一种制备用于生产结构性或非结构性用途预压件的可持续复合材料的方法及该复合材料与流程

本申请涉及一种制备用于生产结构性或非结构性用途预压件的可持续复合材料的方法及该复合材料，所述复合材料用于建筑领域中，譬如用于该领域中结构性或非结构性的块状物，板状物，又诸如用于该领域中的预制墙面、横梁、厚板的所用之物。

更具体地说，该方法的构思在于用包含一定量有机物纤维的复合材料来生产预压产品，产品例如块状物、板状物、预制墙面、横梁和路面等，该有机物纤维可压缩且能够降解，并处于干燥状态，所述复合材料设置在封闭的单元之内，前述有机物纤维和封闭的单元全部包含在一个第一外部套件内；所述第一外部套件和套管处于拉伸状态并由可降解的热塑性高分子聚合物制成，所述有机物纤维在所述第一外部套件、所述套管内被压缩成形并维持在一个相互作用的稳定状态，第一外部套件由具有稳定张紧力的生物塑料制成。

该方法所获得的复合材料是由可降解且处于干燥状态的有机物纤维普遍构成的，其来源很普遍，其中可以列出的材料来源包括但不限于秸秆、茎、芦苇、树叶、树枝、草、木材的加工材料、或者来源于羽毛、动物鬃毛或其混合物，复合材料的其余部分由具有与上述有机物纤维性质类似的可持续性环保材料制成，即源自广泛的蔬菜种植领域的可降解有机生物聚合物，根据unien13432的标准，所有的组成材料都是可降解。

根据本发明所述的方法由此设计了制造由有机物纤维和固态生物塑料的混合物构成的一种复合材料，对该材料进行连续的压缩和加热，譬如说采用高频电磁波辐射（微波）对其进行处理。

这样获得的复合材料既具有能够受力的结构特性又具有绝热特性，并且可用于建筑领域，如用于块状物、板状物、预制墙面、横梁和厚板等，以取代目前广泛应用于建筑领域的其他材料制成的产品，如隔热砖块、膨胀粘土砖、蒸压加气混凝土砌块、隔热板、预制墙、预制梁、预制柱和预制板等。

背景技术：

已知的复合材料技术为：复合材料由稻草和其它纤维经粘结剂相结合而制成，再由该复合材料制成产品，产品可以以结构性或非结构性的状态进行使用。

譬如说，上述已知的复合材料被k.r.camann等人在2010年举办的asce结构大会上所公开，公开文件的名称为“由复合稻杆砖制成的剪切力承载墙的设计方案及其性能表征”-"designandperformanceofload-bearingshearwallsmadefromcompositericestrawblocks"(2010structurescongress-asce)。

专利号为cn103448107的中国专利文件公开了包含有多层热压秸秆结构的并采用异氰酸酯树脂作为粘合剂制成的结构板。

专利号为cn103538138的中国专利文件公开了是由竹子和稻杆制成的砖瓦，其采用了热压缩和冷却的方式进行制作。

专利号为cn103419393的中国专利文件公开了一种模具和用于加工成型稻杆砖块的压制装置。

专利号为cn102328336的中国专利文件中公开了一种制造砖瓦和预制组件的方法，所述砖瓦和预制组件由不同种类的茎杆和杂草构成，并具有以聚氨酯泡沫为基材的粘合剂，其构思在于将杂草和茎杆进行切割，采用微波将其干燥，与胶混合，成型，加入聚氨酯泡沫粘合剂，接着进行热压以成型。

专利号为cn101736850的中国专利公开了一种小麦秸秆压模块用于砌筑墙壁的技术方案。

专利号为wo200939440的专利文件公开了采用稻草和异氰酸酯粘合剂构成的用于建筑物墙壁的砌块。

专利号为us20050223671和us20030208982的美国专利文件公开了一种由用湿度抑制物质和粘结材料处理的稻草秸秆构成的块状物及其制造方法，所述稻草秸秆彼此垂直平行排列，它们被横向压制并由各种材料制成的条带保持在一起；在砌块的相对面上制造的是用于使结构性物质和/或混凝土通过的孔。

专利号为us5507988的美国专利文件公开了一种用于打浆、与添加剂混合、铺设和压制纤维材料（其中还包括稻草）以生产砌块的机器；其使用的粘合剂是胶或是水泥（包含有砂浆等）；材料被压碎成小块然后被压合并粘接，产品必须保持足够长的时间以进行粘合。

