CN111633777A - 一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，步骤如下：将三维型体拆分成接近平面的平板块，各平板块相接处设置有交叉部；将竹维管束打散、计量、加占竹维管束纤维重量8％‑10％水调湿、干燥去除纤维表面残余水；然后按拆分后的平板块形状进行铺装；分别在模具中压制，使竹维管束纤维半定型即可；将半定型的平板块组合拼装后，放入三维模具中，再次在各平板块的交叉部适量喷水，使得交叉部的纤维有分解松散迹象即可，模具合模进行热压，热压完成后，冷却成型，即得三维型体。本发明能够改善现有竹维管束纤维因流动性差而无法三维成型的问题，以及材质本身的导致的热压成型时容易出现开裂、局部发黑和变形等问题；同时，采用无胶胶合，更加环保。

Description

一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺
【技术领域】
本发明涉及竹材应用领域，具体涉及一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺。
【背景技术】
目前，在板材领域国内外无胶胶合技术领域已取得了很多实质性进展，但在维制品领域尚处于起步阶段，工业领域三维制品使用量远超板材，竹纤维三维制品的开发利用为竹材深加工开辟了一个新的方向。奔驰、宝马、东南汽车等已经将竹纤维复合材料应用于汽车内饰品。竹材的无胶胶合在国内外都有投产成功的例子，但却没有广泛的推广，其主要原因是生产工艺、操作技术和产品性能及经济效益等方面，尚存在难以克服的问题。因此，当务之急是研发能满足使用性能要求，又能达到环保性能标准的制品。
由竹维管束作为主要成分的竹纤维称为竹维管束纤维，但竹维管束纤维流动性较差，三维成型有一定的难度，一次热压成型时型体容易出现开裂、局部发黑、变形等现象；目前该研究也缺少系统的自胶胶合机理理论支撑，目前还未找到合适的解决办法。本发明提出以竹维管束纤维为原料，通过金属模具分段半硬热压工艺制作无胶胶合三维成型体。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，能够改善现有竹维管束纤维因流动性差而无法三维成型的问题，以及材质本身的导致的热压成型时容易出现开裂、局部发黑和变形等问题；同时，采用无胶胶合，更加环保。
本发明是这样实现的：
一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，所述工艺步骤如下：
步骤1、拆分：将三维型体按照形状特点拆分成接近平面的平板块或带有小折边的平板块，各平板块相接处设置有交叉部；
步骤2、备料：将竹维管束打散、计量、加占竹维管束纤维重量8％-10％水调湿、干燥去除纤维表面残余水；然后按拆分后的平板块形状进行铺装，靠边缘的交叉部略薄，厚度以两块交叉部重叠后平板块整体均匀为准；
步骤3、半定型：将铺装好的竹维管束纤维分别在模具中压制，使竹维管束纤维半定型即可；模具压制参数如下：半定型温度为90-110℃，成型压力为10-15MPa；
步骤4、组合定型：将半定型的平板块组合拼装后，放入三维模具中，再次在各平板块的交叉部适量喷水，使得交叉部的纤维有分解松散迹象即可，模具合模进行热压，热压完成后，冷却成型，即得三维型体；其中热压参数如下：热压定型温度185-195℃，加载载荷20-25MPa，加载时间10-15min。
进一步地，所述步骤2中竹维管束纤维纤维长300-500μm。
进一步地，所述步骤3中模具压制参数如下：半定型温度为100℃，成型压力为12MPa。
进一步地，所述步骤4中热压参数如下：热压定型温度190℃，加载载荷20MPa，加载时间10min；且空气中冷却30分钟以上。
进一步地，所述步骤3和步骤4中的模具为金属模具。
进一步地，往步骤2中所述竹维管束中添加适量天然植物中提取的糖类与酸类。
本发明具有如下优点：
本发明采用分段式定型，即将竹维管束纤维铺装成若干个平板块，进行低温半定型处理后，再进行高温热压定型处理；低温半定型处理后竹维管束纤维的化学成分、结构等基本不发生质变，但却保证了三维型体的纤维在斜面和弯曲处给料均匀，同时各平板块相接处设置重叠的交叉部也能够克服流动性差问题。本发明对竹维管束纤维加水后热压定型，竹维管束纤维可产生如下反应：①可增进纤维素分子间的氢键作用；②半纤维素水解产物反应生成缩聚呋喃树脂；③糠醛类化合物与木素缩合生成类似于酚醛树脂类化合物；④木质素流展、均布并进行缩合反应产生交联作用；从而进行自胶胶合，粘结成三维型体。考虑三维型体成型的复杂性成型时可以少量添加天然植物中提取的糖类与酸类，改善自胶胶合的性能。
即本发明能够改善现有竹维管束纤维因流动性差而无法三维成型的问题，以及材质本身的导致的热压成型时容易出现开裂、局部发黑和变形等问题；同时，本发明采用无胶胶合，更加环保。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为实施例中完整的三维型体示意图。
图2为实施例中三维型体拆分成三个平板块的示意图。
图3为图2中三个平板块的主视图。
【具体实施方式】
本发明涉及一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，所述工艺步骤如下：
步骤1、拆分：将三维型体按照形状特点拆分成接近平面的平板块或带有小折边的平板块，各平板块相接处设置有交叉部；
