PL182297B1

PL182297B1 - sposób wytwarzania technicznych wzmocnionych elementów konstrukcyjnychdrewnianych i element konstrukcyjny drewniany PL PL PL

Info

Publication number: PL182297B1
Application number: PL95314482A
Authority: PL
Inventors: Daniel A Tingley
Original assignee: Daniel A Tingley
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 2001-12-31
Also published as: AU3588495A; EP0729408A4; BR9506367A; CN1137249A; JPH09505861A; HU9601293D0; CA2176369A1; CN1077024C; FI962071A7; AU702255B2; CN1351926A; EP0729408A1; WO1996008366A1; US5498460A; FI962071A0; NO962022L; NZ293437A; KR960705677A; NO962022D0; NO302805B1

Abstract

1. Wzmocnienie syntetyczne dla elementu kon- strukcyjnego drewnianego zawierajace wiele wlókien ciaglych, z których w zasadzie wszystkie sa zawarte w oslonce z zywicy, znam ienne tym, ze oslonka (50) z zywicy ma glówna powierzchnie (54, 56), w której znajduje sie wiele mikrozaglebien (58) rozmieszczo- nych w zasadzie w ukladzie przypadkowym. 9. Wzmocnienie syntetyczne do spajania z drew- nianym elementem konstrukcyjnym zwiekszajace jego nosnosc, zawierajace wiele wlókien ciaglych i oslonke z zywicy, w której zawarte sa w zasadzie wszystkie ciagle wlókna, znam ienne tym, ze jego grubosc wy- nosi ponizej 2 milimetrów. 24. Element konstrukcyjny drewniany, znam ienny tym, ze pierwsza warstwa (18) drewna jest polaczona za pomoca kleju z zestawem spojonych za pomoca kleju wzmocnien syntetycznych (22), z których kazde zawiera wiele w zasadzie ciaglych wlókien (46) bie- gnacych wzdluz dlugosci wzmocnienia syntetyczne- go (22) oraz oslonke (50) z zywicy, obejmujaca w zasadzie wszystkie te wlókna. FIG. 3 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wzmocnienie syntetyczne dla elementu konstrukcyjnego drewnianego, sposób wytwarzania technicznych, wzmocnionych elementów konstrukcyjnych drewnianych i element konstrukcyjny drewniany.

182 297

Wynalazek dotyczy wzmocnień do drewnianych elementów konstrukcyjnych, takich jak belki, kolumny, panele i wsporniki. Wynalazek dotyczy zwłaszcza wzmocnień syntetycznych, każde z powierzchnią dostosowaną do ulepszonego przywierania do drewnianych elementów konstrukcyjnych. Celem wynalazku jest zabezpieczenie danego elementu przed naprężeniami rozciągającymi lub ściskającymi, albo obu, wywoływanymi silnym obciążeniem elementu.

Belki, wsporniki dźwigary i kolumny są typowymi elementami konstrukcyjnymi przenoszącymi obciążenia lub ciężar konstrukcji, w tym budynków i mostów. Elementy konstrukcyjne można wytwarzać z różnorodnych materiałów, takich jak stal, beton i drewno, w zależności od konstrukcji struktury, warunków otoczenia i kosztów.

Obecnie drewniane elementy konstrukcyjne wytwarza się zazwyczaj z wielu spojonych ze sobą segmentów drewnianych, tak jak ma to miejsce w laminatach klejonych, laminowanej tarcicy fornirowanej, tarcicy łączonej równolegle i belkach dwuteowych. Tego typu techniczne drewniane elementy konstrukcyjne zastępują tarcicę zwykłą, ponieważ te pierwsze mają lepsze parametry konstrukcyjne wynikające z większych możliwości inspekcyjnych i kontroli produkcyjnej. Drewno jest bardzo pożądanym materiałem na elementy konstrukcyjne ze względu na swoje korzystne parametry techniczne, takie jak stosunek wytrzymałości do wagi, wygląd, reakcja na obciążenia cykliczne oraz odporność na ogień.

Belki laminowane można stosować jako elementy konstrukcyjne rozpinane nad otwartymi przestrzeniami, przenoszące obciążenia o wartości wielu ton. Zazwyczaj obciążenie belki lub belek laminowanych równomiernym obciążeniem rozmieszczonym pomiędzy punktami podparcia powoduje, że warstwa dolna jest głównie rozciągana, natomiast warstwa górna jest głównie ściskana.

