和上竹复合材料组群加筋组件183一起用作在混凝土混合料181中连接的结构元件，进一步提高混凝土构件180的结构性能。

图19示出了具有L形、具有10毫米至200毫米的长度、约10毫米至约200毫米的宽度和约1毫米至约20毫米的厚度的竹复合材料组群加筋组件190，然而其他尺寸也是可以的。图20示出了具有混凝土混合料201内的多个竹复合材料组群加筋组件190的示例性结构混凝土构件200。

混凝土混合料201和竹复合材料组群加筋组件190之间的结合可以通过它们的表面的机械粗糙度和这两种材料根据它们的性质通过可能的化学连接而实现。另外，竹复合材料组群加筋组件190具有L形，该L形使得上述元件190将其本身彼此缠绕，在混凝土中形成连接的加筋系统。在混凝土混合料201的混合或浇注过程中，上竹复合材料组群加筋组件203将其本身与下竹复合材料组群加筋组件202连接。在混凝土混合料201干燥后，下竹复合材料组群加筋组件202和上竹复合材料组群加筋组件203一起用作在混凝土混合料201中连接的结构元件，进一步提高混凝土构件200的结构性能。

图21示出了说明制造用于结构应用的复合材料的方法的流程图2100。在步骤2102，提供竹竿。在步骤2104，将薄片或薄板从竹竿分离，使得薄片或薄板具有沿着竹竿的纤维方向的纵轴。在步骤2106，沿着薄片或薄板的纵轴方向，将薄片或薄板的单独的纤维束彼此至少部分地拆开。在步骤2108，将胶施加于薄片或薄板。在步骤2110，固化胶合的薄片或薄板。

产生的是单独的纤维束之间的功能连接，该功能连接具有能够转换竹纤维束/纤维之间的定向负荷的改善的强度。另外，胶优选地在存在热和压力时或在冷压过程的情况下基本上仅存在压力时浸入竹纤维束/纤维，沿着薄片或薄板的长度彼此至少部分地分离的单独的竹纤维束促进了这样的浸入。有利地，胶与不同地预处理的竹纤维束/纤维和不同种类和起源的竹的竹纤维束/纤维材料上地连接。因此，优选地根据原材料和最终产品的期望性能选择胶的材料成分。

在一个实施方式中，提供一种用于结构应用的复合材料，包括：竹纤维束的薄片或薄板；以及施加于薄片或薄板的已固化的胶；其中已固化的胶填充沿着薄片或薄板的长度的、薄片或薄板的至少部分地分离的相邻纤维束之间的间隙。复合材料优选地包括多个薄片或薄板，以及施加于多个薄片或薄板的胶。

在一个实施方式中，拆开包括将薄片或薄板供应至滚压机中。图22示出了说明根据示例性实施方式的滚压机2204的示意图。一对脊状滚柱2200、2202设置在两对输送滚柱2203、2205之间。相对的脊状滚柱2200、2202的脊设置为使得它们与另一脊状滚柱2200、2202的凹槽对准，从而在薄片或薄板2206经过它们之间时在薄片或薄板2206上产生挤压作用。优选地选择脊状滚柱2200、2202的尺寸、形状、距离和荷载，使得在经过它们之间时沿着薄片或薄板的长度，薄片或薄板2206的纤维束彼此至少部分地分离。优选地，为了在固化时复合材料的提高的/优化的强度，沿着薄片或薄板的长度，纤维束保持彼此至少部分地附接，以促进纤维束沿着它们的纤维方向的定向/对准。

图23示出了在挤压过程后薄片或薄板2300的示意性剖面，说明了在相邻的纤维束例如2306和2308、以及2308和2310之间的间隙例如2302、2304。另外在图23中说明的是纤维例如2312在纤维束2306中的一个内。为简单起见，没有说明用于其他纤维束的纤维，然而，如本领域技术人员将理解的，这些其他纤维束类似地组成。

图24示出了在挤压过程后薄片或薄板2400的示意性俯视图，说明了沿着薄片或薄板2400的长度在相邻的纤维束例如2406和2408、以及2410和2412之间的间隙例如2402、2404。如可在图24中看到的，在这个实施方式中沿着薄片或薄板2400的长度，纤维束彼此仅是部分地分离。优选地这样可以在后续处理期间促进纤维束/纤维的对准，这样进而可以有利地使得用于结构应用的复合材料产生提高的强度。在不同的实施方式中薄片或薄板可以具有不同的尺寸，例如长度可以是从约0.5米至约2米，宽度可以是从约1.0厘米至约15.0厘米，以及厚度可以是小于约2毫米，优选地在0.3毫米和1.5毫米之间，并且更优选地低于1毫米。

