木質工程複合材料點陣夾芯結構的製作方法

2024-03-29 04:23:05

木質工程複合材料點陣夾芯結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種木質工程複合材料點陣夾芯結構，它包括有面板一（1）、芯層（2）、面板二（3），面板一（1）、芯層（2）、面板二（3）經榫接並膠合而成，芯層（2）包括點陣結構（4）以及點陣結構（4）填充在內的填充物，用纖維增強材料通過膠黏劑膠合進行部分增強。點陣結構（4）按照合理的單元規格設計周期性地分布於芯層。本發明不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷、質輕、比強度和比剛度高，而且賦予木質工程複合材料多功能化的特點，可廣泛運用於建築工程、車體工程、橋梁工程等既需要結構承載又需要多功能化要求的領域。
【專利說明】木質工程複合材料點陣夾芯結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及建築材料，尤其是涉及一種木質工程複合材料點陣夾芯結構。
【背景技術】
[0002]本發明以複合材料設計學為理論依據，從結構與功能一體化設計的思路出發，將點陣結構應用於木質工程複合材料的結構設計中，製備出高性能木質工程複合材料，它不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，而且賦予木質工程複合材料多功能化的特點，可廣泛運用於建築工程、車體工程、橋梁工程等既需要結構承載又需要多功能化要求的領域。
[0003]集成材、工字梁及單板層積材等是已經廣泛應用的木質工程材，也是「劣材優用」的典型產品，雖然這些傳統的木質工程材可以在一定程度上克服木材固有的一些缺點，拓寬木材的應用領域，使木材資源得到高效利用，然而其相對較低的強度及剛度，較大的自重，較高的價格，這些不足的存在仍然在一定範圍內限制了它們的應用，在一些要求自重輕且強度高的場合中無法與其他建築材料競爭。
[0004]以木質材料製備夾芯結構複合材料，芯層多採用蜂窩結構、或泡沫材料、或輕質的木質材料，少有涉及其他的芯子結構形式。在國內多以研究夾芯結構板材的功能性或裝飾性為主；由於在日本及歐美木結構房屋較多，國外多以研究材料的力學性能為主。
[0005]點陣結構屬於多孔結構，多孔結構存在於許多天然材料中，如木材、珊瑚和骨頭等，其顯著的優點就是能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，並且點陣夾芯結構材料已成為當前國際上認為最有應用前景的新一代先進、輕質、強韌材料。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是克服木材固有的一些缺點，拓寬木材的應用領域。從結構與功能一體化設計的思路出發，將點陣結構應用於木質工程複合材料的結構設計中，製備出高性能木質工程複合材料，它不但能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷，而且賦予木質工程複合材料多功能化的特點，可廣泛運用於建築工程、車體工程、橋梁工程等既需要結構承載又需要多功能化要求的領域。
[0007]為了解決上述存在的技術問題，本發明是採用下述技術方案實現的:
[0008]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於它包括有面板一、芯層、面板二，面板一、芯層、面板二經榫接並膠合而成，芯層包括點陣結構以及點陣結構填充在內的填充物，用纖維增強材料通過膠黏劑膠合進行部分增強。
[0009]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的點陣結構是由面板一、面板二和芯層的點陣柱構成，芯層的點陣柱連接著面板一、面板二構成一個整體。
[0010]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的榫接是按照不同點陣結構的單元規格設計在面板一、面板二上開榫，且開榫深度為面板厚度的三分之一至三倍。[0011]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的填充物選自聚氨酯泡沫板、玻璃棉層、石墨、橡膠、石膏、聚苯乙烯泡沫板、巖棉、活性碳或碳黑
[0012]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的面板一選自實木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
[0013]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的面板二選自實木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
