一种利用废弃物制造仿骨构件的方法及仿骨构件技术

本发明专利技术公开了一种利用废弃物制造仿骨构件的方法及仿骨构件，包括以下步骤：S1、将废弃泡沫塑料加工成型出内部具有三维网状空隙的骨芯体；S2、在骨芯体的所有面涂覆镁水泥基复合材料层；S3、在镁水泥基复合材料层的表面覆盖水泥基复合材料层，且水泥基复合材料层填充骨芯体内部的三维网状空隙。这种方法，以仿生学、力学和材料学为指导，采用废弃泡沫塑料制作仿骨构件的骨芯体，利用多种废弃物与镁水泥、水泥等材料的复合，在骨芯体的所有面涂覆镁水泥基复合材料层和水泥基复合材料层，水泥基复合材料层填充骨芯体内部的三维网状空隙，既达到废弃物循环利用和在仿骨构件内长期封存与利用，又制造性能优异的仿骨构件，且促进生态环境保护。生态环境保护。生态环境保护。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃物制造仿骨构件的方法及仿骨构件


[0001]本专利技术涉及材料学、力学、仿生学和生态环境等
，具体涉及一种利用废弃物制造仿骨构件的方法及仿骨构件，包括多种材料复合技术和多种废弃物的处置与循环利用。

技术介绍

[0002]泡沫塑料也叫多孔塑料，其内大量气体微孔分散于塑胶中而形成的一类高分子材料。它是以树脂为主要原料制成的内部是有无数微孔的塑料，具有质轻、绝缘、吸声、防震、抗冲击、耐腐蚀、价廉等优点而广泛用作绝缘隔声的包装材料，包装材料在人类现今的生产和生活中普遍且大量使用，极大地给人类生产与生活带来巨大便利。
[0003]泡沫塑料有聚氨酯泡沫(PU)、聚苯乙烯泡沫(EPS)、聚乙烯泡沫(PE)、聚氯乙烯(PVC)，环氧树脂泡沫、酚醛泡沫(PF)等，这些泡沫塑料被大量生产和应用，也被大量废弃，并且许多泡沫塑料只被使用一次就废弃，如电子电器等工业品的包装用的泡沫塑料，农产品包装泡沫网、包装泡沫箱等。大量废弃泡沫塑料散落于世界各个角落，并且逐年累积增加。这里仅聚苯乙烯泡沫塑料为例，在阳光照射下，阳光中的紫外线能将聚苯乙烯表面快速粉化，成微塑料屑，聚苯乙烯大分子链断裂变成分子小一些的分子，而逐渐变成极小分子，甚至变为苯乙烯单体，在自然条件下就需长达300年才能完全分解。由于人和物的流动，特别是大气和水的自然大循环作用，将这些微塑料屑有机大分子、小分子、极小分子或单体弥散在空气、水体和土壤中，易进入微生物、植物、动物体内，对这些生命安全构成严重威胁和伤害。人类已将泡沫塑料对环境的影响称为“白色污染”。<br/>[0004]同样，自从1935年美国杜邦公司专利技术尼龙纤维之后，许多新的化纤不断涌现，广泛应用纺织等行业，解决人类“穿”等问题，同时也产生大量废弃织物，如废弃衣服、建筑废弃无纺布等。如前所述，这些废物含有大量化纤也会逐渐断裂、分解为小分子或人造化合物单体，造成环境威胁和破坏。
[0005]农业生产会产生大量农作物秸秆、果壳等副产品而被大量遗弃；工矿企业会产生大量粉煤灰、矿渣，以显现出严重污染生态环境，直接威胁人类自身的健康、生存和发展。但是，大量废弃的废弃物因难以完全降解，对生态环境造成严重污染，如何减少废弃物对环境造成的污染是目前亟需解决的问题。
[0006]从能量消耗而言，飞行是一种极为昂贵的能耗极大的行动方式。鸟类的生理构造上的每一个显著特征都是为了适应飞行而来的，鸟骨结构比其他动物骨结构特征更加明显。我国河南省舞阳县遗址的骨笛完整的保存了9000～7500年，充分且有力说明了鸟骨具备优良的结构、超长耐腐蚀性和综合力学性能。因此从结构学和力学角度来看，骨具有巨大的仿生学潜在价值，特别是鸟类骨，其特征最显著。