Syntetyczne wzmocnienia belek drewnianych można konstruować pod kątem nadawania im odporności na wysokie naprężenia rozciągające lub wysokie naprężenia ściskające. Nośność belek laminowanych można znacznie zwiększyć dodając syntetyczne wzmocnienia w obszarach o największych naprężeniach, a mianowicie w pobliżu dolnej i górnej warstwy. Warunkiem uzyskania odpowiedniego efektu wzmacniającego jest zazwyczaj dodanie różnych wzmocnień syntetycznych w obszarach występowania wysokich naprężeń rozciągających i ściskających.

Istnieje zapotrzebowanie na wzmocnienia syntetyczne, które można skutecznie i ekonomicznie łączyć z warstwami drewna. Dotychczas do łączenia płyt z tworzyw sztucznych z belkami drewnianymi oraz ze sobą i innymi drewnianymi elementami konstrukcyjnymi stosowano wyłącznie drogie żywice epoksydowe. Natomiast warstwy drewna w drewnianych elementach konstrukcyjnych łączyło się zazwyczaj za pomocą tanich klejów takich jak rezorcyna, fenolo-rezorcyna, sieciowana melamina oraz polioctan winylu (PVA). W związku z tym do klejenia wzmocnień syntetycznych z warstwami drewna w celu uzyskania wzmocnionych, klejonych, laminowanych belek drewnianych potrzebny jest zazwyczaj oddzielny etap klejenia i oddzielne urządzenie do klejenia. W związku z tym, celem wynalazku jest poprawa przyczepności syntetycznych wzmocnień pomiędzy sobą i do drewnianych elementów konstrukcyjnych, w tym do laminowanych elementów drewnianych.

Wzmocnienie syntetyczne dla elementu konstrukcyjnego drewnianego zawierające wiele włókien ciągłych, z których w zasadzie wszystkie są zawarte w osłonce z żywicy odznacza się według wynalazku tym, że osłonka z żywicy ma główną powierzchnię, w której znajduje się wiele mikrozagłębień rozmieszczonych w zasadzie w układzie przypadkowym.

Korzystnie włókna są włóknami aramidowymi, szklanymi, polietylenowymi lub węglowymi.

Korzystnie osłonka z żywicy zawiera wiele mikrozagłębień rozmieszczonych w niej w układzie przypadkowym.

Korzystnie w osłonce z żywicy znajduje się duża liczba wypełnionych gazem pęcherzyków rozmieszczonych w niej w sposób przypadkowy.

Korzystnie zawiera ponadto wiele włókien, z których każde ma koniec wystający z powierzchni osłonki z żywicy.

Korzystnie osłonka z żywicy jest z żywicy epoksydowej, poliestrowej, z estru winylowego lub z żywicy fenolowej.

182 297

Korzystnie osłonka z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.

Korzystnie jego grubość wynosi poniżej 2 milimetrów.

Wzmocnienie syntetyczne do spajania z drewnianym elementem konstrukcyjnym zwiększające jego nośność, zawierające wiele włókien ciągłych i osłonkę z żywicy, w której zawarte są w zasadzie wszystkie ciągłe włókna, charakteryzuje się według wynalazku tym, że jego grubość wynosi poniżej 2 milimetrów.

Korzystnie ma główną powierzchnię pokrytą mikrozagłębieniami.

Korzystnie w osłonce z żywicy znajduje się wiele wypełnionych gazem pęcherzyków rozmieszczonych w niej w sposób przypadkowy.

Korzystnie zawiera ponadto wiele włókien z końcami wystającymi z powierzchni osłonki z żywicy.

Korzystnie osłonka z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.

Sposób wytwarzania technicznych, wzmocnionych elementów konstrukcyjnych drewnianych o zwiększonej nośności, odznacza się według wynalazku tym, że dostarcza się syntetyczne wzmocnienie zawierające wiele ciągłych włókien oraz osłonkę z żywicy obejmujące w zasadzie wszystkie włókna ciągłe i mającą powierzchnię, w której jest wiele mikrozagłębień oraz łączy się za pomocą kleju co najmniej jedno syntetyczne wzmocnienie z co najmniej jedną z wielu spojonych warstw drewna, przy czym klej styka się z co najmniej częścią wielu mikrozagłębień.

Korzystnie utwardza się utwardzalną żywicę oraz następnie szlifuje się syntetyczne wzmocnienie po utwardzeniu tak, że część włókien wy staje z osłonki z żywicy.

Korzystnie wytwarza się pęcherzyki w żywicy.

Korzystnie rozprowadza się środek w kąpieli żywicy zwilżając wiele włókien ciągłych, przy czym jako środek stosuje się rozdrobnioną substancję stałą.