具有小于约2毫米的厚度的薄片或薄板还促进沿着纤维方向破裂的产生，这样使得沿着薄片或薄板的长度，纤维束彼此至少部分地分离。薄片或薄板的厚度更优选地在从约0.3毫米至1.5毫米的范围内，并且更优选地小于1毫米。

在一个实施方式中，选择胶使得已固化的薄片或薄板的拉伸强度基本上匹配第一材料的拉伸强度。

在一个实施方式中，选择胶使得已固化的薄片或薄板的热膨胀系数基本上匹配第二材料的热膨胀系数。

第一材料和第二材料可以是相同材料或可以是不同的材料。

第二材料可以是复合材料的进一步的成分。

复合材料可以包括加筋混凝土。

第二材料可以包括由混凝土和钢组成的组中的一个或多个。

为了允许朝特定材料控制和调节热膨胀，除了树脂和硬化剂的特定选择之外，胶的成分可以根据可变的树脂-填充剂比例包括一种或多种特定填充剂。

在一个实施方式中，第一材料包括由钢、碳和玻璃、以及竹、大麻、剑麻或其他有机高拉伸性能的纤维组成的组中的一个或多个。

胶可以包括一种或多种成分，也就是至少但不限于一种树脂和至少但不限于一种硬化剂成分的组合以达到特定材料的拉伸强度。树脂可以是不同树脂系列的共混物，例如聚乙烯(PE)、乙烯基酯(VE)、聚氨酯(PU)或环氧树脂。

在一个实施方式中，在胶的施加之前薄片或薄板不受到碳化作用。

在一个实施方式中，在薄片或薄板从竹竿的分离和胶的施加之间，薄片或薄板不受到蒸烘作用。

图25示出了说明用于将薄片或薄板2500从竹竿或段2502分离的刨削机/技术的示意图。将楔2504设置为大约与纤维方向平行并且此处，如标号2508所指示的通过移动竹竿或段2502而在楔2504和竹竿或段2502之间实施线性相对旋转运动，。间隔件2512放置在或压在竹竿或段2502之上，以调节已分离的薄片或薄板2500的厚度。发明人发现间隔件2512的作用压力可以影响并且优选地助长用于制造复合材料的已分离的薄片或薄板2500的性能，该复合材料用于结构应用。适当量的压力可以允许更薄的薄片，这样有利于用于结构应用的复合材料的性能。

在一个实施方式中，分离包括使用设置为与纤维方向成大约90°的楔进行分割以及在楔和竹竿之间施加绕着平行于纤维方向的轴的相对旋转运动。这可以指的是镶板或刨削技术的应用。

图26示出了说明用于将薄片或薄板2600从竹竿或段2602分离的镶板机/技术的示意图。楔2604设置为与纤维方向大约成90°并且此处，如标号2608所指示的通过绕着平行于纤维方向的轴2610旋转竹竿或段2602而在楔2604和竹竿或段2602之间实施相对旋转运动。间隔件2612放置在或压在竹竿或段2602上，以调节已分离的薄片或薄板2600的厚度。发明人还发现间隔件2612的作用压力可以影响并且优选地助长用于制造复合材料的已分离的薄片或薄板2600的性能，该复合材料用于结构应用。适当量的压力优选地允许更薄的薄片，这样有利于用于结构应用的复合材料的性能。

在另一实施方式中，分离过程包括将竹竿分割成两个或更多个分割部、将一个分割部分层以形成条、以及将条切开以形成两个或更多个薄片。

在一个实施方式中，胶的施加包括使用基于压力的施加过程。基于压力的过程可以包括真空浸泡。

胶可以施加于多个薄片或薄板，并且多个胶合的薄片或薄板可以一起固化以形成用于结构应用的多板复合材料。

胶可以单独施加于多个薄片或薄板中的每一个。

多个胶合的薄片或薄板可以一起被冷压或热压。

在一个实施方式中，方法进一步包括对竹竿的预处理步骤以有利于从竹竿分离薄片或薄板。预处理步骤可以包括煮沸竹竿。

在一个实施方式中，事先沿着纤维方向将竹竿切割成两段或更多段并且从其中一个段分离薄片或薄板。

竹复合材料可以由生长3年以上的老竹竿制成。可能是不同种类和采收时间的竹。为了消除竹纤维内的糖分子，可以例如通过在锅里煮沸或慢炖竹薄片或薄板来加热竹薄片或薄板。这些竹薄片或薄板可以在干燥室中通过受控制的大气干燥，以将含水量减少至小于约18％并且优选地小于约10％。可以以不同的强度和持续时间实施煮沸、碳化和干燥的这些步骤，或跳过这些步骤，以得到用于结构应用的最终竹复合材料的不同材料性能。