[0007]骨是生物界进化的高等级产物，是动物(包括人类)体内唯一有潜力完全再生的器官。骨是一种多级复杂材料构成的系统，具备有宏观——细观——微观三个层次的结构模式及系统。骨的结构(可称骨结构、骨组织、骨构造或骨构)，以典型的长骨为例，如股骨和肱
骨，由骨膜、密质骨、松质骨和骨髓四个部分组成。长骨的表面覆盖一层致密结缔组织层，称为骨膜；长骨的中部为壁厚而中空的圆柱状骨干，是致密坚硬的密质骨，其中央是骨髓；长骨的两端是骨骺。密质骨密度高，孔隙率普遍小于10％，抗变形能力强。扁骨，如肩胛骨、肋骨、胸骨，骨表面也是一层致密而坚硬的密质骨；松质骨夹在密质骨中间，呈疏松的海绵状，为不规则柱状、片状、针状等骨质结构。这些柱状、片状、针状骨称为骨小梁，骨小梁相互连接而成多孔三维网状结构。骨小梁的排列遵从Wolff定律，顺应最大张力线和压力线排列。骨膜有良好的弹性和韧性，对包括密质骨、骨髓、松质骨起保护作用。特别说明，密质骨主要由哈佛系统(HanersianSystem)，即骨单位组成，每一个骨单位由4－20层同心圆排列的环状骨板围绕而成，为多层复合材料构成，因此密质骨的力学性能优良，比质量小，轴向抗拉强度与抗压强度高，且有良好抗压稳定性，横向比弯曲刚度大、比弯曲强度高和足够大的横向剪切强度。长骨中段外径小、密质骨最厚且中空；长骨的两端叫骨骺，直径粗大，表面密质骨层尽管较薄，但其密质骨包围的内部有密集的骨小梁，骨小梁与密质骨紧密相连，骨小梁之间也相互连接而呈多孔三维网状结构，骨骺仍然有长骨中部的优良力学性能外，骨骺还能有效降低作用在骨骺端面上的压强(单位面积受力的大小)、改善受力分布和减缓振动与冲击，也就改善整个长骨承载能力，有效达到保护长骨免受损伤。
[0008]因此，如何结合骨的仿生学潜在价值，将塑料等废弃物重新回收利用制造可用于日常生活中仿骨构件是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的废弃物回收利用难、采用废弃物重新制造的构件产品结构强度和刚度低，特别抗弯强度和刚度低的缺陷，充分发挥所用材料特性，增添构件和产品的新功能，从而提供一种利用废弃物制造仿骨构件的方法及仿骨构件。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种利用废弃物制造仿骨构件的方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将收集的废弃泡沫塑料加工成型出内部具有三维网状空隙的骨芯体；
[0013]S2、在骨芯体的所有面涂覆镁水泥基复合材料层；
[0014]S3、在所述镁水泥基复合材料层的表面覆盖水泥基复合材料层或无机聚合物复合材料层，且水泥基复合材料层或无机聚合物复合材料层填充所述骨芯体内部的三维网状空隙。
[0015]进一步地，所述S1的步骤包括：
[0016]将废弃泡沫塑料粉碎成碎屑，在碎屑中混入粘结剂后放入骨芯模具内压制，成型出具有三维网状空隙的骨芯体；其中，
[0017]所述骨芯模具包括内模、外模和夹在所述内模与所述外模之间的多个模用骨小梁；多个所述模用骨小梁与所述内模和所述外模配合在所述骨芯模具内形成三维网状空隙。
[0018]进一步地，多个所述模用骨小梁在所述内模和所述外模之间的排列遵从真骨中骨小梁排列所遵从的Wolff定律。
[0019]进一步地，所述模用骨小梁包括模用骨钉、模用骨条、模用骨板，所述模用骨钉、模
用骨条、模用骨板均至少有一个或多个；所述模用骨钉用于在成型骨芯内部成型出凹坑，所述模用骨条用于在成型骨芯外部成型出凹槽，所述模用骨板用于在成型骨芯外部成型出凹缝；两个或多个所述模用骨小梁在所述骨芯体上成型出凹坑、凹槽、凹缝相通的间隙。