专利号为ep345125的欧洲专利文件公开了一种热收缩系统，该系统包括用于生产一个稻杆层（或者各种聚合物如膨胀型聚氨酯或聚苯乙烯，或废弃物），该稻草层用于制造建筑上的砌块。

专利号为se7905308的瑞典专利文件公开了一种自力推进式机器，其能够在空间的所有方向堆积和压缩稻杆，用微波加热器加热并压缩稻杆，然后将其冷却以获得砌块。

然而，现在已知的各种类型的系统存在许多限制性的缺陷，该缺陷尤其与生产构造用砌块的技术目的有关。

第一个缺陷在于，没有一种已知类型的系统的建造目的在于生产仅由可降解材料构成的产品。

第二个缺陷在于，已知类型的系统通常的生产思路为：预先润湿之后压缩天然来源的纤维材料以形成构件；但其不包含这样的生产思路：让构件保持着材料内部应力状态所带来的性能。因此在其使用状态下的构造中材料并不处于预压缩状态。

换句话说，已知类型的材料被简单地定义为“预压缩”，即在包装期间产品被压缩，但不能够保持其内部应力。

特别是在封装时，有机物纤维被任何液体弄湿的情况下，几乎完全丧失了其自身的弹性回复力学特性，并不趋向于恢复其初始形状，纤维“塑性”地适应了压缩过程中形成的新形状。

技术实现要素：

因此，针对上述技术问题，本发明的第一个目的是提出一种用于制造由包含纤维的复合材料制成的预压件的方法，例如稻草和一种粘结材料，在制备过程中经受压缩和拉伸，一旦砌块制成并获得了最终的形状，砌块内部的各个组件材料基本上保留了压缩和拉伸时的内部应力，此外，本发明的目的是生产仅由可降解材料构成的用于建筑目的的预压件。

上述目的通过根据所附权利要求中的一项或多项的方法和设备来实现。

第一个优点在于，该方法能够生产预压件，该预压件受到内部材料相互作用的状态-特别是预压缩状态的影响，这种特性被设计用于提升使用时的性能，特别地，用本申请所述系统生产的预压件在压缩过程中是“预先通过考验的”，因为在它们的生产过程中，它们承受的应力远高于在使用过程中要承受的应力。

该方法的另一个优点在于预压缩工序在很大程度上减小了使用期间砌块的变形。

该方法的另一个优点还在于，它能够获得一种复合材料，由该复合材料具有较大的体积变量空间，可根据其用途而使其体积发生变化，也正是由于此特性，在制造期间，施加的较大的压缩力与较高的最终体积变量空间变量值相对应，并因此具有较高的机械承载能力和较低的隔热性能。

该方法的另一个优点还在于，所获得的预压件具有优秀的隔热和隔音特性，这取决于预压件材料的固有特性，以及砌块内包含有很多彼此之间和外界均不相联通的含有空气的单元的实际结构。

该方法的另一个优点还在于，所获得的砌块不仅可生物降解，而且完全可用作堆肥，因为它仅由根据unien13432标准规定的可降解的材料制成，因此具有极高的可持续应用的环保特性。

附图说明

图1展示了一个实施例的横截面示意图，该实施例为根据本发明所述方法所制成的预压件，在横截面图像的任意方向上，突出显示了构成复合材料的组分在单元内的排布状况;

图2展示了标准构件构造的轴测图，该标准构件采用如图1所示的根据本发明所获得的预压件制成;

图3展示了标准组件构造另一角度的轴测图，该标准组件采用如图1所示的根据本发明所获得的预压件制成;

图4a和4b为两个标准组件的正交侧视图，该标准组件采用如图1所示的根据本发明所获得的单元制成;

图5和图5a分别展示了由本发明所获得材料制成的预压件内纤维材料和生物塑料材料的分布结构示意图和有机物纤维的横截面结构示意图;

图6展示了用于启动铸模的压缩机器的横截面示意图。

本领域技术人员从上面的描述和附图中将更好地理解上述的众多优点，附图不构成对实例指代预压件的限制。

具体实施方式

参考附图，实施例描述的是根据本发明所述方法生产由复合材料制成的预压元件的优选实施例（参考砌块），预压元件为建筑物领域结构性或非结构性使用的产品，所述实施例不构成对本发明的限制，且已经根据优选实施例描述了本发明，但是可以设计等同的变型，而不偏离本发明的保护范围；

