木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，它包括有面板一（1）、芯層（2）、面板二（3），面板一（1）、芯層（2）、面板二（3）經(jīng)榫接并膠合而成，芯層（2）包括點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（4）以及點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（4）填充在內(nèi)的填充物，用纖維增強(qiáng)材料通過膠黏劑膠合進(jìn)行部分增強(qiáng)。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（4）按照合理的單元規(guī)格設(shè)計(jì)周期性地分布于芯層。本發(fā)明不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷、質(zhì)輕、比強(qiáng)度和比剛度高，而且賦予木質(zhì)工程復(fù)合材料多功能化的特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于建筑工程、車體工程、橋梁工程等既需要結(jié)構(gòu)承載又需要多功能化要求的領(lǐng)域。
【專利說明】木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料，尤其是涉及一種木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明以復(fù)合材料設(shè)計(jì)學(xué)為理論依據(jù)，從結(jié)構(gòu)與功能一體化設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，將點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于木質(zhì)工程復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，制備出高性能木質(zhì)工程復(fù)合材料，它不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，而且賦予木質(zhì)工程復(fù)合材料多功能化的特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于建筑工程、車體工程、橋梁工程等既需要結(jié)構(gòu)承載又需要多功能化要求的領(lǐng)域。
[0003]集成材、工字梁及單板層積材等是已經(jīng)廣泛應(yīng)用的木質(zhì)工程材，也是“劣材優(yōu)用”的典型產(chǎn)品，雖然這些傳統(tǒng)的木質(zhì)工程材可以在一定程度上克服木材固有的一些缺點(diǎn)，拓寬木材的應(yīng)用領(lǐng)域，使木材資源得到高效利用，然而其相對較低的強(qiáng)度及剛度，較大的自重，較高的價(jià)格，這些不足的存在仍然在一定范圍內(nèi)限制了它們的應(yīng)用，在一些要求自重輕且強(qiáng)度高的場合中無法與其他建筑材料競爭。
[0004]以木質(zhì)材料制備夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，芯層多采用蜂窩結(jié)構(gòu)、或泡沫材料、或輕質(zhì)的木質(zhì)材料，少有涉及其他的芯子結(jié)構(gòu)形式。在國內(nèi)多以研究夾芯結(jié)構(gòu)板材的功能性或裝飾性為主；由于在日本及歐美木結(jié)構(gòu)房屋較多，國外多以研究材料的力學(xué)性能為主。
[0005]點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)屬于多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)存在于許多天然材料中，如木材、珊瑚和骨頭等，其顯著的優(yōu)點(diǎn)就是能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，并且點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)材料已成為當(dāng)前國際上認(rèn)為最有應(yīng)用前景的新一代先進(jìn)、輕質(zhì)、強(qiáng)韌材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是克服木材固有的一些缺點(diǎn)，拓寬木材的應(yīng)用領(lǐng)域。從結(jié)構(gòu)與功能一體化設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，將點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于木質(zhì)工程復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，制備出高性能木質(zhì)工程復(fù)合材料，它不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，而且賦予木質(zhì)工程復(fù)合材料多功能化的特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于建筑工程、車體工程、橋梁工程等既需要結(jié)構(gòu)承載又需要多功能化要求的領(lǐng)域。
[0007]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括有面板一、芯層、面板二，面板一、芯層、面板二經(jīng)榫接并膠合而成，芯層包括點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)以及點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)填充在內(nèi)的填充物，用纖維增強(qiáng)材料通過膠黏劑膠合進(jìn)行部分增強(qiáng)。
[0009]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是由面板一、面板二和芯層的點(diǎn)陣柱構(gòu)成，芯層的點(diǎn)陣柱連接著面板一、面板二構(gòu)成一個整體。
[0010]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的榫接是按照不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的單元規(guī)格設(shè)計(jì)在面板一、面板二上開榫，且開榫深度為面板厚度的三分之一至三倍。[0011]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的填充物選自聚氨酯泡沫板、玻璃棉層、石墨、橡膠、石膏、聚苯乙烯泡沫板、巖棉、活性碳或碳黑
[0012]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的面板一選自實(shí)木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
[0013]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的面板二選自實(shí)木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