[0020]进一步地，所述模用骨钉为喇叭形；所述模用骨条的横截面为梯形；所述模用骨板包括L型模用骨板和T型模用骨板；所述模用骨钉、模用骨条、模用骨板采用废弃塑料制成。
[0021]进一步地，在所述S1的步骤中，采用智能化骨芯机将废弃泡沫塑料碎屑成型出具有三维网状空隙的骨芯体；所述智能化骨芯包括骨芯模具、喷射机、回旋式喷腔、料斗、鼓风机、除尘器和智能控制器；所述回旋式喷腔的底部具有锥形出口，所述回旋式喷腔的顶部具有排气口，所述回旋式喷腔底部的侧壁具有斜向上设置的进气口；所述除尘器设置在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将收集的废弃泡沫塑料加工成型出内部具有三维网状空隙的骨芯体；S2、在骨芯体的所有面涂覆镁水泥基复合材料层；S3、在所述镁水泥基复合材料层的表面覆盖水泥基复合材料层或无机聚合物复合材料层，且水泥基复合材料层或无机聚合物复合材料层填充所述骨芯体内部的三维网状空隙。2.根据权利要求1所述的利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，所述S1的步骤包括：将废弃泡沫塑料粉碎成碎屑，在碎屑中混入粘结剂后放入骨芯模具内压制，成型出具有三维网状空隙的骨芯体；其中，所述骨芯模具包括内模、外模和夹在所述内模与所述外模之间的多个模用骨小梁；多个所述模用骨小梁与所述内模和所述外模配合在所述骨芯模具内形成三维网状空隙。3.根据权利要求2所述的利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，多个所述模用骨小梁在所述内模和所述外模之间的排列遵从真骨中骨小梁排列所遵从的Wolff定律。4.根据权利要求2所述的利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，所述模用骨小梁包括模用骨钉、模用骨条、模用骨板，所述模用骨钉、模用骨条、模用骨板均至少有一个或多个；所述模用骨钉用于在成型骨芯内部成型出凹坑，所述模用骨条用于在成型骨芯外部成型出凹槽，所述模用骨板用于在成型骨芯外部成型出凹缝；两个或多个所述模用骨小梁在所述骨芯体上成型出凹坑、凹槽、凹缝相通的间隙。5.根据权利要求4所述的利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，所述模用骨钉为喇叭形；所述模用骨条的横截面为梯形；所述模用骨板包括L型模用骨板和T型模用骨板；所述模用骨钉、模用骨条、模用骨板采用废弃塑料制成。6.根据权利要求2所述的利用废弃物制造仿骨构件的方法，其特征在于，在所述S1的步骤中，采用智能化骨芯机将废弃泡沫塑料碎屑成型出具有三维网状空隙的骨芯体；所述智能化骨芯包括骨芯模具、喷射机、回旋式喷腔、料斗、鼓风机、除尘器和智能控制器；所述回旋式喷腔的底部具有锥形出口，所述回旋式喷腔的顶部具有排气口，所述回旋式喷腔底部的侧壁具有斜向上设置的进气口；所述除尘器设置在所述排气口下方；所述骨芯模具位于所述锥形出口的正下方；所述鼓风机用于将所述料斗内的泡沫塑料碎屑虹吸进入所述回旋式喷腔的进气口、并使泡沫塑料碎屑在所述回旋式喷腔内做悬浮式回转运动；所述喷射机包括具有一个或多个进料口的机箱，设置在所述机箱上的用于对所述机箱内的粘结剂进行搅拌的搅拌器，用于将所述机箱内的粘结剂向外抽出的喷射泵，以及与所述喷射泵连通的且伸进所述回旋式喷腔顶部的喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘容彰，
申请(专利权)人：刘容彰，
类型：发明
国别省市：