Korzystnie rozprowadza się środek w kąpieli żywicy zwilżając wiele włókien ciągłych, przy czym stosuje się środek zawierający dużą liczbę wypełnionych gazem kuleczek tworzących pęcherzyki.

Korzystnie osłonka z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.

Element konstrukcyjny drewniany odznacza się według wynalazku tym, że pierwsza warstwa drewna jest połączona za pomocą kleju z zestawem spojonych za pomocą kleju wzmocnień syntetycznych, z których każde zawiera wiele w zasadzie ciągłych włókien biegnących wzdłuż długości wzmocnienia syntetycznego oraz osłonkę z żywicy, obejmującą w zasadzie wszystkie te włókna.

Korzystnie druga warstwa drewna jest połączona za pomocą kleju z zestawem połączonych za pomocą kleju wzmocnień syntetycznych po przeciwległej stronie do pierwszej warstwy drewna.

Korzystnie z wzmocnieniem syntetycznym łączy się za pomocą kleju jedno dodatkowe syntetyczne wzmocnienie.

Korzystnie zawiera on dodatkowo równoległy zespół tarcicy.

Korzystnie zawiera on dodatkowo tarcicę laminowaną fornirem.

Korzystnie zawiera on dodatkowo belkę dwuteową.

Korzystnie każde syntetyczne wzmocnienie ma główną powierzchnię pokrytą mikrozagłębieniami.

182 297

Korzystnie w osłonce z żywicy znajduje się wiele wypełnionych gazem pęcherzyków rozproszonych w niej w sposób przypadkowy.

Korzystnie osłonka z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie syntetycznych wzmocnień z obrobioną powierzchnią, co ułatwia stosowanie klejów komercyjnych takich jak rezorcyna do spajania usprawnionego wzmocnienia syntetycznego z elementami drewnianymi.

Inną zaletą wynalazku jest uzyskanie ulepszonego wzmocnienia syntetycznego zawierającego osłonkę z żywicy z główną powierzchnią pokrytą mikrozagłębieniami i zwiększającymi pole powierzchni osłonki z żywicy i zwiększającymi przyczepność do podłoża, a tym samym zwiększającymi odporność kleju na ścinanie.

Problemy występujące w znanych płytach wzmacniających rozwiązano w niniejszym wynalazku w ten sposób, że zastosowano wzmocnienia o powierzchni przystosowanej do większej przyczepności do laminatów drewnianych oraz do siebie nawzajem. Niniejszy wynalazek zapewnia syntetyczne wzmocnienie, które może zawierać liczne ciągłe włókna w osłonce z żywicy. Na powierzchni osłonki z żywicy znajdują się liczne, rozłożone w zasadzie przypadkowo mikrozagłębienia, które zwiększają pole powierzchni osłonki z żywicy. Głębokość i szerokość tych mikrozagłębień wynoszą od jednego do dwóch mikrometrów. Największe z nich mogą mieć szerokość i głębokość jednego lub dwóch milimetrów.

W mikrozagłębieniach mogą być również niewielkie przestrzenie, w których mogą gromadzić się i polimeryzować kleje, co zwiększa wytrzymałość tych klejów na ścinanie. Zwiększone pole powierzchni wzmocnienia syntetycznego według wynalazku może być połączone z laminatem drewnianym lub ze sobą za pomocą tanich klejów handlowych, w tym za pomocą żywic rezorcynowych takich jak powszechnie stosowane do spajania ze sobą laminatów drewnianych.

Niniejszy wynalazek dotyczy również procesu wytwarzania wzmocnionych drewnianych elementów konstrukcyjnych o zwiększonej nośności. Najpierw sporządza się syntetyczne wzmocnienie z powierzchnią pokrytą mikrozagłębieniami. W tym celu w utrwalanej żywicy rozprowadza się środek pomocniczy, taki jak lotna ciecz lub rozdrobniona substancja stała. Alternatywnie, w żywicy można rozprowadzić dużą liczbę wypełnionych gazem kuleczek, każda o średnicy do 2 mm. Kuleczki te mogą być wykonane z tworzywa sztucznego, szkła lub dowolnego innego materiału, któremu można w zadowalający sposób nadać odpowiedni kształt.

Następnie mieszanką tą zwilża się liczne ciągłe włókna, po czym utrwala się żywicę. Jeżeli wspomniany środek jest cieczą, to na ogół przechodzi podczas utrwalania w stan gazowy, pozostawiając w powierzchni płyty liczne pęcherzyki. Następnie powierzchnie elementu wzmacniającego, który ma być spojony z warstwą, szlifuje się w celu usunięcia z górnej ich warstwy pęcherzyków, jeżeli zastosowanym środkiem była ciecz lub liczne kulki napełnione gazem, albo w celu usunięcia z nich wbudowanych cząstek stałych, jeżeli zastosowanym środkiem jest rozdrobniona substancja stała. Po etapie końcowym pozostaje przypadkowy układ mikrozagłębień.

