本發(fā)明涉及的是一種高強貨車復合底梁及其制造方法，屬木材工業(yè)中的人造板制造技術領域。

背景技術：

國外的載貨汽車車廂的底板和底梁大都采用熱帶硬木（如阿必棟等）來制造，由于該類樹種的生長周期很長，一般均需50年以上，隨著原始熱帶雨林的過度開采，大徑級克隆和阿必東已出現原材料供應緊缺的局面。以印尼為例，上世紀五十年代該國森林面積為1.62億公頃，到現在只有0.95億公頃，其中原始森林毀損面積高達70%。尤其對于長2.2米，厚11cm的梁來說，而且還要求梁上無一節(jié)疤和裂縫（硬木的干燥易出裂縫），這些木材的采購和加工困難，這就需要開發(fā)其它的材料來替代，鋼梁因其重且變形后不易恢復的缺點而不被采用；塑料的強度不夠也不能利用。因此只有采用人造板來制造，為此，準備采用竹材來制造貨車底梁，世界竹子中性能最優(yōu)良、利用價值最高的毛竹約90％分布在中國，為工業(yè)化利用提供了得天獨厚的優(yōu)勢。利用竹材高強度的力學性能，通過合理的結構設計，來滿足載貨汽車底梁的密度不能太高又有高強度的性能。

近幾年來，竹板材的使用越來越多，但由于竹簾制造過程中采用劈蔑機來加工，這種機械只能對竹壁大約對剖，厚度不均，效率低，生產時需要采用冷進冷出的熱壓工藝，耗時耗能源。采用碾壓竹束簾來制造，由于碾壓竹束簾的厚薄不均，也需要采用冷進冷出熱壓工藝，且由于兩竹束邊部不齊，有拼接縫隙，影響了強度和板材美觀，也需要改進。現有一種新技術可以將新鮮竹材，在溫度為160～190℃的飽和蒸汽罐中，利用高溫蒸汽的快速加熱和濕熱熱處理，此時半纖維素在如此高的溫度和濕度下迅速水解和熱解，達到短時間將維管束之間結合力減弱的目的，取出后將其將竹纖維束之間分離開來，其長束竹纖維的直徑為0.25-0.60mm，再將其通過編織機，編織成一定厚度的竹纖維簾，將其浸漬膠粘劑后，經過脫水和干燥，作為表背層材料，可以發(fā)揮其在板坯表背層對整塊板力學性能大幅提升的優(yōu)點，芯層采用單板層積材、展平竹片層積材、木集成材，高強是因為：已知單根竹纖維的拉伸強度高達1770mpa（化學分離）、930mpa（機械分離）；維管束的拉伸強度達到470mpa（機械分離），竹束纖維（通過化學離析或碾壓疏解作用將竹材薄壁細胞分離形成的多個維管束在一起的竹絲纖維）拉伸強度達到610mpa（化學分離）。且竹纖維經過高溫熱處理后，此時的竹纖維已具備尺寸穩(wěn)定性好，且竹束簾的厚度均勻，板材可以采用熱進熱出的熱壓工藝，節(jié)約了能源，提高了效率，并且表層具有防腐、防蛀和防霉功效，制作成具有表面美觀、強度高的貨車復合底梁。由于板材的厚度較大，故采用芯層材料先加工好，然后再和表背層材料一次熱壓成型，又由于底板在厚度方向有斜邊（見圖1），故采用異型鋼模板一次熱壓成型，將其鋸切后，為防止其板邊吸濕吸水，又將兩側面再次覆貼樹脂浸漬紙。采用該方法生產的高強貨車底梁，其表層的長束竹纖維來源廣泛，可以利用現在應用得較少的叢生竹和壁薄的毛竹竹梢等，如云南的巨龍竹、龍竹、黃竹，四川的慈竹，廣東的青皮竹，福建的木竹等，且竹材的徑級不限。

技術實現要素：

本發(fā)明提出的是一種高強貨車復合底梁及其制造方法，其目的旨在利用竹材的纖維幾乎都是縱向平行排列，無橫向纖維的特點，制造高強長束竹纖維，進一步制造高強貨車復合底梁。

