專利名稱：一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合型材是由兩種或兩種以上不同材料組成的新型材，它客服了單一材料制成型材的缺點(diǎn)，具有組成材料的優(yōu)點(diǎn)，甚至可因協(xié)同效應(yīng)而產(chǎn)生原組分材料所不具有的獨(dú)特性能，各個(gè)國家均有大量的研究和開發(fā)，并被深入運(yùn)用在軍工領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，越來越多的復(fù)合型材走出軍工行業(yè)，進(jìn)入普通百姓的生活當(dāng)中。植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種新型的復(fù)合材料，目前在國外已得到相當(dāng)?shù)恼J(rèn)可，并被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、建材等領(lǐng)域，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。中國是世界竹產(chǎn)業(yè)大國，具有悠久的栽培利用歷史和深厚的文化底蘊(yùn)。竹子具有良好的力學(xué)性能，被譽(yù)為“植物鋼鐵”。從微觀構(gòu)造上分析，竹材由竹纖維維管束和薄壁細(xì)胞組成的二相型天然纖維復(fù)合材料；從化學(xué)成分分析，是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成， 也是屬于復(fù)合材料范疇，并且是天然纖維復(fù)合材料。半纖維素含有大量的羥基等活性基團(tuán)，聚合分子鏈較短，且具有大量的支鏈，是構(gòu)成竹材的三大素中的物理、化學(xué)穩(wěn)定性最差，對竹材物理力學(xué)性能影響最大的化學(xué)成分。另一方面，竹材內(nèi)部含有大量的單糖、低聚糖和少來給你的單寧、氨基酸、礦物營養(yǎng)物質(zhì)，為腐朽菌的生長提供充足的營養(yǎng)。而且，各種竹腐真菌均能有效地降解竹材細(xì)胞壁中的纖維素和半纖維素。這些因素對竹材的戶外應(yīng)用提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如何利用竹材，采取經(jīng)濟(jì)合理的方法，制造先進(jìn)生物質(zhì)復(fù)合型材，是開發(fā)竹質(zhì)新型材、促進(jìn)竹產(chǎn)業(yè)升級一項(xiàng)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法，產(chǎn)品具有防腐防霉、尺寸穩(wěn)定性好、力學(xué)性能佳、各向異性小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決措施如下一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法，制造流程為毛竹破篾；將毛竹破篾去除竹青和竹黃處理，制得厚度在1 5mm范圍內(nèi)的篾片； 碾壓疏解；通過碾壓疏解，使竹材的薄壁細(xì)胞壁部分潰裂，得到縱向纖維不斷裂、橫向松散的竹絲片材；干餾；將所述的竹絲片材放入高溫爐內(nèi)進(jìn)行干餾，制成顏色較深的炭化竹絲材； 干餾的過程如下將破篾后的竹絲片材在密閉的高溫爐內(nèi)在0. 5-2小時(shí)的時(shí)間內(nèi)加熱至 130°C，保溫1 3小時(shí)；使得竹絲片材軟化，然后通入作為保護(hù)氣體的蒸汽或氮?dú)?，使得高溫爐內(nèi)的壓力在0. 1 0. 8Mpa范圍內(nèi)；并同時(shí)將高溫爐內(nèi)的溫度上升到250°C，保持0.5 4小時(shí)，使竹絲片材內(nèi)的半纖維素至少一部分分解，停止加熱，待爐內(nèi)溫度降至100°C以下時(shí)通入飽和蒸汽調(diào)節(jié)炭化竹絲材材含水率在5 10%之間；噴膠或浸膠；使用噴槍對干餾后的竹絲進(jìn)行噴膠，或放入膠池中浸漬5 30分鐘， 膠水固含量不低于45%，噴膠時(shí)壓縮空氣的氣壓不低于2. ^ar,施膠量在炭化竹絲材重量的 15-25% ；晾干或烘干；取出施膠后的炭化竹絲片材進(jìn)行晾干或烘干，使炭化竹絲片材含水率為8 15% ；組坯；將浸膠干燥后的炭化竹絲片材縱向平行排列在模具內(nèi)，炭化竹絲片材添加量須滿足產(chǎn)品密度1. 0 1. 2g/cm3 ；熱壓或冷壓熱固化；a、熱壓固化；熱壓固化的壓力控制在6 9Mpa范圍內(nèi)，溫度120 150°C范圍內(nèi)，熱壓時(shí)間30 60分鐘，待膠水完全固化后緩慢降溫至90°C時(shí)通入冷水降溫，當(dāng)溫度低于50°C時(shí)卸壓取出
