[发明专利]利用贝壳的中间碎片制造轻质高强度材料的方法

说明书

本发明涉及利用贝壳的碎片制造轻质高强度材料的方法及轻质高强度材料。本发明从贝壳回收碎片并利用粘合剂将碎片层压和排列成规则的状态，从而制造质量轻且机械性优良的材料。根据本发明，通过利用废弃的贝壳，能够实现降低费用并解决环境问题的效果。

技术领域

本发明涉及利用贝壳的中间碎片制造轻质高强度材料的方法，更具体地，涉及从贝壳分离贝壳的碎片并使用粘合剂对碎片进行层压和重新排列。

背景技术

汽车、航空航天领域、电子通信领域、军需领域等大部分的领域需要质量轻且硬度高的材料。尤其在军需领域需要质量轻且机械性优良的防弹材料，目前通用的碳化硼(boron carbide)、碳化硅(silicon carbide)等由于价格高而并没有起到有效作用。虽然还有很多种人工材料，但还可以从天然物质中寻找具有与之相似性质且具有更优良的物理特性的材料。

作为其中之一的贝壳是指代贝类的外壳的术语，在考虑到重量与厚度的情况下，经过数亿年进化的贝类的贝壳具有非常优良的机械性。例如贝壳的比重为～2.6，与碳化硼(boron carbide)相似，但比碳化硅(silicon carbide)、氮化铝(aluminum nitride)的质量轻。

由于贝壳的剖面结构具有类似于将0.5μm左右的非常薄的砖块一样的细微碎片层压数千层的砖块与灰浆(brick and mortar)的结构，因而物理特性优良。从外部施力时裂缝(crack)从细微碎片之间扩张，但由于贝壳具有能够吸收外力与能量的特异结构，因而裂缝无法继续扩张而是在中间停止。然而，目前还难以实际摹制和重现贝壳天然的砖块与灰浆(brick and mortar)结构。这是由于难以人工层压数千层的细微碎片。

另外，近年来丢弃在大海沿岸的贝壳达到每年50万吨，引发严重的水质污染和环境污染。贝壳是利用价值很高的天然材料，有必要通过积极利用来防止环境污染。

发明内容

发明要解決的问题

本发明的目的是利用作为天然废弃资源的贝壳制造轻质且机械性优良的材料。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明的一个方面提供了一种轻质高强度材料的制造方法，包括：从贝壳分离贝壳的中间碎片的步骤；以及对从贝壳分离的所述中间碎片进行层压和重新排列的步骤。

优选地，所述层压和重新排列的结构为层次(hierarchy)结构。

优选地，利用粘合剂实现所述层压和重新排列。粘合剂是环氧树脂或聚氨酯系列的粘合剂。向所述粘合剂中混合玻璃或碳制成的纤维粉碎物，或者一次性制成玻璃纤维形态或碳纤维形态的预浸渍料(prepreg)。

并且，本发明的另一方面提供了一种通过所述制造方法制造的轻质高强度材料。

发明效果

根据如上所述的本发明，从贝壳分离出贝壳的中间碎片并对其进行层压和重新排列，从而制造出轻质高强度的材料以应用到多种领域，同时还具有能够解决环境问题的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施方式制作中间碎片的概念的图；

图2是示出如图1制作的中间碎片被交叉层压后的剖面的概念图；

图3示出了根据本发明的实施方式的从贝壳切割的两种中间碎片及层压了中间碎片的最终板材；

图4示出了根据本发明的实施方式制造的交叉层压后的最终板材；

图5示出了对根据本发明的实施方式层压中间碎片而制造的板材进行三点弯曲测试(3-point bend test)的实验结果的曲线图；