一种三维正交芦竹复合材料板及其成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明属复合材料制造技术领域，具体涉及一种三维正交芦竹复合材料板及其成 型方法。
【背景技术】
[0002] 芦竹（nalgrass)是一种多年生高大的丛生草本植物，茎干直立挺拔，高达2-6米， 茎粗2-3cm，一年至一年半达到成熟期，产量高于多年生的竹子和木材，也高于稻草、麦秸和 芦苇。芦竹的外形类似于芦苇，但强度和硬度显著高于芦竹，其茎的外壁组织含有许多高硅 化的细胞，非常硬，具有较好的力学性能。同时，芦竹的纤维含量很高，纤维较长，通常作为 理想的造纸原料。在我国的分布范围广，北起辽宁，南至广西，生产量最多的是江苏、浙江一 带。芦竹具有良好的适应力，易于生长和繁衍。
[0003] 有几种为人们所熟知的使用纤维材料和织物来生产复合材料板和使用木片、竹板 和其他木材加工废料生产刨花板的方法。特别是木基复合板和竹基材料板广泛用于建筑结 构物与家具制造方面。这些均属于"复合材料"范畴，均为将填料（木、竹纤维）埋在粘合 剂基料中。但这些刨花复合材料板具有力学性能较差的缺点。而普通叠层竹木复合板的层 与层之间采用粘结剂粘结，在弯曲时，极易产生分层破环，且防水性能及耐腐蚀性能差。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有优良的抗拉伸、 抗弯性能，且防水性能、抗化学腐蚀、抗分层性能高的三维正交芦竹复合材料板及其成型方 法。
[0005] 技术方案：为实现上述技术目的，本发明的三维正交芦竹复合材料板由芦竹、多层 三维正交预制体和热固性树脂制备而成，所述的多层三维正交预制体由芦竹篾片与高性能 纱线采用三维正交机织工艺织造而成，篾片的层与层之间在厚度方向由高性能纤维捆绑固 结。
[0006] 具体地，所述的多层三维正交预制体的经向芦竹篾片和炜向芦竹篾片为90度叠 层，厚度方向上采用高性能纤维纱线进行贯穿捆绑，形成一体的多层三维正交结构预制体。
[0007] 优选地，所述的的高性能纤维纱线为直径为500-1000D的芳纶纤维、超高分子量 聚乙烯纤维和ΡΒ0纤维纱线中的任意一种或几种的混合物。
[0008] 优选地，所述的芦竹篾片通过如下方法制备：采伐的新鲜1. 5年成熟芦竹，去除芦 竹干上的杂物，并截成〇. 6~0. 8米的芦竹段，将芦竹段破蔑，展平加工成芦竹篾片；然后将 得到的芦竹篾片进行干燥，使其含水率为8~10% ;最后将干燥后的芦竹篾片刨加工成规 格的芦竹篾片。
[0009] 优选地，所述热固性树脂为环氧树脂不饱和聚酯树脂、酚醛树脂中的任意一种。更 优选地，所述环氧树脂的实例为双酚A型环氧树脂或脂环族环氧树脂中的任意一种，所述 的不饱和聚酯树脂的实例为191#通用型不饱和聚酯树脂、198#耐热型不饱和聚酯树脂和 3200#耐腐蚀不饱和聚酯树脂中的任意一种，所述酚醛树脂的实例为阻燃型NR9400。
[0010] 本发明还提出了上述三维正交芦竹复合材料板的成型方法，包括如下步骤：首先 将多层三维正交预制体放入常温等离子处理机进行复合材料界面处理，然后采用VARTM工 艺，采用真空袋将处理好的预制体进行密封包裹，进行抽真空，真空度为30~lOOPa，将热 固性树脂在负压作用下完全浸渍预制体，在80~140°C下加热固化复合制成三维正交的复 合材料板。