[0014]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的膠黏劑選自環氧樹脂、不飽和聚酯、異性酸酯、脲醛樹脂、聚氨酯、環氧-酚醛樹脂、酚醛樹脂或乳白膠與水溶性高分子異性酸酯的雙組份膠。
[0015]本發明的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的纖維增強材料選自玻璃纖維編織布、玻璃纖維網格布、玻璃纖維拉擠型材、碳纖維編織布、碳纖維網格布、碳纖維拉擠型材、玄武巖纖維編織布、玄武巖網格布、芳綸纖維編織布或芳綸纖維網格布。
[0016]所述的點陣結構，其特徵在於:所述的點陣柱的材料選自圓棒榫、玻璃纖維棒材、碳纖維棒材或金屬棒材。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發明能夠長期承受很大的靜載荷和周期載荷、質輕、比強度和比剛度高，克服了傳統木質工程複合材料相對較低的強度及剛度，較大的自重，較高的價格這些缺點。
[0019]2、本發明點陣結構中的填充物不僅提高了結構的強度，而且還賦予了其多功能化(隔熱保溫、吸音隔聲、吸振防震、耐疲勞、電磁屏蔽等)的特點。
[0020]3、本發明保留了木材本身自然美觀、質感舒爽等環境協調性能；點陣夾芯結構材料已成為當前國際上認為最有應用前景的新一代先進、輕質、強韌材料，說明其具有極高的利用價值和廣闊的市場前景。
[0021]本發明可以廣泛運用於建築工程、車體工程、橋梁工程等既需要結構承載又需要多功能化要求的領域，符合當前資源節約型社會發展的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是木質工程複合材料直柱型點陣夾芯結構整體圖；
[0023]圖2是木質工程複合材料直柱型點陣夾芯結構的單胞圖；
[0024]圖3是木質工程複合材料斜柱型點陣夾芯結構整體圖；
[0025]圖4是木質工程複合材料斜柱型點陣夾芯結構單胞圖；
[0026]圖5是木質工程複合材料斜柱型點陣夾芯結構榫接方式一的剖面圖；
[0027]圖6是木質工程複合材料斜柱型點陣夾芯結構榫接方式二的剖面圖；
[0028]圖7是木質工程複合材料四面體型點陣夾芯結構整體圖；
[0029]圖8是木質工程複合材料四面體型點陣夾芯結構單胞圖；
[0030]圖9是木質工程複合材料金字塔型點陣夾芯結構整體圖；
[0031]圖10是木質工程複合材料金字塔型點陣夾芯結構單胞圖；
[0032]圖11是木質工程複合材料戈薇型點陣夾芯結構整體圖；
[0033]圖12是木質工程複合材料戈薇型點陣夾芯結構單胞圖。【具體實施方式】
[0034]實施例一:
[0035]如圖1所示，一種木質工程複合材料直柱型點陣夾芯結構，它包括有面板一、芯層、面板二，面板一、芯層、面板二經榫接並膠合而成。
[0036]芯層包括直柱型點陣結構以及直柱型點陣結構填充在內的填充物，用纖維增強材料通過膠黏劑膠合進行部分增強。
[0037]直柱型點陣結構按照其單元規格設計周期性地分布於芯層。如圖2所示，直柱型單元規格設計為:長l=32*n mm、寬b=32*n mm、高(h)為面板厚度的3?10倍，n=l?10。按照直柱型的單元規格設計在面板一、面板二上開榫，榫槽直徑為6?50mm、榫槽深度為面板厚度的1/3?2/3倍，將點陣柱沾布膠黏劑後插入面板一，然後將面板一及點陣柱插入面板二，芯層的填充物為聚氨酯泡沫板。最後用纖維增強材料通過膠黏劑膠合面板一、面板二的邊緣，並施加壓力定型。直柱型點陣夾芯結構的平壓性能優異，填充物-聚氨酯泡沫板增強了其保溫隔熱功能，性價比高、節約資源，適用於木結構的地板等受垂直載荷較大的部件。
[0038]點陣柱的材料採用圓棒榫；面板一、面板二均採用單板層積材；纖維增強材料採用玻璃纖維編織布；膠黏劑採用環氧樹脂。
[0039]實施例二:
[0040]如圖3所示，本實施例與實施例一的區別在於:其點陣結構為斜柱型，如圖4所示，點陣柱與面板二成角度w，w=20°?70°，斜柱型單元規格設計:高h為面板厚度的3?10倍、長l=2*h/sin w+10mm、寬b=32*n mm, n=l?10。榫接方式有兩種，一種是一半開榫深度統一，另一半則將鑽通面板，將較短的點陣柱沾布膠黏劑插入面板一、面板二上相應的榫槽，然後將較長的點陣柱插入面板一、面板二上相應的榫槽，點陣柱的直徑略大於榫槽；另外一種是開榫深度全部統一，將沾布膠黏劑的點陣柱與面板一、面板二以及填充物構成一個整體，其剖面如圖5和圖6所示。芯層的填充物為巖棉。斜柱型點陣夾芯結構較直柱型點陣夾芯結構，長度方向上的剪切性能得到提高，填充物-巖棉增強了該結構隔熱保溫的能力，可以用作木結構的樓板、牆體等。
[0041]點陣柱的材料採用實木圓棒榫；面板一、面板二均採用集成材；纖維增強材料採用碳纖維編織布；膠黏劑採用環氧-酚醛樹脂。
[0042]實施例三:
