[發(fā)明專利]一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法

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• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106752020A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李飛;郝美榮;胡英成
• 申請（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08L97/02
• 分類號: C08L97/02;C08L61/06;C08L63/00;B29C70/30;B29C35/02
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于輕質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種提高木質(zhì)材料強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體涉及一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)木質(zhì)材料在實(shí)際工程領(lǐng)域中更多的是使用其建筑結(jié)構(gòu)承重、裝修與裝飾、綜合剩余利用的功能，很少考慮將其輕質(zhì)高強(qiáng)化使用，從傳統(tǒng)的細(xì)木工板芯層使用低密度木條填充實(shí)現(xiàn)減重，到空心刨花板利用板材中的孔洞實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化的同時不改變強(qiáng)度，再到目前木塑復(fù)合材料通過木粉與塑料復(fù)合后擠出所需形狀實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性同時兼具輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)良特性。

通過上述介紹可知復(fù)合材料的特點(diǎn)之一就是具有高的比強(qiáng)度和比模量，所謂比強(qiáng)度和比模量分別就是其強(qiáng)度(σ)和模量(E)與其密度(ρ)的比值，麻和竹等高性能植物纖維具有復(fù)合材料的該性能特點(diǎn),遵循復(fù)合材料的設(shè)計原理，植物纖維適宜做復(fù)合材料的增強(qiáng)相。另一方面高性能植物纖維是一種豐富的、生長期短的可再生資源，并且是一種價廉的可降解有機(jī)纖維,目前植物纖維開發(fā)利用程度低，作為農(nóng)業(yè)廢料并未得到很好的開發(fā)利用，除國內(nèi)麻類纖維用于衣物紡織早已商業(yè)化之外，其他領(lǐng)域應(yīng)用極少，因此植物纖維在我國發(fā)展?jié)摿薮?，綜上植物纖維的工業(yè)利用利于環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)發(fā)展。

植物纖維作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相在國外以德國BASF公司的研究工作為例，采用黃麻、劍麻和亞麻纖維作為增強(qiáng)材料，與聚丙烯等熱塑性塑料復(fù)合，制備出天然纖維增強(qiáng)熱塑性塑料氈復(fù)合材料(NMTS)，國內(nèi)連續(xù)竹增強(qiáng)復(fù)合材料目前以模壓板材為主，以竹片為增強(qiáng)相，多以脲醛樹脂或酚醛樹脂為粘結(jié)基體相；東華大學(xué)、中山大學(xué)等進(jìn)行了苧麻、劍麻纖維增強(qiáng)樹脂的研究開發(fā)工作，主要在探索研究階段。綜合以上關(guān)于植物纖維復(fù)合材料的研究，可知使用其作為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件研究有所不足。

發(fā)明內(nèi)容：

發(fā)明目的：本發(fā)明主要針對上述問題，提出一種可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、力學(xué)性能好的植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及其制備方法。

技術(shù)方案：一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是以植物纖維和樹脂膠液為原料采用硅橡膠軟模上的纏繞方法經(jīng)固化脫模得到由肋條構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述復(fù)合材料是以植物纖維作為增強(qiáng)體，以樹脂作為基體，將植物纖維充分浸潤樹脂膠液得到的。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述植物纖維包括黃麻纖維、苧麻纖維、亞麻纖維、菠蘿麻纖維、劍麻纖維和竹麻纖維中的一種，將以上纖維單向捻成直徑3～5mm的連續(xù)纖維束。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述樹脂膠液包括酚醛樹脂、脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和聚氨酯樹脂中的一種。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述硅橡膠軟模是由橫向木條和與橫向呈60°、120°的木條等距排列制成帶有凹槽的木模上室溫下澆注液體硅橡膠經(jīng)室溫固化制成，硅橡膠軟模凸起正三角形硅橡膠塊。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述纏繞方法是將硅橡膠軟模與芯模固定，硅橡膠軟模凹槽涂刷脫模劑硅油，復(fù)合材料通過纏繞機(jī)或手工引導(dǎo)按硅橡膠軟模凹槽走向進(jìn)行纏繞，同時纏繞過程中需要補(bǔ)充樹脂膠液，直至將硅橡膠軟模凹槽填實(shí)填滿，在最外層包覆硅橡膠薄片將整體固定。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述固化脫模方法為將模具整體放入真空干燥箱中抽真空100～250攝氏度固化2～4h，冷卻2～4h之后將芯模、硅橡膠薄片去掉，將肋條從硅橡膠軟模中分離取出，得到點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

所述的一種植物纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的肋條厚度t為3mm～25mm，肋條寬度w為5mm～20mm，同一取向的相鄰肋條間距a為30mm～300mm。

有益效果：合理開發(fā)利用植物纖維高比強(qiáng)度和比模量特點(diǎn)，植物纖維與樹脂相互復(fù)合，樹脂起到傳遞應(yīng)力、固定纖維的作用，單向纖維主要起到承載荷載作用；結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空具有更大的利用空間從而達(dá)到節(jié)約材料、安置功能化器件等目的；可以通過改變硅橡膠軟模凹槽深度、硅橡膠塊間距、木模木條取向角度等參數(shù)滿足不同承載條件下使用需求，設(shè)計不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)網(wǎng)格獲得最大承載效率，達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的目的。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式實(shí)施例1的木模幾何尺寸平面圖；