CN109465942B - 三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法 - Google Patents

三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法。该竹质复合材主要由径向竹篾单元通过浸胶和热压成型制备得到，径向竹篾单元包含竹黄和竹青，该竹质复合材的上下表面具有随机分布的纵向沟槽，形成三维立体浮雕表面，竹质复合材的内部具有随机分布的空隙。制造方法包括径向竹篾单元制备、竹篾单元浸胶和干燥、干燥浸胶竹篾平衡处理、组坯与热压成型、防护及养护处理。本发明的竹质复合材及制造方法可以实现竹材资源的全部利用，资源利用率高，生产成本低，具有立体浮雕装饰效果等显著特点，保温隔热性能好，能广泛应用于建筑工程、室内外装饰等领域，尤其适用于室内建筑隔墙的制造。

Description

三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法
技术领域
本发明属于竹质复合新材料技术领域，涉及一种竹质复合新材料及其制造方法，具体涉及一种三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法。
背景技术
竹材是我国最重要的森林资源，我国竹材资源丰富，竹材种植面积和蓄积量位居世界首位，素有竹子王国之称。与木材相比，竹材具有强度大、生长和更新速度快，竹材采伐不仅不会破坏生态环境，更有利于竹林生长等显著特点。因此，开发利用竹材资源对减少木材资源采伐，保障木材和生态安全，满足人民对绿色家居用材的需要具有不可替代的作用。目前，我国竹质产品众多，其中重组竹是近年来出现的最具有代表性的产品。重组竹由于具有材料利用率较高、密度和强度大，适合规模化工业生产等原因，使得重组竹制造已经成为我国规模化、高附加值开发利用竹材资源的一条重要途径。但现有重组竹也存在竹材利用率有待进一步提高(竹青和竹黄还没有利用)、产品密度过大(资源利用不尽合理)、质量不够稳定(竹束单元尺寸偏差较大，使得浸泡和板坯密度分布不均匀)，产品生产成本高，产品应用领域较窄(主要用在家具制造、室内外装饰领域，而在结构工程领域较少)等问题。因此，如何充分利用现有竹材资源，开发材料利用率高、生产成本较低、装饰效果好、应用领域广的竹质新材料具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别是针对现有的重组竹质复合材料不能完全实现全竹利用、生产成本较高、装饰效果单一、应用领域受限的不足，本发明提供了一种三维立体表面高强竹质复合材及其制造方法，采用该方法可以实现竹材资源的全部利用，采用本发明生产的新竹复合材料具有资源利用率高、生产成本低、具有立体浮雕装饰效果等显著特点，保温隔热性能好，能广泛应用于建筑工程、室内外装饰等领域，尤其适用于室内建筑隔墙的制造。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种三维立体表面高强竹质复合材，所述竹质复合材主要由径向竹篾单元通过浸胶和热压成型制备得到，所述径向竹篾单元的厚度介于0.4mm～1.0mm之间，包含竹黄和竹青，所述竹质复合材的密度介于0.6g/cm3～0.8g/cm3之间，所述竹质复合材的静曲强度介于140MPa～200MPa之间，所述竹质复合材的上下表面具有随机分布的纵向沟槽，形成三维立体浮雕表面，所述竹质复合材的内部具有随机分布的空隙，以提高竹质复合材的保温隔热和隔声性能。
上述的三维立体表面高强竹质复合材中，优选的，所述浸胶采用的胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂；所述空隙的直径≤8mm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，包括以下步骤：
(1)径向竹篾单元制备：将竹筒剖分为厚度0.4mm～1.0mm、包含竹青和竹黄的径向竹篾单元，然后将径向竹篾单元干燥至含水率介于20％～30％之间；
(2)竹篾单元浸胶和干燥：将干燥后的径向竹篾单元进行浸胶处理，所用胶黏剂为固体含量20％～25％的酚醛树脂胶黏剂，浸胶时间为15min～30min，得到浸胶竹篾单元，浸胶处理后进行沥胶处理，待浸胶竹篾单元表干后进行干燥处理，干燥至含水率为8％～15％之间；
