[發明專利]等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法

在審

• 申請號: 201911209919.0
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111015847A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 周曉燕;張偉;陳敏智;陳衛民;楊培;曹倚中;湯淼;李興會
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B27D1/08
• 分類號: B27D1/08;B27D1/10;B27D5/00;B27G11/00;B27K5/00;B27H1/00
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1.等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法，其特征在于：所述的等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木是按以下步驟制備的：

步驟一：單板制備：先將原木截成木段，再經軟化處理以提高木材塑性，保證單板厚度均勻一致，表面光潔，而后剝去樹皮，確定木段旋切回轉中心，經旋切成木質單板；

步驟二：單板干燥：為確保單板層積彎曲膠合的質量，單板須經干燥處理，干燥后的含水率控制在6～12％；

步驟三：單板膠拼：根據層積彎曲膠合木使用場合的形狀和尺寸，可以通過對單板進行剪切、膠拼以達到要求的寬度和長度，單板縱向接長：將干燥后的單板經縱橫齊邊處理后，在沿單板紋理方向的兩端銑出斜面，斜率為1∶6至1∶12，在單板一端的斜面上涂上脲醛樹脂膠黏劑，將兩張單板的斜面對接后放于單板接長機中加熱使斜面處的膠黏劑固化，單板沿木材順紋方向縱向接長，單板橫向拼寬：將干燥后的單板經縱橫齊邊處理后，在垂直于單板紋理方向采用熱融膠線將單板拼接成規定寬度；

步驟四：單板涂膠：采用機械輥涂的方式在單板表面涂布膠粘劑，單面涂膠量為150～220g/m²，取決于膠種、樹種和單板厚度等，固化劑氯化銨添加量為0.3～1％，在膠粘劑中加入5～10％的工業面粉作填料；

步驟五：碳纖維等離子體改性處理：采用射流型大氣壓低溫等離子體對碳纖維表面進行改性處理，將碳纖維平鋪于射流型大氣壓低溫等離子體設備下方的移動工作臺之上，調節處理功率至3～7.5kW，調節移動工作臺的運動速度至8～20m/min，打開等離子體電源，在大氣壓狀態下，使腔體中的氣體被電離產生低溫等離子體，借助氣流將低溫等離子體輸送到腔體外，當等離子體與碳表面相遇時，對其表面產生物理刻蝕作用，并在其表面引入大量的極性化學官能團，處理結束后，按上述步驟處理碳纖維的另外一面；

步驟六：層積彎曲膠合木局部增強結構設計：采用有限元對不同形狀和尺寸的層積彎曲膠合木進行模擬分析，找出承載最薄弱的節點，針對這樣的節點通過鋪設等離子體改性的碳纖維進行局部增強；

步驟七：組坯：根據層積彎曲膠合木形狀與尺寸，合理配置單板層數和方向，多層單板之間為縱向順紋層疊，單板層數根據彎曲膠合木的設計厚度、單板厚度以及彎曲膠合時的壓縮率確定，組坯時，單板背面處于凸面方向，正面處于凹面位置，為有效提高木材利用率，在層積彎曲膠合木承載最薄弱節點處上下兩表面的次表層各鋪設一層等離子體改性碳纖維，為確保碳纖維與木材的界面結合力，在碳纖維表面涂布膠粘劑，單面涂膠量為150～220g/m²，所用膠粘劑與單板所用膠粘劑相同；

步驟八：彎曲膠合成型：將層積彎曲膠合木板坯放于模具中，采用高頻熱壓進行彎曲膠合成型；

步驟九：冷卻陳放：為使膠合后的彎曲膠合木內部溫度與應力進一步均勻，減少變形，從模具上卸下的彎曲膠合木必須放置4～6個晝夜，使形狀充分穩定后才能進行后期加工。

2.根據權利要求1所述的等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法，其特征在于：步驟一所述的單板厚度為0.5～3mm，單板的厚度偏差小于±0.05mm。

3.根據權利要求1所述的等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法，其特征在于：步驟二所述的單板干燥，當單板厚度較小時(厚度小于2mm)，可直接采用網帶式干燥機進行干燥，當單板較厚時(厚度大于等于2mm)，先用輥筒干燥機或網帶式干燥機對木質單板進行噴氣預干燥，而后用熱板干燥機在一定壓力條件下將木質單板干燥至目標含水率范圍，熱板干燥壓力控制在0.1～0.3MPa。

4.根據權利要求1所述的等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法，其特征在于：步驟三所述的木質單板縱向接長時，脲醛樹脂膠黏劑用量為100～120g/m²，加熱溫度為100～120℃。

5.根據權利要求1所述的等離子體改性碳纖維局部增強層積彎曲膠合木的制造方法，其特征在于：步驟四所述的單板涂膠所用膠粘劑為脲醛膠、三聚氰胺改性脲醛膠、脲醛膠與乳白膠的混合膠、酚醛膠中的一種。