[0014]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的膠黏劑選自環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、異性酸酯、脲醛樹脂、聚氨酯、環(huán)氧-酚醛樹脂、酚醛樹脂或乳白膠與水溶性高分子異性酸酯的雙組份膠。
[0015]本發(fā)明的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的纖維增強(qiáng)材料選自玻璃纖維編織布、玻璃纖維網(wǎng)格布、玻璃纖維拉擠型材、碳纖維編織布、碳纖維網(wǎng)格布、碳纖維拉擠型材、玄武巖纖維編織布、玄武巖網(wǎng)格布、芳綸纖維編織布或芳綸纖維網(wǎng)格布。
[0016]所述的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的點(diǎn)陣柱的材料選自圓棒榫、玻璃纖維棒材、碳纖維棒材或金屬棒材。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發(fā)明能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷、質(zhì)輕、比強(qiáng)度和比剛度高，克服了傳統(tǒng)木質(zhì)工程復(fù)合材料相對較低的強(qiáng)度及剛度，較大的自重，較高的價(jià)格這些缺點(diǎn)。
[0019]2、本發(fā)明點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的填充物不僅提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而且還賦予了其多功能化(隔熱保溫、吸音隔聲、吸振防震、耐疲勞、電磁屏蔽等)的特點(diǎn)。
[0020]3、本發(fā)明保留了木材本身自然美觀、質(zhì)感舒爽等環(huán)境協(xié)調(diào)性能；點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)材料已成為當(dāng)前國際上認(rèn)為最有應(yīng)用前景的新一代先進(jìn)、輕質(zhì)、強(qiáng)韌材料，說明其具有極高的利用價(jià)值和廣闊的市場前景。
[0021]本發(fā)明可以廣泛運(yùn)用于建筑工程、車體工程、橋梁工程等既需要結(jié)構(gòu)承載又需要多功能化要求的領(lǐng)域，符合當(dāng)前資源節(jié)約型社會發(fā)展的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是木質(zhì)工程復(fù)合材料直柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體圖；
[0023]圖2是木質(zhì)工程復(fù)合材料直柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的單胞圖；
[0024]圖3是木質(zhì)工程復(fù)合材料斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體圖；
[0025]圖4是木質(zhì)工程復(fù)合材料斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)單胞圖；
[0026]圖5是木質(zhì)工程復(fù)合材料斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)榫接方式一的剖面圖；
[0027]圖6是木質(zhì)工程復(fù)合材料斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)榫接方式二的剖面圖；
[0028]圖7是木質(zhì)工程復(fù)合材料四面體型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體圖；
[0029]圖8是木質(zhì)工程復(fù)合材料四面體型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)單胞圖；
[0030]圖9是木質(zhì)工程復(fù)合材料金字塔型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體圖；
[0031]圖10是木質(zhì)工程復(fù)合材料金字塔型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)單胞圖；
[0032]圖11是木質(zhì)工程復(fù)合材料戈薇型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體圖；
[0033]圖12是木質(zhì)工程復(fù)合材料戈薇型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)單胞圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例一:
[0035]如圖1所示，一種木質(zhì)工程復(fù)合材料直柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，它包括有面板一、芯層、面板二，面板一、芯層、面板二經(jīng)榫接并膠合而成。
[0036]芯層包括直柱型點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)以及直柱型點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)填充在內(nèi)的填充物，用纖維增強(qiáng)材料通過膠黏劑膠合進(jìn)行部分增強(qiáng)。
[0037]直柱型點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)按照其單元規(guī)格設(shè)計(jì)周期性地分布于芯層。如圖2所示，直柱型單元規(guī)格設(shè)計(jì)為:長l=32*n mm、寬b=32*n mm、高(h)為面板厚度的3?10倍，n=l?10。按照直柱型的單元規(guī)格設(shè)計(jì)在面板一、面板二上開榫，榫槽直徑為6?50mm、榫槽深度為面板厚度的1/3?2/3倍，將點(diǎn)陣柱沾布膠黏劑后插入面板一，然后將面板一及點(diǎn)陣柱插入面板二，芯層的填充物為聚氨酯泡沫板。最后用纖維增強(qiáng)材料通過膠黏劑膠合面板一、面板二的邊緣，并施加壓力定型。直柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的平壓性能優(yōu)異，填充物-聚氨酯泡沫板增強(qiáng)了其保溫隔熱功能，性價(jià)比高、節(jié)約資源，適用于木結(jié)構(gòu)的地板等受垂直載荷較大的部件。
[0038]點(diǎn)陣柱的材料采用圓棒榫；面板一、面板二均采用單板層積材；纖維增強(qiáng)材料采用玻璃纖維編織布；膠黏劑采用環(huán)氧樹脂。
[0039]實(shí)施例二:
[0040]如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于:其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為斜柱型，如圖4所示，點(diǎn)陣柱與面板二成角度w，w=20°?70°，斜柱型單元規(guī)格設(shè)計(jì):高h(yuǎn)為面板厚度的3?10倍、長l=2*h/sin w+10mm、寬b=32*n mm, n=l?10。榫接方式有兩種，一種是一半開榫深度統(tǒng)一，另一半則將鉆通面板，將較短的點(diǎn)陣柱沾布膠黏劑插入面板一、面板二上相應(yīng)的榫槽，然后將較長的點(diǎn)陣柱插入面板一、面板二上相應(yīng)的榫槽，點(diǎn)陣柱的直徑略大于榫槽；另外一種是開榫深度全部統(tǒng)一，將沾布膠黏劑的點(diǎn)陣柱與面板一、面板二以及填充物構(gòu)成一個整體，其剖面如圖5和圖6所示。芯層的填充物為巖棉。斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)較直柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，長度方向上的剪切性能得到提高，填充物-巖棉增強(qiáng)了該結(jié)構(gòu)隔熱保溫的能力，可以用作木結(jié)構(gòu)的樓板、墻體等。
