CN114834125A - 一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法 - Google Patents

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Abstract

基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法及其制品，采用竹材作为复合材料的夹芯材料，先对竹材进行表层炭化处理，使得竹材形成炭化，再将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间，形成芯层；在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合，形成上下两层高分子树脂表层，构成三明治结构的竹芯复合材料。本发明利用竹材作为芯层，并通过表层炭化处理再与高分子树脂相结合，可以去除竹材表面的半纤维素和其它小分子物质，减轻了竹材重量，改善竹材表层的极性，形成多孔性结构，使竹材能够更好的与高分子树脂相结合，提高了复合材料之间的层间结合力，有效降低了材料密度。同时仅对表层进行炭化处理，可以节约能源，降低制造成本。

Description

一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制作方法及其复合材料，尤其是指一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法及其竹芯复合材料；该种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法及其竹芯复合材料可以有效解决目前高分子复合材料所存在的不足；属于高分子复合材料制作技术领域。
背景技术
随着目前市场对轻量化高分子复合材料需求的快速增长，高分子复合材料中基体材料、增强材料以及夹芯材料的用量大幅增加。高分子复合材料目前普遍采用的是三明治夹芯结构；所谓三明治夹芯结构就是在高分子材料中间夹入一层夹芯材料；三明治夹芯结构复合材料中常用的夹芯材料有PVC泡沫、PET泡沫以及巴尔沙木（Balsa木），其中PVC和PET为化工材料，是石油的衍生产品，大量使用会增加碳排放，而且PVC及PET等材料不可自然降解，不符合绿色环保的发展方向；Balsa木主要生长在南美厄瓜多尔及大洋洲巴布亚新几内亚等地区，生长周期一般为3-5年，传统的Balsa木制成可使用的夹芯材料，需要经过树木砍伐→粗料→除湿→光料→压块制得立方体→平切→粘接→开槽打孔，得到可用于制造三明治夹芯结构复合材料的夹芯材料；从树木砍伐到制成可使用的原材料需要经过除湿处理，过程周期长（需要10-15天），且需要消耗大量的能源，不仅无法满足快速增长的复合材料市场需求，也不符合碳减排的发展趋势。
近来虽不断有人在这方面动脑筋，成功地推出了采用竹材作为夹心材料制作复合材料；但是现有的竹材做夹心材料都是采用干化处理后的竹材来制作夹心材料，现有夹心材料的竹材有竹编的方式，或将竹材整个碳化作为竹纤维方式制作夹心材料；这些都是需要将竹材进行干化处理才能使用。之所以这样做，主要是常规的想法是直接采用未干化处理的竹材，由于竹子的水分比较重，在于高分子材料复合时，很难与高分子材料结合，所以需要先去掉竹子的水分，再与高分子材料结合。可是这样制作导致芯材的制作周期很长，而且成本也大幅增加。而且即便是普通的晾干干化处理的竹材与高分子材料的结合性能不是很好，极大影响结合强度；这些问题的存在，严重地影响了高分子复合材料的推广应用，为此很有必要对此加以改进。
通过查询检索为发现相同的技术报道，只有相关领域的技术文献，最为接近的由以下几篇：
1、专利号为CN202110202264.5，名称为“竹编增强复合管及其成型工艺方法”，申请人为：浙江理工大学的发明专利，该专利公开了一种仿竹夹芯结构复合材料及其制造方法，所述复合材料自上而下依次包括上面层、芯层和下面层，所述芯层设为单层或者多层夹芯结构，所述上面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述上面层远离所述芯层一侧的材料密度，所述下面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述下面层远离所述芯层一侧的材料密度。本发明与传统的夹芯结构相比，仿毛竹结构夹芯复合材料实现了芯层和面层的梯度变化，在受力时逐级受力，达到缓冲卸力的目的。但是该专利所提出的芯层并非是竹材而是发泡材料制作，自然存在前面所述的难降解等问题。
2、专利号为CN201821956659.4，名称为“一种建筑用竹木复合板”，申请人为：四川华象林产工业有限公司的实用新型专利申请，该专利申请公开了一种建筑用竹木复合板，它从上至下依次包括第一面层组、第一芯层组、中芯层组、第二芯层组和第二面层组；所述第一面层组为竹编竹席；所述第一芯层组由竹塑复合材料制成；所述中芯层组为不去青竹帘；所述第二芯层组由竹塑复合材料制成；所述第二面层组为竹编竹席；所述各相邻层组之间胶合连接。该专利虽然提出了采用多层芯层，并且强调了中芯层组为不去青竹帘，第二层组为竹编席，但该专利并非是真正意义的复合材料，而只是一种多层材料板粘结起来的竹木复合板，所以强度不高只能是做建筑跳板或模板使用。
