一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备方法
【专利摘要】一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备方法，它涉及单板层积材及其制备方法。本发明的目的是要解决现有杨木单板层积材的力学强度不高，碳纤维和木材的界面结合能力差，易出现品层离的问题。一种碳纤维布增强杨木单板层积材由7块杨木单板和2块碳纤维布制备而成，且由上至下依次为杨木单板、表面处理后的碳纤维布、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、表面处理后的碳纤维布和杨木单板。制备方法：首先对碳纤维布预处理，然后再进行涂胶，最后进行热压，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。本发明可获得一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备方法。
【专利说明】一种碳纤维布増强杨木单板层积材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单板层积材及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自1976年芬兰Finfores公司与Rate公司合作建成世界上第一条单板层积材生 产线以来，单板层积材得到了快速发展，我国从上世纪80年代中期开始研宄这种产品，但 当时还主要研宄的非结构用单板层积材。伴随着经济的迅猛发展和对建筑结构用材的高要 求，非结构用单板层积材明显不能满足工程结构需求，亟待把研宄目标转向结构用单板层 积材，从而提升产品力学强度，扩大其应用范围。
[0003] 碳纤维具有比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性 良好等优点，可作为一种增强材料应用到单板层积材产品领域。但碳纤维和木材表面具有 相反的极性（碳纤维表面光滑），即使在两者界面添加胶黏剂的情况下，胶合强度也不甚理 想，这成为制约单板层积材产品强度升级的关键技术难题之一。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要解决现有杨木单板层积材的力学强度不高，碳纤维和木材的界 面结合能力差，易出现品层离的问题，而提供一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备 方法。
[0005] 一种碳纤维布增强杨木单板层积材由7块杨木单板和2块碳纤维布制备而成，且 由上至下依次为杨木单板、表面处理后的碳纤维布、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单 板、杨木单板、表面处理后的碳纤维布和杨木单板。
[0006] -种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0007] -、向硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1. 0%?2. 5 %的硅烷偶联剂 狃550溶液；将碳纤维布浸入到浓度为1.0%?2.5%的硅烷偶联剂1(册50溶液中51^11? 15min，再将碳纤维布从浓度为1. 0%?2. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中取出，再在温度为 100°C?130°C下干燥15min?25min，得到表面处理后的碳纤维布；
[0008] 二、将7块杨木单板按照顺纹组坯，得到顺纹组坯后的7块杨木单板；再将2块表 面处理后的碳纤维布分别放置在顺纹组坯后的7块杨木单板的第1块杨木单板与第2块杨 木单板之间和第6块单板与第7块单板之间；再对顺纹组坯后的7块杨木单板中间的5块 杨木单板和2块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶；再对顺纹组坯后的7块杨木 单板的第1块杨木单板的下表面和第7块杨木单板上表面进行涂胶，再进行陈化20min? 30min，得到涂胶后的组坯；
[0009] 步骤二中所述的涂胶量为140g/m2?150g/m2;
[0010] 三、将涂胶后的组坯在温度为120°C?140°C和压力为6.OMPa?6. 5MPa下热压 9min?13min，再自然冷却至室温，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。
[0011] 本发明的优点：
[0012] -、本发明得到的碳纤维布增强杨木单板层积材具有强度高，适用范围广，不易层 离等优点；
[0013] 二、本发明得到的碳纤维布增强杨木单板层积材的静曲强度为62MPa?65MPa，弹 性模量为8808MPa?8810MPa，剪切强度为8MPa?9MPa。
[0014] 本发明可获得一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为试验一步骤三得到的碳纤维布增强杨木单板层积材的结构示意图；图1中 1为杨木单板，2为表面处理后的碳纤维布。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一：本实施方式是一种碳纤维布增强杨木单板层积材由7块杨木单 板和2块碳纤维布制备而成，且由上至下依次为杨木单板、表面处理后的碳纤维布、杨木单 板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、表面处理后的碳纤维布和杨木单板。
[0017] 本实施方式的优点：
[0018] -、本实施方式得到的碳纤维布增强杨木单板层积材具有强度高，适用范围广，不 易层离等优点；
[0019] 二、本实施方式得到的碳纤维布增强杨木单板层积材的静曲强度为62MPa? 65MPa，弹性模量为8808MPa?8810MPa，剪切强度为8MPa?9MPa。
[0020] 本实施方式可获得一种碳纤维布增强杨木单板层积材及其制备方法。
【具体实施方式】 [0021] 二：本实施方式是一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法， 具体是按以下步骤完成的：
[0022] 一、向硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1.0%?2. 5 %的硅烷偶联剂 狃550溶液；将碳纤维布浸入到浓度为1.0%?2.5%的硅烷偶联剂1(册50溶液中51^11? 15min，再将碳纤维布从浓度为1. 0%?2. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中取出，再在温度为 100°C?130°C下干燥15min?25min，得到表面处理后的碳纤维布；
[0023] 二、将7块杨木单板按照顺纹组坯，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依 次为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7# 杨木单板，在1#杨木单板与2#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，在6#杨木 单板与7#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4# 杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和两块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶， 对1#杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次 为1#杨木单板、表面处理后的碳纤维布、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单 板、6#杨木单板、表面处理后的碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进 行陈化20min?30min，得到涂胶后的组还；
