CN218084562U - 一种三明治结构的竹芯复合板 - Google Patents

Abstract

一种三明治结构的竹芯复合板，包括上表层、下表层和夹心层，上表层与下表层和夹心层通过粘结复合在一起，形成三明治结构的复合板材；所述的上表层和下表层为高分子树脂复合材料层；所述的夹心层为竹材与高分子材料复合制作的夹心层，且夹心层的竹材为竹片平铺结构；多片竹片相互平行矩阵排列在夹心层内，并通过树脂包裹形成夹心层。本实用新型利用竹片平铺作为夹心层，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。

Description

一种三明治结构的竹芯复合板

技术领域

本实用新型涉及一种复合材料的制作的板材，尤其是指一种三明治结构的竹芯复合板；该种三明治结构的竹芯复合板可以有效解决目前高分子复合材料板所存在的一些不足；属于高分子复合材料板技术领域。

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。

近来虽推出了采用竹材作为夹心材料制作复合材料；但是现有的用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，主要是采用竹编或碳化竹纤维制作夹心材料；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、夹心层和下面层，所述夹心层设为单层或者多层夹芯结构，所述上面层靠近所述夹心层一侧的材料密度大于所述上面层远离所述夹心层一侧的材料密度，所述下面层靠近所述夹心层一侧的材料密度大于所述下面层远离所述夹心层一侧的材料密度。本实用新型与传统的夹芯结构相比，仿毛竹结构夹芯复合材料实现了夹心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夹心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CN202111303098.4，名称为“一种竹编复合材料管廊”，申请人为：广东省桂粤实业有限公司;广西桂粤农业有限公司的实用新型专利申请，该专利申请公开了一种竹编复合材料管廊，包括若干个管廊管道和管廊支架，所述管廊由若干个管廊管道和管廊支架组成走廊的结构，所述管廊管道还包括内衬层、增强层和外防护层，所述增强层包括发泡混凝土层和秸秆增强层，所述发泡混凝土层采用模板浇筑而成，所述秸秆增强层由多层秸秆层组成，所述内衬层和所述外防护层均由多层竹篾层组成，所述竹篾层由竹篾缠绕而成；该专利通过设置有发泡混凝土层和秸秆增强层，通过设置有增强层即发泡混凝土层和秸秆增强层，能够增加管廊的支撑强度，并且在制作时通过设置有发泡混凝土层，能够直接制作出具有一定公称直径的管道。但是该专利所采用的竹篾仍是干化处理的竹材，所以仍然存在上述所述的问题。

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、夹夹心层和外增强层，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，所述夹夹心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。

实用新型内容

本实用新型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，提供一种采用原始竹材做芯材的竹芯复合板材。该种竹芯复合板材不需要对竹子完全干化处理，直接利用砍伐的新鲜竹材夹心层，这样能够大幅缩短竹材制作芯材的时间，而且降低生产的成本，从而使得竹芯复合材料得到更好应用。

本实用新型主要通过以下技术方案实现的：一种三明治结构的竹芯复合板，包括上表层、下表层和夹心层，上表层与下表层和夹心层通过粘结复合在一起，形成三明治结构的复合板材；其特征在于：所述的上表层和下表层为高分子树脂复合材料层；所述的夹心层为竹材与高分子材料复合制作的夹心层，且夹心层的竹材为多片竹片平铺结构；多片竹片相互平行排列在夹心层内，并通过高分子材料包裹形成夹心层。

进一步地，所述的上表层和下表层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。

进一步地，所述的高分子树脂层数为2-10层；所述的玻纤层为1-9层。

进一步地，所述的竹片为表面碳化处理的片状结构，竹片的上下两面为竹材碳化层，中间为原始竹材层。

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。

进一步地，所述的竹片为长方形片状，且多片竹片的长度方向与板材的长度方向一致排列。

进一步地，所述的竹片为厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度板材的竹片长宽尺寸相同；相同厚度的竹块并排紧密平铺放置在夹心层的中间，竹块之间的间隙小于1.5mm。

进一步地，所述的多片竹片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，由带压敏胶的纤维织物将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层。

进一步地，所述的多片竹片的竹片与竹片之间的上表面和下表面粘贴有带压敏胶的纤维织物，由带压敏胶的纤维织物将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层，再在整体竹夹芯材料层上下两面铺设带有增强纤维的高分子树脂层，形成完整的夹心层。

进一步地，所述的竹片为四周都是表面碳化处理的竹片；且竹片的表面碳化处理层表面有改性处理层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型新鲜的竹块，通过浅表层碳化处理后形成表层碳化的竹片，再制作竹芯材料。具有以下一些优点：

1、本实用新型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；

2、本实用新型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、本实用新型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、本实用新型采用的多片竹片在夹心层内，按照顺序矩阵排列，有效降低了以往竹编的难度，有利于制作加工；

5、本实用新型只是对竹片的表层处理，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；

6、本实用新型碳化处理的竹片表面进行了改性处理，有效增加了竹片与树脂的相容性，提高了竹片与树脂之间的结合强度。

附图说明

图1为本实用新型竹芯复合板结构示意图；

图2为本实用新型竹芯复合板剖面结构示意图；

图3为本实用新型竹片排布示意图；

图4为本实用新型竹片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的描述。

实施例一

如附图1所示，一种三明治结构的竹芯复合板，包括上表层1、下表层2和夹心层3，上表层1与下表层2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1和下表层2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8作为芯片的平铺结构；多片竹片8相互平行矩阵排列在夹心层内，并通过芯部高分子材料9包裹形成夹心层。

