制造木纤维、尤其是竹纤维的带的方法和装置以及木纤维的带的制作方法

制造木纤维、尤其是竹纤维的带的方法和装置以及木纤维的带的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种获得能够构成厚度为0.1mm-1mm并且宽度为2mm-10mm的纤维薄片(420)的方法，该方法包括以下步骤：a)将原木或茎秆(200)锯切成具有确定长度的矩形边缘部(300)；b)通过插入厚度等于薄片厚度并且切割速度(450)与矩形边缘部(300)的纤维纹理平行的正交切割使薄片(420)从矩形边缘部(300)的表面分离。本发明还涉及一种通过该方法和实施该方法的装置获得的纤维增强材料。
【专利说明】制造木纤维、尤其是竹纤维的带的方法和装置以及木纤维 的带

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于制造基于天然纤维尤其是竹纤维的用于复合材料的增强件 的制造方法和装置，以及该方法获得的增强件。本发明更特别但不绝对地适于制造竹子构 成的带状纤维形式的增强织物。本发明还用于获得来自任何类型的木纤维的增强件，尤其 是以织物形式的增强件。

【背景技术】
[0002] 使用天然纤维构成复合材料的增强件是现有技术已知的。这些纤维，尤其是竹子， 以碎屑形式用于层压板中。文献US2007 0116 940描述了这种层压板，该板包括通过切割 过程从杆茎提取的带。该应用在所述带的尺寸以及所述带相对于所述竹纤维的方向中不需 要很大的精度，也不需要很大的重复性。
[0003] 文献US2009/308528描述由截面约160mm2、长度约250mm的厚竹片的层理而形成 物品。所述竹片足够厚，并足够刚硬以便通过锯切割技术获得，而在切割操作过程中竹片不 会产生很大变形。为了用于构成用于复合材料的增强织物，这些薄片坚硬得多。
[0004] 文献W02008/066386描述一种制造竹席的方法，通过组装足够厚和足够结实的薄 片获得该竹席，以便能够在将其从茎杆上提取出后能够经受由加工进行的厚度标定的操 作。因此，根据该现有技术，对于大约15mm的宽度，所述薄片的厚度严格大于1mm，并最好在 1mm到2. 5mm之间。
[0005] 因此，这些现有技术的文献描述了制造基于竹纤维的物品，其机械特征由在必要 时组装的所述纤维给出。本发明的目的是形成基于竹纤维的增强件，这些增强件能够以纤 维增强件的形式结合在基体中，以构成一种复合材料，即一种成型和技术特征都产生于增 强件与基体之间的协同作用的材料。
[0006] 使用天然纤维以构成用于构成高性能复合材料的增强件同时需要足够长的纤维 以构成连续增强件，以及尺寸和机械性能方面的稳定性，这些机械性能可以根据增强件的 含量和它们的方向来预测复合材料对它所承受的负荷的反应。
[0007] 通过木质产品的爆破或粉碎而进行的纤维分离技术将所述产品的纤维混合和损 坏，因此产生性能可变的纤维，并且这些纤维可能具有表面缺陷，这些表面缺陷可以使得它 们的机械特征劣化。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是解决现有技术的缺点，为此涉及一种标定厚度为0. lmm-lmm并且 标定宽度为2mm-10mm的纤维薄片组装构成的木纤维带，所述薄片的长度、密度和方向都经 过标定，并且通过包括与纤维方向平行的切割棱边移动的切割过程提取出。因此，本发明的 目标纤维带的方向与纤维完全一致，并且无论从中提取出薄片的原木的尺寸如何，都可以 达到无限的长度。使用包括确定的切割棱边的工具的切割方法可以获得标定的薄片，其纤 维没有诸如由于拔出而断开之类的缺陷，尤其是带的表面是这样。
[0009] 本发明还涉及一种获得能够进入到本发明的目标的带结构中的纤维薄片的方法， 该方法包括以下步骤：
[0010] a)将原木或竹子锅成确定长度的矩形边缘部（aviv6s); toon] b)通过插入基本等于薄片厚度并且切割速度与矩形边缘部的纤维平行的正交切 割使薄片从矩形边缘部的表面分离；