Płytę wzmacniającą z modyfikowaną powierzchnią można spajać z jednym lub więcej elementów drewnianych lub innymi płytami albo warstwami wzmacniającymi, tak, że klej styka się co najmniej z częścią licznych mikrozagłębień.

Ponadto niniejszy wynalazek obejmuje optymalizację długości czasu pomiędzy nakładaniem warstwy kleju na pierwszą powierzchnię a zetknięciem drugiej powierzchni z tą warstwą kleju. Długość tego czasu określa się nazwą „czasu otwartego”. Optymalizacja czasu otwartego według wynalazku zwiększa wytrzymałość mechaniczną i spójność drewna i warstwy wzmacniającej.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia laminowaną belkę drewnianą ze wzmocnieniami syntetycznymi według

182 297

W jednym z przykładów wykonania, ciekłym środkiem 62 może być metyloetyloketon lub toluen, który dodaje się, korzystnie, do utrwalanej żywicy w proporcji wagowej środka do żywicy 2 do 15 procent. W jednym z konkretnych, zalecanych przykładów wykonania, środkiem jest toluen dodawany do utrwalanej żywicy w stężeniu wagowym około 5%.

Dodatkowym sposobem wytwarzania mikrozagłębień 58, pokazanym na fig. 6, jest dodawanie do kąpieli z żywicy (nie pokazanej) dużej liczby wypełnionych gazem kuleczek tworzących pęcherzyki 64 o średnicach rzędu około 10 do 2000 mikrometrów. Wypełnione gazem kuleczki tworzące pęcherzyki 64 są powszechnie dostępne i czasami stosuje się je do celów opakowaniowych. Można je wytwarzać z wielu różnych materiałów, w tym z żywic termoutwardzalnych i termoplastycznych. Po zanurzeniu włókien 46 w kąpieli z żywicy i utrwaleniu żywicy 50, lekko ściera się powierzchnię żywicy, co wystarcza do usunięcia odsłoniętych części pęcherzyków 64 i pozostawienia w powierzchni utrwalonej żywicy mikrozagłębień 58. Zaletą wypełnionych gazem kuleczek tworzących pęcherzyki 64 jest ich skuteczniejsze przemieszczanie się ku powierzchniom syntetycznego wzmocnienia 22 podczas procesu utrwalania, dzięki czemu wewnątrz wzmocnienia 22 pozostąje mniej pęcherzyków 64.

Wytwarzane tym sposobem syntetyczne wzmocnienia 22 mogą mieć grubość poniżej 2 mm. Jak już wspomniano, jeżeli jedno z tych wzmocnień 22 nie jest wystarczająco wytrzymałe, skleja się ze sobą kilka, tworząc zestaw 22a lub 22b, który łącznie ma odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.

Innym zalecanym sposobem wytwarzania mikrozagłębień 58 w powierzchni 54 osłonki 50 z żywicy jest szlifowanie powierzchni 54. Można to zrobić szorując ją śrutem ściernym w kierunku prostopadłym lub podłużnym do podłużnego kierunku wzmocnienia 22. Szlifowanie powierzchni 54 osłonki 50 z żywicy usuwa niewielką część utrwalonej żywicy. Szlifowanie powierzchni 54 osłonki 50 z żywicy może usunąć rozdrobniony środek 60 lub odsłonić pory utworzone przez ciekły lub stały środek 62, które po odsłonięciu przekształcają się w mikrozagłębienia 58. Następnie klej może wnikać do mikrozagłębień 58 tworząc silne i sprężyste spojenie wzmocnienia 22 z warstwą 18 belki 10, 14 albo z jakimś innym elementem konstrukcyjnym. Wzmocnienia 22 według wynalazku można wytwarzać techniką prasowania ciągłego.

Przeprowadzone doświadczenia doprowadziły do ważnego odkrycia, że można optymalizować czasy otwarte. Czas otwarty jest czasem, w ciągu którego pozwala się klejowi, używanemu na warstwę pośrednią pomiędzy wzmocnieniem a warstwą drewna, schnąć na powietrzu i wnikać w powierzchnię przed zetknięciem go z drugą powierzchnią tworzącą spojenie. Po nałożeniu kleju na powierzchnię syntetycznej płyty wzmacniającej, gdzie ma tworzyć warstwę pośrednią pomiędzy wzmocnieniem a warstwą drewna, zazwyczaj pozostawia się powierzchnię pokrytą klejem na pewien krótki czas, czas otwarty, w spokoju. Typowym czasem podczas badań było 5 do 10 minut; w przypadku procesu produkcji stosuje się zazwyczaj dłuższe czasy otwarte.