(3)干燥浸胶竹篾平衡处理：将干燥后的浸胶竹篾单元进行平衡处理，使不同竹篾单元之间、同一竹篾单元的不同部位具有基本相同的含水率，平衡温度在28℃～35℃之间，相对湿度控制在50％以下，平衡处理2周～4周；
(4)组坯与热压成型：将平衡处理后的浸胶竹篾单元在热压垫板上进行组坯处理，在组坯过程中，使竹篾单元端部对齐，在板坯宽度方向和厚度方向上尽量分布均匀，板材密度控制在0.6g/cm3～0.8g/cm3，将组坯后的板坯连同垫板一同进行热压处理，热压温度控制在130℃～160℃，热压时间控制在15min～30min，热压压力通过厚度控制，得到成型板坯；
(5)防护及养护处理：采用糠醇复配溶液对成型板坯上下表面进行涂敷处理，涂敷量介于100g/m2～300g/m2，然后将成型板坯堆垛，再进行养护处理，养护处理时间为2周～4周，得到三维立体表面高强竹质复合材。
上述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法中，优选的，所述制造方法还包括步骤(6)机加工处理：对养护处理后的三维立体表面高强竹质复合材进行机加工，将其加工成规格材。
上述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法中，优选的，所述步骤(5)中，所述糠醇复配溶液由糠醇、马来酸、硼砂和水组成，按质量分数计，糠醇20％～50％，马来酸1％～2％，硼砂1％～2％，其余为水。
上述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法中，优选的，所述步骤(1)中，采用径向剖篾机对长度为1～2米的竹筒进行剖分，采用大气干燥法、太阳能干燥法或常规湿空气干燥法对径向竹篾单元进行干燥。
上述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述沥胶的时间为30min～50min，所述干燥处理时的干燥温度低于70℃。
上述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法中，优选的，所述步骤(5)中，将成型板坯堆垛时，上下层板坯之间用厚度为15mm～25mm、宽度为25mm～35mm，长度比堆垛宽度长10cm～15cm的隔条隔开，同层板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为30cm～50cm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的三维立体表面高强竹质复合材在生产过程中采用包含竹青和竹黄的径向竹篾为构成单元，实现了竹材资源的全量利用，具有资源利用率高的优点；本发明的竹质复合材料完整保留了竹材的原有单元结构和力学强度，与现有重组竹相比，具有强度高、密度低、保温隔热和隔声性能好等优点。本发明的产品密度较低，生产成本较低；竹质复合新材料具有随机分布的纵向沟槽，且材料内部具有随机分布的空隙，使得材料具有立体浮雕的独特装饰效果和优良的保温隔热和隔声性能，能广泛应用于建筑工程、室内外装饰等领域，尤其适用于室内建筑隔墙的制造。极大拓展了竹材应用领域和产品附加值。
附图说明
图1为本发明实施例中三维立体表面高强竹质复合材的外观图。
图2为本发明实施例中三维立体表面高强竹质复合材的表面图。
图3为本发明实施例中三维立体表面高强竹质复合材的横截断面图。
图4为本发明实施例中三维立体表面高强竹质复合材的纵剖面图。
图例说明：
1、表面沟槽；2、横断面孔隙；3、纵断面沟槽。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的三维立体表面高强竹质复合材，该竹质复合材主要由径向竹篾单元通过浸胶和热压成型制备得到，径向竹篾单元的厚度为0.5mm，包含竹黄和竹青，竹质复合材的密度为0.7g/cm3，静曲强度达到156MPa，竹质复合材的上下表面具有随机分布的纵向沟槽，形成三维立体浮雕表面，竹质复合材的内部具有随机分布的空隙(空隙直径≤8mm)，以提高竹质复合材的保温隔热和隔声性能。浸胶所采用的胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。与现有重组竹相比，本发明的三维立体表面高强竹质复合材具有强度高、密度低、保温隔热和隔声性能好等优点。