3、专利号为CN201710307583.6，名称为“一种夹芯结构竹缠绕复合材料制品及其制作方法”，申请人为：浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司的发明专利申请，该专利申请公开了一种夹芯结构竹缠绕复合材料制品及其制作方法，由内至外依次包括内增强层、夹芯层和外增强层，所述内增强层和所述外增强层均是由粘附有树脂的竹篾缠绕一层或多层形成的竹篾层，所述夹芯层是由环向竹片层和轴向竹片层交替叠加一组或多组组成，所述环向竹片层是由沿所述夹芯结构竹缠绕复合材料制品轴向分布的多段有间隔的环向竹片段组成，所述环向竹片段是由粘附有树脂的竹片环向缠绕一层或多层形成，所述轴向竹片层是由粘附有树脂的沿轴向放置的竹片平行排列多行形成的轴向竹片帘在环向竹片层上环向缠绕一层或多层形成。同时公开了一种制作上述夹芯结构竹缠绕复合材料制品的制作方法。该专利虽提出了采用竹片段，并强调了内增强层和所述外增强层是由粘附有树脂的竹篾缠绕一层或多层形成的竹篾层；但竹篾一般都是采用已经干了的竹皮制作，这样与高分子材料的结合性能是很不好的，因此复合强度低；而所述的竹片也都是应该采用晾干干化处理的竹材制作的，如果不做处理与高分子材料的结合力也是不是很好的。
上述这些专利虽然都涉及到竹材的复合材料制作方法或结构，但是这些专利技术仍然没有实质解决现竹材直接应用于复合材料中结合力不强的问题，而且竹材都需要干化处理，操作周期长，这样前面所述的问题仍然存在，所以很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种新型的竹芯复合材料制作方法及其竹芯复合材料制品。该种竹芯复合材料制作方法及其竹芯复合材料制品能够大幅提升竹芯层与高分子材料层的结合能力，从而使得竹芯复合材料的性能得到提高。
本发明主要通过以下技术方案实现的：一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，采用竹材作为复合材料的夹芯材料，先对竹材进行表层炭化处理，使得竹材形成炭化，再将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间，形成芯层；在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合，形成上下两层高分子树脂表层，构成三明治结构的竹芯复合材料。
进一步地，所述的竹材为自然生长成材的竹子，竹子经过竹材砍伐下来后，进行去皮处理，去除竹青部分后的剩余材料。
进一步地，所述的对竹材进行表层炭化处理是将去皮后的竹材送入炭化炉中对竹材的表层进行真空炭化处理；炭化处理温度为140℃-200℃，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h。
进一步地，所述的竹材的表层进行真空炭化处理是仅对竹材上下表层0.5-1.5mm的层厚进行炭化处理，竹材的芯部仍为原竹材的特性，炭化表层的厚度控制通过温度和时间进行控制。
进一步地，所述的将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间是将炭化处理后的竹材进行切块，根据要求不同切成不同厚度及长宽厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度的竹块长宽尺寸相同；将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层。
进一步地，所述的在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合是将整体竹夹芯材料层放入竹芯复合材料的成型模具中予以高分子复合材料复合形成竹芯复合材料；首先在竹芯复合材料的成型模具表面铺设下层增强材料1-10层，在下层增强材料上铺设整体竹夹芯材料层，在整体竹夹芯材料层上铺设上层增强材料1-10层，在上层增强材料上依次铺设脱膜材料及导流介质，在成型模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性，在确保密封良好的情况下，开启抽气系统，通过注胶管路进行高分子树脂灌注，直至增强材料完全被高分子树脂浸润，开启加热程序直至复合材料完全固化，形成竹芯复合材料。
进一步地，所述的高分子树脂包括饱和树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂；所述的增强材料为玻璃纤维织物或竹编材料。
进一步地，所述的竹芯复合材料包括以下步骤：
（a） 将砍伐下来竹材进行去皮处理，去除竹青部分；