本發(fā)明的技術解決方案：

一種高強貨車復合底梁，其結構是上下表層各為一層竹纖維簾（2），向內為芯層，所述的芯層為芯層用展平竹片層積材（3）、芯層用單板層積材（4）、芯層用木集成材中的一種，在上下表層的外層還可以有一層樹脂浸漬紙（1）；

其制造方法，包括如下工藝步驟：

（1）長束竹纖維簾的制作和施膠；

（2）芯層材料的準備和制造；

（3）復合板材的組坯和熱壓；

（4）底梁側面覆貼浸漬紙。

本發(fā)明的優(yōu)點：

（1）有效地利用具有生長快、周期短、年年可擇伐、持續(xù)利用時間長的散生竹和叢生竹資源，且竹材的徑級不限；

（2）高強長束竹纖維具有尺寸穩(wěn)定性好、防腐、防蛀和防霉等功效，編制成簾后，芯層采用單板層積材、展平竹片層積材、木集成材，就可以得到熱進熱出的高強貨車復合底梁；

（3）原材料來源廣、表面美觀、尺寸穩(wěn)定性好、生產效率高等優(yōu)點，是一種可持續(xù)的循環(huán)經濟，符合汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。

附圖說明

附圖1是高強貨車復合底梁外形示意圖。

附圖2是第一種高強貨車復合底梁結構示意圖。

附圖3是第二種高強貨車復合底梁結構示意圖。

附圖4是高強貨車復合底梁側面覆貼結構示意圖。

圖中：1是一層酚醛浸漬紙；2是一層浸漬酚醛膠并經70℃以下干燥長束竹纖維簾，該竹纖維簾的厚度為3.0～10.0mm；3是芯層用展平竹片層積；4是芯層用單板層積材；5是寬度方向鋸裁過并平鋪的底梁。

具體實施方式

一種高強貨車復合底梁，其結構是上下表層各為一層竹纖維簾（2），向內為芯層，所述的芯層為芯層用展平竹片層積材（3）、芯層用單板層積材（4）、芯層用木集成材中的一種。

所述的竹纖維簾(2)浸漬過酚醛膠，淋膠后采用臥式脫水機將膠甩干，并70℃以下干燥到含水率為12-18%，厚度為3.0～10.0mm。

所述的芯層用竹片層積材（3）、芯層用單板層積材（4）和芯層用木集成材厚度為90-102mm。

所述的上下表層的外層還可以有一層樹脂浸漬紙（1），樹脂浸漬紙為酚醛樹脂浸漬紙或三聚氰胺樹脂浸漬紙。

所述的高強貨車復合底梁的制造方法，包括如下工藝步驟：

1）長束竹纖維簾的制作和施膠；

2）芯層材料的準備和制造；

3）復合板材的組坯和熱壓；

4）底梁側面覆貼浸漬紙。

所述的步驟1）長束竹纖維簾的制作和施膠，包括如下工藝：

①直徑為50～300mm含水率高于30%的新鮮竹筒，或浸泡至含水率高于30%的干燥竹材，按要求截成2000～3000mm長，將其內節(jié)去除，保留圓筒或將其劈成3-8片竹片；將竹材用小車堆垛好，竹材之間留有空隙，堆垛時竹材長度方向有5-15°斜度，竹青面朝上；

②將裝有竹材的小車推進壓力罐內，關閉罐門，向罐內通入溫度為160～190℃高溫飽和蒸汽，保持10～60min處理時間，然后將蒸汽緩慢減壓排出，將小車拉出；

③處理好的竹材再將其通過多輥碾壓縱向碾壓，或單輥橫向碾壓，或用錘擊方法，將竹纖維束之間分離開來，得到高強長束竹纖維，長束竹纖維的直徑為0.25-0.60mm，竹節(jié)處稍大；

