用于木制构件的并排纤维加强板制造技术

一种粘结到长形木制结构件上、用于提高此结构件承载能力的板（２２）以及这种板的制造方法。加强板包括大量彼此平行、并与板的纵向并排的合成纤维（２４）、板中几乎没有横向纤维。包围纤维的树脂外壳（２６）使纤维将保持上述状态。最靠近表面处的纤维没有被树脂外壳所包围。通过对板的表面进行处理，使最靠近表面处的纤维“起毛”，以便使用非环氧树脂粘结剂。本发明专利技术的加强板是通过改进的连续塑型加工方法制造的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对木制结构进行加强的技术，例如对梁、柱和构架进行加强的技术。本专利技术特别涉及用单向纤维作为木制结构件的加强物，以提高木制结构的抗拉伸和抗压缩承载能力。为了保持木制产品的竞争力，木制产品工程师必须在考虑可选用的材料的同时采用新的设计，以便提高工程木制品的结构强度极限和成本效益。典型的工程木制品包括胶合叠层木梁，叠层木柱，木制工字梁，以及木制构架等。现有技术已广泛地应用在这些工程木制品上。O’Brien的美国专利No.5,026,593公开了用平薄的铝带对叠层梁进行加强的技术。根据O’Brien的描述，铝带必须连续地覆盖梁的宽度和长度，并且加强带可以用粘结的方法固定到梁的最下层，以提高梁的抗拉强度，或者固定到梁的在最上层，以提高梁的抗压强度。因此，尽管O’Brien讲述了为了提高梁的抗拉强度(或抗压强度)，如何确定加强带在木制叠层梁上的位置的工程原理，并因此提高了梁的总体承载能力，但O’Brien只描述了铝制加强带的使用。虽然O’Brien说到加强带可以是任何具有“高拉伸强度”的材料，但O’Brien既没有涉及优化加强带的方法，也没有就此提出建议，同时也没有解决使用非铝制的加强带所带来的问题。在1988年的国际木材会议上，Dan A.Tingley提交了一篇题为“加强的胶合叠层木梁”的论文(以后称之为Tingley论文)，该论文介绍了在胶合叠层木梁(glulams)上使用加强塑料(RP)的技术。Tingley的论文中公开了在胶合叠层木梁的高应力区中布置“KEVLAR”加强塑料板的实验结果。结果表明，使用“KEVLAR”加强板的梁与未经过加强的梁相比，梁的极限破坏载荷提高了19％。虽然论文中没有提到为什么需要纵向排列纤维或怎样实现纵向排列纤维，但论文中说到，制造者可以实现100％的纤维纵向排列。Tingley论文还指出，相对胶合叠层木梁的长度来说，缩短RP的长度具有经济上的益处，同时不会明显降低对木梁强度的加强效果。Tingley的论文没有涉及任何关于制造RP加强板的方法，也没有提到为了降低初始应变，在纤维受到张力作用的同时对板进行固化所带来的好处。Tingley论文也没有提到将最外面的某些纤维露出所带来的益处，其中，将某些纤维露出是为了使RP的表面“起毛”，以便产生一个便于使用商品级粘结剂(例如间苯二酚粘结剂)的表面。相反，Tingley论文提到使用环氧树脂胶，而不是使用间苯二酚粘结剂，将RP与相邻的木板层粘结起来，尽管其它木板层之间使用的是较便宜的商品级粘结剂(间苯二酚粘结剂)。本专利技术涉及的另一领域是连续塑型(pultrusion)加工方法。连续塑型是一种连续制造方法，用于制造各种长度的纤维加强塑料部件。连续塑型包括牵引若干柔性的加强纤维，使其经过一个液体树脂槽，然后再经过一个加热的模具，此模具能够使RP成型，并使树脂固化。连续塑型因能够制造出连续的RP，并且允许根据用户需要布置纤维的位置和方向而广为人知，其中的后一特点使人们可以对连续塑型部件的机械特性进行设计，以适应特殊的应用。连续塑型部件中具有沿纵向布置、用于提高轴向强度的纤维，以及倾斜布置、用于提高横向强度的纤维。本专利技术对现有技术中使用加强塑料板作为叠层木梁和其它木制结构件的加强物的技术进行了改进。本专利技术提供了一种加强板，这种板由大量的高强度纤维组成，所有纤维都彼此基本平行地布置，并且与加强板的纵向轴线并排。为了使板的表面“起毛”，对最靠近表面的纤维进行打磨，使得能够用商品级的粘结剂(例如间苯二酚粘结剂)将RP板与木制结构粘结起来。本专利技术也包括混合纤维RP板，在这种板中，有一个由大量连续的和并排的纤维构成的芯部，以及一个(或多个)由非连续纤维组成的外层，为了便于板和木制结构的粘结，其中的非连续纤维经过打磨，使得RP板具有起毛的表面。