（b） 将去皮处理后，剩余竹材材料进行表层碳化处理；将去皮后竹材劈开，去掉中间的竹节，根据炭化炉的大小裁剪竹材，将裁剪后的竹材放入炭化炉中，逐步升温至140℃-200℃，利用高温蒸气喷射进行表层炭化处理，并同时进行抽真空排除湿气，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h；控制表层碳化厚度在竹材上下表层0.5-1.5mm范围之内；
（c） 对表层的碳化后的竹材进行裁切处理，根据复合材料的要求切成不同厚度及长宽厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度的竹块长宽尺寸相同；将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层；
（d） 开启复合材料成型设备，对成型模具进行保温100-120℃；
（e） 在成型模具表面铺设下层增强材料1-10层；
（f） 在下层增强材料上铺设整体竹夹芯材料层；
（g） 在整体竹夹芯材料层上铺设上层增强材料1-10层；
（h） 在上层增强材料上依次铺设脱膜材料及导流介质；
（i） 在成型模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性，确保密封情况良好；
（j） 开启抽气系统，通过注胶管路进行注胶直至增强材料完全被高分子材料树脂浸润，开启加热程序直至复合材料完全固化；
（k） 制品固化后，形成竹芯复合材料，脱膜吊出。
一种上述基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法制作的竹芯复合材料，为多层组合的夹层复合材料，包括上表层、下表层和夹心层，其特征在于：所述的夹心层为表层碳化处理的竹材层。
进一步地，所述的表层碳化处理的竹材层表层碳化厚度在竹材上下表层0.5-1.5mm范围之内。
本发明的有益效果：
本发明采用直接砍伐的竹材去掉青皮后制作成竹块，通过浅表层碳化处理后制作竹芯材料。具有以下一些优点：
1、本发明采用竹材替代化工生产泡沫作为三明治结构材料的夹芯材料，能够更好的符合碳中和、碳减排的环保宗旨。同时由于竹材地生长周期短于Balsa木，因此可以降低对Balsa木得依赖；
2、本发明采用去掉竹材表皮后的剩余材料制作竹芯材料，可以进一步增加竹材的利用价值，竹材的表皮可以正常使用，剩余材料也可以得到很好的利用；
3、本发明的技术核心在于对竹材剩余的材料进行表层碳化处理，改善竹材的表面性能，对剩余竹材浅层炭化处理可以去除竹材表面的半纤维素和其它小分子物质，减轻了竹材重量，并改善竹材表层的极性，形成多孔性结构，使竹材能够更好的于高分子树脂相结合，提高了复合材料之间的层间结合力；
4、本发明采用的竹夹芯为竹编工艺中去除竹青部分后的密度更低的剩余材料部分，有效降低了芯材的材料密度；
5、本发明只是对剩余竹材的表层处理，相对于常规的对整个竹材的碳化处理，可以大幅节约能源，降低制造成本。
说明书附图
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明竹芯材料排布示意图；
图3为本发明竹芯复合材料装模示意图。
具体实施方式
本发明主要涉及一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，先制作表层碳化的竹夹芯材料；再根据设计需要将竹夹芯材料与一层或多层增强材料放置在成型模具中，在模具两侧分别布置注胶系统和抽气系统，将模具整体真空密封，利用注胶系统注胶，加热固化后制成竹编复合材料。在整个制造过程中抽气系统始终开启，用于排除体系内部的气体及保持体系真空度，降低材料的孔隙率，提高材料的力学性能。制作方法主要包括两部分，其一是竹夹芯材料的制备；其二是三明治结构竹夹芯复合材料的制备。其中：
1、竹夹芯材料的制备：
砍伐符合密度要求竹子，剥离表面密度较大的竹皮（竹青部分），对剩余竹材进行表层炭化处理，竹块浅层炭化处理厚度为竹块表层的0.5-1mm，炭化处理温度为140℃-200℃，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h。炭化处理降低了竹材中的含水率，同时增加了竹材与树脂的表面结合力。将炭化处理后的竹材进行切块，根据要求不同切成不同厚度及长宽的小块（厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm），同一厚度的竹块长宽尺寸相同。将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体。该夹芯材料制造方法的优势在于，采用竹编材料加工后残余的竹块，能够大大降低材料成本；相较于Balsa木，竹块碳化处理时间短（一般需要1-3h，而Balsa木需要7-15天）、能源消耗少，大大降低了制造成本；采用小块粘接，大大提高了材料的利用率。
2、三明治结构竹夹芯复合材料的制备：
