一种应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材的制作方法

1.本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种应用人工纤维压密增强天然纤维的木质压密复合板型材。


背景技术：

2.木质材料是唯一可再生的建筑材料，具有优异的耐久性，环境友好性和抗震性等，广泛的应用于古建筑和现代建筑结构中。在现今社会可持续发展的主题背景下，木质材料将是现今建筑材料中不可忽视的部分。然而，目前应用广泛的胶合木，胶合竹及塑化木等木质材料均存在强度不足而大大限制其使用范围的现象；并且使用大量胶体胶合的木质复合材料往往伴随着有害物质产生，这与木材环境友好性相背离。而通过将木质材料进行压密增强能够有效的提升其力学性能。使用人工纤维压密增强天然纤维不仅增强木质材料本身的强度，同时人工纤维能够进一步增强木质材料；天然纤维通过随机布置，胶体存在于纤维表面，并且压密过程能够有效的减少多余胶体；而且这种复合材料所需的天然纤维材料尺寸较灵活，能够通过提取木材的边角料得到木纤维，也能够从竹材中提取得到竹纤维，有效降低木质材料的损耗。因此在少量用胶的前提下使用人工纤维压密增强木质材料等天然纤维具有重要意义。
3.传统的木质材料有胶合木，胶合竹，重组木，重组竹，塑化木等，以及基于这些木质基材制成的材料，其强度受到天然纤维强度的限制；而纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer，frp)仅采用人工纤维，材料的尺寸受到限制；使用纤维，钢筋等复合增强的木质复合材料，外观上改变较大。这些木质复合材料和增强措施均在不同程度上改善木质材料的受力特征，但同时这些增强措施存在大量使用化学剂胶体现象，并且要求原材料为完整尺寸的木质材料。与此同时，这些增强措施并没有增强木质材料本身的强度，使用其他材料进行增强的复合材料强度仍然受限于木质材料和粘结界面的强度。因此在少量使用胶体的前提下，采用人工纤维材料压密增强天然纤维形成木质压密复合型材。不仅能够增强木质材料等天然纤维型材本身的强度，同时使用人工纤维进一步增强木质材料等天然纤维型材的力学性能，还能够根据模具创造各种形状的木质压密复合型材。本发明基于压密复合的技术，采用人工纤维材料进行压密增强天然纤维材料形成高强度木质压密复合型材。
4.目前，现有技术中还没有采用人工纤维进行压密增强天然纤维，同时也没有应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材。