④用細線將其編織成厚度為2-10mm的竹纖維簾，長度和寬度可以根據需要來調節(jié)，并將含水率控制在12%以下；

⑤將竹纖維簾浸漬酚醛膠，淋膠后采用臥式脫水機將膠甩干，并70℃以下干燥到含水率12-18%。

所述的步驟2）芯層材料的準備和制造，包括如下工藝：

①將展平竹片精刨后干燥到含水率10-13%，按240-280g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠；將單板干燥到12%以下，按260-300g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，陳化或70℃以下干燥；將展平竹片和單板分別同向組坯，在溫度135-150℃，壓力1.2-2.0mpa的條件下成30-34mm的展平竹片層積板和單板層積材；

②將展平竹片層積板和單板層積材表面砂光后，按240-280g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，陳化或70℃以下干燥后，同向三層組坯，經高頻壓機，在壓力1.5-2.2mpa下固化4-8分鐘，制得厚度為90-102mm的芯層用竹片層積材和芯層用單板層積材；

③將木板干燥至13%以下，并將其端部銑成指接狀，按240-280g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，陳化或70℃以下干燥，制得厚度為90-102mm的木集成材；

④將上述三種芯層都加工成與底梁最終外形尺寸類似的尺寸，僅厚度上少了竹纖維簾成型后的厚度3.0～10.0mm，按200-240g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，并陳化或70℃以下干燥。

所述的步驟3）復合板材的組坯和熱壓：在異型模板上，表背層為竹纖維簾，芯層為竹片層積材、單板層積材和木集成材的一種，都同向組坯，在板坯的最外層還可以有各有一層樹脂浸漬紙，放在熱壓機中，在溫度為140～150℃，壓力為2.5～4.5mpa的條件下熱壓，保持8～15分鐘，然后排汽卸壓。

所述的步驟4）底梁側面覆貼浸漬紙：將冷卻的復合板材鋸裁成比所需寬度尺寸多1mm的底梁，并用油灰將側面孔洞填補好，將其側面覆貼樹脂浸漬紙，在溫度140-150℃，壓力為1.8～2.5mpa的條件下進行熱壓，保持3～6分鐘，然后排汽卸壓；刮去多余的浸漬紙，制得所述高強貨車復合底梁。

實施例1

如圖2所示，一種高強貨車復合底梁，其結構是上下表層從外至內各依次鋪設一層樹脂浸漬紙1，一層浸漬酚醛膠并經70℃以下干燥竹纖維簾2，中間為芯層用展平竹片層積材3，接著為一層浸漬酚醛膠并經70℃以下干燥竹纖維簾2，最下層為一層樹脂浸漬紙1。

其制造方法如下：

1）長束竹纖維簾的制作、竹絲的處理：

①直徑為90mm左右的新鮮毛竹筒，按要求截成2.47m長，將其內節(jié)去除，保留圓筒，將竹材用小車堆垛好，竹材之間留有空隙，堆垛時竹材長度方向有12°斜度，其竹青面朝上；

②將裝有竹材的小車推進壓力罐內，關閉罐門，向罐內通入溫度為170℃高溫飽和蒸汽，保持35min處理時間。然后將蒸汽緩慢減壓排出，將小車拉出；

③竹材通過多輥碾壓縱向碾壓后，竹黃層去除，并將竹纖維束之間分離開來，得到了高強長束竹纖維；

④用細線將其編織成厚度6mm的長束竹纖維簾，竹纖維簾的幅面為2.45m長*1.25m寬，并將含水率控制在12%以下，竹纖維簾浸漬酚醛膠，淋膠后采用臥式脫水機將膠甩干，并70℃以下干燥到含水率12-18%。

2）芯層材料的準備和制造：

①展平竹片干燥到含水率13%以下，按240g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，然后陳化或70℃以下干燥，同向組坯，在溫度145℃，最高壓力1.5mpa的條件下，熱壓成34mm厚的展平竹片層積材；

②將其表面砂光后，按280g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，陳化或70℃以下干燥，同向三層組坯，其中最底層先按最終要求鋸裁，經高頻壓機在最高壓力1.5mpa下經5分鐘固化，就制造成板端厚65mm、中間厚100mm的芯層用展平竹片層積材（如圖1）；

