CN101774190A - 碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件及其加工方法，其特征是它是由杨木旋切片(1)和碳纤维布(2)交错层叠胶合而成，并能过工艺过程的控制，充分发挥了碳纤维布和意杨单板层积材的优点，极大地提高了意杨材料的力学性能，提高了杨木生产附加值及科技含量，大大拓展了意杨的应用领域。并且可以避免碳纤维布外贴时常见的锚固失效及剥离破坏等问题，碳纤维布强度更能充分发挥，从而可以制成大型木结构构件，解决了目前无法生产大型木结构构件的问题。

Description

碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种碳纤维布与杨木单板层结合的构件。

背景技术

目前我国的意杨资源丰富，蓄积量大，但该木材有其缺点，主要表现为干缩、湿涨，易变形，各向异性，在水、热、光、微生物作用下易于降解、腐朽，易燃烧等。木材本身也存在不可避免的缺陷，按国家标准《木材缺陷》(GB155-84)，木材缺陷分为九大类即：节子、腐朽、虫害、裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷、伤疤、不正常的沉积物和木材加工缺陷。这些缺陷大多在树木生长过程中造成，是不可避免的。其中，对结构用材材质影响较大的缺陷为节子、腐朽和裂纹。这些不足之处在很大程度上制约了木材在工程结构上的应用。

随着世界森林资源结构的巨大变化，高质量的木材资源越来越稀缺，而人们对木质产品的需求和生态环境的要求却不断提高，木质材料供求矛盾日趋明显。随着大径级木材的减少和木材使用性能要求的提高，原始木材的天然特性难以满足需要。将木材加工成木板、木条、单板、刨花或纤维等组元，利用现代技术将木材组元重组为新型木质材料，如胶合木梁、单板层积材、定向成材、胶合板、重组装饰薄木、单板层积中空圆柱材、定向刨花板、刨花板和纤维板等，这些木质重组材料具有原始木材所不具备的几何性能、同一性、均匀性和曲面成形性。

单板层积材((Laminated Veneer Lumber，简称LVL)是以小径材和低质材原木为主要原料，旋切成单板，经顺纹组坯、胶合、热压成型的新型人造成材。单板层积材不仅保留了木材的天然特性，且原木本身的节子、裂纹、腐朽等缺陷随即分散在材料中，强度和其他物理性能均匀且高于原木，质量稳定。

随着木材资源的紧缺，利用人工速生林木材制作单板层积材正成为趋势，同时用木材和其它材料复合成新的木质复合材料也成为研究热点，有关数据显示：木质复合材料的抗弯强度是标准强度等级的规格材的三倍，刚度提高30％。它不仅能保持原单一组分材料各自的特性，而且可以性能互补，使材料具有优异的综合性能。人工速生林木材及木质复合材料应用是缓解木材资源紧张并提升木材产业结构的有效途径之一。

以杨木为基础制造单板层积材，不仅发挥了其自身优点，克服了杨木本身材质和加工上的缺陷，强度和其它物理力学性能均高于杨木本身，同时，出材率较高，经济效益显著；相比原木，单板层积材更有可能制造大尺寸结构构件。但单板层积材的受拉强度不高，国许多单板层积材生产企业只能生产非结构用杨木单板层积材作为包装材料，影响杨木单板层积材的使用范围。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述不足，提供一种可制成大尺寸构件、重量轻、受力强度高的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件。

本发明采用的技术方案如下：

一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件，其特征是它是由杨木旋切片和碳纤维布交错层叠胶合而成。

所述杨木旋切片的厚度小于2mm。

所述杨木旋切片与碳纤维布之间通过环氧树脂胶粘合。

上述碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是：

将意杨木材制成杨木旋切片，木片厚度在2mm以下；

将杨木旋切片的双面涂上酚醛树脂脂，碳纤维布浸渍环氧树脂胶；

将杨木旋切片与碳纤维布交错层叠胶合；

在140℃、1.0MPa、1min/mm条件下冷压24小时以上；

将冷压后的产品制成垂直于胶缝受力梁构件或平行于胶缝受力梁构件。

所述旋切木片在涂胶之前制备过程为：小径原木→截断→木段软化→剥皮→单板旋切→剪板→干燥→单板斜面搭接。

所述杨木旋切片的双面涂胶量为320g/m²。

碳纤维布的双面涂胶量为300g/m²。

意杨旋切片干燥时的温度为150-200℃，控制含水率在5％以下。

本发明的有益效果有：

充分发挥了碳纤维布和意杨单板层积材的优点，极大地提高了意杨材料的力学性能，提高了杨木生产附加值及科技含量，大大拓展了意杨的应用领域。并且碳纤维布包裹在木材内部，避免碳纤维布外贴时常见的锚固失效及剥离破坏等问题，碳纤维布强度更能充分发挥，从而可以制成大型木结构构件，解决了目前无法生产大型木结构构件的问题。