[0011] 优选地，所述热固性树脂在使用前按照工艺配比与固化剂混合配制，进行搅拌充 分混合后，经抽真空去除气泡，静置后使用。
[0012] 有益效果：与现有技术相比，本发明的芦竹复合材料板板为整体结构，在厚度方向 上采用高性能纤维纱线进行捆绑，整体性好，弥补了单纯采用粘合剂粘合时易于分层的缺 点，增加了层间结合力，复合材料板的抗分层性能高。经等离子表面处理后，增加了预制体 表面的活性基团数量和表面粗糙度，提高了预制体与树脂的界面结合强度，不易脱粘，复合 板的整体力学性能高。采用热固性树脂复合包覆后，利用热固性树脂的防水、耐腐蚀和耐磨 的特性，对芦竹/纤维增强体起到了很好的保护左右。与传统的木材刨花板和叠层板相比， 整体性好，成本低，具有优良的抗拉、抗弯强度，防水、耐磨、耐腐蚀。可以作为木竹质板的替 代品，用于人造板、墙体装饰材料、家具和建筑板材等。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的结构示意图，其中，1为多层三维正交预制体，2为热固性树脂；
[0014] 图2为本发明的多层三维正交预制体的结构示意图，其中，101为经向（X方向）芦 竹篾片；102为炜向（Y方向）芦竹篾片，103为高性能纤维纱线。
【具体实施方式】
[0015] 本发明提出了一种三维立体芦竹复合材料板及其成型方法，采用的技术方案如 下：
[0016] 新鲜成熟芦竹采集后，去除芦竹干上的杂物，并截成0. 6~0. 8米的竹段，将芦竹 段破蔑，展平加工成芦竹篾片；将芦竹篾片进行干燥，含水率为8~10% ;将干燥后的芦竹 篾片刨加工成规格的芦竹篾片，备用。
[0017] 在三维正交织机上，在经向和炜向上排列芦竹篾片，按照设计要求经向为N层，炜 向为N+1层，Z向（厚度方向）上采用高强纤维纱线103,并通过开口装置将Z向用高强纤 维纱线103贯穿织物上下层，对排列好的经炜向芦竹篾片进行捆绑固定，形成一体的三维 正交机织预制体。
[0018] 将织好的三维立体预制体放入常温等离子体处理机进行表面处理，经过等离子体 处理后，将处理好的预制件放入真空袋进行密封，采用VARTM工艺，热固性树脂在负压作用 下完全浸润预制体，经加热固化后，形成复合材料。
[0019] 下面通过具体的实施例详细说明本发明。
[0020] 实施例1 :制作四层环氧芦竹复合材料层合板。
[0021] 本实例步骤如下：
[0022] (1)采集1年生的新鲜成熟芦竹进行采伐，去除芦竹干上的杂物，并截成0. 6米的 芦竹段，将芦竹段破蔑，展平加工成芦竹篾片；然后将得到的芦竹篾片进行干燥，使其含水 率为8~10% ;最后将干燥后的芦竹篾片刨加工成规格的芦竹篾片，厚度为2mm。
[0023] (2)将展平的芦竹板在经向上水平铺设三层，在炜向上铺设四层，采用1000D的 Twafon#芳纶长丝纱线作为Z向纱线，密度为1. 45g/cm3,拉伸模量为116GPa，拉伸强度为 200cN/teX。经过开口装置开口，对正交排列的芦竹篾片在厚度方向上进行捆绑，形成三维 立体正交预制体。
[0024] (3)将以上织造好的预制体放入低温等离子体处理机中，在100W、25Pa的工艺下， 处理2分钟，取出待用。
[0025] (4)采用环氧树脂型号为JC-02A，（常熟佳发有限公司）与促进剂改性酸酐和固 化剂复合胺按照重量比100 : 85 : 3进行混合，经搅拌器搅拌均匀后，放入真空干燥箱抽 真空20分钟，去除气泡后待用。
[0026] (5)将以上等离子体处理后的材料采用真空袋进