Po upływie czasu otwartego, pokrytą klejem powierzchnię styka się z odpowiednią powierzchnią warstwy drewna, która również może być pokryta klejem i również pozostawiona na pewien czas otwarty w spokoju. Według zalecanego przykładu wykonania wynalazku, czas otwarty dla wzmocnień wynosi, korzystnie, powyżej 10 minut, ale poniżej 80 minut, a najkorzystniej wynosi 30 minut. W pewnych zastosowaniach, na przykład w produkcji większych belek, lepszy może być czas otwarty powyżej 80 minut. Po upływie czasu otwartego i po zetknięciu powierzchni pokrytej klejem z wymaganą powierzchnią zazwyczaj dociska się wzmocnienie i warstwę drewna do siebie, zapewniając optymalne spojenie pod ciśnieniem ponad 861,85 kPa, w wyniku czego powstaje warstwa kleju o grubości poniżej 0,10 mm.

Typowy czas docisku wynosi 8 do 10 godzin pod warunkiem, że po docisku nie stosuje się okresu postzaciskowego przed poddaniem wzmocnionego elementu konstrukcyjnego działaniu naprężeń. Stwierdzono, że postzaciskowy czas utrwalania zwiększa wytrzymałość mechaniczną spojenia i umożliwia dokładniejsze utrwalanie.

182 297 wynalazku usytuowanymi pomiędzy warstwami, w rzucie z boku, fig. 2 - laminowaną belkę drewnianą ze wzmocnieniami syntetycznymi według wynalazku usytuowanymi na powierzchniach zewnętrznych, w rzucie z boku, fig. 3 - ulepszoną wzmocnioną płytę według wynalazku, w rzucie perspektywicznym, fig. 4A i 4B - ulepszoną wzmocnioną płytę według wynalazku, rozłożoną na elementy składowe, w dużym powiększeniu, z widocznymi na fig. 4A cząstkami stałymi na osłonkach z żywicy oraz z widocznymi na fig. 4B mikrozagłębieniami powstałymi po usunięciu cząstek stałych, fig. 5A-5C - alternatywną, ulepszoną wzmocnioną płytę według wynalazku, w dużym powiększeniu, z widocznymi na fig. 5A cząstkami stałymi lub kropelkami cieczy na włóknach wzmacniających, z widoczną na fig. 5B, leżącą na nich osłonką z żywicy oraz z widocznymi na fig. 5C mikrozagłębieniami powstałymi po usunięciu kropelek cieczy lub cząstek stałych oraz fig. 6A-6B przedstawia inną ulepszoną wzmocnioną płytę według wynalazku, w przekroju i silnym powiększeniu, z widocznymi na fig. 6A licznymi wypełnionymi gazem kuleczkami w częściowo ukończonym wzmocnieniu. Na fig. 6B pokazano wzmocnienie po utrwaleniu żywicy i po piaskowaniu powierzchni, po którym pozostająmikrozagłębienia.

Na figurach 1 i 2 pokazano laminowane za pomocą kleju drewniane elementy konstrukcyjne w postaci belek 10 i 14 złożone z wielu spojonych ze sobą warstw drewna 18, mające korzystnie postać długich desek. W przedstawionym tu układzie, drewniane belki 10 i 14 mają postać laminowanej za pomocą kleju tarcicy według norm produkcyjnych 117-93 American Institute of Timber Construction (AITC) (Amerykański Instytut Konstrukcji Drewnianych) z Engelewood, Colorado. Przedstawiony układ jest zalecanym układem belek drewnianych 10 i 14, ale dalszy opis stosuje się również do innych drewnianych elementów konstrukcyjnych, w tym do tarcicy laminowanej fornirem, tarcicy spajanej równolegle, drewnianych belek dwuteowych oraz wzmocnionych elementów drewnianych.

Jak widać na fig. 1, pierwszy zestaw syntetycznych wzmocnień 22a znajduje się pomiędzy warstwą dolną 26 a sąsiednią warstwą 30. Drugi zestaw wzmocnień syntetycznych 22b znajduje się pomiędzy górną warstwą 34 a sąsiadującą z nią warstwą 38. Oba zestawy wzmocnień 22a i 22b, określane dalej łącznie jako wzmocnienia 22, biegną w przybliżeniu na odcinku trzech piątych długości belki 10. Wzmocnienia mogą biec na większej części belki 10 albo na całej długości belki 10.