[0041]點(diǎn)陣柱的材料采用實(shí)木圓棒榫；面板一、面板二均采用集成材；纖維增強(qiáng)材料采用碳纖維編織布；膠黏劑采用環(huán)氧-酚醛樹脂。
[0042]實(shí)施例三:
[0043]如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別在于:其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為四面體型，點(diǎn)陣柱與面板二成角度w，w=20°?70°。如圖8所示，四面體型單元規(guī)格設(shè)計(jì):高h(yuǎn)為面板厚度的3?10倍、長l=hcos30° /sin w+10mm、寬b=h/sin w+10mm。芯層的填充物為碳黑。四面體點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)較斜柱型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了剪切性能，填充物-碳黑為其增加了電磁屏蔽的功能，可以用于需要電磁屏蔽功能的特殊結(jié)構(gòu)中。
[0044]點(diǎn)陣柱的材料采用玻璃纖維棒材；面板一、面板二均采用實(shí)木鋸材；纖維增強(qiáng)材料采用碳纖維網(wǎng)格布；膠黏劑采用酚醛樹脂。
[0045]實(shí)施例四
[0046]如圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別在于:其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為金字塔型，點(diǎn)陣柱與面板二成角度w,w=20°?70°。如圖10所示,金字塔型單元規(guī)格設(shè)計(jì):高h(yuǎn)為面板厚度的3 ?10 倍、長 l=2*h*tan w*tan45° +10mm、寬 b=2*h*tan w*tan45° +1 Omnin 芯層的填充物為活性碳。金字塔型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)較四面體型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能更好，填充物-活性碳為其增加了凈化空氣的功能，可以用于木結(jié)構(gòu)中的墻體、樓板或者車體工程。
[0047]點(diǎn)陣柱的材料采用碳纖維棒材；面板一、面板二均采用定向刨花板；纖維增強(qiáng)材料采用芳綸纖維編織布；膠黏劑采用異性酸脂。
[0048]實(shí)施例五:
[0049]如圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于:其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為戈薇型，如圖12所示，戈薇型單元規(guī)格設(shè)計(jì):高h(yuǎn)為面板厚度的3?10倍、長l=32*n mm、寬b=32*n mm,n=l?10。芯層的填充物為石膏。戈薇型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)各項(xiàng)力學(xué)性能優(yōu)異，填充物-石膏增強(qiáng)了其防火性能。
[0050]點(diǎn)陣柱的材料采用金屬棒材；面板一、面板二均采用重組材；纖維增強(qiáng)材料采用玄武巖纖維網(wǎng)格布；膠黏劑采用不飽和聚酯。
[0051]應(yīng)當(dāng)指出，對于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可以具有多種變換及改動的實(shí)驗(yàn)方案，并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制?？傊景l(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
【權(quán)利要求】
1.木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括有面板一(I)、芯層(2)、面板二(3)，面板一(I)、芯層(2)、面板二(3)經(jīng)榫接并膠合而成，芯層(2)包括點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(4)以及點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(4 )填充在內(nèi)的填充物，用纖維增強(qiáng)材料通過膠黏劑膠合進(jìn)行部分增強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是由面板一(I)、面板二(3)和芯層(2)的點(diǎn)陣柱構(gòu)成，芯層(2)的點(diǎn)陣柱連接著面板一(I)、面板二(3)構(gòu)成一個整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的榫接是按照不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(4)的單元規(guī)格設(shè)計(jì)在面板一(I)、面板二(3)上開榫，且開榫深度為面板厚度的三分之一至三倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的填充物選自聚氨酯泡沫板、玻璃棉層、石墨、橡膠、石膏、聚苯乙烯泡沫板、巖棉、活性碳或碳黑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的面板一(I)選自實(shí)木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的面板二(3)選自實(shí)木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的膠黏劑選自環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、異性酸酯、脲醛樹脂、聚氨酯、環(huán)氧-酚醛樹脂、酚醛樹脂或乳白膠與水溶性高分子異性酸酯的雙組份膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)工程復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的纖維增強(qiáng)材料選自玻璃纖維編織布、玻璃纖維網(wǎng)格布、玻璃纖維拉擠型材、碳纖維編織布、碳纖維網(wǎng)格布、碳纖維拉擠型材、玄武巖纖維編織布、玄武巖網(wǎng)格布、芳綸纖維編織布或芳綸纖維網(wǎng)格布。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的點(diǎn)陣柱的材料選自圓棒榫、玻璃纖維棒材、碳纖維棒材或金屬棒材。
【文檔編號】B32B3/22GK103879050SQ201410128565
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】金明敏, 胡英成 申請人:東北林業(yè)大學(xué)