Φ 口
廣 BFI ；b、冷壓熱固化；冷壓固化的壓力50 70MPa，時(shí)間2 5分鐘，然后卸除壓力取出，放入高溫隧道內(nèi)加熱使膠水固化，隧道內(nèi)溫度在110°C 140°C，待膠水完全固化后送出隧道脫模。本發(fā)明有益效果在于本發(fā)明的型材產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，力學(xué)強(qiáng)度高，防霉防腐，可廣泛應(yīng)用在交通工具領(lǐng)域，如輪船甲板、艙內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)用材；還可以應(yīng)用于建筑建材行業(yè)，如室外亭臺(tái)樓榭、露天家具、戶外地板等方面。
具體實(shí)施例方式以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。實(shí)施例，本發(fā)明的復(fù)合型材，去除了竹材內(nèi)部糖分、單寧等腐朽菌的營養(yǎng)物質(zhì)，破壞了竹材薄壁細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)，保留高強(qiáng)度的竹維管束，全部或部分熱解半纖維素成分，引入樹脂膠粘劑作為增強(qiáng)相。產(chǎn)品在力學(xué)性能、戶外耐候性能、尺寸穩(wěn)定性能等方面均有優(yōu)質(zhì)表現(xiàn)，是建筑裝飾用材的優(yōu)選產(chǎn)品，尤其是作為戶外結(jié)構(gòu)用材的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。具體實(shí)施步驟如下將毛竹原竹截?cái)?，去出枝杈，鋸成一定長度的竹筒；將得到的竹筒采用圓鋸開片或撞機(jī)沖片的方式，加工成竹片；對竹片破篾去青去黃，保留竹片的竹肉部分，篾片的厚度控制在1 5mm范圍 ’最好為3mm，通過碾壓疏解，使篾片的薄壁細(xì)胞壁潰裂，提高竹材比表面積，得到縱向纖維連續(xù)、橫向松散的竹絲片材；將這些竹絲片材放入高溫爐內(nèi)干餾，去除竹材內(nèi)部的糖分、單寧等營養(yǎng)物質(zhì)，并全部或部分分解竹材中的半纖維素，制成顏色較深的炭化竹絲材，高溫爐內(nèi)熱源采用導(dǎo)熱油、高溫爐氣或電加熱管道；干餾時(shí)高溫爐是密閉以隔絕外部空氣，竹材三大素當(dāng)中，半纖維素的熱穩(wěn)定性最差，在180°C以上便開始大量熱解，并伴隨著對竹材力學(xué)性能貢獻(xiàn)最大的纖維素的軟化；溫度超過280°C時(shí)，纖維素開始劇烈分解， 但是溫度太高纖維素分解過快，會(huì)造成產(chǎn)品的力學(xué)性能不穩(wěn)定，為了保證產(chǎn)品的力學(xué)強(qiáng)度， 本發(fā)明采取分段加熱的方式，即將破篾后的竹絲片材在密閉的高溫爐內(nèi)在0. 5-2小時(shí)的時(shí)間內(nèi)加熱至130°C，保溫1 4小時(shí)；目的通過加熱引起竹材內(nèi)部水分劇烈運(yùn)動(dòng)，軟化烘干竹材；然后通入作為保護(hù)氣體的蒸汽或氮?dú)?，使得高溫爐內(nèi)的壓力在0. 1 0. SMpa范圍內(nèi)；并同時(shí)將高溫爐內(nèi)的溫度上升到250°C，保持0. 5 4小時(shí)，使竹絲片材內(nèi)的半纖維素至少一部分分解，250°C這個(gè)溫度既能夠使得纖維素快速的分解，又能夠使得其分解的過程十分平穩(wěn)，而且在這個(gè)溫度下分解所需要的時(shí)間很短，一般只是需要半個(gè)小時(shí)左右即可實(shí)現(xiàn)，停止加熱，待爐內(nèi)溫度降至100°C以下時(shí)通入飽和蒸汽調(diào)節(jié)炭化竹絲材材含水率在5 10%之間；使用噴槍對干餾后的炭化竹絲材進(jìn)行噴膠，或放入膠池中浸漬5 30分鐘，噴膠氣壓不低于2. 5bar,膠水固含量不低于45%，施膠量掌握在炭化竹絲材條重量的15-25%， 膠水可以是水溶性樹脂，如酚醛樹脂、間苯二酚一甲醛樹脂，或異氰酸酯類樹脂；也可以是醇溶性樹脂，如環(huán)氧樹脂等；取出施膠后的炭化竹絲片材，將多余的膠水浙干，陳放在空氣中晾干或者放入烘干隧道內(nèi)烘干至炭化竹絲片材含水率8 15% ；注意烘干隧道內(nèi)溫度不要超過80°C ；將浸膠干燥后的炭化竹絲片材縱向平行排列在模具內(nèi)，竹絲添加量須滿足產(chǎn)品密度1. 0 1. 