一種無醛型竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材及制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無甲醛的竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]竹材具有相當(dāng)好的力學(xué)性能，就強(qiáng)度和成本而言，竹子被認(rèn)為是自然界中效能最高的材料。竹材的抗拉強(qiáng)度約為木材的2倍，抗壓強(qiáng)度為木材的1.5倍，竹材的比強(qiáng)度高于木材和普通鋼材，因此，竹材具備作為建筑結(jié)構(gòu)材的良好基礎(chǔ)條件。若將其開發(fā)為建筑結(jié)構(gòu)材料，就能拓寬竹材在建筑領(lǐng)域的用途，為提升竹資源的利用開拓一種有效途徑。到目前為止，竹材還基本停留在室內(nèi)家裝、小家具、室外裝飾和建筑模板的應(yīng)用上，尚未被用作建筑結(jié)構(gòu)材。竹材的抗拉、抗壓力學(xué)性能沒有得到充分的發(fā)揮，而竹材自身優(yōu)良的力學(xué)性能非常適合開發(fā)建筑結(jié)構(gòu)中的添加劑梁板、柱、墻體等結(jié)構(gòu)板材和單向受力結(jié)構(gòu)件材。
[0003]竹子雖然是自然界存在的一種典型的、具有良好的力學(xué)性能的生物體。它強(qiáng)度高、彈性好、性能穩(wěn)定，而且密度小。結(jié)構(gòu)決定力學(xué)性能，竹子生物體結(jié)構(gòu)要承受自身的質(zhì)量及生長環(huán)境的的載荷，漫長的進(jìn)化過程使結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學(xué)性能。然而，竹子是小直徑的空心園柱體，從形狀到性能均不能滿足現(xiàn)代建筑工程結(jié)構(gòu)的建造要求。欲將其作為建筑結(jié)構(gòu)材使用，必須對(duì)原竹進(jìn)行改形、改性，制作出適用現(xiàn)代建筑工程結(jié)構(gòu)建造技術(shù)的板材和型材。目前，重組竹材、層積竹材在壓機(jī)容量滿足要求情況下，可獲得較厚的板坯，然后再裁成不同尺寸的梁、柱等方材，這種竹材人造板壓制是需要很高壓力才能獲得足夠的強(qiáng)度，故產(chǎn)品密度較大，原材料消耗較多，生產(chǎn)成本高。而且，它們?cè)谥圃爝^程中，竹材的纖維生物量刨銑較多，竹材的內(nèi)組織結(jié)構(gòu)遭到了破壞，其強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。同時(shí)，采用了具有甲醛成份的樹脂膠，給綠色環(huán)保型竹材添加了有害化學(xué)成份，產(chǎn)生了材料的制造污染，不適合用作房屋建筑結(jié)構(gòu)材，有害于人們的身體健康。
[0004]竹子的結(jié)構(gòu)是自然界中存在的比較典型的輕量化結(jié)構(gòu)，給予了人們?cè)O(shè)計(jì)竹質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)輕型材有益的啟發(fā)。同時(shí)，由于當(dāng)前我國對(duì)木結(jié)構(gòu)型材的需求日益增大，而木材資源相對(duì)缺乏，木材供需矛盾日趨緊張的形勢(shì)下，“以竹代木”加快發(fā)展綠色環(huán)保型竹質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)材，將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種將竹材展開重組塑聚單板作為面層、芯層和底層，并且具有較高的強(qiáng)度的無醛型竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:該無醛型竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材，它由至少兩層展開竹材重組塑聚單板分層疊加，用高分子樹脂化合物接枝竹材中的纖維木質(zhì)素，通過高溫高壓，使高分子樹脂化合物于熱熔融狀態(tài)下與竹材塑聚形成一個(gè)整合體；展開竹材重組塑聚單板分層疊加時(shí)，竹黃層與竹黃層相對(duì)，竹青層與竹青層相對(duì)。
[0007]具體的，所述展開竹材重組塑聚單板是由弧形竹片去除竹內(nèi)節(jié)，竹黃層縱向剖裂、竹青層相連，展平、定厚初刨竹青面臘層及竹黃面，并進(jìn)行竹材預(yù)塑化改性處理及高分子樹脂化合物鋪裝處理后的竹片，竹黃面為同一面、竹青面為同一面、側(cè)面相靠緊密整齊排列而成的單板。