[0012] 因此，切割操作可以分离薄片，该薄片没有扭曲变形并且不使切割操作后所述薄 片内的纤维断裂。
[0013] "正交切割"一词通常表示被确定的锋利棱边切割工具实现的材料的去除操作，切 割角度和刀刃角度沿整个切割棱边恒定，所述棱边与切割速度的方向垂直，进入材料的接 触面的几何条件为，使沿与工具的切割面垂直的平面，削片截面中的速度廓形基本恒定。因 此，在削片宽度中没有速度梯度，避免了所述削片扭曲。
[0014] "插入"一词定义工具的锋利棱边刺入材料中的深度。在正交切割过程中，沿同时 与锋利棱边和切割速度矢量垂直的方向测量该插入。当特别以模式I实现材料削片分离过 程时，相当于薄片厚度的削片厚度基本等于插入（值）。因此，很容易通过控制插入来标定 薄片厚度。
[0015] 本发明还涉及一种实施本发明的目标方法的装置，该装置包括：
[0016] i.包括锋利棱边的切割刀具和用于使所述刀具保持就位的部件；
[0017] ii.用于使所述切割刀具在与所述锋利棱边相垂直的方向的交替的平移运动中移 动的部件；
[0018] iii.用于保持矩形边缘部并抵抗切割时产生的力的部件；
[0019] iv.用于使刀具进行与棱边垂直并与切割运动垂直地、沿着称为插入的运动而移 位的部件。
[0020] 因此，本发明的目标装置可以通过切割运动与和锋利棱边的几何形状结合的插入 相结合而获得宽度、长度和厚度被完全标定的薄片。
[0021] 可以根据下面陈述的有利的实施例实施本发明，这些实施例可以单独考虑，或以 任何技术上可实施的组合进行考虑。
[0022] 另外，本发明的目标的带由竹纤维构成。这些纤维具有很高的机械特性，并且植物 的快速生长特征可以拥有大量原材料。
[0023] 根据本发明目标的带的优选实施例，其厚度为0. 因此可以根据考虑的应 用而采用所述带的硬度，所述带的厚度包括至少一个纤维。
[0024] 另外，本发明目标的带的宽度为2mm-10mm。该宽度范围可以通过包括在小直径的 茎杆中的薄片的提取而获得，以使带的宽度与单一薄片的宽度一致。
[0025] 另外，本发明的目标方法在步骤b)的过程中包括根据薄片在矩形边缘部中的切 割深度而选择薄片的步骤。该选择可以获得性质均匀并可重复生产的增强件。
[0026] 根据适于实施宽度大于1mm的薄片的本发明的目标的方法的第一实施例，所述方 法在步骤a)和b)后还包括以下步骤：
[0027] c)沿着薄片的纤维方向排列薄片；
[0028] d)组装所述薄片，以构成带。
[0029] 因此，所述方法可以由短的薄片出发形成长度无限并且抵抗性好的带，因此在薄 片的尺度上的特性均匀。
[0030] 根据步骤c)和d)的第一有利实施例，在步骤c)期间沿着两个重叠层排列薄片， 在步骤d)获得带，通过它们的表面连接两层薄片，使一层的每个薄片与两个薄片连接，同 一薄片与另外两个薄片的连接界面位于所述薄片每个末端的同一表面上。该实施例可以获 得抵抗性特别大的带。
[0031] 根据步骤c)和d)的第二有利实施例，将薄片组装成带，使得在所述带内，每个薄 片的每个末端重叠组装在两个薄片上，同一薄片与另外两个薄片的连接界面位于所述薄片 每个末端的相对表面上。该实施例可以获得更软的带。
[0032] 根据步骤c)和d)的第三实施例，在步骤c)的过程中使薄片并排排列，并且在步 骤d)的过程中通过它们的末端组装薄片，以获得带。该实施例可以获得在它的整个长度上 厚度均匀的带。
[0033] 根据可以获得在其长度上厚度基本均匀的带的另一有利实施例，通过压紧重叠的 末端组装并列的薄片。该实施例还可增加组装区的纤维的密度。
[0034] 另外，本发明的目标的方法在步骤d)后还包括：
[0035] e)将步骤d)获得的带缠绕成卷。
[0036] 因此，所述带可以用在自动抽拉或预浸渍制造机上。
[0037] 另外，本发明的目标的方法在步骤e)后还包括：
[0038] f)抽拉带，获得增强织物。
[0039] 根据本发明的目标的方法的第二实施例，薄片的厚度和宽度为0. lmm-0. 5mm，并且 在步骤b)后包括以下步骤：
[0040] g)给步骤b)获得的薄片浸油（ensimer);
