CN115625762B - 一种轻质高强板材的制造方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质高强板材的制造方法，包括以下步骤：S1、竹材裁切形成轴向长度一致的竹筒；S2、竹筒刨切形成轴向投影为多边形的多边竹筒；S3、将单板安装形成长方体框架，将多边竹筒铺装于框架内形成板坯，将板坯顶部削平；S4、于板坯顶部加盖单板以闭合框架，热压。本发明中竹筒密度低，自身强度高，相比竹片、竹刨花更不容易受霉菌侵袭，将竹筒切削成多边形的竹质单元，不仅可以使单元结构更加稳定从而提高整体板材或结构的稳定性，同时去除了竹青提高表面胶合面积，使得粘接性能大幅提高。

Description

一种轻质高强板材的制造方法及其结构

技术领域

本发明涉及竹材加工工艺技术和制造领域，特别的，涉及一种轻质高强板材的制造方法及其结构。

背景技术

竹材强度高、韧性好、硬度大、可塑性佳，固碳能力强，是加工制造结构材、板材、家具、等产品的优良原料；现有的竹板材加工大多数都是采用竹中段进行开条，拉丝，碾压，破碎再添加大量的胶粘剂重新组合，采用热压成型，再通过裁边后进行使用，这不仅破坏了竹材的原生空心结构，并未很好的利用竹材纵向力学特性、未有效利用竹子的空心所占有的空间，同时重新组合需要使用的胶黏剂用量大，竹材利用率很低，出材率一般不超过50％，工艺复杂；竹肉较多的竹竿根部由于竹节多、自身强度大，硬度高等问题，导致竹材加工厂将其弃之，粉碎或燃烧，这不仅污染环境还造成了资源的浪费。

中国发明专利CN108068190A公开了一种芯层为竹筒段及支撑板的轻质刨花板，包括平行设置的第一面板和第二面板、位于所述第一面板和所述第二面板之间并垂直设置在所述第一面板和所述第二面板边缘的侧板，所述侧板与所述第一面板和所述第二面板形成密闭的内部空间，所述内部空间中设置有垂直连接于所述第一面板和所述第二面板的竹段；该发明中的板材内部起支撑作用的是一个个排列摆放的竹筒，但是是圆形的竹筒，竹筒与竹筒之间大多为点、线接触，且留有很多的空隙，在板材受力时，尤其是在除了垂直方向以外的方向受力时，竹筒与竹筒之间容易发生移动错位，对整体板材的强度造成很大的破坏，这样不稳定的结构，哪怕是通过涂抹胶水加固或者其他的加固方式，不仅不一定能达到好的效果，额外的加固工作也会带来很多的工序及不便。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种轻质高强板材的制造方法及其结构，以利用竹材纵向抗压强度高、干缩湿胀性小的特点，将竹筒整合成一种轻质具有高抗弯、抗压强度、形状尺寸稳定性好、厚度可在较大范围内变化的高强度装配式板材结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轻质高强板材的制造方法，包括以下步骤：

S1、竹材裁切形成轴向长度一致的竹筒；

S2、竹筒刨切形成轴向投影为多边形的多边竹筒；

S3、将单板安装形成长方体框架，将多边竹筒铺装于框架内形成板坯，将板坯顶部削平；

S4、于板坯顶部加盖单板以闭合框架，热压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：竹筒密度低，自身强度高，相比竹片、竹刨花更不容易受霉菌侵袭，将竹筒切削成多边形的竹质单元，不仅可以使单元结构更加稳定从而提高整体板材或结构的稳定性，同时去除了竹青提高表面胶合面积，使得粘接性能大幅提高。

并且胶黏剂用量少，热压工艺简单、能耗低，制得的板材密度低，承重、抗压效果显著，可用于地板、墙体装饰、房屋房顶建造、家具板材，建筑用的基础材料，外墙保温板材等领域；使用时相比现有板材来讲，更加节省板材、节省胶水，重量轻，比现有的坚固，更加轻便。

进一步的，步骤S2中，所述多边竹筒为轴向投影为正六边形的竹筒。

进一步的，步骤S3中，在铺装多边竹筒时，相邻多边竹筒的侧壁相贴合。

进一步的，步骤S3中，多边竹筒铺装完成时，根据板坯的四周与侧边单板所形成的缺口形状，取额外的多边竹筒裁切出相应形状的部分，对板坯四周的缺口进行填补。

进一步的，在步骤S2之后、S3之前，还包括以下步骤：

S41、将多边竹筒进行烘干，含水率控制于8-10%；

S42、将多边竹筒浸泡于聚乙二醇溶液中，浸泡期间，利用鼓气装置使溶液处于流动状态；

S43、将多边竹筒置于真空干燥箱内，抽至真空；

S44、将多边竹筒完全浸渍于酚醛树脂胶黏剂中；酚醛树脂胶黏剂包括稀释至25%的酚醛树脂与防霉剂；

S45、烘干，含水率控制于8-10%。

进一步的，步骤S4中，所述板坯与所述框架放入热压机分别进行横向和纵向的加压，总共热压六面。

进一步的，在步骤S4之后，在位于板坯底部的所述单板上打若干孔，孔内安装伸缩底座。

一种轻质高强板材结构，包括板坯和单板，所述板坯由若干轴向投影为多边形的多边竹筒水平排列形成；所述单板覆盖于所述板坯的周面上形成长方体框架。

进一步的，所述多边竹筒的轴向投影为正六边形。

进一步的，组成所述板坯的所述多边竹筒的轴向投影尺寸相同。

附图说明

图1为现有技术中的板材铺设示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明另一个视角的伸缩底座的示意图；