技术实现要素：

5.本发明的实施例提供了一种应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材，以实现有效的增强木质材料等天然纤维材料。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
7.一种应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材，包括：
8.在天然纤维中加入人工纤维材料进行压密复合，根据不同尺寸要求设计压密模板，将所述已经加入人工纤维的纤维材料放置在所述模板中进行压密复合形成木质压密复合型材；
9.所述天然纤维需进行干燥降低含水率；
10.将干燥完成的天然纤维浸渍于丙酮树脂溶液至天然纤维表面附着树脂；
11.将所述表面附着树脂的人工纤维材料放置于所述表面附着树脂的天然纤维中。
12.进一步地，所述天然纤维尺寸可调整，并且所述天然纤维方向可以随机放置。
13.进一步地，所述人工纤维在木质压密复合材料型材中通长布置，所述人工纤维的长度方向作为压密后木质压密复合材料型材的长度方向。
14.进一步地，所述人工纤维的含量和布置位置可调整。
15.进一步地，所述木质压密复合型材的形状和尺寸均可根据模板调整。
16.进一步地，所述天然纤维和人工纤维之间通过压力和少量树脂进行压密和胶合形成复合材料。
17.进一步地，所述木质压密复合型材各组成材料之间存在少量的胶体，保持所述木质压密复合型材的密实性和体积稳定性。
18.由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明适用于生产高强度的木质压密复合型材构件；适用于大跨度和具有宽敞空间结构建筑的结构系统构件；同时适用于建筑结构的墙体填充，瓦片等装饰系统构件；并且适用于古木建筑，混凝土结构，钢结构等结构加固构件；也适用于制作木家具的构件等。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材的示意图。
22.图2为本发明实施例提供的干燥且未进行压密处理的天然纤维。
23.图3为本发明实施例提供的人工和天然纤维浸渍于树脂溶液中示意图。
24.图4为本发明实施例提供的人工纤维材料放置于所述已充分吸收树脂溶液的天然纤维中示意图。
25.图5为本发明实施例提供的木质压密复合型材压密前后横截面示意图。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
27.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
29.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
30.实施例一
31.本发明实施例为了克服传统木质材料强度的不足，增强木质纤维复合材料强度，提供了一种少量用胶的前提下，采用人工纤维压密增强木质纤维，达到高强度，高密度的木质压密复合型材。
32.本发明提供了一种应用人工纤维材料压密增强木质压密复合型材。该复合型材包括：在天然纤维中加入人工纤维材料进行压密复合；根据不同尺寸要求设计压密模板；将所述人工和天然纤维浸渍于树脂溶液中；在所述天然纤维中布置通长人工纤维材料；将所述布置人工纤维材料完成的天然纤维材料共同进行压密；所述树脂将所述人工纤维和天然纤维胶合；通过所述人工纤维、树脂溶液和天然纤维组成木质压密复合型材。该木质压密复合型材可用于建筑结构加固和施工；该木质压密复合型材保持木材的天然优异性，同时高强人工纤维填充天然纤维之间缝隙能够有效的提高木质压密复合型材强度，防火性等性能。
33.在实际应用中，可以根据建筑结构构件尺寸和主要受力特征，选择合理尺寸的模板，合理数量的人工纤维和天然纤维。进一步的，将天然纤维在树脂溶液浸渍后，从而通过将人工纤维布置在天然纤维中。进一步的，通过压力装置将人工纤维和天然纤维压密成型。
34.本发明选用人工纤维作为压密增强的主要材料。人工纤维主要包括碳纤维，玻璃纤维，玄武岩纤维，芳纶纤维等，这类人工纤维材料具有优异的性能参数。所述人工纤维材料的性能参数是指：人工纤维材料的强度，密度和耐腐蚀性能等。制备木质压密复合型材时，要根据结构构件的尺寸和受力特点，设计所需模板的几何参数。所述模板的几何参数是指：木质压密复合型材的长度，宽度，厚度等几何尺寸参数。
35.天然纤维材料指的是木纤维，竹纤维等天然纤维。天然纤维的几何尺寸参数不唯一，可以按照一定级配，也可以统一尺寸。不同级配的木纤维在压密过程中的密实程度不同，也可以说每个级配都为了木质压密复合型材的密实性。木纤维尺寸级配参数根据所需压密型材的密度进行设计。所述木纤维尺寸级配参数指的是，不同尺寸的木纤维比例。
36.树脂溶液指的是含有树脂的溶液，所用的溶剂具有溶解树脂而不损伤纤维的特点。树脂溶液实际上是给木质纤维表面涂上树脂作为胶粘剂，将纤维浸渍在一定浓度的树
