用于木制構件的并排纖維加強板制造技術

一種粘結到長形木制結構件上、用于提高此結構件承載能力的板（２２）以及這種板的制造方法。加強板包括大量彼此平行、并與板的縱向并排的合成纖維（２４）、板中幾乎沒有橫向纖維。包圍纖維的樹脂外殼（２６）使纖維將保持上述狀態。最靠近表面處的纖維沒有被樹脂外殼所包圍。通過對板的表面進行處理，使最靠近表面處的纖維“起毛”，以便使用非環氧樹脂粘結劑。本發明專利技術的加強板是通過改進的連續塑型加工方法制造的。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及對木制結構進行加強的技術，例如對梁、柱和構架進行加強的技術。本專利技術特別涉及用單向纖維作為木制結構件的加強物，以提高木制結構的抗拉伸和抗壓縮承載能力。為了保持木制產品的競爭力，木制產品工程師必須在考慮可選用的材料的同時采用新的設計，以便提高工程木制品的結構強度極限和成本效益。典型的工程木制品包括膠合疊層木梁，疊層木柱，木制工字梁，以及木制構架等。現有技術已廣泛地應用在這些工程木制品上。O’Brien的美國專利No.5,026,593公開了用平薄的鋁帶對疊層梁進行加強的技術。根據O’Brien的描述，鋁帶必須連續地覆蓋梁的寬度和長度，并且加強帶可以用粘結的方法固定到梁的最下層，以提高梁的抗拉強度，或者固定到梁的在最上層，以提高梁的抗壓強度。因此，盡管O’Brien講述了為了提高梁的抗拉強度(或抗壓強度)，如何確定加強帶在木制疊層梁上的位置的工程原理，并因此提高了梁的總體承載能力，但O’Brien只描述了鋁制加強帶的使用。雖然O’Brien說到加強帶可以是任何具有“高拉伸強度”的材料，但O’Brien既沒有涉及優化加強帶的方法，也沒有就此提出建議，同時也沒有解決使用非鋁制的加強帶所帶來的問題。在1988年的國際木材會議上，Dan A.Tingley提交了一篇題為“加強的膠合疊層木梁”的論文(以后稱之為Tingley論文)，該論文介紹了在膠合疊層木梁(glulams)上使用加強塑料(RP)的技術。Tingley的論文中公開了在膠合疊層木梁的高應力區中布置“KEVLAR”加強塑料板的實驗結果。結果表明，使用“KEVLAR”加強板的梁與未經過加強的梁相比，梁的極限破壞載荷提高了19％。雖然論文中沒有提到為什么需要縱向排列纖維或怎樣實現縱向排列纖維，但論文中說到，制造者可以實現100％的纖維縱向排列。Tingley論文還指出，相對膠合疊層木梁的長度來說，縮短RP的長度具有經濟上的益處，同時不會明顯降低對木梁強度的加強效果。Tingley的論文沒有涉及任何關于制造RP加強板的方法，也沒有提到為了降低初始應變，在纖維受到張力作用的同時對板進行固化所帶來的好處。Tingley論文也沒有提到將最外面的某些纖維露出所帶來的益處，其中，將某些纖維露出是為了使RP的表面“起毛”，以便產生一個便于使用商品級粘結劑(例如間苯二酚粘結劑)的表面。相反，Tingley論文提到使用環氧樹脂膠，而不是使用間苯二酚粘結劑，將RP與相鄰的木板層粘結起來，盡管其它木板層之間使用的是較便宜的商品級粘結劑(間苯二酚粘結劑)。本專利技術涉及的另一領域是連續塑型(pultrusion)加工方法。連續塑型是一種連續制造方法，用于制造各種長度的纖維加強塑料部件。連續塑型包括牽引若干柔性的加強纖維，使其經過一個液體樹脂槽，然后再經過一個加熱的模具，此模具能夠使RP成型，并使樹脂固化。連續塑型因能夠制造出連續的RP，并且允許根據用戶需要布置纖維的位置和方向而廣為人知，其中的后一特點使人們可以對連續塑型部件的機械特性進行設計，以適應特殊的應用。連續塑型部件中具有沿縱向布置、用于提高軸向強度的纖維，以及傾斜布置、用于提高橫向強度的纖維。本專利技術對現有技術中使用加強塑料板作為疊層木梁和其它木制結構件的加強物的技術進行了改進。本專利技術提供了一種加強板，這種板由大量的高強度纖維組成，所有纖維都彼此基本平行地布置，并且與加強板的縱向軸線并排。為了使板的表面“起毛”，對最靠近表面的纖維進行打磨，使得能夠用商品級的粘結劑(例如間苯二酚粘結劑)將RP板與木制結構粘結起來。本專利技術也包括混合纖維RP板，在這種板中，有一個由大量連續的和并排的纖維構成的芯部，以及一個(或多個)由非連續纖維組成的外層，為了便于板和木制結構的粘結，其中的非連續纖維經過打磨，使得RP板具有起毛的表面。