该实施例中所述方法的构思在于，准备模具8，模具8的形状和尺寸与期望得到的砌块的最终形状和尺寸相对应。

优选的，由可透过高频电磁辐射（微波）的材料制成，该材料包括但不限于铝、玻璃纤维、木材、塑料。

模具由侧壁12，底部13和活塞9形成，该活塞9可以在模具8中滑动以压缩设置在其中的材料。

优选地，模具8可拆卸的，以便于取出制成的砌块。

在本实施例中，为了清楚和简单起见，假定侧壁12是垂直的，底部13是水平的，活塞9也是水平的并且从上至下可移动的对材料进行压缩。

模具设置完成之后，该方法的构思在于：采用干燥的有机物纤维7制成束状，所述束状有机物纤维7包裹在生物塑料材料制成的片状物所构成的套管4中，并且放置在底部、侧壁和活塞成的模具8内，然后进行砌块1外的外部套件2的设置。

在本申请的框架范围内中，所述“生物塑料材料”指的是天然来源的有机聚合物，例如用于生产可堆肥类型袋子的可降解生物塑料，所述可堆肥类型袋子的商标名称是mater-bi®，由novamonts.pa公司采用玉米种子制作。

在各种实施方案中，干燥的有机物纤维可以由例如秸秆、茎、芦苇、树叶、枝条、草、由木材加工产生的材料、羽毛、动物硬毛或其混合物构成，其长度不小于50毫米。

在本申请的框架范围内所述的“干燥的有机物纤维”，是指含水量非常少的物质，譬如说水的质量分数小于14％的材料，在干燥的情况下使用，只要其在制造过程中的任何时候都不被润湿，那么它将保留自己原有的物理/机械特性。

优选地，套管4的长度与模具的侧壁12的长度相适配，并且具有与复合材料制成的最终砌块所要求的物理/机械特性相适配的平均直径，且该平均直径是可以根据要求进行选择的。而且，套管4的数量足以完全填充模具并垂直布置，使其内的有机物纤维垂直于活塞9。这样布置的有利之处在于，有机物纤维完全填充模具并且垂直于活塞9，并且一旦被压缩，就呈现出分布于各个方向上的分布，而不仅是水平的分布，从而赋予成品砌块以足够的剪切强度。

假定模具的尺寸相同，则套管的直径越小，其数目越多，单位体积的生物塑料材料所对应的有机物纤维数量更多，在制造套管4时，可以根据其最终密度值施加所对应的压力，譬如说密度值较高时施加压力亦较高，密度值较低时施加压力亦较低。在各个应用实例中，可以使用体积质量约为400kg/m3的砌块来建造住宅建筑的承重墙，例如跨度达5米、楼层高达十层的楼板建筑物，而具有大约100kg/m3的体积质量的砌块可以用于建造具有其框架结构的幕墙。

为了防止生物塑料材料片通过熔化粘附到模具的内表面上，预先在底部、侧壁上和活塞内部铺设一种生物塑料材料的膜片-即便于将成品砌块从模具中分离出来的材料。

此外，还在底部、侧壁上和活塞内部铺设防粘材料，该防粘材料能够与构成砌块外壳的生物塑料结合，还能够增加与砂浆、用于生产墙壁和建筑产品的胶水以及石膏、涂料之间铺设的附着力。根据预先设计砌块的用途，这些材料可以是：金属制的网、线或纤维；玻璃纤维制成的网、线或纤维；塑料制的网、线或纤维；源于自然的有机物网、线或纤维；源于自然的无机质颗粒、砂石或粉末；源于自然的有机质颗粒、砂石或粉末。

一旦上述材被引入到模具中，则模具可以被使用在配备有活塞杆10的压力机14中，用于操作活塞9使得活塞9将内部的材料进行压缩，被压缩的材料即套管4和构成套件2的生物塑料材料片。

在各种应用中，要施加的压力的值根据砌块1所需要的的最终尺寸和密度而变化，一般在1.0n/mm2和13n/mm2之间，也可以更高。

在一个应用实例中，为了获得尺寸为0.4×0.8m，最终体积质量约为300kg/m3的麦秆砌块，需要约4n/mm2的压力。

一旦经受过压力测试，在使用期间所受意外并可变化的载荷值范围内（0.4n/mm2和0.6n/mm2之间），复合材料砌块所发生的形变与自身尺寸的比例值大约在0.40mm/m。