[0041] h)抽拉浸油的薄片，以获得连续纤维。
[0042] 本发明的目标的方法可以根据该实施例制造连续纤维形式的增强件。
[0043] 另外，本发明的目标的装置的刀具的锋利棱边包括多个平行的切割段。因此，通过 刀具的单一行程可以形成多个薄片。
[0044] 另外，本发明的目标的装置的刀具的锋利棱边由切割面和剥离面相交形成，所述 剥离面与切割速度和锋利棱边的方向平行。因此，通过刀具与矩形边缘部的切割表面的接 触来调节提取的薄片的厚度，而与矩形边缘部的形状无关。
[0045] 另外，本发明的目标装置还包括：
[0046] V.用于测量从矩形边缘部提取的第一薄片开始的插入总和的部件；
[0047] vi.用于收集产生的薄片并根据与薄片产量对应的插入总和选择薄片。
[0048] 因此，所述装置可以从矩形边缘部提取薄片时起根据薄片的特性选择薄片。

【专利附图】

【附图说明】
[0049] 下面根据本发明的非限制性的优选实施例，并参照图1-11描述本发明，其中：
[0050] -图1示出本发明的目标的方法的流程图；
[0051] -图2以立体图示出根据本发明的实施例的用作为原料的竹子；
[0052] -图3是从图2的原料提取的矩形边缘部300的例子，图3A是实施本发明的目标 的方法的前立面图，图3B是实施本发明的目标的方法过程中的立体图；
[0053] -图4以立体图示出根据本发明的目标的方法的实施例的用于从矩形边缘部提取 薄片的正交切割方法的例子；
[0054] -图5示出根据图3A确定的A-A剖面示图示出用薄片的I型分离模式进行正交切 割的方法；
[0055] -图6以剖面图示出本发明的目标的装置的示意实施例；
[0056] -图7是包括多个锋利棱边的刀具的实施例的立体图；
[0057] -图8是用于提取增强纤维的刀具实施例的立体图；
[0058] -图9是用于提取薄片的刀具的替代实施例的立体图；
[0059] -图10以带的段的剖面图示出根据本发明的目标的方法的实施例由薄片通过重 叠组装而形成带的三个实施例，图10A-10C ;
[0060] -图11以俯视图示出根据本发明的目标的方法的优选实施例获得的带的例子，其 中薄片被并列组装；以及
[0061] -图12以剖面图示出根据本发明的目标的方法的实施例获得的带的例子，其中薄 片的组装末端被压紧。

【具体实施方式】
[0062] 图1，根据本发明的目标的方法的整体行进的例子，在接收110原料后，原料在锯 切步骤120锯成矩形边缘部。则所述矩形边缘部在机械纤维分离步骤130进行纤维分离， 该步骤在于借助具有确定几何形状的锋利棱边的刀具通过正交切割方法提取薄片。根据刀 具的性质和纤维分离使用的切割条件，获得两类薄片：
[0063] -宽度基本大于厚度的薄片，即宽度比厚度大至少10倍；
[0064] -宽度和厚度基本为同一量级的薄片。
[0065] 这两类半成品的每一类包括原料的多个木纤维。
[0066] 在组装步骤142期间组装第一类薄片，以构成带。根据该实施例，所述带因此在调 整步骤160形成卷，也可使用其它调整方式。
[0067] 在第两类薄片的情况下，在浸油（ensimage)步骤141期间给薄片浸油。然后在抽 拉步骤151抽拉薄片，以便构成连续纱线或增强纤维形式的纤维增强件，然后也进行调整 170。
[0068] 则所述带和增强纤维可以经受抽拉或各种组装操作（180)，以构成用于构成复合 材料的增强件。
[0069] 图2,根据本发明的目标方法的实施例，使用的原料的形式为竹的茎杆200。在锯 切步骤期间，将所述茎杆200沿着基本正交的平面211、212、213锯切成段和劈开，以构成矩 形边缘部。剖开平面212、213的数量根据茎杆200的直径确定。如对小直径的茎杆，简单一 劈为二。对直径较大的茎杆，可以劈为4-6块，对直径非常大的茎杆或原木甚至可以更多。
[0070] 图3,通过相继分层的机械切割方法310、311、312使薄片与矩形边缘部300分离， 以使切割表面315与纤维方向基本平行。