[0043]如圖7所示，本實施例與實施例二的區別在於:其點陣結構為四面體型，點陣柱與面板二成角度w，w=20°?70°。如圖8所示，四面體型單元規格設計:高h為面板厚度的3?10倍、長l=hcos30° /sin w+10mm、寬b=h/sin w+10mm。芯層的填充物為碳黑。四面體點陣夾芯結構較斜柱型點陣夾芯結構進一步提升了剪切性能，填充物-碳黑為其增加了電磁屏蔽的功能，可以用於需要電磁屏蔽功能的特殊結構中。
[0044]點陣柱的材料採用玻璃纖維棒材；面板一、面板二均採用實木鋸材；纖維增強材料採用碳纖維網格布；膠黏劑採用酚醛樹脂。
[0045]實施例四
[0046]如圖9所示，本實施例與實施例二的區別在於:其點陣結構為金字塔型，點陣柱與面板二成角度w,w=20°?70°。如圖10所示,金字塔型單元規格設計:高h為面板厚度的3 ?10 倍、長 l=2*h*tan w*tan45° +10mm、寬 b=2*h*tan w*tan45° +1 Omnin 芯層的填充物為活性碳。金字塔型點陣夾芯結構較四面體型點陣夾芯結構，力學性能更好，填充物-活性碳為其增加了淨化空氣的功能，可以用於木結構中的牆體、樓板或者車體工程。
[0047]點陣柱的材料採用碳纖維棒材；面板一、面板二均採用定向刨花板；纖維增強材料採用芳綸纖維編織布；膠黏劑採用異性酸脂。
[0048]實施例五:
[0049]如圖11所示，本實施例與實施例一的區別在於:其點陣結構為戈薇型，如圖12所示，戈薇型單元規格設計:高h為面板厚度的3?10倍、長l=32*n mm、寬b=32*n mm,n=l?10。芯層的填充物為石膏。戈薇型點陣夾芯結構各項力學性能優異，填充物-石膏增強了其防火性能。
[0050]點陣柱的材料採用金屬棒材；面板一、面板二均採用重組材；纖維增強材料採用玄武巖纖維網格布；膠黏劑採用不飽和聚酯。
[0051]應當指出，對於經充分說明的本發明來說，還可以具有多種變換及改動的實驗方案，並不局限於上述實施方式的具體實施例。上述實施例僅僅作為本發明的說明，而不是對本發明的限制。總之，本發明的保護範圍應包括那些對於本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
【權利要求】
1.木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於它包括有面板一(I)、芯層(2)、面板二(3)，面板一(I)、芯層(2)、面板二(3)經榫接並膠合而成，芯層(2)包括點陣結構(4)以及點陣結構(4 )填充在內的填充物，用纖維增強材料通過膠黏劑膠合進行部分增強。
2.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的點陣結構是由面板一(I)、面板二(3)和芯層(2)的點陣柱構成，芯層(2)的點陣柱連接著面板一(I)、面板二(3)構成一個整體。
3.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的榫接是按照不同點陣結構(4)的單元規格設計在面板一(I)、面板二(3)上開榫，且開榫深度為面板厚度的三分之一至三倍。
4.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的填充物選自聚氨酯泡沫板、玻璃棉層、石墨、橡膠、石膏、聚苯乙烯泡沫板、巖棉、活性碳或碳黑。
5.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的面板一(I)選自實木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
6.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的面板二(3)選自實木鋸材、膠合板、單板層積材、集成材、定向刨花板、密度纖維板或重組材。
7.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的膠黏劑選自環氧樹脂、不飽和聚酯、異性酸酯、脲醛樹脂、聚氨酯、環氧-酚醛樹脂、酚醛樹脂或乳白膠與水溶性高分子異性酸酯的雙組份膠。
8.根據權利要求1所述的木質工程複合材料點陣夾芯結構，其特徵在於:所述的纖維增強材料選自玻璃纖維編織布、玻璃纖維網格布、玻璃纖維拉擠型材、碳纖維編織布、碳纖維網格布、碳纖維拉擠型材、玄武巖纖維編織布、玄武巖網格布、芳綸纖維編織布或芳綸纖維網格布。
9.根據權利要求2所述的點陣結構，其特徵在於:所述的點陣柱的材料選自圓棒榫、玻璃纖維棒材、碳纖維棒材或金屬棒材。
【文檔編號】B32B3/22GK103879050SQ201410128565
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】金明敏, 胡英成 申請人:東北林業大學