在设计上不允许纤维起毛的场合中，混合纤维RP板是十分重要的。例如，为了制造高抗压强度板，在“KEVLAR”中应布置碳素纤维，因为碳素纤维比其它大多数商品纤维具有更大的压缩弹性模量，而“KEVLAR”以起毛，以作为粘结表面使用，在另一方面，为了将板与相邻的木板层粘结起来，只由碳素纤维组成的板将需要环氧树脂基的粘结剂。本专利技术也包括制造这种板的加工方法，在这种加工方法中，当树脂在加热的模具中固化时，几乎全部纤维都处于平行和并排布置的状态，并同时受到张力的作用。通过参考附图，以及通过下面对本专利技术的详细描述，本专利技术的上述及其它目的、特点和优点将很容易得到理解。附图说明图1是现有技术中连续塑型加工方法的透视图。图2是本专利技术连续塑型加工方法的透视图，利用这种方法能够制造出长形的加强板，加强板中的全部纤维均彼此平行，并与一纵向轴线并排。图3a-图3c是本专利技术纤维板的局部断面透视图，其中，剖视的部分表示了构成纤维板的纤维排列和布置情况。图4是一具有本专利技术加强板的木制叠层梁的正视图，其中，加强板位于叠层之间。图5是一具有本专利技术加强板的木制叠层梁的正视图，其中，加强板位于叠层梁的外表面。图6是一木制工字梁的正视图，图中表示了为提高工字梁的承载能力，本专利技术的加强板所应在的优选位置。图7是一木制构架的正视图，图中表示了为提高构架的承载能力，本专利技术的加强板所应在的优选位置。通过对本专利技术用途的描述，本专利技术将很容易得到理解。参考图4和图5，图中表示了由多层层压板12组成的粘结木制叠层梁10。每块层压板12最好是长形的木板。叠层梁的主要建筑用途是跨越空间，例如跨越支承座14之间的空间，以及支撑由箭头16所表示的载荷。当叠层梁按图中的布置方式工作时，最下面的层压板18一般承受着纯拉伸应力。与此相反，最上面的层压板20一般承受着纯挤压应力。科学家发现，通过在最大应力区中布置加强板22或23，即分别在最靠近最下面板18或最靠近最上面板20的区域中布置加强板22或23，一般能够提高叠层梁的承载能力。因为板22用在高拉伸应力区中，而板23用在高挤压应力区中，因此加强板22与加强板23有所不同。在图4中，加强板22位于最下面层压板18和相邻层压板之间的位置，而加强板23位于最上面层压板20和相邻层压板之间的位置。在图4和图5中，加强板的长度大约是梁长度的五分之三。实验结果以及现有技术表明，覆盖在梁的中部、长度为五分之二～五分之三梁长的加强板一般能够提供全长度加强板所能提供的全部优点，而且能够降低每根梁的造价。如图4所示，加强板安装在层压板之间，并且长度大约是梁长的五分之三，因此，在靠近加强板22端部的地方需要布置衬板24。衬板24可以用木材制造。如图5所示，当加强板布置在梁的最外侧时，不需要衬板。在本专利技术的优选实施例中，以及在上述条件下，即对于具有集中载荷或均匀载荷的简支梁来说，最下面的加强板22将由具有高抗拉强度的材料制造，而最上面的加强板23将由具有高抗压强度的材料制造。应当理解，图4和图5所示的加强板布置形式只适合于图中所示的载荷条件。如果叠层梁承受不同类型的载荷，加强板的最佳布置形式也将有所不同。例如，如果叠层梁是悬臂的，则在设计时应考虑将具有高抗拉强度的加强板布置在梁的上部，而将具有高抗压强度的加强板布置在梁的下部。同样，在悬臂载荷的情况下，加强板不应布置在梁长度的中部，而应沿着梁的最大应变区布置。图6～7表示了不同的木制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有第一纵向轴线的长形木制结构承载构件，包括：（ａ）多个用第一粘结剂粘结在一起的长形木制部分，上述长形木制部分的长度方向一般与第一纵向轴线一致；以及（ｂ）多个合成加强板，上述每个合成加强板都具有许多保持在树脂基体中的合成纤维绞线 ，并且至少合成加强板中所选的第一加强板通过第一粘结剂至少与木制部分中的第一所选部分进行粘结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔A廷格利，
申请(专利权)人：丹尼尔A廷格利，
类型：发明
国别省市：US[美国]