[0071] 图4,通过正交切割过程使薄片420与矩形边缘部300分离。通过包括锋利棱边 411的刀具或切割工具410实现该切割过程。通过切割相对矩形边缘部300的纤维的总体 方向的方向确定该切割过程，该方向为90-0,即锋利棱边411的方向沿着相对于纤维方向 成90°的角度415,并且切割速度450,即工具与矩形边缘部之间的相对移动速度与所述纤 维的所述方向平行。
[0072] 这里纤维方向是指该截面纤维的主要方向，由于矩形边缘部由天然产品构成，木 纤维可能单个且局部地与纤维方向基本分开。在本文中，"sens de fibrage"（纤维方向） 和"direction de fibrage"（纤维取向）具有相同含义。
[0073] 根据材料并尤其是材料的含水率而固定切割的运动和几何条件，以便通过称为I 型的分离模式实现提取薄片420。因此，薄片不经受沿着它的厚度的剪切，薄片420的厚度 e2等于刀具410插入矩形边缘部300的深度el。为了可以实施该材料分离模式，测量的相对 于切割表面的法线的切割角412大于20°，并最好大于30°。切割速度450在0. 015m. f 至lj lm. s4之间，并最好在0· 025m. 到0· 05m. s4之间。对与所需厚度对应的0· 1mm到1mm 之间的插入（ei)，这些条件可以按照I型模式分离薄片，而不使所述薄片中的纤维劣化。正 交切割的运动和几何条件可以获得沿薄片420的宽度b的均匀流动速度场，因此，该薄片没 有扭曲变形。
[0074] 图5,沿着与锋利棱边411垂直并与切割速度450平行的截面，通过刀具410的锋 利棱边411前的开口 520的扩展使薄片420与切割表面分离来实现I型分离模式。锋利棱 边411由刀具的切割面512和剥离面511相交而确定。剥离面的方向由剥离面与切割表 面315之间测量的剥离角515决定。切割面与剥离面之间的角度516决定刀具的刀刃角 度。在与锋利棱边垂直的每个截面中，切割角412、刀刃角度516和剥离角度515的总和等 于90°。根据本发明的目标的方法实施的用于提取薄片420的正交切割方法，刀具的切割 角412和剥离角515在提取的薄片的宽度上是不变的。
[0075] 图6,本发明的目标的装置600包括能够支撑刀具420的滑架620。机动和引导部 件631可以通过控制切割速度使所述滑架620沿切割运动移动。引导和机动部件632可以 将插入运动通报给滑架620。切割循环包括插入运动651，随后是以确定的切割速度沿矩形 边缘部300的往返切割运动661。在去的运动期间产生薄片。支撑刀具410的滑架620返 回它的出发位置时，新的插入运动652施加给滑架，滑架在矩形边缘部300上执行新的往 复，以产生新的薄片，并如此继续。根据该实施例，产生的薄片的长度等于矩形边缘部的长 度。可以通过实现方形周期，利用在去的行程结束且返回行程前的与插入运动相反的释放 运动651、652来控制该长度。装置还包括用于测量累计插入650的部件。由于纤维的机械 性质根据它们在竹的茎杆中的位置而变化，有利地通过使用与累计插入有关的信息650根 据薄片的提取位置而选择薄片。
[0076] 矩形边缘部300位于本发明的目标的装置中，并通过抵抗切割力的部件641保持 就位。这些位置保持部件不形成矩形边缘部300与装置的完全连接。根据该实施例，刀具 410的剥离角为0°，使剥离面沿基本为平面的表面与切割表面接触。矩形边缘部不是固定 的，它自然沿着它的纤维方向取向，因此按照90-0模式实现切割，该模式对应于最简单的 切割模式。与刀架滑架640同时移动的压辊642与剥离面和使矩形边缘部保持就位的部件 641协作，以便在切割过程中稳定矩形边缘部300。
[0077] 图7,根据一种实施例，本发明的目标的装置的刀具710包括多个锋利棱边711，使 得所述刀具711在矩形边缘部上的同一行程期间通过正交或半正交的切割过程提取多个 平行薄片。多个锋利棱边711通过分离棱边712互相分开，分离棱边712从切割面或剥离 面突起延伸，并在提取切割的上游侧向切割薄片，使该提取切割始终是正交切割。因此，薄 片的宽度取决于多个锋利棱边711的每个锋利棱边的长度。为了形成带，所述薄片的宽度 为Imm-lOmm，则插入选择为小于薄片宽度的1/10。