在模具表面铺设下层增强材料（玻璃纤维织物或竹编材料）1-10层，在下层增强材料上铺设竹夹芯材料，在竹夹芯材料上铺设上层增强材料1-10层，在上层增强材料上依次铺设脱膜材料及导流介质，在模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性，在确保密封良好的情况下，开启抽气系统，通过注胶管路进行注胶直至增强材料完全被（不饱和树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂等）树脂浸润，开启加热程序直至复合材料完全固化。
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
实施例一
如附图1所示，一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，采用竹材作为复合材料的夹芯材料，先对竹材进行表层炭化处理，使得竹材形成炭化，再将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间，形成芯层；在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合，形成上下两层高分子树脂表层，构成三明治结构的竹芯复合材料。整个制作工艺如附图1所示，整个制作部分包括两个部分：
1、制作竹夹芯材料；
1）首先选择自然生长成材的2-3年竹子，将竹子砍伐下来，劈开，直接进行去皮处理，将竹青皮部分另行处理应用，留下去除竹青皮部分后的剩余竹材；
2）然后，将去除竹青皮部分后的剩余竹材剖开，去掉竹子内面的竹节；
3）将去掉竹节的剩余竹材根据炭化炉的大小裁切成段，将裁切好的剩余竹材用盐水蒸煮0.5-1.0h，再进行整形压平，形成平整的竹块；
4）将整形后竹块送入炭化炉中对剩余竹材的表层进行真空炭化处理；炭化处理温度为140℃-200℃，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h；并通过控制通过温度和时间进行控制表层的碳化厚度，控制碳化层在竹材上下表层0.5-1.5mm即可；碳化过程中通过真空去湿排出竹块的水分；
5）将炭化处理后的竹材进行切块，根据要求不同切成不同厚度及长宽厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块竹块1，同一厚度的竹块长宽尺寸相同；将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物2将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层3，如附图2所示。
2、制作竹芯复合材料
1）装模（如附图3所示）
（1）开启竹芯复合材料成型设备，预热成型模具，使模具逐步升温到100-120℃；
（2）在成型模具表面铺设下层增强材料4，层数1-10层；
（3）在下层增强材料上再铺设整体竹夹芯材料层3；
（4）在整体竹夹芯材料层上铺设上层增强材料5，层数1-10层；
（5）在上层增强材5上依次铺设脱膜材料6及导流介质7，并在侧面设置Ω管8；通过Ω管8对气液分层流流动特性进行调整，将气液分层流调整为气液间歇流型；其流动调整能力随主弯管弯曲半径和基本单元个数确定；
2）抽真空：在成型模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性；
3）灌注高分子树脂：在确保密封良好的情况下，进行真空辅助树脂传递模塑成型；开启抽气系统，维持真空度小于50mPa；通过注胶管路进行高分子树脂灌注，直至增强材料完全被高分子树脂浸润；
4）开启加热程序直至复合材料完全固化；制品固化后，形成竹芯复合材料，脱膜吊出。
需要进一步说明的是：
1）所述的剩余竹材是在按照常规的青皮处理后所剩下的部分，对剩下部分竹材需要进行表面平整光洁处理；
2）对竹材进行表层炭化处理是直对去皮后的剩余竹材的表层进行处理，剩余竹材的芯部仍为原始竹材成分，炭化表层的厚度仅限于0.5-1.5mm；
3）采用的竹块单层厚度为0.1-0.3mm，宽度为2-5mm的竹片，编织制得竹编材料，竹编材料中竹片间距小于1mm。由于竹编材料的厚度较小可以贴合在任意曲面的模具上，同时由于其编织的紧密性，大大降低了树脂残留的空间，提高了竹编材料的体积含量，在提高材料力学性能的同时，减少了树脂的用量；
4）所述的高分子树脂包括饱和树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂；所述的增强材料为玻璃纤维织物或竹编材料；
5）所述真空辅助树脂传递模塑成型是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料，并固化的工艺方法；
根据上述方法获得的竹片性能实验数据如下：
表1、 炭化处理前后竹块表层接触角及化学成分变化
Figure 841931DEST_PATH_IMAGE001