通过将竹薄片或薄板浸入池式容器，或通过使用或不使用压力或在真空中在外部施加胶，将竹薄片或薄板与胶结合，在本文中胶也称为粘合试剂或树脂。之后胶合的竹薄片或薄板可以放置于用于干燥胶的室中。

然后在高温或室温下压迫竹薄片或薄板来制造例如用作加筋组件11的竹复合材料。在示例性实施方式中，将已压迫的竹复合材料加筋组件11放置于固化室中以冷却并干燥至少持续24小时。之后竹复合材料加筋组件11可涂覆特定的试剂以提高组件11的机械和物理性能。在本文中，试剂可以是不同于在上述胶浴室中所使用的第一试剂。

胶可以包括但不限于两种不同的成分。优选地，胶是热活性的并可交叉联接的系统，由于胶相对于纤维原材料的特殊的成分，所以可以调节胶以实现产品期望的机械性能。胶可以是在一个或多个后续步骤中可完全交叉联接的单级或多级系统。交叉联接优选地为热活性的。

胶可以包含添加剂，例如晶粒、阻燃剂或熔融流动增强剂。胶可以包含催化剂或微粒以有助于机械联锁或防止复合材料的剪切破坏。

除了竹复合材料的固有的高机械强度，粘合试剂用于有利地提高竹复合材料细长体的该机械强度。竹复合材料还具有轻的重量，这样允许竹复合材料细长体易于搬运。

在实践中，外部粘合试剂通常覆盖竹复合材料细长体的外表面。覆盖将细长体的外部件粘在一起，同时还为这些外部件提供保护薄板。

类似地，竹复合材料细长体的内部件，例如薄片或薄板或纤维束/纤维，可以包括内部粘合试剂。内部粘合试剂渗透或覆盖这些内部件以将这些内部件保持在一起来提高它们的机械强度。催化剂在两种情况下都提高粘合质量并且提高了复合材料元件之间的摩擦性能。

外部粘合试剂和内部粘合试剂可以相同但不是必须相同。

通常，粘合试剂可以包括给竹复合材料细长体提供不同性能的不同物质。

粘合试剂可以包括水溶性物质，这样能够使粘合试剂容易地渗透竹复合材料细长体的内部件。这允许内部件结合在一起以提高它们的机械强度。为了具有更好的渗透性，粘合试剂还包括在负压(真空)环境下施加的可能性。

射线也可以用作粘合试剂。可以通过将纤维暴露于射线例如紫外光或其他射线，来改变竹纤维的细胞结构，而将内部件结合在一起或互连。这包括术语竹“焊接”。

粘合试剂还可以包含防水物质。防水物质防止竹复合材料细长体由于吸水而膨胀。

有利地，可以构造细长体，使得在内部件中所提供的粘合试剂是水溶性的，而覆盖细长体的外表面的粘合试剂是防水的。类似地，不同的催化剂可以用于复合材料的不同部件以影响粘合机制。

粘合试剂还可以包括抗虫物质。实际上，该物质保护细长体免受昆虫侵袭，其中昆虫撕咬可以逐渐地破坏或侵蚀细长体。

粘合试剂还可以包括抗菌物质。抗菌物质杀死或抑制微生物，例如细菌、真菌或原生动物的生长。原生动物指的是非常小的生物，其中每个生物仅有一个细胞。该物质保护细长体免受来自这些微生物的侵害。

本领域的技术人员将认识到的是，在不背离泛泛地描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对如具体实施方式中所示的本发明作出多种变化和/或修改。因此，应该认为本实施方式在各个方面都是说明性的并且不是限制性的。此外，即使特征或特征的组合没有在专利的权利要求书或本实施方式中明确地指出，本发明也包括特征的任意组合，尤其是在专利的权利要求书中的特征的任意组合。

Claims (39)

1.一种制造用于结构应用的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

提供竹竿；

从所述竹竿分离薄片或薄板，使得所述薄片或薄板具有沿着所述竹竿的纤维方向的纵轴；

沿着所述薄片或薄板的纵轴将所述薄片或薄板的单独的纤维束彼此至少部分地拆开；

将胶施加于所述薄片或薄板；以及

固化已胶合的薄片或薄板。

2.如权利要求1所述的方法，其中选择所述胶使得已固化的薄片或薄板的拉伸强度基本上匹配第一材料的拉伸强度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中选择所述胶使得所述已固化的薄片或薄板的热膨胀系数基本上匹配第二材料的热膨胀系数。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述第一材料和第二材料是相同的材料。

