专利名称：竹塑发泡复合板材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建材，特别是一种由竹子和发泡塑料及功能填充剂复合的竹塑发 泡复合板材。
技术背景竹子是一种能够适应不同气候且生长周期短的植物，因其加工过程中的低耗能、 高产量的特性，是具有环保、可持续性的天然绿色建筑材料，竹子本身所具备的特点符合可 持续发展的所有指标，随着常规建筑材料短缺日趋严重，竹制建筑材料被视为钢筋、水泥及 木材的替代品，能大大节约资源，改善环境。目前，许多国家都在尝试使用竹制建筑材料取代常规建材，例如1984年瑞士苏黎 世及1985年荷兰鹿特丹展览时推出的竹塔，1999年在荷兰首都阿姆斯特丹建造的人行竹 天桥，2000年德国柏林所建造的露天剧场，汉诺威展览会上的竹阁，及2002年建成的鹿特 丹竹亭。在西方建筑学家眼里，竹子新颖、时尚、亲近自然，可以被视为未来的建筑材料。竹作为建筑材料具有以下显著优势灵活性竹建筑的设计和建造更具灵活性，优点之一就是能够通过更换损坏部分 而得到经常性的维护。而且，传统技术在现代建筑设计中的合理应用则竹子的另一个优点。低技术竹建筑的技术要求不高。大多数竹房屋的建造基于当地的技术水平，无需 高技术的指导。竹子的多功能性为经济型乃至高档建筑提供了丰富的技术选择，而且，竹建 筑比较容易与先进技术结合使用。安全性由于质量轻、弹性好，竹子的抗震功能非常突出。据报道(Gutierez， 1998)，在哥斯达黎加的7. 6级地震中，位于震中的30座竹房屋保存完好，而周边许多混凝 土房屋和旅馆难逃一劫，全部倒塌。舒适性热带农区夏季气温很高，人们更愿意生活在竹房屋。中国南方，特别是云 南南部地区，人们至今仍然喜欢建造竹楼来避暑，享受竹楼的凉爽。原料获取容易竹原料在产竹国可容易得到。根据计算，每年只需70公倾的竹林 就可建造竹房屋1000座。如果以木材为原料，需要砍伐600公顷天然林。适应性长期以来，竹子以一种或多种形式得到广泛利用，因此对人们而言，竹建 筑并不是一件新鲜事物，而且通过自助方式建造竹房屋，可使竹建筑与人们之间的关系得 到发展。建造速度快竹房屋只需很短的时间即可安装完成。这种效率对自然灾害救助、快 速减少伤亡或或恢复灾区人民生活非常重要。据厄瓜多尔的数据，一座竹房屋可在4-5小 时内完成。耐用性经过适当处理的竹材使用寿命可达30年之久，而且，竹材种类的精心选 择、防腐处理、辅助材料的使用以及老化或损坏部分的定期更换等等都能增加竹房屋的耐 用性。对竹材的皱缩和预处理可增加竹建筑的耐用性和抗损坏性能，这种竹材已得到广泛应用。[0013]环境效益环境效益是近年来的主要考虑因素。建筑项目应当尽量利用当地的原 材料，采用节能型的设计，而且建筑材料本身不应对人体和环境造成危害，此外，劳动密集 型技术可以安排更多的劳动力事实证明，惟有竹子能够最大程度地满足这些标准。与混凝 土、钢材和原木分别为240，50(^n80MJ/m3per n/mm2的要求相比，竹子仅为30MJ/m3per n/ mm2。研究表明相同面积的建筑，竹子与混凝土的能耗比为1 8。与钢材铁相比，相同过 程中竹子的能耗仅为钢材的1/50。减少森林砍伐在许多发展中国家，农村住房仍然主要取材于木材、茅草等林产 品。森林资源的过分消耗和树木成熟的季节周期性造成木材原料的严重不足，而且，因为建 造住房，一些国家的木材资源已面临枯竭。由此，竹子便成为替代木材的切实可行的选择。 自然灾害发生时，发展中国家的通常做法是砍伐附近的森林以建造临时住所，这种行为既 不经济也不环保。竹子可以作为木材的替代材料用于临时住所的搭建，以减少对森林无节 制的砍伐，保护环境。可持续性社会、经济和环境的可持续性是当前发展领域中日益重要的的问题。竹 子本身所具备的特点符合可持续性发展的所有指标。竹子在2至3年即可成材，而木材至 少需要25年。竹子是世界上生长最快的植物，替代木材指日可待，只需利用当地的主要原 材料和工具就足以建造简单经济的竹房屋。相较竹材的鲜明优点，其缺点也是很明显的没有经过特殊处理的竹子，由于其含 有大量的糖分、竹浆、竹胶，所以易生虫。