CN102275200B - 一种竹材纤维复合型材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹材纤维复合型材的制造方法，制造流程为：毛竹破篾；干馏；喷胶或浸胶；晾干或烘干，使得施胶后的竹丝片材含水率为8～15％；组坯；热压或冷压热固化；本发明的型材产品尺寸稳定，力学强度高，防霉防腐，可广泛应用在交通工具领域，如轮船甲板、舱内装饰结构用材；还可以应用于建筑建材行业，如室外亭台楼榭、露天家具、户外地板等方面。

Description

一种竹材纤维复合型材的制造方法

技术领域：

本发明公开了一种竹材纤维复合型材的制造方法。

背景技术：

复合型材是由两种或两种以上不同材料组成的新型材，它客服了单一材料制成型材的缺点，具有组成材料的优点，甚至可因协同效应而产生原组分材料所不具有的独特性能，各个国家均有大量的研究和开发，并被深入运用在军工领域。随着科技的发展，越来越多的复合型材走出军工行业，进入普通百姓的生活当中。植物纤维增强复合材料是一种新型的复合材料，目前在国外已得到相当的认可，并被广泛应用于飞机、汽车、建材等领域，取得了一定的经济效益和社会效益。

中国是世界竹产业大国，具有悠久的栽培利用历史和深厚的文化底蕴。竹子具有良好的力学性能，被誉为“植物钢铁”。从微观构造上分析，竹材由竹纤维维管束和薄壁细胞组成的二相型天然纤维复合材料；从化学成分分析，是由纤维素、半纤维素和木质素组成，也是属于复合材料范畴，并且是天然纤维复合材料。

半纤维素含有大量的羟基等活性基团，聚合分子链较短，且具有大量的支链，是构成竹材的三大素中的物理、化学稳定性最差，对竹材物理力学性能影响最大的化学成分。另一方面，竹材内部含有大量的单糖、低聚糖和少来给你的单宁、氨基酸、矿物营养物质，为腐朽菌的生长提供充足的营养。而且，各种竹腐真菌均能有效地降解竹材细胞壁中的纤维素和半纤维素。这些因素对竹材的户外应用提出了严峻的考验。如何利用竹材，采取经济合理的方法，制造先进生物质复合型材，是开发竹质新型材、促进竹产业升级一项重要课题。

发明内容：

本发明目的是提供一种竹材纤维复合型材的制造方法，产品具有防腐防霉、尺寸稳定性好、力学性能佳、各向异性小等优点。

本发明的技术解决措施如下：

一种竹材纤维复合型材的制造方法，制造流程为：

毛竹破篾；将毛竹破篾去除竹青和竹黄处理，制得厚度在1～5mm范围内的篾片；碾压疏解；通过碾压疏解，使竹材的薄壁细胞壁部分溃裂，得到纵向纤维不断裂、横向松散的竹丝片材；

干馏；将所述的竹丝片材放入高温炉内进行干馏，制成颜色较深的炭化竹丝材；干馏的过程如下：将破篾后的竹丝片材在密闭的高温炉内在0.5-2小时的时间内加热至130℃，保温1～3小时；使得竹丝片材软化，然后通入作为保护气体的蒸汽或氮气，使得高温炉内的压力在0.1～0.8Mpa范围内；并同时将高温炉内的温度上升到250℃，保持0.5～4小时，使竹丝片材内的半纤维素至少一部分分解，停止加热，待炉内温度降至100℃以下时通入饱和蒸汽调节炭化竹丝材含水率在5～10％之间；

喷胶或浸胶；使用喷枪对干馏后的炭化竹丝材进行喷胶，或放入胶池中浸渍5～30分钟，胶水固含量不低于45％，喷胶时压缩空气的气压不低于2.5bar，施胶量在炭化竹丝材重量的15-25％；