5.如权利要求2或3所述的方法，其中所述第一材料和第二材料是不同的材料。

6.如权利要求3至5中的任一权利要求所述的方法，其中所述第二材料是所述复合材料的进一步的成分。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述复合材料包括加筋混凝土。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述第二成分包括由混凝土和钢组成的组中的一个或多个。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述胶包括由树脂、硬化剂以及根据可变的树脂-填充剂比例的一种或多种特定填充剂组成的组中的一个或多个。

10.如权利要求2至6中的任一权利要求所述的方法，其中所述第一材料包括由钢、碳和玻璃、以及竹、大麻、剑麻或其他有机高拉伸性能的纤维组成的组中的一个或多个。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述胶包括由树脂和硬化剂组成的组中的一个或多个，例如所述树脂可以是不同树脂系列的共混物，例如聚乙烯、乙烯基酯、聚氨酯或环氧树脂。

12.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中在所述胶的施加之前所述薄片或薄板不受到碳化作用。

13.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中在所述薄片或薄板从所述竹竿分离和所述胶的所述施加之间，所述薄片或薄板不受到蒸烘作用。

14.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述分离包括使用设置为与所述纤维方向成大约90°的楔进行分割以及在所述楔和所述竹竿之间施加绕着平行于所述纤维方向的轴的相对旋转运动。

15.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述薄片或薄板的厚度小于2毫米。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述薄片或薄板的厚度在从约0.3毫米至1.5毫米的范围内。

17.如权利要求15或16所述的方法，其中所述薄片或薄板的厚度小于1毫米。

18.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述胶的施加包括使用基于压力的施加过程。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述基于压力的过程包括真空浸泡。

20.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述胶施加于多个薄片或薄板，并且多个胶合的薄片或薄板一起固化以形成用于所述结构应用的多板复合材料。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述胶单独施加于所述多个薄片或薄板中的每一个。

22.如权利要求20或21所述的方法，其中所述多个胶合的薄片或薄板一起被冷压或热压。

23.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，进一步包括对所述竹竿的预处理步骤以有利于从所述竹竿分离所述薄片或薄板。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述预处理步骤包括煮沸所述竹竿。

25.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述拆开包括将所述薄片或薄板供应至滚压机中。

26.如前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述竹竿事先沿着所述纤维方向被切割成两段或更多段并且所述薄片或薄板从所述段中的一个分离。

27.一种用于结构应用的复合材料，包括：

竹纤维束的薄片或薄板，所述薄片或薄板具有沿着所述纤维束的纤维方向的纵轴；以及

已固化的胶，施加于所述薄片或薄板；

其中所述已固化的胶填充沿着所述薄片或薄板的纵轴的、所述薄片或薄板的至少部分分离的相邻纤维束之间的间隙。

28.如权利要求27所述的复合材料，其中选择所述胶使得已固化的薄片或薄板的拉伸强度基本上匹配第一材料的拉伸强度。

29.如权利要求27或28所述的复合材料，其中选择所述胶使得已固化的薄片或薄板的热膨胀系数基本上匹配第二材料的热膨胀系数。

30.如权利要求29中的任一权利要求所述的复合材料，其中所述第二材料是所述复合材料的进一步的成分。

31.如权利要求30所述的复合材料，其中所述复合材料包括加筋混凝土。

32.如权利要求30所述的复合材料，其中所述第二成分包括由混凝土和钢组成的组中的一个或多个。

33.如权利要求32所述的复合材料，其中所述胶包括由树脂、硬化剂以及根据可变的树脂-填充剂比例的一种或多种特定填充剂组成的组中的一个或多个。

34.如权利要求2-30中的任一权利要求所述的复合材料，其中所述第一材料包括由钢、碳和玻璃、以及竹、大麻、剑麻或其他有机高拉伸性能的纤维组成的组中的一个或多个。

35.如权利要求34所述的复合材料，其中所述胶包括由树脂和硬化剂组成的组中的一个或多个，所述树脂可以是不同树脂系列的共混物，例如聚乙烯、乙烯基酯、聚氨酯或环氧树脂。

36.如前述权利要求中的任一权利要求所述的复合材料，其中所述薄片或薄板的厚度小于2毫米。

37.如权利要求15所述的复合材料，其中所述薄片或薄板的厚度在从约0.3毫米至1.5毫米的范围内。

38.如权利要求15或16所述的复合材料，其中所述薄片或薄板的厚度小于1毫米。

39.如权利要求27至38中的任一权利要求所述的复合材料，包括多个薄片或薄板以及施加于所述多个薄片或薄板的胶。