传统的处理办法是将竹子烘烤晾干后快速用烟熏 烤、利用烟里含有的木镏油在竹子表面形成一层保护膜，以防止虫蛀。还有一种处理办法是 在竹材表面涂刷一层熟石灰，以防止湿气渗入和霉菌腐蚀。竹材的另一个缺点是不便于固定和连接，竹材作为自然生成的植物，其呈中空管 状，外表光滑而且坚硬，这使得一些传统的固定和连接方式，诸如捆绑、榫卯技术已使用上 千年，但是其效率并不高，在一定范围内会有移动，当竹材风干收缩后，在连接处发生松弛， 使整个结构产生变形。而竹材干燥时易开裂，这使得一些如金属节点锚栓连接、螺栓连接等 穿孔连接方式也很容易将竹材劈裂。当裂缝与金属节点锚栓连接、螺栓连接的受剪面贴近 或重合，将降低结构的安全度。因为上述缺点，原竹本身很难作为直接满足现代建筑结构的主要构件被使用，因 此，目前公知技术方案是利用现代复合、重组技术对原竹进行加工改性，制作出能够适应现 代工程结构的竹质工程材料。工厂化的深加工解决了原竹防潮、防腐、防霉、阻燃等问题，但 也使得竹材的使用门槛大大提高，深加工的竹材失去了作为一种廉价、易得的建筑材料的 重要特征，不利于在真正缺少建材的广大农村地区推广。很多利用现代复合、重组技术加工 出来的竹砌块密度很高，相当笨重，失去了竹材轻盈坚固的特色。工厂化的人造板生产过程 中大量使用的胶粘剂又造成甲醛释放的污染。目前公知的彩色钢板覆面聚乙烯泡沫夹心复合板具有保温隔热、防腐隔音、轻质 阻燃、抗震性能好、坚固美观、安装方便、有效增加房屋的使用面积以及无需二次装修等特 点。在灾害救助中能发挥重要作用，能基本满足灾民的生活需求。但是这些活动板房仅可 使用一到两年，只能临时解决过渡期间的居住问题。因彩色钢板覆面聚乙烯泡沫夹心复合 板技术含量高、设备要求高、生产投入大，难以在使用地当地生产，必须在工厂生产后运输 到使用地点，而彩色钢板覆面聚乙烯泡沫夹心复合板又有密度低、体积大，运输成本高的缺点，作为临时性居住解决方案存在很大的浪费。达到使用寿命锈蚀的彩色钢板覆面聚乙烯 泡沫夹心还会面临如何合理有效回收的一系列环保问题。发泡塑料也叫多孔塑料。以树脂为主要原料制成的内部具有无数微孔的塑料。质 轻、绝热、吸音、防震、耐腐蚀。有软质和硬质之分。广泛用做绝热、隔音、包装材料及制车船 壳体等。几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料，常用的树脂有聚苯乙烯、聚氨 酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛等。按照泡孔结构可将泡沫塑料分为两类，若绝大多数气孔是互相连通的，则称为开 孔泡沫塑料；如果绝大多数气孔是互相分隔的，则称为闭孔泡沫塑料。开孔或闭孔的泡沫结 构是由制造方法所决定的。发泡塑料的制作方式有(1)化学发泡。由特意加入的化学发泡剂，受热分解或原料组分间发生化学反应而 产生的气体，使塑料熔体充满泡孔。化学发泡剂在加热时释放出的气体有二氧化碳、氮气、 氨气等。化学发泡常用于聚氨脂泡沫塑料的生产。(2)物理发泡。物理发泡是在塑料中溶入气体或液体，而后使其膨胀或气化发泡的 方法。物理发泡适应的塑料品种较多。(3)机械发泡。借机械搅拌方法使气体混入液体混合料中，然后经定型过程形成泡 孔的泡沫塑料。此法常用于脲眠甲醛树脂，其它如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯 溶胶等也适用。泡沫塑料具有密度低，质轻，比强度高的优点，其强度是可控的，能随密度增加而 增大，有吸收冲击载荷的能力，有优良的缓冲减震性能，隔音吸音性能，热导率低，隔热性能 好，优良的电绝缘性能，具有耐腐蚀、耐霉菌性能。软质泡沫塑料具有弹性优良等性能。泡沫塑料具有以下的特点(1)容重很低；(2)具有优良的冲击、振动能量的吸收性，用于缓冲防震包装能大大减少产品的破 损；(3)对温、湿度的变化适应性强，能满足一般包装情况的要求；(4)吸水率低、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对内装物产生腐蚀，且对酸、碱 等化学药品有较强的耐受性；(5)导热率低，可用于保温隔热包装，如冰淇淋杯、快餐容器及保温鱼箱等；(6)成型加工方便，可以采用模压、挤出、注射等成型方法制成各种泡沫衬垫、泡沫 块、片材等。容易进行二次成型加工。另外，泡沫塑料块也可用粘合剂进行自身粘接或与其 它材料粘接。(7)可添加功能填充剂，可以通过添加阻燃剂等功能填充剂控制制成品的物理性 能。但是泡沫塑料作为白色污染的一种，也具有不易降解，对环境不友好的缺点。并且 随着石油资源的匮乏，塑料原料价格也处于上升通道中。