[0078] 图8,根据另一实施例，刀具810包括锋利棱边，该锋利棱边的长度为0. 1mm到 0.5_之间，该刀具与相同量级的插入结合可以提取增强纤维。
[0079] 图9，根据另一实施例，刀具910包括多个被宽度为Ii的空间分开的锋利棱边911。 则切割是半正交的，但棱边角的尖锐度和切割的切割对称性可以保留I型分离模式，并且 薄片厚度中没有扭曲变形和剪切。为了保持平面的切割表面，根据以特殊实施例，使用此类 刀具910包括形成这样的行程：其中刀具910横向并与切割棱边911平行地错开至少等于 L的值。
[0080] 图10,根据第一实施例，在提取宽的薄片421、422的情况下，薄片组装为面对面的 两层，以构成带1021、1022、1023。图10A，根据本发明的目标的带1021的第一变型，两层薄 片421、422面对面以交错的形式组装，使得在薄片的整体表面上实现组装。该实施例在带 1021的机械强度方面优先。
[0081] 图10B，根据本发明的目标的带的第二变型1022,薄片421、422在每个薄片的每个 末端的组装表面交替地面对面组装。与前面的实施变型（图10A)相比，薄片在组装界面上 的覆盖减小，但至少大于〇. 5mm。该实施变型在带1022的柔软性方面优先。
[0082] 图10C，根据本发明的目标的带的第三实施变型1023,两层薄片421、422不连续地 组装，但每个薄片通过其至少一半的表面积互相连接。根据该示例，组装界面位于同一薄片 的两个末端的同一表面上。该实施变型提供所述带的柔软性与机械特性之间的折中。
[0083] 根据考虑的增强件的应用选择两层薄片421、422的组装方法。例如通过粘贴、水 性绑缚（hydroliage)或压紧的组装方法适于实现这样的组装，并且这些都是非限制性的。
[0084] 图11，根据本发明的目标的带的第二实施例1120,构成所述带的薄片421、422通 过薄片的末端组装。该实施例可以获得非常柔软并且厚度小的带，所述厚度在所述带1120 的整个长度上基本恒定。最好通过粘贴实现该组装。
[0085] 图12,根据本发明的目标的带的另一实施例1220,薄片421、422通过它们的末端 沿压紧区1230组装，这可以增加所述压紧区1230中的纤维密度，并获得厚度均匀的带。
[0086] 无论哪个实施例，薄片组装产生的带都能够缠绕成卷。
[0087] 在提取纤维形式的增强件的情况下，在通过油脂产品浸油后抽拉这些纤维，以构 成连续增强纤维。
[0088] 则增强纤维和带可以用于构成增强件，例如织物形式的增强件，用于形成具有热 固性或热塑性基体的复合材料。纤维的柔韧性足以使用形成这些材料的技术，特别是通过 自动覆盖和预浸褶皱的分层、热成型或在干燥的毛坯中注入或熔入树脂而实现。
【权利要求】
1. 一种木纤维的带（1021、1022、1023、1120、1220)，其特征在于，所述带由纤维的薄片 (421、422)的组装形成，所述纤维的薄片（421、422)的标定厚度为0. lmm-lmm，标定宽度为 2_-10_，所述薄片的长度、密度和方向经过标定，并通过包括切割棱边（411、711)的与纤 维的方向平行的移动的切割过程而提取出。
2. -种用于获得能够进入根据权利要求1所述的带的结构中的纤维薄片（420)的方 法，其特征在于，该方法包括以下步骤： a) 将原木或木质的茎杆（200)锯切（120)为具有确定长度的矩形边缘部（300); b) 通过基本等于薄片厚度的插入正交切割使薄片（420)从矩形边缘部（300)的表面分 离（130)，并且切割速度（450)与矩形边缘部（300)的纤维方向平行。
3. -种实施根据权利要求2所述的方法的装置（600)，其特征在于，所述装置（600)包 括： i. 包括锋利棱边（411、711)的切割刀具（410、710、810)和使所述刀具保持就位的部 件； ii. 用于使所述切割刀具（410)在与所述锋利棱边垂直的方向上的交替的平移运动 (661、662)中移位的部件（620); iii. 用于保持矩形边缘部并抵抗切割时产生的力的部件（641、642); iv. 用于使刀具进行与棱边垂直并与切割运动垂直地、沿着所述插入的运动而移位的 部件（620、631、632)。