随着活塞9达到最后压缩的位置并进行保持，使得纤维材料处于压缩状态，本申请所述方法构思了加热到大约80℃的步骤，通过操作高频电磁辐射发生器11（微波），持续所需的时间（例如大约300-600秒）以获得生物塑料材料的完全熔化，并将其粘合到有机物纤维上。

根据本发明，加热步骤以这样的方式进行，既能够达到足以使生物塑料材料熔化的温度，又不会改变有机物纤维材料的物理/机械特性。

举例来说，为了生产尺寸为0.4×0.8m的小麦秆砌块，其最终体积质量约为300kg/m3，电磁辐射持续约的必要时间为300s，功率大约为6000w.

在加热步骤结束时，仍然保持活塞处于最后的压缩位置，并且因此使得纤维材料处于压缩状态，在此状况下进行材料的冷却步骤，以强制或自然冷却的方式进行冷却直至生物塑料材料凝固并随后提取成品砌块。

采用本申请所描述的方法获得成品砌块1，其包含一定量的处于压缩状态的干燥的有机物纤维7，有机物纤维7包含在处于拉伸状态的套件2内，该套件2由热塑性的生物可塑性堆肥材料制成。

优选地，在该过程结束时，有机物纤维7内由在各个方向上排列的纤维杆构成，纤维杆并没有单一的优先排列方向。

有利的地方在于，不存在优先方向即能够赋予砌块在所有方向上的剪切强度。

参考图1，在本实施例中，由热熔性可降解材料构成的砌块1内部包括有广泛的三维蜂窝状结构3，该砌块1由连接在一起并连接到外壳的一组闭合单元形成，该闭合单元设置于生物塑料材料制成的外部套件中，闭合单元的侧壁粘附到与生物塑料材料相邻的管状结构上。图1特别示出了根据沿任意方向的砌块的横截面视图上，砌块1内的有机物纤维7和三维蜂窝状结构3的密闭单元的布置，因为生物塑料材料和包含有麦秆的密闭单元的分布模式在所有方向都是相同的。

因此，本发明所述的材料包含一定量处于压缩状态的干燥有机物纤维7，所述干燥的有机物纤维7包含在处于拉伸状态的套件2内，所述套件2由热塑性的可降解材料制成。

根据本发明所述，有机物纤维和套件被构造成保持永共同作用的状态，有机物纤维被永久地压缩并且生物塑料材料制成的套件2被永久地拉紧。

有利的地方在于，利用该解决方案，砌块表现得像预先经过低于或等于预压缩值压力测试的砖瓦。

有利的地方还在于，不存在优先方向即能够赋予砌块在所有方向上的剪切强度。

本发明所述的材料可以有帮助的使用于譬如说：制造墙壁。需要强调的是，这只是这种材料可能的应用。由于如果材料用于制造梁或板，元件的构造可以改变，在这种情况下将存在用于加强的钢结构。

为了这个目的，采用图2-4所示的模块化构造是有用的，举个例子，该构造包括设置在砌块1两个相对面上的凹部5和凸部6的组合，这个组合被配置为能够使多个砌块1进行定位的结构，定位方式为一个设置在另一个之上，由此竖向设置的墙体在水平剪切应力方面具有良好的强度；

在所描述的例子中，在砌块的水平面上获得了凹部5和凸部6，但是应该理解的是，根据实际使用状况，“凹部5和凸部6可以无差别的向上和/或向下和/或向侧面定位”。

优选地，一种墙壁，由根据本发明所述的多个上述类型的砌块组成，所述砌块借助于可降解的粘合剂连接在一起，粘合剂为动物来源的胶粘剂，例如动物来源的胶粘剂，从处理皮革的副产物如皮和骨为原料制成，或者植物来源的胶水，由谷物淀粉制成；此外，为了提高砂浆、用于建造墙壁和建筑产品的胶水和铺设石膏的粘附性，砌块1的外表面设置有稳定地附着第一外部套件2的材料，即可以与构成第一外部套件2的生物塑料结合的材料，根据设想的砌块用途，上述材料可以是：金属制的网、线或纤维；玻璃纤维制成的网、线或纤维；塑料制的网、线或纤维；源于自然的有机物网、线或纤维；源于自然的无机质颗粒、砂石或粉末；源于自然的有机质颗粒、砂石或粉末。