附图说明

图1为本发明杨木旋切片与碳纤维布复合的结构示意图。

图2为本发明垂直于胶缝受力梁时的生产工艺示意图。

图3为本发明平行于胶缝受力梁时的生产工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明：

如图1所示，本发明是碳纤维布与杨木旋切片可以采用铺层法组坯，使用冷压成型工艺加工制造，将杨木旋切片1和碳纤维布2相互层叠胶合而成，通过它们的组合，极大地提高了意杨材料的力学性能。所述杨木旋切片1的厚度小于2mm，并且杨木旋切片1与碳纤维布2之间通过环氧树脂胶粘合。

用碳纤维布增强单板层积材，生产时，先按照单板层积材生产工艺生产单板层积材薄板，根据结构构件尺寸锯解成相应长度、宽度的单板层积材板，再采用与单板层积材板叠合方法解决厚度问题，叠合时铺设碳纤维布。为确保碳纤维布与杨木单板粘结可靠，叠合部位碳纤维布粘贴及杨木单板层积材之间的粘接均使用环氧树脂胶，叠合过程因采用环氧树脂胶不能采用热压工艺(根据混凝土结构加固经验，环氧树脂胶遇高温强度会降低甚至融化)应采用冷压工艺。调整后的工艺流程见图2、图3。

小径原木→截断→木段软化→剥皮→单板旋切→剪板→干燥→单板斜面搭接→涂胶→配坯-→预压→高频热压胶合→锯边→砂光→根据构件设计要求锯解→单板层积材薄板→叠合面涂环氧树脂胶→叠合(之前先将碳纤维布裁剪→碳纤维布涂环氧胶浸渍，再与单板层积材薄板叠合)→冷压→构件成品。

根据上述工艺生产试验用结构构件，相关生产工艺参数如下：

1)木材：为确保其强度均匀性，对单板层数有严格要求，特级要求在12层以上，1级在9层以上，2级在6层以上。采用木材单板为江苏北部沭阳的意杨旋切木片，单板名义厚度为2.0mm，实测平均厚度1.7mm，制作构件厚度为150mm和300mm两种，单板层数达70层以上。

2)胶粘剂：杨木单板胶粘剂为酚醛树脂胶，涂胶量均约320g/m²(双面)。叠合层采用环氧树脂胶，碳纤维布浸渍后铺设，涂胶量均约300g/m²(双面)。

3)单板接长：结构用单板层积材要求相邻层单板接头错开的距离要大于板坯中最厚单板厚度的30倍，结合实际情况确定的距离为80mm。

3)热压：140℃，1.0Mpa，1min/mm。叠合冷压时间：24小时。

4)养护：因叠合采用环氧树脂类胶粘剂，冷压后应养护72小时后使用。

本发明中意杨旋切片在进行高频热压胶合之前的干燥温度为150-200℃，控制含水率在5％以下，可以防止热压时发生鼓泡。

本发明其它未说明部分与现有技术相同。

Claims (8)

1.一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件，其特征是它是由杨木旋切片(1)和碳纤维布(2)交错层叠胶合而成。

2.根据权利要求1所述的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件，其特征是所述杨木旋切片(1)的厚度小于2mm。

3.根据权利要求1所述的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件，其特征是所述杨木旋切片(1)与碳纤维布(2)之间通过环氧树脂胶粘合。

4.一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是：

将意杨木材制成杨木旋切片，木片厚度在2mm以下；

将杨木旋切片的双面涂上酚醛树脂脂，碳纤维布浸渍环氧树脂胶；

将杨木旋切片与碳纤维布交错层叠胶合；

在140℃、1.0MPa、1min/mm条件下冷压24小时以上；

将冷压后的产品制成垂直于胶缝受力梁构件或平行于胶缝受力梁构件。

5.根据权利要求4所述的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是旋切木片在涂胶之前制备过程为：小径原木→截断→木段软化→剥皮→单板旋切→剪板→干燥→单板斜面搭接。

6.根据权利用要求4所述的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是杨木旋切片的双面涂胶量为320g/m²。

7.根据权利要求4所述的纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是碳纤维布的双面涂胶量为300g/m²。

8.根据权利要求5所述的碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件的加工方法，其特征是意杨旋切片干燥时的温度为150-200℃，控制含水率在5％以下。

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