图4为本发明的板坯铺设示意图。

图中：1、板坯；21、面板；22、底板；23、侧板；3、伸缩底座。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种轻质高强板材结构，利用竹材的纵向抗压强度高、干缩湿涨性小的特点，将竹筒整合成一种轻质具有高抗弯、抗压强度、形状尺寸稳定性好、厚度可在较大范围内变化的高强度装配式板材结构。

具体的，参照图2，所述高强板材结构包括板坯1和单板，所述板坯1由一定数量的以及高度相同的竹筒水平排列而成，所述单板包括面板21、底板22以及四块侧板23，分别覆盖于所述板坯1的顶面、底面、四个方向的侧面，共六个面上，且六块所述单板的边沿相互衔接，以形成一个长方体框架，将所述板坯1封闭在长方体框架内，板坯1对整个所述高强板材结构形成高抗压强度，同时竹筒形成的空腔能够降低模块的重量，此外可以填充阻燃、保温、杀虫或者隔音材料，提高了模块多性能化。

其中，所述单板为竹质定向刨花板、木质定向刨花板或实木多层板的一种，单板厚度≥18mm，且开设有公母口，便于在安装时进行拼接。

在现有技术中，参照图1，所述板坯1中的竹筒是由整根竹材裁切成多段的整圆竹筒，竹筒直径规格无特别要求，将所述单板安装形成长方体框架后，打开面板21，将竹筒依次摆放填充入长方体框架内，保证竹筒与竹筒之间较为紧密地抵接贴合，形成板坯1，再将面板21安装好，形成所述高强板材结构；在摆放填充竹筒时，可通过在竹筒与竹筒之间，以及竹筒与单板之间涂覆胶水，以增加整体板材的结构强度。

由于竹筒是截面为大致圆形的结构，现有技术中的板坯1中的竹筒与竹筒之间大多为点线接触，整个板坯1之间留有很多空隙，哪怕涂抹了胶水，在板材受力时，尤其是在除了垂直方向以外的方向受力时，竹筒与竹筒之间容易发生移动错位，对整体板材的强度造成很大的破坏。

因此在本实施例中所提出的改进优化，参照图4，所述板坯1中的竹筒是由整根竹材裁切成多段的整圆竹筒，对竹筒按直径进行分选，保证分选出的竹筒的直径能够较为平均，将分选出的竹筒进行刨切，以加工成轴向投影截面为正六边形的竹筒，并且加工后的每个竹筒的截面尺寸保持一致，将这些刨切加工后的竹筒依次摆放填充至所述单板组成的长方体框架内。

由于正六边形的结构特性，竹筒与竹筒之间能够很好地面面接触拼接，而不会像圆形竹筒那样留下很大的空隙，避免了竹筒与竹筒之间发生移动错位的可能；这样的结构所形成的板材，不仅是在垂直方向上，还在水平、侧向，以及板材弯折时均具有很好的支撑强度，并且竹筒在刨切加工后，能够有效地除去竹筒周侧的竹青，竹青表面光滑度较高，因而在现有技术中的竹筒与竹筒之间的摩擦力较小，而本实施例中去除了竹青后，竹筒与竹筒之间是通过竹肉的纤维组织相接触，相对之间的摩擦力很大，对结构的稳定性有很大贡献。

对于正六边形的竹筒，竹筒与竹筒之间没有了大的空隙，但是竹筒组成的板坯1与侧板23之间会具有空隙，一般会有三角形空隙和梯形空隙两种情况，这是根据正六边形排列组合后会产生的空隙，这样的板坯1与侧板23之间的空隙，由于没有支撑所以对板材的强度也会有一定的影响，因此在本实施例中，根据空隙的形状，从正六边形竹筒上裁切出相应的部分，对空隙进行填补，充分保证板坯1的结构紧实度、强度。

优选采用正六边形的结构，而不是四边形、五边形或者其他的形状，一是因为正六边形相对所需要在竹筒上刨切去除的部分更少，能够更大程度地保留竹筒的壁厚，保证强度，而是正六边形在进行组合拼接时的排列较为简单，能够更容易拼接成方形。

本发明还提供一种轻质高强板材的制造方法，包括了对本实施例中的板材的加工方法，其工艺步骤分为：

（1）六边形竹筒的加工

首先取原竹根段部分或为竹壁厚≥1.5cm的竹材，竹段进行系统扫描分选，每个竹段两头的直径大小不大于1cm，将尺寸大小接近的竹段送入特有刨切设备，根据其直径将其加工成高度为2-10cm、边长为3-10cm的正六边形竹筒，所述材料为竹壁厚≥1.5cm的竹种。