Jak w przykładowych prostych belkach, drewniane elementy konstrukcyjne w postaci belek 10 i 14 mogą być podparte parą podpór 39 i przenosić obciążenie 40. W takiej sytuacji zestawy syntetycznych wzmocnień 22a i 22b umieszcza się w obszarach, odpowiednio, wysokich naprężeń rozciągających i wysokich naprężeń ściskających. Rozumie się samo przez się, że zestawy wzmocnień 22a i 22b mogą znajdować się, odpowiednio, w obszarach wysokich naprężeń ściskających i rozciągających, o ile elementy konstrukcyjne w postaci belek 10 i 14 są wspornikowe.

Elementy dystansowe 42 biegną od końca każdego z zestawów wzmacniających 22a i 22b do końca belki drewnianej 10 i są wykonane, korzystnie, z drewna. Zestaw wzmacniający pokrywający dwie piąte do trzech piątych centralnej części belki zapewnia w zasadzie wszystkie główne korzyści wynikające ze stosowania zestawu wzmacniającego o pełnej długości, ale jest tańszy w przeliczeniu na jedną belkę. Na fig. 2 przedstawiono jeden z alternatywnych przykładów wykonania niniejszego wynalazku, w którym zestawy wzmocnień 22a i 22b znajdują się na zewnętrznej powierzchni drewnianej belki 14 oraz nie ma w nim elementów dystansowych.

Na figurze 2 przedstawiono w powiększeniu pojedyncze wzmocnienie 22, na którym widać, że zawiera dużą liczbę włókien syntetycznych 46 biegnących w zasadzie równolegle do siebie i w przybliżeniu w kierunku podłużnego wymiaru wzmocnienia 22, jak szczegółowo opisano dalej. Układ i rozmieszczenie włókien syntetycznych 46 utrzymują osłonki 50 z żywicy, otaczające włókna i wypełniające przestrzenie pomiędzy nimi. W jednym z zalecanych przykładów wykonania zastosowano żywice, którymi są utrwalane, tanie, dostępne w handlu kleje, takie jak na przykład żywice rezorcynowe, żywice fenolowo-rezorcynowe, sieciowana melamina i polioctan winylu (PVA), nadające się do spajania laminatu drewnianego 18 (i wzmocnionych kompozytów drewnianych) ze sobą.

182 297

Korzystnie, włókna wzmacniające są włóknami aramidowymi, szklanymi lub węglowymi. Włókna aramidowe można dostać w firmie E. I. duPont de Nemours & Co., Delaware, pod nazwą handlową Kevlar™ i w filii Enka BV firmy Akzo N.V. (Arnhem, Holandia) pod nazwą handlową Twaron™. Zalecanym gatunkiem włókien aramidowych jest Kevlar 49™. Włókna 46 mogą również być włóknami polietylenowymi o wysokim module lub zawierać te włókna, takimi jak włókna o wysokiej masie cząsteczkowej Spectra™ sprzedawane przez firmę Allied Fibers of Allied Signal, Petersburg, Va. Innym, możliwym do zastosowania włóknem, są włókna szklane S-2 firmy Owens-Coming Fiberglass, Corning, New York. Zalecanymi materiałami do stosowania w obszarach o wysokich naprężeniach rozciągających i wysokich naprężeniach ściskających są odpowiednio, włókna aramidowe i włókna węglowe. Włókna szklane są tańszym materiałem stanowiącym alternatywę dla obu.

Doświadczenia z osłonkami z żywic nieepoksydowych wykazały słabą międzywarstwową wytrzymałość na ścinanie we wzmocnieniu 22. Korzystnie, utrwalaną żywicą stosowaną do wytwarzania wzmocnienia 22, jest żywica epoksydowa. Jednakże w alternatywnych przykładach wykonania można zastosować inne żywice, takie jak poliestrową ester winylowy i żywice fenolowe. W alternatywnych przykładach wykonania niniejszego wynalazku można stosować żywice termoplastyczne, takie jak politereftalan etylenowy (PET), PSP lub poliamid 66.

W wielu sytuacjach pojedyncze wzmocnienie 22 nadaje wystarczającą wytrzymałość mechaniczną i moduł sprężystości, zapewniające, że laminat spełnia określone wymagania, ale możliwe jest również spajanie zestawu wzmocnień syntetycznych 22a lub 22b ze sobą w laminat, jak wyraźnie pokazano na fig. 1 i 2. Opisane tu syntetyczne wzmocnienia 22 można spajać ze sobą bez stosowania żywic epoksydowych.