晾干或烘干；取出施胶后的炭化竹丝材进行晾干或烘干，使炭化竹丝材含水率为8～15％；

组坯；将浸胶干燥后的炭化竹丝材纵向平行排列在模具内，炭化竹丝材添加量须满足产品密度1.0～1.2g/cm³；

热压或冷压热固化；

a、热压固化；

热压固化的压力控制在6～9Mpa范围内，温度120～150℃范围内，热压时间30～60分钟，待胶水完全固化后缓慢降温至90℃时通入冷水降温，当温度低于50℃时卸压取出产品；

b、冷压热固化；

冷压固化的压力50～70MPa，时间2～5分钟，然后卸除压力取出，放入高温隧道内加热使胶水固化，隧道内温度在110℃～140℃，待胶水完全固化后送出隧道脱模。

本发明有益效果在于：

本发明的型材产品尺寸稳定，力学强度高，防霉防腐，可广泛应用在交通工具领域，如轮船甲板、舱内装饰结构用材；还可以应用于建筑建材行业，如室外亭台楼榭、露天家具、户外地板等方面。

具体实施方式：

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例，本发明的复合型材，去除了竹材内部糖分、单宁等腐朽菌的营养物质，破坏了竹材薄壁细胞组织结构，保留高强度的竹维管束，全部或部分热解半纤维素成分，引入树脂胶粘剂作为增强相。产品在力学性能、户外耐候性能、尺寸稳定性能等方面均有优质表现，是建筑装饰用材的优选产品，尤其是作为户外结构用材的优质产品。具体实施步骤如下：

将毛竹原竹截断，去出枝杈，锯成一定长度的竹筒；将得到的竹筒采用圆锯开片或撞机冲片的方式，加工成竹片；对竹片破篾去青去黄，保留竹片的竹肉部分，篾片的厚度控制在1～5mm范围；最好为3mm，通过碾压疏解，使篾片的薄壁细胞壁溃裂，提高竹材比表面积，得到纵向纤维连续、横向松散的竹丝片材；将这些竹丝片材放入高温炉内干馏，去除竹材内部的糖分、单宁等营养物质，并全部或部分分解竹材中的半纤维素，制成颜色较深的炭化竹丝材，高温炉内热源采用导热油、高温炉气或电加热管道；干馏时高温炉是密闭以隔绝外部空气，竹材三大素当中，半纤维素的热稳定性最差，在180℃以上便开始大量热解，并伴随着对竹材力学性能贡献最大的纤维素的软化；温度超过280℃时，纤维素开始剧烈分解，但是温度太高纤维素分解过快，会造成产品的力学性能不稳定，为了保证产品的力学强度，本发明采取分段加热的方式，即：将破篾后的竹丝片材在密闭的高温炉内在0.5-2小时的时间内加热至130℃，保温1～4小时；目的通过加热引起竹材内部水分剧烈运动，软化烘干竹材；然后通入作为保护气体的蒸汽或氮气，使得高温炉内的压力在0.1～0.8Mpa范围内；并同时将高温炉内的温度上升到250℃，保持0.5～4小时，使竹丝片材内的半纤维素至少一部分分解，250℃这个温度既能够使得纤维素快速的分解，又能够使得其分解的过程十分平稳，而且在这个温度下分解所需要的时间很短，一般只是需要半个小时左右即可实现，停止加热，待炉内温度降至100℃以下时通入饱和蒸汽调节炭化竹丝材含水率在5～10％之间；

使用喷枪对干馏后的炭化竹丝材进行喷胶，或放入胶池中浸渍5～30分钟，喷胶气压不低于2.5bar，胶水固含量不低于45％，施胶量掌握在炭化竹丝材重量的15-25％，胶水可以是水溶性树脂，如酚醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂，或异氰酸酯类树脂；也可以是醇溶性树脂，如环氧树脂等；