在設計上不允許纖維起毛的場合中，混合纖維RP板是十分重要的。例如，為了制造高抗壓強度板，在“KEVLAR”中應布置碳素纖維，因為碳素纖維比其它大多數商品纖維具有更大的壓縮彈性模量，而“KEVLAR”以起毛，以作為粘結表面使用，在另一方面，為了將板與相鄰的木板層粘結起來，只由碳素纖維組成的板將需要環氧樹脂基的粘結劑。本專利技術也包括制造這種板的加工方法，在這種加工方法中，當樹脂在加熱的模具中固化時，幾乎全部纖維都處于平行和并排布置的狀態，并同時受到張力的作用。通過參考附圖，以及通過下面對本專利技術的詳細描述，本專利技術的上述及其它目的、特點和優點將很容易得到理解。附圖說明圖1是現有技術中連續塑型加工方法的透視圖。圖2是本專利技術連續塑型加工方法的透視圖，利用這種方法能夠制造出長形的加強板，加強板中的全部纖維均彼此平行，并與一縱向軸線并排。圖3a-圖3c是本專利技術纖維板的局部斷面透視圖，其中，剖視的部分表示了構成纖維板的纖維排列和布置情況。圖4是一具有本專利技術加強板的木制疊層梁的正視圖，其中，加強板位于疊層之間。圖5是一具有本專利技術加強板的木制疊層梁的正視圖，其中，加強板位于疊層梁的外表面。圖6是一木制工字梁的正視圖，圖中表示了為提高工字梁的承載能力，本專利技術的加強板所應在的優選位置。圖7是一木制構架的正視圖，圖中表示了為提高構架的承載能力，本專利技術的加強板所應在的優選位置。通過對本專利技術用途的描述，本專利技術將很容易得到理解。參考圖4和圖5，圖中表示了由多層層壓板12組成的粘結木制疊層梁10。每塊層壓板12最好是長形的木板。疊層梁的主要建筑用途是跨越空間，例如跨越支承座14之間的空間，以及支撐由箭頭16所表示的載荷。當疊層梁按圖中的布置方式工作時，最下面的層壓板18一般承受著純拉伸應力。與此相反，最上面的層壓板20一般承受著純擠壓應力。科學家發現，通過在最大應力區中布置加強板22或23，即分別在最靠近最下面板18或最靠近最上面板20的區域中布置加強板22或23，一般能夠提高疊層梁的承載能力。因為板22用在高拉伸應力區中，而板23用在高擠壓應力區中，因此加強板22與加強板23有所不同。在圖4中，加強板22位于最下面層壓板18和相鄰層壓板之間的位置，而加強板23位于最上面層壓板20和相鄰層壓板之間的位置。在圖4和圖5中，加強板的長度大約是梁長度的五分之三。實驗結果以及現有技術表明，覆蓋在梁的中部、長度為五分之二～五分之三梁長的加強板一般能夠提供全長度加強板所能提供的全部優點，而且能夠降低每根梁的造價。如圖4所示，加強板安裝在層壓板之間，并且長度大約是梁長的五分之三，因此，在靠近加強板22端部的地方需要布置襯板24。襯板24可以用木材制造。如圖5所示，當加強板布置在梁的最外側時，不需要襯板。在本專利技術的優選實施例中，以及在上述條件下，即對于具有集中載荷或均勻載荷的簡支梁來說，最下面的加強板22將由具有高抗拉強度的材料制造，而最上面的加強板23將由具有高抗壓強度的材料制造。應當理解，圖4和圖5所示的加強板布置形式只適合于圖中所示的載荷條件。如果疊層梁承受不同類型的載荷，加強板的最佳布置形式也將有所不同。例如，如果疊層梁是懸臂的，則在設計時應考慮將具有高抗拉強度的加強板布置在梁的上部，而將具有高抗壓強度的加強板布置在梁的下部。同樣，在懸臂載荷的情況下，加強板不應布置在梁長度的中部，而應沿著梁的最大應變區布置。圖6～7表示了不同的木制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有第一縱向軸線的長形木制結構承載構件，包括：（ａ）多個用第一粘結劑粘結在一起的長形木制部分，上述長形木制部分的長度方向一般與第一縱向軸線一致；以及（ｂ）多個合成加強板，上述每個合成加強板都具有許多保持在樹脂基體中的合成纖維絞線 ，并且至少合成加強板中所選的第一加強板通過第一粘結劑至少與木制部分中的第一所選部分進行粘結。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丹尼爾A廷格利，
申請(專利權)人：丹尼爾A廷格利，
類型：發明
國別省市：US[美國]