專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)泡塑料復(fù)合竹材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建材，特別是一種由竹子和發(fā)泡塑料及功能填充劑復(fù)合填充的發(fā) 泡塑料復(fù)合竹材。
背景技術(shù)：
竹子是一種能夠適應(yīng)不同氣候且生長(zhǎng)周期短的植物，因其加工過(guò)程中的低耗能、 高產(chǎn)量的特性，是具有環(huán)保、可持續(xù)性的天然綠色建筑材料，竹子本身所具備的特點(diǎn)符合可 持續(xù)發(fā)展的所有指標(biāo)，隨著常規(guī)建筑材料短缺日趨嚴(yán)重，竹制建筑材料被視為鋼筋、水泥及 木材的替代品，能大大節(jié)約資源，改善環(huán)境。目前，許多國(guó)家都在嘗試使用竹制建筑材料取代常規(guī)建材，例如1984年瑞士蘇黎 世及1985年荷蘭鹿特丹展覽時(shí)推出的竹塔，1999年在荷蘭首都阿姆斯特丹建造的人行竹 天橋，2000年德國(guó)柏林所建造的露天劇場(chǎng)，漢諾威展覽會(huì)上的竹閣，及2002年建成的鹿特 丹竹亭。在西方建筑學(xué)家眼里，竹子新穎、時(shí)尚、親近自然，可以被視為未來(lái)的建筑材料。竹作為建筑材料具有以下顯著優(yōu)勢(shì)靈活性竹建筑的設(shè)計(jì)和建造更具靈活性，優(yōu)點(diǎn)之一就是能夠通過(guò)更換損壞部分 而得到經(jīng)常性的維護(hù)。而且，傳統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用則竹子的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。低技術(shù)竹建筑的技術(shù)要求不高。大多數(shù)竹房屋的建造基于當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)水平，無(wú)需 高技術(shù)的指導(dǎo)。竹子的多功能性為經(jīng)濟(jì)型乃至高檔建筑提供了豐富的技術(shù)選擇，而且，竹建 筑比較容易與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合使用。安全性由于質(zhì)量輕、彈性好，竹子的抗震功能非常突出。據(jù)報(bào)道(Gutierez， 1998)，在哥斯達(dá)黎加的7. 6級(jí)地震中，位于震中的30座竹房屋保存完好，而周邊許多混凝 土房屋和旅館難逃一劫，全部倒塌。舒適性熱帶農(nóng)區(qū)夏季氣溫很高，人們更愿意生活在竹房屋。中國(guó)南方，特別是云 南南部地區(qū)，人們至今仍然喜歡建造竹樓來(lái)避暑，享受竹樓的涼爽。原料獲取容易竹原料在產(chǎn)竹國(guó)可容易得到。根據(jù)計(jì)算，每年只需70公傾的竹林 就可建造竹房屋1000座。如果以木材為原料，需要砍伐600公頃天然林。適應(yīng)性長(zhǎng)期以來(lái)，竹子以一種或多種形式得到廣泛利用，因此對(duì)人們而言，竹建 筑并不是一件新鮮事物，而且通過(guò)自助方式建造竹房屋，可使竹建筑與人們之間的關(guān)系得 到發(fā)展。建造速度快竹房屋只需很短的時(shí)間即可安裝完成。這種效率對(duì)自然災(zāi)害救助、快 速減少傷亡或或恢復(fù)災(zāi)區(qū)人民生活非常重要。據(jù)厄瓜多爾的數(shù)據(jù)，一座竹房屋可在4-5小 時(shí)內(nèi)完成。耐用性經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的竹材使用壽命可達(dá)30年之久，而且，竹材種類(lèi)的精心選 擇、防腐處理、輔助材料的使用以及老化或損壞部分的定期更換等等都能增加竹房屋的耐 用性。對(duì)竹材的皺縮和預(yù)處理可增加竹建筑的耐用性和抗損壞性能，這種竹材已得到廣泛應(yīng)用。環(huán)境效益環(huán)境效益是近年來(lái)的主要考慮因素。建筑項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)盡量利用當(dāng)?shù)氐脑牧希捎霉?jié)能型的設(shè)計(jì)，而且建筑材料本身不應(yīng)對(duì)人體和環(huán)境造成危害，此外，勞動(dòng)密集 型技術(shù)可以安排更多的勞動(dòng)力事實(shí)證明，惟有竹子能夠最大程度地滿(mǎn)足這些標(biāo)準(zhǔn)。與混凝 土、鋼材和原木分別為240，50(^P80MJ/m3 per n/mm2的要求相比，竹子僅為30MJ/m3 per n/mm2。研究表明相同面積的建筑，竹子與混凝土的能耗比為1 8。