一种上述本实施例的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，包括以下步骤：
(1)径向竹篾单元制备：采用径向剖篾机将长度为1.92米的竹筒剖分为厚度为0.5mm、包含竹青和竹黄的径向竹篾单元，采用太阳能干燥方法将其干燥到含水率约为25％。
(2)竹篾单元浸胶和干燥：将干燥后的径向竹篾单元放置在浸胶池中进行浸胶处理，所用胶黏剂为固体含量22％的酚醛树脂胶黏剂，浸胶时间为20min；浸胶处理后进行沥胶处理，沥胶时间约为35min；待浸胶竹篾单元表干后将其置于常规湿空气干燥窑中进行干燥处理，干燥室的温度为60℃，将其干燥到含水率约为10％左右。
(3)干燥浸胶竹篾平衡处理：将干燥后的浸胶竹篾置于恒温库中进行平衡处理，使不同竹篾单元之间，同一竹篾单元的不同部位具有基本相同的含水率(含水率偏差不超过5％)，平衡库的温度控制在32℃，相对湿度控制在40％，平衡处理3周。
(4)组坯与热压成型：将平衡处理后的浸胶竹篾在热压垫板上进行组坯处理，在组坯过程中，使竹篾单元端部对齐，在板坯宽度方向和厚度方向上尽量分布均匀，板材密度控制在0.7g/cm3，将组坯后的板坯连同垫板一同送入热压机中进行热压处理，热压温度控制在140℃，热压时间控制在20min，热压压力通过厚度规控制。
(5)防护及养护处理：采用糠醇复配溶液对成型板坯上下表面进行涂敷处理，涂敷量为150g/m2，糠醇复配溶液的质量配比为：糠醇25％，马来酸浓度1.5％，硼砂浓度1.5％，其余为水。然后将板坯堆垛，上下层板坯之间用厚度为25mm，宽度为35mm的隔条隔开，同层板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为50cm；将板坯放置在平衡库中进行养护处理，养护处理时间为3周，得到三维立体表面高强竹质复合材。
(6)机加工处理：采用裁板锯、推台锯对养护处理后的三维立体表面高强竹质复合材料进行机加工，将其加工成规格材。
上述本实施例制造的三维立体表面高强竹质复合材的外观图、表面图、横截断面图和纵剖面图分别如图1至图4所示。本实施例的三维立体表面高强竹质复合材在生产过程中采用包含竹青和竹黄的径向竹篾为构成单元，实现了竹材资源的全量利用，资源利用率高，该竹质复合材完整保留了竹材的原有单元结构和力学强度，且密度较低，生产成本低，静曲强度达到156MPa。该竹质复合新材料具有随机分布的纵向沟槽，且材料内部具有随机分布的空隙，使得材料具有立体浮雕的独特装饰效果和优良的保温隔热和隔声性能，能广泛应用于建筑工程、室内外装饰等领域，极大拓展了竹材应用领域和产品附加值。
实施例2：
一种本发明的三维立体表面高强竹质复合材，该竹质复合材主要由径向竹篾单元通过浸胶和热压成型制备得到，径向竹篾单元的厚度为0.7mm，包含竹黄和竹青，竹质复合材的密度为0.76g/cm3，静曲强度达到182MPa，竹质复合材的上下表面具有随机分布的纵向沟槽，形成三维立体浮雕表面，竹质复合材的内部具有随机分布的空隙(空隙直径≤8mm)，以提高竹质复合材的保温隔热和隔声性能。浸胶所采用的胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂。与现有重组竹相比，本发明的三维立体表面高强竹质复合材具有强度高、密度低、保温隔热和隔声性能好等优点。
一种上述本实施例的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，包括以下步骤：
(1)径向竹篾单元制备：采用径向剖篾机将长度为1.8米的竹筒剖分为厚度为0.7mm、包含竹青和竹黄的径向竹篾，采用太阳能干燥方法将其干燥到含水率约为27％。
(2)竹篾单元浸胶和干燥：将干燥后的竹篾单元放置在浸胶池中进行浸胶处理，所用胶黏剂为固体含量25％的酚醛树脂胶黏剂，浸胶时间为25min；浸胶处理后进行沥胶处理，沥胶时间约为32min；待浸胶竹篾单元表干后将其置于常规湿空气干燥窑中进行干燥处理，干燥室的温度为65℃，将其干燥到含水率约为12％左右。
(3)干燥浸胶竹篾平衡处理：将干燥后的浸胶竹篾置于恒温库中进行平衡处理，使不同竹篾单元之间，同一竹篾单元的不同部位具有基本相同的含水率，平衡库的温度控制在30℃，相对湿度控制在40％以下，平衡处理18天。