步骤2、备料：将竹维管束打散、计量、加占竹维管束纤维重量8％-10％水调湿、干燥去除纤维表面残余水；然后按拆分后的平板块形状进行铺装，靠边缘的交叉部略薄，厚度以两块交叉部重叠后平板块整体均匀为准；
步骤3、半定型：将铺装好的竹维管束纤维分别在模具中压制，使竹维管束纤维半定型即可；模具压制参数如下：半定型温度为90-110℃，成型压力为10-15MPa；
步骤4、组合定型：将半定型的平板块组合拼装后，放入三维模具中，再次在各平板块的交叉部适量喷水，使得交叉部的纤维有分解松散迹象即可，模具合模进行热压，热压完成后，冷却成型，即得三维型体；其中热压参数如下：热压定型温度185-195℃，加载载荷20-25MPa，加载时间10-15min。
所述步骤2中竹维管束纤维纤维长300-500μm。
所述步骤3中模具压制参数如下：半定型温度为100℃，成型压力为12MPa。
所述步骤4中热压参数如下：热压定型温度190℃，加载载荷20MPa，加载时间10min；且空气中冷却30分钟以上。
所述步骤3和步骤4中的模具为金属模具。
往步骤2中所述竹维管束中添加适量天然植物中提取的糖类与酸类。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
参阅图1-3，一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，步骤如下：
步骤1、将如图1所示的三维型体10拆分成具有交叉部1的三块平板块A、B、C，如图2所示，平板块A与平板块C接近平面，平板块B带有小折边2；
步骤2、备料：将竹维管束打散、计量、加占竹维管束纤维重量10％水调湿、干燥去除纤维表面残余水；然后按拆分后的平板块A、B、C形状进行铺装，靠边缘的交叉部1略薄，厚度以两块交叉部1重叠后平板块整体均匀为准；
步骤3、半定型：将铺装好的竹维管束纤维分别在金属模具中压制，使得竹维管束纤维半定型不分散即可；模具压制参数如下：半定型温度为100℃，成型压力为12MPa；
步骤4、组合定型：将三块半定型的平板块按图1和图2的顺序，放入三维金属模具中，再次在各平板块的交叉部1适量喷水，使得交叉部1的纤维有分解松散迹象即可，模具合模进行热压，热压完成后，空气中冷却30分钟，成型，即得三维型体；其中热压参数如下：热压定型温度190℃，加载载荷20MPa，加载时间10min。
本发明采用分段式定型，即将竹维管束纤维铺装成若干个平板块，进行低温半定型处理后，再进行高温热压定型处理；低温半定型处理后竹维管束纤维的化学成分、结构等基本不发生质变，但却保证了三维型体的纤维在斜面和弯曲处给料均匀，同时各平板块相接处设置重叠的交叉部也能够克服流动性差问题。本发明对竹维管束纤维加水后热压定型，竹维管束纤维可产生如下反应：①可增进纤维素分子间的氢键作用；②半纤维素水解产物反应生成缩聚呋喃树脂；③糠醛类化合物与木素缩合生成类似于酚醛树脂类化合物；④木质素流展、均布并进行缩合反应产生交联作用；从而进行自胶胶合，粘结成三维型体。考虑三维型体成型的复杂性成型时可以少量添加天然植物中提取的糖类与酸类，改善自胶胶合的性能。
即本发明能够改善现有竹维管束纤维因流动性差而无法三维成型的问题，以及材质本身的导致的热压成型时容易出现开裂、局部发黑和变形等问题；同时，本发明采用无胶胶合，更加环保。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：所述工艺步骤如下：
步骤1、拆分：将三维型体按照形状特点拆分成接近平面的平板块或带有小折边的平板块，各平板块相接处设置有交叉部；
步骤2、备料：将竹维管束打散、计量、加占竹维管束纤维重量8％-10％水调湿、干燥去除纤维表面残余水；然后按拆分后的平板块形状进行铺装，靠边缘的交叉部略薄，厚度以两块交叉部重叠后平板块整体均匀为准；
步骤3、半定型：将铺装好的竹维管束纤维分别在模具中压制，使竹维管束纤维半定型即可；模具压制参数如下：半定型温度为90-110℃，成型压力为10-15MPa；
步骤4、组合定型：将半定型的平板块组合拼装后，放入三维模具中，再次在各平板块的交叉部适量喷水，使得交叉部的纤维有分解松散迹象即可，模具合模进行热压，热压完成后，冷却成型，即得三维型体；其中热压参数如下：热压定型温度185-195℃，加载载荷20-25MPa，加载时间10-15min。
2.根据权利要求1所述的一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：所述步骤2中竹维管束纤维纤维长300-500μm。
3.根据权利要求1所述的一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：所述步骤3中模具压制参数如下：半定型温度为100℃，成型压力为12MPa。
4.根据权利要求1所述的一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：所述步骤4中热压参数如下：热压定型温度190℃，加载载荷20MPa，加载时间10min；且空气中冷却30分钟以上。
5.根据权利要求1-4任一项项所述的一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：所述步骤3和步骤4中的模具为金属模具。
6.根据权利要求1所述的一种维管束纤维无胶胶合三维型体热压工艺，其特征在于：往步骤2中所述竹维管束中添加适量天然植物中提取的糖类与酸类。
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