Według wynalazku, na przeciwległych głównych powierzchniach 54 i 56 wzmocnienia 22, w osłonce 50 z żywicy znajdują się liczne mikrozagłębienia 58. Mikrozagłębienia 58 zwiększają pole powierzchni wzmocnienia 22, ułatwiają przywieranie wzmocnienia 22 do sąsiedniej warstwy drewna 18 i do siebie nawzajem w laminatach wielowarstwowych oraz zwiększają wytrzymałość mechaniczną połączenia klejowego.

Dotychczas wzmocnienia 22 wytwarzano zwilżając włókna w kąpieli z żywicy, a następnie utrwalając osłonkę 50 z żywicy. W zalecanym sposobie wytwarzania elementów wzmacniających z mikrozagłębieniami 58 w powierzchni, miesza się środek pomocniczy z kąpielą z żywicy, a następnie zwilża włókna mieszaniną tego środka z utrwalaną żywicą tworząc osłonkę 50.

Na figurach 4A i 4B pokazano, że środek może być w postaci rozdrobnionych cząstek substancji stałej 60, takich jak pył kredowy lub glina. Środek ten usuwa się, lekko ścierając główne powierzchnie 54 i 56 po utrwaleniu osłonki 50 z żywicy, w wyniku czego powstają mikrozagłębienia 58. Zazwyczaj szerokość i głębokość mikrozagłębień jest rzędu kilku mikrometrów. Maksymalna szerokość i głębokość mikrozagłębień może wynosić jeden do dwóch milimetrów.

Jedną z wad tego sposobu jest to, że pewna część rozdrobnionych cząstek stałych pozostaje wymieszana z żywicą 50, co pogarsza właściwości mechaniczne utrwalonej żywicy 50. Jednakże generalnie lepsza przyczepność wzmocnienia 22 z nawiązką kompensuje ewentualne pogorszenie właściwości mechanicznych.

W alternatywnym sposobie wytwarzania, opisanym z powołaniem się na fig. 5A-5C, środkiem może być rozpylony materiał ciekły 62 dodawany do kąpieli z żywicy (nie pokazanej) przed zwilżeniem włókien wzmacniających 46. Przykładowo, ciekły środek 62 można wybrać w taki sposób, żeby jego temperatura wrzenia była mniejsza od temperatury wybranej do utrwalania osłonki z żywicy 50. Po zwilżeniu włókien 46 w kąpieli, podczas następnego etapu utrwalania żywicy, materiał ten wydziela, tworzy lub przekształca się w pęcherzyki gazu nie reagującego z żywicą. Pęcherzyki te wykazują skłonność do przemieszczania się ku najbliższej powierzchni syntetycznego wzmocnienia, gdzie albo pękają tworząc mikrozagłębienia 58, albo pozostają pęcherzykami podczas utrwalania. Po utrwaleniu żywicy, lekko ściera się powierzchnię materiału usuwając odsłonięte powierzchnie pozostałych pęcherzyków, wskutek czego powstają dodatkowe mikrozagłębienia 58.