取出施胶后的炭化竹丝材，将多余的胶水沥干，陈放在空气中晾干或者放入烘干隧道内烘干至炭化竹丝材含水率8～15％；注意烘干隧道内温度不要超过80℃；

将浸胶干燥后的炭化竹丝材纵向平行排列在模具内，炭化竹丝材添加量须满足产品密度1.0～1.2g/cm³，模具形状可以是平面压板的模具，也可以是弧形、波浪形等异形压板的模具，根据固化方式的不同分为两种工艺：

a、热压固化

加热热源使用蒸汽、导热油等，热压固化的时候，模具压力控制在6～9MPa，温度120～150℃，热压时间30～60分钟，待胶水完全固化后缓慢降温至90℃时通入冷水降温，当温度低于50℃时卸压取出成型的型材产品；

b、冷压热固化；

将浸胶干燥的炭化竹丝材平行放入模具内，然后送入冷压机加压成型，加压参数为压力50～70MPa，这样50-70Mpa的压力，是进行冷压固化的液压机的系统压力，这个压力作用在用于压模具的液压机油缸上，油缸的横截面积和这个压力的积，就是作用在模具上的力，热压固化也是同样的道理，时间2～5分钟。固定住模具后卸除压力取出，然后放入高温隧道内加热使胶水固化，隧道内温度在110～140℃，待胶水完全固化后送出隧道脱模。

本实施方式得到复合型材产品物理力学性能参数如下：

含水率：6～12％

厚度吸水膨胀率：≤2％(23℃水中完全浸渍24小时后测得结果)

静曲强度(MOR)：≥100MPa

弯曲弹性模量(MOE)：≥12GPa

防腐等级：达到或超过UC3A等级(美国AWPA防腐等级)

采用本发明的方法制成的型材尺寸稳定，力学强度高，防霉防腐，可广泛应用在交通工具领域，如轮船甲板、舱内装饰结构用材；还可以应用于建筑建材行业，如室外亭台楼榭、露天家具、户外地板等方面。

Claims (1)

1.一种竹材纤维复合型材的制造方法，其特征在于，制造流程为：

毛竹破篾；将毛竹破篾去除竹青和竹黄处理，制得厚度在1～5mm范围内的篾片；碾压疏解；通过碾压疏解，使竹材的薄壁细胞壁部分溃裂，得到纵向纤维不断裂、横向松散的竹丝片材；

干馏；将所述的竹丝片材放入高温炉内进行干馏，制成颜色较深的炭化竹丝材；干馏的过程如下：将破篾后的竹丝片材在密闭的高温炉内在0.5-2小时的时间内加热至130℃，保温1～3小时；使得竹丝片材软化，然后通入作为保护气体的蒸汽或氮气，使得高温炉内的压力在0.1～0.8Mpa范围内；并同时将高温炉内的温度上升到250℃，保持0.5～4小时，使竹丝片材内的半纤维素至少一部分分解，停止加热，待炉内温度降至100℃以下时通入饱和蒸汽调节炭化竹丝材含水率在5～10％之间；

喷胶或浸胶；使用喷枪对干馏后的炭化竹丝材进行喷胶，或放入胶池中浸渍5～30分钟，胶水固含量不低于45％，喷胶时压缩空气的气压不低于2.5bar，施胶量在炭化竹丝材重量的15-25％；

晾干或烘干；取出施胶后的炭化竹丝材进行晾干或烘干，使炭化竹丝材含水率为8～15％；

组坯；将浸胶干燥后的炭化竹丝材纵向平行排列在模具内，炭化竹丝材添加量须满足产品密度1.0～1.2g/cm³；

热压或冷压热固化；

a、热压固化；

热压固化的压力控制在6～9Mpa范围内，温度120～150℃范围内，热压时间30～60分钟，待胶水完全固化后缓慢降温至90℃时通入冷水降温，当温度低于50℃时卸压取出产品；

b、冷压热固化；

冷压固化的压力50～70MPa，时间2～5分钟，然后卸除压力取出，放入高温隧道内加热使胶水固化，隧道内温度在110℃～140℃，待胶水完全固化后送出隧道脱模。