（2）将加工后的正六边形竹筒置于烘干设备里缓慢烘干，时间为6-10小时，烘干温度为50～60℃，含水率控制在8-10%以下。

（3）竹筒预处理，将加工好的多边形竹筒浸泡于1wt%聚乙二醇溶液中，浸泡温度为40～60℃，浸泡时间30min~60min，浸泡期间，溶液利用鼓气装置使溶液处于流动状态，鼓气流量设置为0.5L/min。

（4）将预处理后的竹筒置于真空干燥箱里，抽真空。

（5）浸胶，取酚醛树脂稀释固含量至25%，取防霉剂与稀释后的酚醛树脂共混，将处理后的竹筒完全浸渍于酚醛树脂胶黏剂中，浸渍时间2~5min。

（6）烘干，于60-63℃烘箱或烘房内将含水率控制在8-10%左右，烘干时竹筒应平行置放。

（7）铺装组坯

拼接底板22与侧板23，选取同一直径规格的六边形竹筒，如图4所示布置组坯。

（8）将同一规格的六边形竹筒破开，根据组坯与侧板23的空隙形状进行填补，如图4所示，填补后，将板坯1的顶部加工削平，并包覆面板21。

（9）加压定型将组坯好的板材放入热压机，分别进行横向和纵向加压，工艺参数：压力1MPa，温度80~160℃。

（10）对底板22进行引孔，安装可调式伸缩螺杆底座。

其中，利用低溶度聚乙二醇溶液预处理竹筒，不但提高了竹桶表面的活性，增加活性羟基数量，同时少量的脱除不稳定的木质素，疏通竹材维管束中的杂质，采用抽真空操作彻底疏通竹腔内部杂质和水汽，此时再利用低溶度、低波美度的酚醛树脂，采用浸胶的方式，将胶浸渍于竹腔内部，使其填满孔洞，类似“微型钢筋混凝土结构”，有效地增强了竹筒的强度。

需要补充的是，本发明所提供的轻质高强板材，通常会用在地板、墙体装饰、房屋房顶建造、家具板材、建筑用基础材料、外墙保温板材等领域，特别是地板，在用作地板时，找平是必不可少的一项工作，特别是地面找平，一般采用水泥砂浆找平、木质基层找平、轻钢龙骨找平等，在这些找平方法中要么无法快速找平、高度无法调节，要么浪费空间操作复杂，难以实际应用，同时在一些湿度大、噪音要求高的场合，这些方法也无法做到有效隔音、隔湿和保温的效果。

参照图3，因此在本发明的板材中，还在底板22处设有可调式伸缩底座3，包括螺杆和垫片，先于底板22处进行打孔，打孔位置的垂直投影最好是位于板坯1内的竹筒的竹肉内，而不是竹筒的中心空段，这样是保证在将螺杆引入孔内时，螺杆能够很好地与底板22以及竹筒螺纹连接，保证连接强度；所述伸缩底座3包括数个，垫片位于螺杆的下端，根据地面的起伏而对底板22上的相应位置的螺杆进行转动以调节螺杆伸出底板22的长度，实现板材在地面上的找平效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (6)

1.一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、竹材裁切形成轴向长度一致的竹筒；

S2、竹筒刨切形成轴向投影为多边形的多边竹筒；

S3、将单板安装形成长方体框架，将多边竹筒铺装于框架内形成板坯，将板坯顶部削平；

S4、于板坯顶部加盖单板以闭合框架，热压；

在步骤S2之后、S3之前，还包括以下步骤：

S21、将多边竹筒进行烘干，含水率控制于8-10%；

S22、将多边竹筒浸泡于1wt%聚乙二醇溶液中，浸泡期间，利用鼓气装置使溶液处于流动状态；

S23、将多边竹筒置于真空干燥箱内，抽至真空；

S24、将多边竹筒完全浸渍于酚醛树脂胶黏剂中；酚醛树脂胶黏剂包括稀释至25%的酚醛树脂和防霉剂；

S25、烘干，含水率控制于8-10%。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述多边竹筒为轴向投影为正六边形的竹筒。

3.根据权利要求1所述的一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，步骤S3中，在铺装多边竹筒时，相邻多边竹筒的侧壁相贴合。

4.根据权利要求1至3任何一项所述的一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，步骤S3中，多边竹筒铺装完成时，根据板坯的四周与侧边单板所形成的缺口形状，取额外的多边竹筒裁切出相应形状的部分，对板坯四周的缺口进行填补。

5.根据权利要求1所述的一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，步骤S4中，所述板坯与所述框架放入热压机分别进行横向和纵向的加压，总共热压六面。

6.根据权利要求1所述的一种轻质高强板材的制造方法，其特征在于，在步骤S4之后，在位于板坯底部的所述单板上打若干孔，孔内安装伸缩底座。