2g/cm3，模具形狀可以是平面壓板的模具，也可以是弧形、波浪形等異形壓板的模具，根據(jù)固化方式的不同分為兩種工藝a、熱壓固化加熱熱源使用蒸汽、導(dǎo)熱油等，熱壓固化的時(shí)候，模具壓力控制在6 9MPa，溫度 120 150°C，熱壓時(shí)間30 60分鐘，待膠水完全固化后緩慢降溫至90°C時(shí)通入冷水降溫， 當(dāng)溫度低于50°C時(shí)卸壓取出成型的型材產(chǎn)品；b、冷壓熱固化；將浸膠干燥的炭化竹絲片材平行放入模具內(nèi)，然后送入冷壓機(jī)加壓成型，加壓參數(shù)為壓力50 70MPa，這樣50_70Mpa的壓力，是進(jìn)行冷壓固化的液壓機(jī)的系統(tǒng)壓力，這個(gè)壓力作用在用于壓模具的液壓機(jī)油缸上，油缸的橫截面積和這個(gè)壓力的積，就是作用在模具上的力，熱壓固化也是同樣的道理，時(shí)間2 5分鐘。固定住模具后卸除壓力取出，然后放入高溫隧道內(nèi)加熱使膠水固化，隧道內(nèi)溫度在110 140°C，待膠水完全固化后送出隧道脫模。本實(shí)施方式得到復(fù)合型材產(chǎn)品物理力學(xué)性能參數(shù)如下含水率6 12%厚度吸水膨脹率2% (23°C水中完全浸漬M小時(shí)后測得結(jié)果)靜曲強(qiáng)度(MOR)彡IOOMPa彎曲彈性模量(MOE)彡12GPa防腐等級達(dá)到或超過UC3A等級(美國AWPA防腐等級)采用本發(fā)明的方法制成的型材尺寸穩(wěn)定，力學(xué)強(qiáng)度高，防霉防腐，可廣泛應(yīng)用在交通工具領(lǐng)域，如輪船甲板、艙內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)用材；還可以應(yīng)用于建筑建材行業(yè)，如室外亭臺(tái)樓榭、露天家具、戶外地板等方面。
權(quán)利要求
1. 一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法，其特征在于，制造流程為 毛竹破篾；將毛竹破篾去除竹青和竹黃處理，制得厚度在1 5mm范圍內(nèi)的篾片；碾壓疏解；通過碾壓疏解，使竹材的薄壁細(xì)胞壁部分潰裂，得到縱向纖維不斷裂、橫向松散的竹絲片材；干餾；將所述的竹絲片材放入高溫爐內(nèi)進(jìn)行干餾，制成顏色較深的炭化竹絲材；干餾的過程如下將破篾后的竹絲片材在密閉的高溫爐內(nèi)在0. 5-2小時(shí)的時(shí)間內(nèi)加熱至130°C， 保溫1 3小時(shí)；使得竹絲片材軟化，然后通入作為保護(hù)氣體的蒸汽或氮?dú)猓沟酶邷貭t內(nèi)的壓力在0. 1 0. 8Mpa范圍內(nèi)；并同時(shí)將高溫爐內(nèi)的溫度上升到250°C，保持0. 5 4小時(shí)，使竹絲片材內(nèi)的半纖維素至少一部分分解，停止加熱，待爐內(nèi)溫度降至100°C以下時(shí)通入飽和蒸汽調(diào)節(jié)炭化竹絲材材含水率在5 10%之間；噴膠或浸膠；使用噴槍對干餾后的竹絲進(jìn)行噴膠，或放入膠池中浸漬5 30分鐘，膠水固含量不低于45%，噴膠時(shí)壓縮空氣的氣壓不低于2. ^ar,施膠量在炭化竹絲材重量的 15-25% ；晾干或烘干；取出施膠后的炭化竹絲片材進(jìn)行晾干或烘干，使炭化竹絲片材含水率為 8 15% ；組坯；將浸膠干燥后的炭化竹絲片材縱向平行排列在模具內(nèi)，炭化竹絲片材添加量須滿足產(chǎn)品密度1. 0 1. 2g/cm3 ； 熱壓或冷壓熱固化；a、熱壓固化；熱壓固化的壓力控制在6 9Mpa范圍內(nèi)，溫度120 150°C范圍內(nèi)，熱壓時(shí)間30 60 分鐘，待膠水完全固化后緩慢降溫至90°C時(shí)通入冷水降溫，當(dāng)溫度低于50°C時(shí)卸壓取出產(chǎn)Pm ；b、冷壓熱固化；冷壓固化的壓力50 70MPa，時(shí)間2 5分鐘，然后卸除壓力取出，放入高溫隧道內(nèi)加熱使膠水固化，隧道內(nèi)溫度在110°C 140°C，待膠水完全固化后送出隧道脫模。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種竹材纖維復(fù)合型材的制造方法，制造流程為毛竹破篾；干餾；噴膠或浸膠；晾干或烘干，使得施膠后的竹絲片材含水率為8～15％；組坯；熱壓或冷壓熱固化；本發(fā)明的型材產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，力學(xué)強(qiáng)度高，防霉防腐，可廣泛應(yīng)用在交通工具領(lǐng)域，如輪船甲板、艙內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)用材；還可以應(yīng)用于建筑建材行業(yè)，如室外亭臺(tái)樓榭、露天家具、戶外地板等方面。
文檔編號B27N3/04GK102275200SQ20111016919
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者王永炳, 裴飛飛, 陳永興 申請人:浙江永裕竹業(yè)股份有限公司