182 297

50

FIG. 5α 46

FIG. 5b 46

182 297

FIG. 3

182 297

FIG. 2

182 297

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wzmocnienie syntetyczne dla elementu konstrukcyjnego drewnianego zawierające wiele włókien ciągłych, z których w zasadzie wszystkie są zawarte w osłonce z żywicy, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy ma główną powierzchnię (54, 56), w której znajduje się wiele mikrozagłębień (58) rozmieszczonych w zasadzie w układzie przypadkowym.
2. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że włókna (46) są włóknami aramidowymi, szklanymi, polietylenowymi lub węglowymi.
3. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy zawiera wiele mikrozagłębień (58) rozmieszczonych w niej w układzie przypadkowym.
4. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że w osłonce (50) z żywicy znajduje się duża liczba wypełnionych gazem pęcherzyków (64) rozmieszczonych w niej w sposób przypadkowy.
5. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera ponadto wiele włókien (46), z których każde ma koniec wystający z powierzchni osłonki (50) z żywicy.
6. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy jest z żywicy epoksydowej, poliestrowej, z estru winylowego lub z żywicy fenolowej.
7. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy jest z poliamidów, PSP, PET lub poliamidu 66.
8. Wzmocnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że jego grubość wynosi poniżej 2 milimetrów.
9. Wzmocnienie syntetyczne do spajania z drewnianym elementem konstrukcyjnym zwiększające jego nośność, zawierające wiele włókien ciągłych i osłonkę z żywicy, w której zawarte są w zasadzie wszystkie ciągłe włókna, znamienne tym, że jego grubość wynosi poniżej 2 milimetrów.
10. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że ma główną powierzchnię (54, 56) pokrytą mikrozagłębieniami (58).
11. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że włókna (46) są włóknami aramidowymi, szklanymi, polietylenowymi lub węglowymi.
12. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że w osłonce (50) z żywicy znajduje się wiele wypełnionych gazem pęcherzyków (64) rozmieszczonych w niej w sposób przypadkowy.
13. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że zawiera ponadto wiele włókien (46) z końcami wystającymi z powierzchni osłonki z żywicy.
14. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy jest z żywicy epoksydowej, poliestrowej, z estru winylowego lub z żywicy fenolowej.
15. Wzmocnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że osłonka (50) z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.
16. Sposób wytwarzania technicznych, wzmocnionych elementów konstrukcyjnych drewnianych o zwiększonej nośności, znamienny tym, że dostarcza się syntetyczne wzmocnienie (22) zawierające wiele ciągłych włókien (46) oraz osłonkę (50) z żywicy obejmujące w zasadzie wszystkie włókna ciągłe (46) i mającą powierzchnię (54, 56), w której jest wiele mikrozagłębień (58) oraz łączy się za pomocą kleju co najmniej jedno syntetyczne wzmocnienie (22) z co najmniej jedną z wielu spojonych warstw (18) drewna, przy czym klej styka się z co najmniej częścią wielu mikrozagłębień (58).

182 297
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że utwardza się utwardzalną żywicę oraz następnie szlifuje się syntetyczne wzmocnienie (22) po utwardzeniu tak, że część włókien (46) wystaje z osłonki (50) z żywicy.
18. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że wytwarza się pęcherzyki (64) w żywicy.
19. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że rozprowadza się środek w kąpieli żywicy zwilżając wiele włókien ciągłych (46), przy czym jako środek stosuje się rozdrobnioną substancję stałą (60).
20. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że rozprowadza się środek w kąpieli żywicy zwilżając wiele włókien ciągłych (46), przy czym stosuje się środek zawierający dużą liczbę wypełnionych gazem kuleczek tworzących pęcherzyki (64).
21. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że włókna (46) są włóknami aramidowymi, szklanymi, polietylenowymi lub węglowymi.
22. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że osłonka (50) z żywicy jest z żywicy epoksydowej, poliestrowej, estru winylowego lub z żywicy fenolowej.
23. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że osłonka (50) z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.
24. Element konstrukcyjny drewniany, znamienny tym, że pierwsza warstwa (18) drewna jest połączona za pomocą kleju z zestawem spojonych za pomocą kleju wzmocnień syntetycznych (22), z których każde zawiera wiele w zasadzie ciągłych włókien (46) biegnących wzdłuż długości wzmocnienia syntetycznego (22) oraz osłonkę (50) z żywicy, obejmującą w zasadzie wszystkie te włókna.
25. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że druga warstwa drewna (18) jest połączona za pomocą kleju z zestawem połączonych za pomocą kleju wzmocnień syntetycznych (22) po przeciwległej stronie do pierwszej warstwy drewna (18).
26. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że z wzmocnieniem syntetycznym (22) łączy się za pomocą kleju co najmniej jedno dodatkowe syntetyczne wzmocnienie.
27. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że zawiera on dodatkowo równoległy zespół tarcicy.
28. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że zawiera on dodatkowo tarcicę laminowaną fornirem.
29. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że zawiera on dodatkowo belkę dwuteową.
30. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że każde syntetyczne wzmocnienie (22) ma główną powierzchnię (54, 56) pokrytą mikrozagłębieniami (58).
31. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że włókna (46) są włóknami aramidowymi, szklanymi, polietylenowymi lub węglowymi.
32. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że w osłonce (50) z żywicy znajduje się wiele wypełnionych gazem pęcherzyków (64) rozproszonych w niej w sposób przypadkowy.
33. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że zawiera ponadto wiele włókien (46), z których każde ma koniec wystający z powierzchni osłonki (50) z żywicy.
34. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że osłonka (50) z żywicy jest z żywicy epoksydowej, poliestrowej, z estru winylowego lub z żywicy fenolowej.
35. Element konstrukcyjny według zastrz. 24, znamienny tym, że osłonka (50) z żywicy jest z poliimidów, PSP, PET lub poliamidu 66.

♦ $ $