(4)组坯与热压成型：将平衡处理后的浸胶竹篾在热压垫板上进行组坯处理，在组坯过程中，使竹篾单元端部对齐，在板坯宽度方向和厚度方向上尽量分布均匀，板材密度控制在0.76g/cm3，将组坯后的板坯连同垫板一同送入热压机中进行热压处理，热压温度控制在145℃，热压时间控制在25min，热压压力通过厚度规控制。
(5)防护及养护处理：采用糠醇复配溶液对成型板坯上下表面进行涂敷处理，涂敷量200g/m2，糠醇复配溶液的质量配比为：糠醇30％，马来酸浓度1.5％，硼砂浓度1.5％，其余为水。然后将板坯堆垛，上下层板坯之间用厚度为25mm，宽度为35mm的隔条隔开，同层板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为40cm；将板坯放置在平衡库中进行养护处理，养护处理时间为22天，得到三维立体表面高强竹质复合材。
(6)机加工处理：采用裁板锯、推台锯对养护处理后的三维立体表面高强竹质复合材料进行机加工，将其加工成规格材。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，包括以下步骤：
（1）径向竹篾单元制备：将长度为1～2米的竹筒剖分为厚度0.4mm～0.7mm、包含竹青和竹黄的径向竹篾单元，竹材资源为全量利用，然后将径向竹篾单元干燥至含水率介于20%～30%之间；
（2）竹篾单元浸胶和干燥：将干燥后的径向竹篾单元进行浸胶处理，所用胶黏剂为固体含量20%～25%的酚醛树脂胶黏剂，浸胶时间为15min～30min，得到浸胶竹篾单元，浸胶处理后进行沥胶处理，待浸胶竹篾单元表干后进行干燥处理，干燥至含水率为8%～15%之间；
（3）干燥浸胶竹篾平衡处理：将干燥后的浸胶竹篾单元进行平衡处理，使不同竹篾单元之间、同一竹篾单元的不同部位具有基本相同的含水率，平衡温度在28℃～35℃之间，相对湿度控制在50%以下，平衡处理2周～4周；
（4）组坯与热压成型：将平衡处理后的浸胶竹篾单元在热压垫板上进行组坯处理，在组坯过程中，使竹篾单元端部对齐，在板坯宽度方向和厚度方向上尽量分布均匀，板材密度控制在0.6g/cm3～0.8g/cm3，将组坯后的板坯连同垫板一同进行热压处理，热压温度控制在130℃～160℃，热压时间控制在15min～30min，得到成型板坯；
（5）防护及养护处理：采用糠醇复配溶液对成型板坯上下表面进行涂敷处理，涂敷量介于100g/m2～300g/m2，然后将成型板坯堆垛，再进行养护处理，养护处理时间为2周～4周，得到三维立体表面高强竹质复合材；
所述步骤（5）中，所述糠醇复配溶液由糠醇、马来酸、硼砂和水组成，按质量分数计，糠醇20%～50%，马来酸1%～2%，硼砂1%～2%，其余为水；
所述步骤（5）中，将成型板坯堆垛时，上下层板坯之间用厚度为15mm～25mm、宽度为25mm～35mm，长度比堆垛宽度长10cm～15cm的隔条隔开，同层板坯之间相互靠拢，同层隔条之间的间隙为30cm～50cm；
所述竹质复合材由径向竹篾单元通过浸胶和热压成型制备得到，所述竹质复合材的密度介于0.6g/cm3～0.8g/cm3之间，所述竹质复合材的静曲强度介于140 MPa～200MPa之间，所述竹质复合材的上下表面具有随机分布的纵向沟槽，形成三维立体浮雕表面，所述竹质复合材的内部具有随机分布的空隙，所述空隙的直径≤8mm，以提高竹质复合材的保温隔热和隔声性能。
2.根据权利要求1所述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括步骤（6）机加工处理：对养护处理后的三维立体表面高强竹质复合材进行机加工，将其加工成规格材。
3.根据权利要求1或2所述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用径向剖篾机对竹筒进行剖分，采用大气干燥法、太阳能干燥法或常规湿空气干燥法对径向竹篾单元进行干燥。
4.根据权利要求1或2所述的三维立体表面高强竹质复合材的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述沥胶的时间为30min～50min，所述干燥处理时的干燥温度低于70℃。
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