[0024] 步骤二中所述的涂胶量为140g/m2?150g/m2;
[0025] 三、将涂胶后的组坯在温度为120°C?140°C和压力为6.OMPa?6. 5MPa下热压 9min?13min，再自然冷却至室温，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。
[0026] 本实施方式的优点：
[0027] -、本实施方式得到的碳纤维布增强杨木单板层积材具有强度高，适用范围广，不 易层离等优点；
[0028] 二、本实施方式得到的碳纤维布增强杨木单板层积材的静曲强度为62MPa? 65MPa，弹性模量为8808MPa?8810MPa，剪切强度为8MPa?9MPa。
【具体实施方式】 [0029] 二：本实施方式与一不同点是：步骤一中所述的溶剂 为质量分数80%?90%的乙醇溶液。其他步骤与一相同。
【具体实施方式】 [0030] 三：本实施方式与一或二之一不同点是：步骤一中向 硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液。其他步骤与具 体实施方式一或二相同。
[0031]
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是：步骤一中将 碳纤维布浸入到浓度为1. 5 %的硅烷偶联剂KH550溶液中lOmin，再将碳纤维布从浓度为 1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中取出。其他步骤与【具体实施方式】一至三相同。
【具体实施方式】 [0032] 五：本实施方式与一至四之一不同点是：步骤一中在 温度为120°C下干燥15min，得到表面处理后的碳纤维布。其他步骤与一至四 相同。
【具体实施方式】 [0033] 六：本实施方式与一至五之一不同点是：步骤二中所 述的胶为脲醛树脂。其他步骤与一至五相同。
【具体实施方式】 [0034] 七：本实施方式与一至六之一不同点是：所述的胶中 含有的固体含量为55%。其他步骤与一至六相同。
【具体实施方式】 [0035] 八：本实施方式与一至七之一不同点是：步骤二中所 述的涂胶量为145g/m2。其他步骤与一至七相同。
【具体实施方式】 [0036] 九：本实施方式与一至八之一不同点是：步骤二中将 7块杨木单板按照顺纹组坯，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依次为1#杨木单 板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7#杨木单板，在1# 杨木单板与2#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，在6#杨木单板与7#杨木单 板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木 单板、6#杨木单板和两块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶，对1#杨木单板的下 表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次为1#杨木单板、表 面处理后的碳纤维布、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板、表 面处理后的碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进行陈化30min，得到 涂胶后的组坯。其他步骤与一至八相同。
【具体实施方式】 [0037] 十：本实施方式与一至九之一不同点是：步骤二中在 温度为120°C和压力为6. 5MPa下热压Ilmin，再自然冷却至室温，得到碳纤维布增强杨木单 板层积材。其他步骤与一至九相同。
[0038] 采用以下试验验证本发明的有益效果：
[0039] 试验一：一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，具体是按以下步骤完成 的：
[0040] 一、向硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液； 将碳纤维布浸入到浓度为1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中lOmin，再将碳纤维布从浓度为 I. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中取出，再在温度为120°C下干燥15min，得到表面处理后的 碳纤维布；
[0041] 步骤一中所述的溶剂为质量分数90%的乙醇溶液；
[0042] 二、将7块杨木单板按照顺纹组还，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依 次为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7# 杨木单板，在1#杨木单板与2#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，在6#杨木 单板与7#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4# 杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和两块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶， 对1#杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次 为1#杨木单板、表面处理后的碳纤维布、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单 板、6#杨木单板、表面处理后的碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进 行陈化30min，得到涂胶后的组坯；
[0043] 步骤二中所述的胶为脲醛树脂，固体含量为55% ;
[0044] 步骤二中所述的涂胶量为145g/m2;
[0045] 三、将涂胶后的组坯在温度为120°C和压力为6. 5MPa下热压llmin，再自然冷却至 室温，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。
[0046] 图1为试验一步骤三得到的碳纤维布增强杨木单板层积材的结构示意图；图1中 1为杨木单板，2为表面处理后的碳纤维布。
[0047] 试验二：一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，具体是按以下步骤完成 的：
[0048] 一、将7块杨木单板按照顺纹组还，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依 次为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7# 杨木单板，在1#杨木单板与2#杨木单板之间放置1块碳纤维布，在6#杨木单板与7#杨木 单板之间放置1块碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨 木单板和两块碳纤维布的上下表面进行涂胶，对1#杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木 单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次为1#杨木单板、碳纤维布、2#杨木单板、3#杨 木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板、碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺 纹进行胶接，再进行陈化30min，得到涂胶后的组坯；