③按230g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，并陳化或70℃以下干燥。

3）復合板材的組坯和熱壓：在異型模板上，將竹纖維簾放在表背層，中間為芯層用展平竹片層積材，在板坯的最外層還可以各有一層樹脂浸漬紙1，然后再對應放在熱壓機中在溫度為150℃，最高壓力為3.5mpa的條件下進行熱壓，保持10分鐘，然后排汽卸壓。

4）底梁側面覆貼浸漬紙：將冷卻的復合板材鋸裁成寬度56mm的底梁5，并將側面用油灰將孔洞填補好，然后表背層為樹脂浸漬紙1，中間將底梁側面平行于樹脂浸漬紙，在溫度145℃，最高壓力為1.8mpa的條件下進行熱壓，保持5分鐘，然后排汽卸壓。刮去多余的浸漬紙，制得所述高強貨車復合底梁。

經常規(guī)后期加工后，即可得到成品貨車復合底梁，其物理力學性能如下：

mor∥：≥110mpa

moe∥：≥11000mpa

密度：0.70～0.85g/cm³。

實施例2：

如圖4所示，一種高強貨車復合底梁，其結構是上下表層從外至內各依次鋪設一層樹脂浸漬紙1，一層浸漬酚醛膠并經70℃以下干燥竹纖維簾2，中間為芯層用單板層積材4，再向下為一層浸漬酚醛膠并經70℃以下干燥長束竹纖維簾2，一層樹脂浸漬紙1。

其制造方法如下：

1）長束竹纖維簾的制作、竹絲的處理：

①直徑為90mm左右的新鮮毛竹筒，按要求截成2.48m長，將其內節(jié)去除，保留圓筒，將竹材用小車堆垛好，竹材之間留有空隙，堆垛時竹材長度方向有10°斜度，竹青面朝上；

②將裝有竹材的小車推進壓力罐內，關閉罐門，向罐內通入溫度為170℃高溫飽和蒸汽，保持35min處理時間；然后將蒸汽緩慢減壓排出，將小車拉出；

③竹材通過多輥碾壓縱向碾壓后，竹黃層去除，并將竹纖維束之間分離開來，得到了高強長束竹纖維；

④用細線將其編織成厚度6mm的長束竹纖維簾，竹纖維簾的幅面為2.45m長*1.25m寬，并將含水率控制在12%以下，竹纖維簾浸漬酚醛膠，淋膠后采用臥式脫水機將膠甩干，并70℃以下干燥到含水率12-18%。

2）芯層材料的準備和制造：

①將單板干燥到12%以下，按270g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，經陳化或70℃以下干燥，然后同向組坯，在溫度140℃，最高壓力1.8mpa下，將其熱壓成34mm單板層積材；

②將其表面砂光后，按280g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，陳化或70℃以下干燥，再同向三層組坯，其中最底層先按最終要求鋸裁，經高頻壓機在最高壓力1.8mpa下經5分鐘固化，就制造厚100mm的芯層用單板層積材；

③按220g/m²的涂膠量雙面涂布酚醛膠，并陳化或70℃以下干燥。

3）復合板材的組坯和熱壓：在異型模板上，將竹纖維簾放在表背層，中間為芯層用單板層積材，在板坯的最外層還可以有各有一層樹脂浸漬紙，然后再對應放在熱壓機中在溫度為150℃，最高壓力為3.5mpa的條件下進行熱壓，保持10分鐘，然后排汽卸壓。

4）底梁側面覆貼浸漬紙：將冷卻的復合板材鋸裁成寬度為56mm的底梁5，并用油灰將側面孔洞填補好，然后表背層為樹脂浸漬紙1，中間將底梁側面平行于樹脂浸漬紙，在溫度145℃，最高壓力為2.0mpa的條件下進行熱壓，保持5分鐘，然后排汽卸壓。刮去多余的浸漬紙，制得所述高強貨車復合底梁。

經常規(guī)后期加工后，即可得到成品貨車復合底梁，其物理力學性能如下：

mor∥：≥110mpa

moe∥：≥11000mpa

密度：0.70～0.80g/cm³。