4. 根据权利要求1所述的带（1021、1022、1023、1120、1220)，其特征在于，所述带由竹 纤维构成。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤b)期间包括根据矩形边 缘部中的切割深度（650)而选择薄片的步骤。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，薄片的宽度大于1mm，所述方法在步骤a) 和b)后包括以下步骤： c) 沿着薄片（421、422)的纤维方向排列薄片（421、422); d) 组装所述薄片（421、422)，以构成带（1021、1022、1023、1120、1220)。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤c)期间将薄片（421、422)排列为 重叠的两层，并且在步骤d)通过这样获得带（1021U023):通过薄片的表面连接两层薄片 (421、422)，使得一层的每个薄片与两个薄片连接，同一薄片与另外两个薄片的连接界面位 于所述薄片的每个末端的同一表面。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将薄片（421、422)组装成带（1022)，使得 在所述带内，每个薄片在其每个末端处重叠组装至两个薄片，同一薄片与另外两个薄片的 连接界面位于与所述薄片每个末端相反的表面。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，薄片（421、422)在步骤c)期间并排排列， 并在步骤d)期间通过薄片（421、422)的末端组装以获得带（1120)。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过压紧（1230)薄片（421、422)的重叠 的末端组装并列的薄片（421、422)，使得带（1220)的厚度在带（1220)的长度上是均匀的。
11. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法在步骤d)之后包括这样的步骤： e) 将步骤d)获得的带（1021、1022、1023、1120)缠绕（160)成卷。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤e)之后包括以下步骤： f) 编织所述带，以获得增强的织物。
13. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，薄片的厚度和宽度为0. lmm-O. 5mm，并且 在步骤b)后包括以下步骤： g) 使步骤b)获得的薄片浸油（151); h) 抽拉（170)被浸油的薄片，以获得连续的纤维。
14. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，刀具的锋利棱边（411)包括多个平行的 切割段（711)。
15. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，刀具的锋利棱边由刀具的切割面（512) 和剥离面（511)相交而形成，所述剥离面（511)与切割速度（450)和锋利棱边（411)的方 向平行。
16. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括： v. 用于测量从矩形边缘部提取的第一薄片开始的插入总和￠50)的部件； vi. 用于收集产生的薄片并根据与薄片的产量对应的插入总和而对薄片进行选择。
【文档编号】B27L5/06GK104114341SQ201280065227
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】爱德华·舍伍德, 达米安·哈迪 申请人:科布拉泰克斯公司