所述的上表层1和下表层2的高分子树脂复合材料层为多层高分子树脂4与玻纤5复合形成的复合材料层；高分子树脂4与玻纤5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6和最外面的表层7为高分子树脂层。

所述的高分子树脂层数为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。

所述的竹片8为表面碳化处理的方形片状结构，竹片8的上下两面为竹材碳化层11，中间为原始竹材层12，形成一个表层碳化结构，芯部为竹材的方形竹片；这样既可以提高竹材与高分子树脂的结合力，又可以利用竹材碎片制作，节约竹材资源。

所述的竹材碳化层11的表层碳化厚度在竹材上下表层0.5-1.5mm范围之内；优选在0.9-1.2mm范围。

所述的竹片8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。

所述的竹片8为厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度板材的竹片长宽尺寸相同；相同厚度的竹块8并排紧密平铺放置在夹心层的中间，竹块之间的间隙小于1.5mm；同时对竹片8的四周进行倒角13圆滑处理，倒角13的半径为R=1-2mm。

所述的多片竹片8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10，由带压敏胶的纤维织物10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10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10组合形成网格化的排布。

上述竹芯复合板的竹片实验数据如下：

表1、炭化处理前后竹块表层接触角及化学成分变化

表2、炭化处理前后竹块密度及力学性能变化

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。

实施例二

实施例二的基本原理与实施例一是一样的，只是竹片的表层碳化稍微有所不同。本实施例为一种三明治结构的竹芯复合板，包括上表层、下表层和夹心层，上表层与下表层和夹心层通过粘结复合在一起，形成三明治结构的复合板材；所述的上表层和下表层为高分子树脂复合材料层；所述的夹心层为竹材与高分子材料复合制作的夹心层，且夹心层的竹材为多片竹片平铺结构；多片竹片相互平行矩阵排列在夹心层内，并通过高分子材料包裹形成夹心层。

只是所述的多片竹片为四周都是表面碳化处理的竹片；且竹片的表面经过改性处理，在碳化处理层的表面再形成一层表面改性层；在竹片表层碳化处理后，再经过羟基化改性处理，通过环氧基硅氧烷改性，有效的提升了竹片和环氧树脂的相容性，使得竹片与环氧树脂能有更好的结合力。

另外，所述的多片竹片的竹片与竹片之间的上表面和下表面粘贴有带压敏胶的纤维织物，由带压敏胶的纤维织物将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层，再在整体竹夹芯材料层上下两面铺设带有增强纤维的高分子树脂层，形成完整的夹心层。

本实施例的其它内容与实施例一一样。

本实用新型的有益效果：

本实用新型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、本实用新型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；

2、本实用新型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、本实用新型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、本实用新型采用的多片竹片在夹心层内，按照顺序矩阵排列，有效降低了以往竹编的难度，有利于制作加工；

6、本实用新型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、本实用新型碳化处理的竹片表面进行了改性处理，有效增加了竹片与树脂的相容性，提高了竹片与树脂之间的结合强度；

8、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 (9)

1.一种三明治结构的竹芯复合板，包括上表层、下表层和夹心层，上表层与下表层和夹心层通过粘结复合在一起，形成三明治结构的复合板材；其特征在于：所述的上表层和下表层为高分子树脂复合材料层；所述的夹心层为竹材与高分子材料复合制作的夹心层，且夹心层的竹材为多片竹片平铺结构；多片竹片相互平行矩阵排列在夹心层内，并通过高分子材料包裹形成夹心层；所述的竹片为表面碳化处理的片状结构，竹片的上下两面为竹材碳化层，中间为原始竹材层。

2.如权利要求1所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的上表层和下表层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。

3.如权利要求2所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的高分子树脂层数为2-10层；所述的玻纤层为1-9层。

4.如权利要求1所述的三明治结构的竹芯复合板，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。

5.如权利要求1所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的竹片为长方形片状，且多片竹片的长度方向与板材的长度方向一致排列。

6.如权利要求3所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的竹片为厚度为5mm-30mm ，宽度为10mm-50mm，长度为10mm-50mm的小块，同一厚度板材的竹片长宽尺寸相同；相同厚度的竹块并排紧密平铺放置在夹心层的中间，竹块之间的间隙小于1.5mm。

7.如权利要求3所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的多片竹片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，由带压敏胶的纤维织物将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层。

8.如权利要求3所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的多片竹片的竹片与竹片之间的上表面和下表面粘贴有带压敏胶的纤维织物，由带压敏胶的纤维织物将平铺的多片竹片粘接为一个整体竹夹芯材料层，再在整体竹夹芯材料层上下两面铺设带有增强纤维的高分子树脂层，形成完整的夹心层。

9.如权利要求3所述的三明治结构的竹芯复合板，其特征在于：所述的竹片为四周都是表面碳化处理的竹片；且竹片的表面碳化处理层表面有改性处理层。

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