[发明专利]一种空心竹基纤维复合结构材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于人造板行业中的人造板及其制造技术领域，尤其适用于力学性能要求高，规格尺寸大的梁、柱、家具和地板等建筑和工程结构材。

背景技术

竹基纤维复合材料是将竹材经过疏解形成纤维化竹单板后，经过干燥、浸胶、再干燥、组坯和胶合等工序加工而成的一种新型建筑和工程结构材。这种材料的静曲强度可以达到350MPa以上，拉伸强度可以达到360MPa以上，压缩强度可以达到140MPa以上，弹性模量可以达到27GPa[于文吉.我国高性能竹基纤维复合材料的研究进展[J].木材工业，2011，25(1)：6-8，29]，具有良好的物理力学性能，将竹基纤维复合材料直接用于制造梁、柱、家具和地板等，往往造成强度过剩，造成浪费；在组成的过程中，这种材料的密度达到1.05～1.30g/cm³，由于材料自重比较大，容易造成使用不方便。

其次，竹基纤维复合材料的生产工艺主要分为两大类：一类是冷成型、热固化工艺，简称冷压工艺；二是借鉴人造板传统热压工艺，形成的竹基纤维复合材料热压工艺。由于受冷压机和热压机设备的规格尺寸的限制，目前，竹基纤维复合材料的规格尺寸均较小，如冷压工艺生产的竹基纤维复合材料方料常用的规格尺寸(长×宽×厚)为：193cm×10.5cm×15.0cm和200cm×14.5cm×15.0cm；热压工艺生产的竹基纤维复合材料常规尺寸(长×宽×厚)为：244cm×122cm×(1.5-4)cm，最大幅面也只能达到500cm×120cm×5cm(于文吉，我国竹基纤维复合材料产业发展现状与趋势分析，木材工业，2012，26(1)：11-14)。这样的规格尺寸难以满足结构材如梁、柱、大型家具和大规格地板的尺寸要求。

再者，大规格的结构材通常由小规格的材料采用纵向接长，横向拼宽，和重组复合胶接而成。胶接不良会导致板材性能的下降，胶接常见的缺陷类型包含：脱胶、裂缝、空隙、胶层厚度变异、固化不完全和表面制备缺陷等，其中，脱胶、裂缝和表面制备缺陷是主要的。影响复合材料胶接强度的主要因素有：被连接件的材料种类、被连接件的刚度比和热膨胀系数等因素的影响，只要有可能尽量使被胶接件的刚度近似相等，热膨胀系数和吸湿膨胀系数相近(益小苏，复合材料手册，化学工业出版社，2009)。

中国专利201010243351.7，201020279829.7，201020279815.5提供了一种采用小径木通过指接或斜接制造小径木重组结构材及其制造方法，采用这种方法可以将小径木加工成大规格的重组结构材。但这种工艺在二次胶合时形成的胶层，其胶合性能不稳定，具有一定的变异性，一些板材胶层可能出现开裂、开胶等现象；另一些板材则可能出现胶合强度低、物理力学性能损失大等问题。通过分析，导致上述现象和问题的主要原因是局部胶合不良。

根据先前研究：形成良好的胶接的先决条件是胶黏剂分子和被胶接材(木材)能充分接触和有效润湿(顾继友，胶黏剂与涂料，中国林业出版社，1999)。竹基纤维复合材料是一种由多孔天然材料木材或竹材在较大的压力(冷压法成型压力约为60MPa；热压法成型压力为4～6MPa)作用下成型的，竹基纤维复合材料的密度一般大于1.0g/cm³，在环境温度和湿度变化时，会发生顺弯、翘弯、翘曲等变形，严重时会产生跳丝和开裂等现象(于文吉，我国竹基纤维复合材料产业发展现状与趋势分析，木材工业，2012，26(1)：11-14)，即使在加工过程中采用砂光处理，也难以获得平整的胶合面；其次，在竹基纤维复合材料的制造过程中，为了使胶黏剂分布更加均匀，通常采用浸胶方法，竹束和木束通过浸胶后，其表面均附着了一层胶黏剂，固化后，形成了一层不溶不熔的致密的胶层，表面润湿性下降；再者，竹基纤维复合材料强度高，硬度大，难以被压缩，但受到传统思维的影响，选择胶接件时，尽量选择刚度近似相等，热膨胀和吸湿膨胀相近的材料，通常不会考虑引入除胶黏剂外的第三种材料，因此，粗糙的表面、难以压缩的胶接面和不良的润湿性在二次成型过程容易产生脱胶、裂缝、空隙、胶层厚度变异等胶接缺陷，特别是高硬度的竹基纤维复合材料局部胶合不良问题始终未能得到有效地解决。

发明内容

本发明的目的在于改进现有的工艺技术中的不足，提供空心竹基纤维复合结构材，使其物理力学性能满足结构材性能的要求。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：