发明内容为了充分利用粗加工的竹材，用相对低技术的手段提供一种易获取和易制成的建 材，本发明提供一种竹塑发泡复合板材，使其即具有竹材的低技术特征、灵活性、安全性、舒适性、原料获取容易性、耐用性、适应性、可持续性及建造速度快和环境效益又具有现代塑 料材料优良的耐候性、缓冲减震性、隔音吸音性、隔热性、电绝缘性、耐腐蚀、耐霉菌性及密 度低、质轻、比强度高的优点。本发明解决问题所采用的技术方案是这样的—种竹塑发泡复合板材，包括板材，其特征在于设置有上下两层竹纤维面层，所述 竹纤维面层是指竹帘胶合板、竹材层积板材、竹材重组板材、竹夹板、竹拼板、竹砧板或者手 工编制的篱笆；在上下两层竹纤维面层之间设置有若干点式支撑结构件，点式支撑结构件 呈条状，均勻网点状分布在两层竹纤维面层之间，起支撑作用，点式支撑结构件的高度可以 根据新型竹塑发泡复合环保节能板材所需厚度自行设置，点式支撑结构件分布密度可以按 照根据新型竹塑发泡复合环保节能板材的不同用途自行设置，点式支撑结构件的材质可以 是木材、竹材、高分子化合物或者金属，其上下支撑面固定连接有金属的棘齿，棘齿的长度 不超过竹纤维面层的厚度，点式支撑结构件通过上述棘齿与上下两层竹纤维面层穿刺咬合 连接；在上下两层竹纤维面层和点式支撑结构件之间还填充有发泡塑料与功能填充物剂 的混合物，所述混合物是按照公知的化学发泡、物理发泡或者机械发泡工艺，在封闭的模具 里发泡膨胀，受发泡过程的膨胀力和封闭模具的压力综合作用，与上述上下两层竹纤维面 层具有较高粗糙度的内表面紧密接触复合连接的，所述的发泡塑料是指热固性和热塑性塑 料，优选的发泡塑料是聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛或者酚醛，所述的功能 填充物剂包括阻燃剂、防腐剂、杀虫剂、发泡剂、增强纤维筋填料、体积填充骨料，上述的增 强纤维筋填料是指植物纤维、玻璃纤维、金属纤维或者上述纤维的混合物，根据板材用途可 以添加不同比例的功能填充物剂以改变控制板材的物理性能。较现有公知竹复合、重组加工技术以及彩色钢板覆面聚乙烯泡沫夹心复合板技 术，本发明的有益效果是发泡塑料与竹纤维面层的复合连接是由发泡过程中塑料的物理变 形与竹纤维面层咬合连接的，无须使用粘接剂，从而从根本上杜绝了粘接剂甲醛污染。较现有公知竹复合、重组加工技术以及彩色钢板覆面聚乙烯泡沫夹心复合板技术 需要的资金和设备投入。本发明的有益效果是，通过低技术手段，使粗加工的竹材能直接作 为满足现代建筑结构的主要构件被使用，让广大农村地区能以较低的成本方便的使用竹建 材。在本发明中，发泡塑料是作为填充物使用，较之发泡塑料的直接制成品，本发明的 有益效果是可以大比例增加功能填充物剂的用量，同时减少塑料用量，从而可使塑料成本 降低，并可使发泡塑料降解时间大幅缩短，减少污染和环保压力。通过传统材料竹和现代材料发泡塑料的复合应用，本发明的有益效果是，复合材 料既能拥有竹材的低技术特征、灵活性、安全性、舒适性、原料获取容易性、耐用性、适应性、 可持续性及建造速度快和环境效益又具有现代塑料材料优良的耐候性、缓冲减震性、隔音 吸音性、隔热性、电绝缘性、耐腐蚀、耐霉菌性及密度低、质轻、比强度高的优点，能够显著提 高传统竹木建筑的热效率，加强保温节能效果。
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的剖面结构示意6[0044]图2是本发明的榫卯结构实施例剖面示意图；图中1、竹纤维面层；2、功能填充物剂；3、发泡塑料；4、点式支撑结构件；5、金属 棘齿；6、榫卯结构凹槽；7、榫卯结构凸扣。
具体实施方式