脂溶液中能够让木质纤维表面均匀附着树脂胶。所述一定浓度的树脂溶液指的是按照重量比例调制树脂溶液。
37.人工纤维，木质纤维材料与树脂采用压密的方式复合定型；通过压力装置施加压力进行压密能够将多余的树脂挤出，有效的降低树脂用量而不降低复合效果。人工纤维与木质纤维材料之间的缝隙被压力装置挤压密实，人工纤维与木质纤维材料之间被树脂胶合，从而形成完全密实的木质压密复合型材。
38.上述人工纤维的布置应根据建筑结构构件的受力特点进行布置，可采用单侧或双侧对称布置。
39.上述树脂溶液浓度，应考虑木纤维材料之间，木纤维和人工纤维之间的胶合性能设计，合理的树脂浓度既保证各组成材料的牢固粘结，又有效的控制木质压密复合型材内的树脂含量，保证木质压密复合型材的环境友好性特点。
40.所述的压力装置，包括一个可持续稳定施加压力的装置和尺寸稳定的模板。
41.压密完成的木质压密复合型材的密度明显大于传统的木质材料。木质压密复合型材的微观结构更加密实，其材料的强度也明显强于传统的木质材料。
42.由于木质压密复合型材通过模板压密而成，具有稳定的外形尺寸，构件表面致密光滑。但仍然是木质材料，因此能够使用结构胶和其他构件胶合，应用于结构构件和结构构件的加固等。
43.实施例二
44.图1为本发明实施例提供的应用人工纤维材料压密增强天然纤维的木质压密复合型材的示意图示，根据目标型材的结构构件尺寸设计木质压密复合型材的模板(4模板)；并且根据所需目标型材尺寸和密度计算采用的木纤维(1木纤维等天然纤维)质量；将足量的木纤维经过干燥工艺降低含水率以利于树脂溶液(3树脂溶液)的吸收；将干燥完成的木纤维1浸渍在树脂溶液3中完成木纤维1表面树脂的覆盖；将浸渍完成的木纤维1放置在模板4中，并在木纤维的合适位置布置通长的碳纤维(2碳纤维等人工纤维)。通过压力装置(5压力装置)将木纤维1和碳纤维2压密复合，实现木质压密复合型材的加工。
45.图2为本发明实施例提供的进行干燥处理的天然纤维1，天然纤维1的尺寸可以按照级配配置，也可以统一尺寸通长布置；。
46.图3为本发明实施例提供的天然纤维1浸渍于树脂溶液3示意图，根据天然纤维1的尺寸和质量，选用合适尺寸的容器放置树脂溶液3进行天然纤维1和人工纤维2的浸渍。
47.图4为本发明实施例提供的木质压密复合型材压密完成后构件的横截面示意图。天然纤维1压密完成后基本消除内部缝隙，通过压密使天然纤维1和人工纤维2更加牢固的粘结，同时将多余的树脂胶挤出木质压密复合型材构件
48.本发明适用于生产各种形状的木质复合材料，包括木砖块和木家具各种部位材料；且适用于具有大跨度和宽敞空间要求的建筑结构主要受力构件；也可以代替传统木质材料进行结构的加固和复合增强，及梁柱等主要受力构件和防火等级高和具有宽敞空间结构建筑的防火；故本发明作为一种复合型材适用于生产一些高强度木质结构的构件。
49.综上所述，本发明实施例与现有的木质材料相比，具有如下的优点：
50.(1)本发明采用的木纤维原料可以木材使用过程产生的废料和边角料进行提木纤维，也可以从竹材料中提取竹纤维，有效的提高木质材料的应用中的利用率。相比胶合木等
木质材料需要特定尺寸的锯材，竹木纤维更加环保，适用性广。
51.(2)相比于其他木质复合材料，木质压密复合型材能够更加高效的利用树脂等胶体。通过溶液浸渍天然纤维能够将胶体颗粒均匀全面的附着在天然纤维表面，而在压密的过程中，多余的胶体将被挤出。一方面保证木质压密复合型材的各组成材料表面存在胶体互相胶合，保持复合材料的整体性和尺寸稳定性；另一方面挤出多余的胶体，最大程度保持天然纤维材料的天然性和环保性。
52.木质压密复合型材各组分材料之间不存在明显的胶界面，因此木质压密复合型材在受力过程中不会存在由于界面产生的应力集中现象，而应力集中这种现象将导致构件提前破坏。这主要得益于浸渍工艺，相比于传统胶合涂胶工艺，溶液浸渍方法更加高效。木纤维相比于锯材等具有更大的比表面积，各组成材料之间的胶合面积更大，胶合效果更加，因此木质压密复合型材强度更高。
53.(3)传统的木质复合材料无法完全消除原材料的缺陷，而木质压密复合型材能够基本实现材料的均匀性能。由于木纤维的尺寸也可以采用级配尺寸设计，不同尺寸的纤维能够在压密过程中互相填充缝隙。
54.(4)木质复合型材具有更加灵活的尺寸。木质复合型材的尺寸可根据要求设计模板，按照模板的尺寸形状生产木质压密复合型材。
55.(5)木质压密复合型材特点鲜明，工程适用性明确，对于一般的块材，要求高强度材料构件，大跨度结构的受力构件具有较高的应用价值。
56.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
57.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
58.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。