表2、炭化处理前后竹块密度及力学性能变化
Figure 290229DEST_PATH_IMAGE002
从上表可以看出碳化后的表层接触角大幅增加，这样对于与高分子材料结合十分有利所以表层碳化处理后的竹芯复合材料的抗弯模量有了很大的提高。
根据上述基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法制作的竹芯复合材料，为多层组合的夹层复合材料，包括上表层5、下表层4和夹心层3，上表层5与下表层4和夹心层3通过粘结复合在一起，形成三明治结构的复合板材；所述的上表层5和下表层4为高分子树脂复合材料层；所述的夹心层3为竹材与高分子材料复合制作的夹心层，且夹心层3的竹材为多片竹片1作为芯片的平铺结构；多片竹片1相互平行矩阵排列在夹心层内，并通过芯部高分子材料包裹形成夹心层。
而且所述的夹心层3为以表层碳化处理的竹片1作为芯片的竹材复合层。
所述的竹片1的表层碳化处理的厚度在竹片1上下表层0.5-1.5mm范围之内。
所述的竹片1为长方形片状，且多片竹片的长度方向与板材的长度方向一致排列，形成一个矩阵阵列。
所述的上表层5和下表层4的高分子树脂复合材料层为多层高分子树脂与玻纤复合形成的复合材料层；高分子树脂与玻纤按照一层高分子树脂层，一层玻纤层排列组合形成复合材料层；且最里面的里层和最外面的表层为高分子树脂层。
所述的上表层5和下表层4高分子树脂层数为2-10层；所述的玻纤层为1-9层；所述的玻纤为连续玻纤；所述的高分子树脂为环氧树脂。
所述的多片竹片1的竹片与竹片之间的上表面或下表面粘贴有带压敏胶的纤维织物2，由带压敏胶的纤维织物2将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层；带压敏胶的纤维织物2根据竹片排布的矩形阵列，分别采取垂直和水平两个方向的带压敏胶的纤维织物2组合形成网格化的排布。
实施例二
实施例二的基本原理与实施例一是一样的，只是剩余竹材的表层碳化处理方式稍微有所不同。本实施例的剩余竹材处理是在去除竹青皮部分后，将剩余竹材剖开，去掉竹子内面的竹节，然后直接先根据所需要的竹块的大小，将剩余竹材加工成竹块，厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块竹块，在将小块竹块放入炭化炉中进行表层碳化；这样碳化完成后就可直接将表层碳化的竹块按照排列要求排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层。
本实施例的其它内容与实施例一一样。
本发明的有益效果：
本发明采用竹编材料加工后残余的竹块，通过浅表层碳化处理后制作竹芯材料。具有以下一些优点：
1、本发明采用竹材替代化工生产泡沫作为三明治结构材料的夹芯材料，能够更好的符合碳中和、碳减排的环保宗旨。同时由于竹材地生长周期短于Balsa木，因此可以降低对Balsa木得依赖；
2、本发明采用去掉竹材表皮后的剩余材料制作竹芯材料，可以进一步增加竹材的利用价值，竹材的表皮可以正常使用，剩余材料也可以得到很好的利用；
3、本发明的技术核心在于对竹材剩余的材料进行表层碳化处理，改善竹材的表面性能，对剩余竹材浅层炭化处理可以去除竹材表面的半纤维素和其它小分子物质，减轻了竹材重量，并改善竹材表层的极性，形成多孔性结构，使竹材能够更好的于高分子树脂相结合，提高了复合材料之间的层间结合力；
4、采用的竹块单层厚度为0.1-0.3mm，宽度为2-5mm的竹片，编织制得竹编材料，竹编材料中竹片间距小于1mm。由于竹编材料的厚度较小可以贴合在任意曲面的模具上，同时由于其编织的紧密性，大大降低了树脂残留的空间，提高了竹编材料的体积含量，在提高材料力学性能的同时，减少了树脂的用量；
5、本发明采用的竹夹芯为竹编工艺中去除竹青部分后的密度更低的剩余材料部分，有效降低了芯材的材料密度；
6、本发明只是对剩余竹材的表层处理，相对于常规的对整个竹材的碳化处理，可以大幅节约能源，降低制造成本；
7、与传统的竹纤维复合材料相比较，竹编材料不需要加工至纤维状态再进行编织，大大缩短了制造流程，降低了生产成本；与传统的VARTM工艺相比较，该竹编材料在成型过程中不需要使用导流介质，竹编材料可自行对树脂的流动方向进行分配，因此减少了导流介质和脱膜材料的使用，大大降低了制造成本。

Claims (10)

1.一种基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：采用竹材作为复合材料的夹芯材料，先对竹材进行表层炭化处理，使得竹材形成炭化，再将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间，形成芯层；在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合，形成上下两层高分子树脂表层，构成三明治结构的竹芯复合材料。