如图所示一种竹塑发泡复合板材，包括板材，其特征在于设置有上下两层竹纤维面层1，所 述竹纤维面层1是指竹帘胶合板、竹材层积板材、竹材重组板材、竹夹板、竹拼板、竹砧板或 者手工编制的篱笆；在上下两层竹纤维面层1之间设置有若干点式支撑结构件4，点式支 撑结构件4呈条状，均勻网点状分布在两层竹纤维面层1之间，起支撑作用，点式支撑结构 件4的高度可以根据新型竹塑发泡复合环保节能板材所需厚度自行设置，点式支撑结构件 4分布密度可以按照根据新型竹塑发泡复合环保节能板材的不同用途自行设置，点式支撑 结构件4的材质可以是木材、竹材、高分子化合物或者金属，其上下支撑面固定连接有金属 棘齿5，金属棘齿5的长度不超过竹纤维面层1的厚度，点式支撑结构件4通过上述金属棘 齿5与上下两层竹纤维面层1穿刺咬合连接；在上下两层竹纤维面层1和点式支撑结构件 4之间还填充有发泡塑料3与功能填充物剂2的混合物，所述混合物是按照公知的化学发 泡、物理发泡或者机械发泡工艺，在封闭的模具里发泡膨胀，受发泡过程的膨胀力和封闭模 具的压力综合作用，与上述上下两层竹纤维面层1具有较高粗糙度的内表面紧密接触复合 连接的，所述的膨胀力和压力也作用于金属棘齿5，使其物理弯曲变形与竹纤维面层1钩连 咬合，所述的发泡塑料3是指热固性和热塑性塑料，优选的发泡塑料3是聚苯乙烯、聚氨酯、 聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛或者酚醛，所述的功能填充物剂2包括阻燃剂、防腐剂、杀虫剂、 发泡剂、增强纤维筋填料、体积填充骨料，上述的增强纤维筋填料是指植物纤维、玻璃纤维、 金属纤维或者上述纤维的混合物，根据板材用途可以添加不同比例的功能填充物剂2以改 变控制板材的物理性能。如图2所示的实施例中，在上下两层竹纤维面层1之间两边分别设置有榫卯结构 凹槽6和榫卯结构凸扣7，使不同板材可以方便严密的连接。在具体实施例中，竹塑发泡复合板材可以作为墙板、地板、屋顶保暖层、吊顶层使 用。可以根据现有的竹纤维面层制作各种规格和档次的制成品。以上实施例仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，虽然本 说明书参照上述实施例对本发明已经做了详细说明，但本领域的一般技术人员可以理解， 仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明精神和范围的技术方案及其 改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
权利要求一种竹塑发泡复合板材，其特征在于设置有上下两层竹纤维面层，在上下两层竹纤维面层之间设置有若干点式支撑结构件，点式支撑结构件呈条状，均匀网点状分布在两层竹纤维面层之间，起支撑作用，其上下支撑面固定连接有金属的棘齿，棘齿的长度不超过竹纤维面层的厚度，点式支撑结构件通过上述棘齿与上下两层竹纤维面层穿刺咬合连接；在上下两层竹纤维面层和点式支撑结构件之间填充有发泡塑料，与上述上下两层竹纤维面层的内表面紧密接触复合连接。
2.根据权利要求1所述的竹塑发泡复合板材，其特征在于所述的发泡塑料是指热固 性或热塑性塑料。
3.根据权利要求2所述的竹塑发泡复合板材，其特征在于所述的发泡塑料是聚苯乙 烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛或者酚醛。
4.根据权利要求1所述的竹塑发泡复合板材，其特征在于竹纤维面层是指竹帘胶合 板、竹材层积板材、竹材重组板材、竹夹板、竹拼板、竹砧板或者手工编制的篱笆。
专利摘要本实用新型公开了一种竹塑发泡复合板材，其特征在于在上下两层竹纤维面层之间设置有若干点式支撑结构件，填充有发泡塑料与功能填充物剂的混合物，本发明的有益效果是发泡塑料与竹纤维面层的复合连接是由发泡过程中塑料的物理变形与竹纤维面层咬合连接的，无须使用粘接剂，从而从根本上杜绝了粘接剂甲醛污染。
文档编号E04D3/35GK201687153SQ20092031332
公开日2010年12月29日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者刘洋, 张小娟, 杨中华, 罗轶, 翟頔 申请人:罗轶