[0008]進(jìn)一步，所述竹材預(yù)塑化改性處理是將偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑溶液噴霧在干燥后的竹片的竹材纖維木素表面上，使其充分濕潤和變性；所述高分子樹脂化合物鋪裝是在竹材預(yù)塑化改性處理后竹片的竹黃面上鋪裝高分子樹脂化合物，用振動(dòng)的方式使樹脂化合物進(jìn)入裂紋間隙內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的目的之二在于提供上述無醛型竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材的制備工藝，該制備工藝包括如下步驟:
[0010](I)將原竹鋸切成規(guī)格長度的竹筒，再將竹筒剖分成兩塊以上的弧形竹片并除去竹內(nèi)節(jié)；竹筒的長度為2600-5000mm ；
[0011](2)將除去竹內(nèi)節(jié)竹片的竹黃面剖成4-5mm間距的縱裂紋，竹黃面剖裂深度距離竹青面3-4mm，形成竹黃層縱向均勻剖解一些細(xì)小竹條，而竹青層沒有得到剖解，細(xì)小的竹黃竹條保留在竹青層上，形成原竹竹黃層剖裂疏解的竹片；再將竹片展平、定厚初刨竹青面臘層及竹黃面；
[0012](3)對(duì)步驟⑵的竹片進(jìn)行高溫軟塑處理；
[0013](4)再對(duì)竹片進(jìn)行干燥脫水，使竹片含水率達(dá)到8% ；
[0014](5)將脫水后的竹片進(jìn)行竹材預(yù)塑化改性處理:即竹材表面纖維木質(zhì)素改性處理，是對(duì)親水性竹材纖維木質(zhì)素進(jìn)行表面改性處理，以提高其同高分子樹脂化合物的結(jié)合能力；
[0015](6)將竹材預(yù)塑化改性處理的竹片再經(jīng)過干燥、高分子樹脂化合物鋪裝、排片組坯、熱壓塑聚重組、裁邊，即得到產(chǎn)品。
[0016]具體的，步驟(3)所述高溫軟塑處理工藝是:將竹片放置在密封耐壓釜中進(jìn)行處理，處理溫度為130°C _135°C，時(shí)間為3-40分鐘。
[0017]具體的，步驟(5)所述竹材表面纖維木質(zhì)素改性處理，是將干燥后的竹片，用偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑溶液噴霧在竹材纖維木質(zhì)素表面上，使其充分濕潤和變性，對(duì)其表面進(jìn)行改性處理。
[0018]進(jìn)一步，所述偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑溶液中，偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑的重量百分比濃度分別為2%、2.5%和0.5%。
[0019]具體的，步驟(6)所述高分子樹脂化合物鋪裝，是指在竹材預(yù)塑化改性處理后竹片的竹黃面上鋪裝高分子樹脂化合物，用振動(dòng)的方式使樹脂化合物進(jìn)入裂紋間隙內(nèi)；其中，所述高分子樹脂化合物是聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、ABS共聚樹脂和木塑樹脂、竹塑樹脂中的任一種；樹脂化合物中摻入占樹脂質(zhì)量百分比為0.1-4.0%的發(fā)泡劑。
[0020]具體的，步驟(6)所述排片組坯是，將高分子樹脂化合物鋪裝處理好的竹片單元體，按對(duì)稱性原則，竹黃面為同一面、竹青面為同一面、寬頭與窄頭相配對(duì)，側(cè)面相靠緊密整齊地排列而成竹單板；再將竹單板分層疊加、竹黃層與竹黃層相對(duì)、竹青層與竹青層相對(duì)而形成層積坯板。
[0021]具體的，步驟(6)所述熱壓塑聚重組是將排片組坯后形成的層積坯板進(jìn)行如下工藝處理:
[0022](a)加熱軟化預(yù)壓階段:時(shí)間為3-4分鐘，正壓力為1.5-2.0Mpa,側(cè)壓力為
1.5-2.0Mpa，溫度為 140。。；
[0023](b) 二次壓實(shí)階段:當(dāng)竹材和樹脂化合物軟化，達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變條件時(shí)，再次增大壓力，坯板正壓力為3.5-4.0Mpa,側(cè)壓力為3.0-3.5Mpa，溫度為170°C，時(shí)間按0.4-0.5分鐘每毫米計(jì)算；
[0024](c)最后降溫降壓定型階段:時(shí)間為3-4分鐘，正壓力為1.8-2.0Mpa,側(cè)壓力為
1.5-1.81^&，溫度降到95°〇。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)原理主要是:
[0026]竹材預(yù)塑化改性處理工藝，是向竹材噴霧偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑溶液，偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和木質(zhì)素纖維粘合劑溶液與竹材纖維木質(zhì)素進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，在一定的環(huán)境條件下達(dá)到化學(xué)反應(yīng)完成，將竹材晾干或烘干，干燥后得到預(yù)塑化改性竹材。偶聯(lián)劑能夠提高對(duì)基材的強(qiáng)力銜接，主要的胺官能團(tuán)能與一系列熱固性樹脂和熱塑性塑料發(fā)生接枝作用。
[0027]竹材是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及抽提物等組成的天然高分子材料，它是一種不均勻的各向異性材料，因此界面特性非常復(fù)雜。同時(shí)組成竹材的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等主要組分中含有大量的極性羥基和酚羥基等官能團(tuán)，其表面表現(xiàn)出很高的化學(xué)極性，因而在竹材纖維表面主要通過對(duì)極性官能團(tuán)進(jìn)行酯化、醚化、接枝共聚等改性處理，使其生成疏水性的非極性化學(xué)官能團(tuán)并且有流動(dòng)性，使竹材纖維表面與高分子樹脂塑料表面的溶解度相似，降低塑料與竹材表面之間的相斥性，從而提高竹材與塑料的界面粘合性。竹材纖維表面預(yù)塑化改性主要是偶聯(lián)劑的作用，改善了竹材纖維表面與塑料界面的相容性，提尚兩界面的粘合性。
[0028]纖維木質(zhì)素是竹材細(xì)胞壁的主要成分之一，在細(xì)胞壁中能以物理或化學(xué)的方式使纖維與纖維之間粘合和加固，并構(gòu)成竹材的骨架，以增加竹材的機(jī)械強(qiáng)度和抗微生物侵蝕的能力，使竹竿直立挺拔不易腐蝕。
[0029]纖維木質(zhì)素是熱塑性的高分子化合物，它的聚集態(tài)大分子上含有甲氧基、羰基、羰基等特征功能團(tuán)。它具有無定形的高聚物的玻璃轉(zhuǎn)化性質(zhì)，在玻璃化溫度以下，木質(zhì)素是玻璃固態(tài)，但若在玻璃化溫度以上，分子鍵發(fā)生運(yùn)動(dòng)，木質(zhì)素軟化變粘，并具有粘力。竹材纖維木質(zhì)素玻璃化轉(zhuǎn)化溫度點(diǎn)為162°C。
[0030]竹材進(jìn)行預(yù)塑化處理就是消除竹材纖維木質(zhì)素分子之間的氫鍵相互排斥作用，減弱竹纖維木質(zhì)素基因中甲氧基(-OCH3)、羥基(-0H)、羰基(-C = O)的極性，改善細(xì)胞壁和細(xì)胞腔之間的界面，使竹材原有的極性區(qū)轉(zhuǎn)化到非極性區(qū)，能有效地與樹脂共熔，生產(chǎn)過程中不需要粘合劑。
[0031]本發(fā)明的技術(shù)效果主要是:
[0032]采用本發(fā)明工藝，原竹成片面積大，竹筒剖片數(shù)少，由弧形竹片展開成平面形竹片粗刨，竹材切削量大幅度減少，減少加工工序，不需要竹片精刨加工；提高了竹材出材率，原有工藝竹材出材率只有50%左右，本發(fā)明最大限度保留竹材有效實(shí)物量，竹材出材率提高80% ;因成片面積大，工序少，人員減少，設(shè)備工作效率高，降低了單位產(chǎn)品的成本；因弧形竹片展開成平面形竹片銑刨，竹青層保留實(shí)物量比原工藝多，充分地保持了竹材的力學(xué)性能；本發(fā)明采用高分子樹脂填充重組塑聚竹材，使竹材改性，材料成為環(huán)保型的適合建筑結(jié)構(gòu)用材。
[0033]本發(fā)明無醛型竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材結(jié)構(gòu)是一種三維塑聚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。該材料結(jié)構(gòu)以天然毛竹為主要承力構(gòu)件，加高分子樹脂填充材料、添加劑等，以特殊工藝過程塑聚而成的一種新型三維復(fù)合材料。材料結(jié)構(gòu)中竹材為主要承力構(gòu)件，高分子樹脂起到填充、美觀、裝飾、防蛀、成型等作用，添加劑起到粘接、強(qiáng)化結(jié)點(diǎn)等功能。該結(jié)構(gòu)具有三維增強(qiáng)作用，良好的組合，分支和補(bǔ)強(qiáng)功能，能達(dá)到以竹代木，以竹代鋼，替代其它材料的目的，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明竹材重組塑聚單板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明竹材重組塑聚建筑結(jié)構(gòu)材的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0037]參見圖1，是本發(fā)明竹材重組塑聚單板的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可見