[0049] 步骤一中所述的胶为脲醛树脂，固体含量为55% ;
[0050] 步骤一中所述的涂胶量为145g/m2;
[0051] 二、将涂胶后的组坯在温度为120°C和压力为6. 5MPa下热压llmin，再自然冷却至 室温，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。
[0052] 试验三：杨木单板层积材的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0053] 一、将7块杨木单板按照顺纹组还，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依 次为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7# 杨木单板，对2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板和6#杨木单板的上下表 面进行涂胶，对1#杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按 由上至下依次为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木 单板和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进行陈化30min，得到涂胶后的组坯；
[0054] 步骤一中所述的胶为脲醛树脂，固体含量为55%;
[0055] 步骤一中所述的涂胶量为145g/m2;
[0056] 二、将涂胶后的组坯在温度为120°C和压力为6. 5MPa下热压llmin，再自然冷却至 室温，得到杨木单板层积材。
[0057] 对试验一步骤三得到的碳纤维布增强杨木单板层积材、试验二得到的碳纤维布增 强杨木单板层积材和试验三得到的杨木单板层积材进行力学测试；测试规范依据中华人民 共和国国家标准GB/T20241-2006执行，选取静曲强度、弹性模量、剪切强度做为材料力学 性能指标。具体测试数据见表1，表1为力学性能测试结果。
[0058]表1
[0059]
【权利要求】
1. 一种碳纤维布增强杨木单板层积材，其特征在于一种碳纤维布增强杨木单板层积材 由7块杨木单板和2块碳纤维布制备而成，且由上至下依次为杨木单板、表面处理后的碳纤 维布、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、杨木单板、表面处理后的碳纤维布和杨木 单板。
2. -种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于一种碳纤维布增强杨木 单板层积材的制备方法具体是按以下步骤完成的： 一、 向硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1. 0%?2. 5%的硅烷偶联剂KH550 溶液；将碳纤维布浸入到浓度为1. 〇%?2. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中5min?15min， 再将碳纤维布从浓度为1. 〇 %?2. 5 %的硅烷偶联剂KH550溶液中取出，再在温度为 100°C?130°C下干燥15min?25min，得到表面处理后的碳纤维布； 二、 将7块杨木单板按照顺纹组坯，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依次为 1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7#杨木 单板，在1#杨木单板与2#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，在6#杨木单板 与7#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木 单板、5#杨木单板、6#杨木单板和两块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶，对1# 杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次为1# 杨木单板、表面处理后的碳纤维布、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6# 杨木单板、表面处理后的碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进行陈 化20min?30min，得到涂胶后的组还； 步骤二中所述的涂胶量为140g/m2?150g/m2; 三、 将涂胶后的组坯在温度为120°C?140°C和压力为6. OMPa?6. 5MPa下热压9min? 13min，再自然冷却至室温，得到碳纤维布增强杨木单板层积材。
3. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤一中所述的溶剂为质量分数80%?90%的乙醇溶液。
4. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤一中向硅烷偶联剂KH550中加入溶剂，得到浓度为1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液。
5. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤一中将碳纤维布浸入到浓度为1. 5 %的硅烷偶联剂KH550溶液中lOmin，再将碳纤维布 从浓度为1. 5%的硅烷偶联剂KH550溶液中取出。
6. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤一中在温度为120°C下干燥15min，得到表面处理后的碳纤维布。
7. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤二中所述的胶为脲醛树脂。
8. 根据权利要求2或6所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征 在于所述的胶中含有的固体含量为55%。
9. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在于 步骤二中所述的涂胶量为145g/m2。
10. 根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在 于步骤二中将7块杨木单板按照顺纹组坯，得到顺纹组坯后的7块杨木单板，由上至下依次 为1#杨木单板、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和7#杨 木单板，在1#杨木单板与2#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，在6#杨木单 板与7#杨木单板之间放置1块表面处理后的碳纤维布，对2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨 木单板、5#杨木单板、6#杨木单板和两块表面处理后的碳纤维布的上下表面进行涂胶，对 1#杨木单板的下表面进行涂胶，对7#杨木单板的上表面进行涂胶，然后按由上至下依次为 1#杨木单板、表面处理后的碳纤维布、2#杨木单板、3#杨木单板、4#杨木单板、5#杨木单板、 6#杨木单板、表面处理后的碳纤维布和7#杨木单板的顺序，且按照顺纹进行胶接，再进行 陈化30min，得到涂胶后的组坯。
11.根据权利要求2所述的一种碳纤维布增强杨木单板层积材的制备方法，其特征在 于步骤二中在温度为120°C和压力为6. 5MPa下热压llmin，再自然冷却至室温，得到碳纤维 布增强杨木单板层积材。
【文档编号】B32B21/10GK104493917SQ201410723714
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】张冬妍, 刘海明, 孙丽萍 申请人:东北林业大学