與鋼材鐵相比，相同 過(guò)程中竹子的能耗僅為鋼材的1/50。減少森林砍伐在許多發(fā)展中國(guó)家，農(nóng)村住房仍然主要取材于木材、茅草等林產(chǎn) 品。森林資源的過(guò)分消耗和樹(shù)木成熟的季節(jié)周期性造成木材原料的嚴(yán)重不足，而且，因?yàn)榻?造住房，一些國(guó)家的木材資源已面臨枯竭。由此，竹子便成為替代木材的切實(shí)可行的選擇。 自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，發(fā)展中國(guó)家的通常做法是砍伐附近的森林以建造臨時(shí)住所，這種行為既 不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。竹子可以作為木材的替代材料用于臨時(shí)住所的搭建，以減少對(duì)森林無(wú)節(jié) 制的砍伐，保護(hù)環(huán)境?？沙掷m(xù)性社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)性是當(dāng)前發(fā)展領(lǐng)域中日益重要的的問(wèn)題。竹 子本身所具備的特點(diǎn)符合可持續(xù)性發(fā)展的所有指標(biāo)。竹子在2至3年即可成材，而木材至 少需要25年。竹子是世界上生長(zhǎng)最快的植物，替代木材指日可待，只需利用當(dāng)?shù)氐闹饕?材料和工具就足以建造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的竹房屋。相較竹材的鮮明優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)也是很明顯的沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊處理的竹子，由于其含 有大量的糖分、竹漿、竹膠，所以易生蟲(chóng)。傳統(tǒng)的處理辦法是將竹子烘烤晾干后快速用煙熏 烤、利用煙里含有的木鎦油在竹子表面形成一層保護(hù)膜，以防止蟲(chóng)蛀。還有一種處理辦法是 在竹材表面涂刷一層熟石灰，以防止?jié)駳鉂B入和霉菌腐蝕。竹材的另一個(gè)缺點(diǎn)是不便于固定和連接，竹材作為自然生成的植物，其呈中空管 狀，外表光滑而且堅(jiān)硬，這使得一些傳統(tǒng)的固定和連接方式，諸如捆綁、榫卯技術(shù)已使用上 千年，但是其效率并不高，在一定范圍內(nèi)會(huì)有移動(dòng)，當(dāng)竹材風(fēng)干收縮后，在連接處發(fā)生松弛， 使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。而竹材干燥時(shí)易開(kāi)裂，這使得一些如金屬節(jié)點(diǎn)錨栓連接、螺栓連接等 穿孔連接方式很容易將竹材劈裂。當(dāng)裂縫與金屬節(jié)點(diǎn)錨栓連接、螺栓連接的受剪面貼近或 重合，將降低結(jié)構(gòu)的安全度。現(xiàn)有技術(shù)一種解決方案是在節(jié)點(diǎn)處螺栓的一側(cè)加薄鋼板作成 鋼箍，以分擔(dān)螺栓連接處的點(diǎn)狀壓力，但中空管狀的竹材仍然容易被鋼箍的線(xiàn)狀壓力壓裂， 因此產(chǎn)生的解決方案是使用螺栓連接加水泥砂漿澆灌技術(shù)，這雖然成功的提升了整竹桿件 承載能力，能夠用于跨度較大的房屋。但水泥砂漿澆灌技術(shù)增加了建筑的自重，并降低了竹 材的彈性和抗震性能，也失去了竹材輕盈堅(jiān)固的特色。發(fā)泡塑料也叫多孔塑料，是以樹(shù)脂為主要原料制成的內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微孔的塑料。 質(zhì)輕、絕熱、吸音、防震、耐腐蝕。有軟質(zhì)和硬質(zhì)之分。廣泛用做絕熱、隔音、包裝材料及制車(chē) 船殼體等。幾乎所有的熱固性和熱塑性塑料都能制成泡沫塑料，常用的樹(shù)脂有聚苯乙烯、聚 氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛等。按照泡孔結(jié)構(gòu)可將泡沫塑料分為兩類(lèi)，若絕大多數(shù)氣孔是互相連通的，則稱(chēng)為開(kāi) 孔泡沫塑料；如果絕大多數(shù)氣孔是互相分隔的，則稱(chēng)為閉孔泡沫塑料。開(kāi)孔或閉孔的泡沫結(jié) 構(gòu)是由制造方法所決定的。發(fā)泡塑料的制作方式有(1)化學(xué)發(fā)泡。由特意加入的化學(xué)發(fā)泡劑，受熱分解或原料組分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而 產(chǎn)生的氣體，使塑料熔體充滿(mǎn)泡孔。