2.如权利要求1所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的竹材为自然生长成材的竹子，竹子经过竹材砍伐下来后，进行去皮处理，去除竹青部分后的剩余材料。
3.如权利要求1所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的对竹材进行表层炭化处理是将去皮后的竹材送入炭化炉中对竹材的表层进行真空炭化处理；炭化处理温度为140℃-200℃，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h。
4.如权利要求3所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的竹材的表层进行真空炭化处理是对竹材上下表层0.5-1.5mm的层厚进行炭化处理，竹材的芯部仍为原竹材的特性，炭化表层的厚度控制通过温度和时间进行控制。
5.如权利要求1所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的将表层炭化处理的竹材按照顺序排列在复合材料中间是将炭化处理后的竹材进行切块，根据要求不同切成不同厚度及长宽厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度的竹块长宽尺寸相同；将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层。
6.如权利要求1或5所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合是所述的在表层炭化处理的竹材的上下两面分别与高分子树脂相结合是将整体竹夹芯材料层放入竹芯复合材料的成型模具中予以高分子复合材料复合形成竹芯复合材料；首先在竹芯复合材料的成型模具表面铺设下层增强材料1-10层，在下层增强材料上铺设整体竹夹芯材料层，在整体竹夹芯材料层上铺设上层增强材料1-10层，在上层增强材料上依次铺设脱膜材料及导流介质，在成型模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性，在确保密封良好的情况下，开启抽气系统，通过注胶管路进行高分子树脂灌注，直至增强材料完全被高分子树脂浸润，开启加热程序直至复合材料完全固化，形成竹芯复合材料。
7.如权利要求6所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的高分子树脂包括不饱和树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂；所述的增强材料为玻璃纤维织物或竹编材料。
8.如权利要求6所述的基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法，其特征在于：所述的竹芯复合材料包括以下步骤：
(a) 将砍伐下来竹材进行去皮处理，去除竹青部分；
(b) 将去皮处理后，剩余竹材材料进行表层碳化处理；将去皮后竹材劈开，去掉中间的竹节，根据炭化炉的大小裁剪竹材，将裁剪后的竹材放入炭化炉中，逐步升温至140℃-200℃，(d) 利用高温蒸气喷射进行表层炭化处理，并同时进行抽真空排除湿气，真空度为50mPa-150mPa，炭化处理时间为1-3h；控制表层碳化厚度在竹材上下表层0.5-1.5mm范围之内；
(c) 对表层的碳化后的竹材进行裁切处理，根据复合材料的要求不同切成不同厚度及长宽厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度的竹块长宽尺寸相同；将相同厚度的竹块并排紧密平铺放置，竹块之间的间隙小于1.5mm，采用带压敏胶的纤维织物将平铺的竹块粘接为一个整体竹夹芯材料层；
(d) 开启复合材料成型设备，对成型模具进行保温100-120℃；
(e) 在成型模具表面铺设下层增强材料1-10层；
(f) 在下层增强材料上铺设整体竹夹芯材料层；
(g) 在整体竹夹芯材料层上铺设上层增强材料1-10层；
(h) 在上层增强材料上依次铺设脱膜材料及导流介质；
(i) 在成型模具两侧分别铺设注胶管路及抽气管路，采用尼龙袋膜及密封教条密封，对体系抽真空直至体系真空度小于50mPa，关闭抽气系统进行保压测试密封性，确保密封情况良好；
(j) 开启抽气系统，通过注胶管路进行注胶直至增强材料完全被高分子材料树脂浸润，开启加热程序直至复合材料完全固化；
(k) 制品固化后，形成竹芯复合材料，脱膜吊出。
9.一种利用权利要求1所述基于表层炭化处理的竹芯复合材料制作方法制作的竹芯复合材料，为多层组合的夹层复合材料，包括上表层、下表层和夹心层，其特征在于：所述的夹心层为表层碳化处理的竹材层。
10.根据权利要求8所述的竹芯复合材料，其特征在于：所述的表层碳化处理的竹材层表层碳化厚度在竹材上下表层0.5-1.5mm范围之内。
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