化學(xué)發(fā)泡劑在加熱時(shí)釋放出的氣體有二氧化碳、氮?dú)狻?氨氣等?；瘜W(xué)發(fā)泡常用于聚氨脂泡沫塑料的生產(chǎn)。[0022](2)物理發(fā)泡。物理發(fā)泡是在塑料中溶入氣體或液體，而后使其膨脹或氣化發(fā)泡的 方法。物理發(fā)泡適應(yīng)的塑料品種較多。(3)機(jī)械發(fā)泡。借機(jī)械攪拌方法使氣體混入液體混合料中，然后經(jīng)定型過(guò)程形成泡 孔的泡沫塑料。此法常用于脲眠甲醛樹(shù)脂，其它如聚乙烯醇縮甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯 溶膠等也適用。泡沫塑料具有密度低，質(zhì)輕，比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，其強(qiáng)度是可控的，能隨密度增加而 增大，有吸收沖擊載荷的能力，有優(yōu)良的緩沖減震性能，隔音吸音性能，熱導(dǎo)率低，隔熱性能 好，優(yōu)良的電絕緣性能，具有耐腐蝕、耐霉菌性能。軟質(zhì)泡沫塑料具有彈性?xún)?yōu)良等性能。泡沫塑料具有以下的特點(diǎn)(1)容重很低；(2)具有優(yōu)良的沖擊、振動(dòng)能量的吸收性，用于緩沖防震包裝能大大減少產(chǎn)品的破 損；(3)對(duì)溫、濕度的變化適應(yīng)性強(qiáng)，能滿(mǎn)足一般包裝情況的要求；(4)吸水率低、吸濕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，本身不會(huì)對(duì)內(nèi)裝物產(chǎn)生腐蝕，且對(duì)酸、堿 等化學(xué)藥品有較強(qiáng)的耐受性；(5)導(dǎo)熱率低，可用于保溫隔熱包裝，如冰淇淋杯、快餐容器及保溫魚(yú)箱等；(6)成型加工方便，可以采用模壓、擠出、注射等成型方法制成各種泡沫襯墊、泡沫 塊、片材等。容易進(jìn)行二次成型加工。另外，泡沫塑料塊也可用粘合劑進(jìn)行自身粘接或與其 它材料粘接。(7)可添加功能填充劑，可以通過(guò)添加阻燃劑等功能填充劑控制制成品的物理性 能。但是泡沫塑料作為白色污染的一種，也具有不易降解，對(duì)環(huán)境不友好的缺點(diǎn)。并且 塑料原料價(jià)格也處于上升通道中。
發(fā)明內(nèi)容為了充分利用自然形態(tài)的竹材，用相對(duì)低技術(shù)的手段解決原竹易生蟲(chóng)和中空結(jié)構(gòu) 造成的固定連接不便和強(qiáng)度不足，本發(fā)明提供一種發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，使其即具有竹材的 低技術(shù)特征、靈活性、安全性、舒適性、原料獲取容易性、耐用性、適應(yīng)性、可持續(xù)性及建造速 度快和環(huán)境效益又具有現(xiàn)代塑料材料優(yōu)良的耐候性、緩沖減震性、隔音吸音性、隔熱性、電 絕緣性、耐腐蝕、耐霉菌性及密度低、質(zhì)輕、比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是這樣的一種發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是在原竹內(nèi)部設(shè)置有貫通原竹竹節(jié)的隔膜開(kāi)孔， 在原竹內(nèi)部空腔填充有發(fā)泡塑料與功能填充物劑的混合物，所述混合物是按照公知的化學(xué) 發(fā)泡、物理發(fā)泡或者機(jī)械發(fā)泡工藝，在封閉的原竹內(nèi)腔里發(fā)泡膨脹，從而與原竹內(nèi)腔和竹節(jié) 間殘留的隔膜緊密接觸咬合復(fù)合連接的，所述的發(fā)泡塑料是指熱固性或熱塑性塑料，優(yōu)選 的發(fā)泡塑料是聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛或者酚醛，所述的功能填充物劑 包括阻燃劑、防腐劑、殺蟲(chóng)劑、發(fā)泡劑、增強(qiáng)纖維筋填料、體積填充骨料，上述的增強(qiáng)纖維筋 填料是指植物纖維、玻璃纖維、金屬纖維或者上述纖維的混合物，根據(jù)竹材用途可以添加不 同比例的功能填充物劑以改變控制竹材的物理性能。[0037]研究發(fā)現(xiàn)，原竹生蟲(chóng)或霉菌，主要始發(fā)于較柔軟的內(nèi)腔，且霉菌多為喜氧菌種，而 傳統(tǒng)的煙熏或涂刷石灰工藝卻主要是改善原竹表面的防蛀防腐，本發(fā)明的有益效果是，通 過(guò)填充防腐殺蟲(chóng)劑和用發(fā)泡塑料隔絕原竹內(nèi)部的氧氣和水分兩種方式防蛀防腐，使蛀蟲(chóng)或 霉菌徹底失去在原竹內(nèi)部生存的環(huán)境，再輔以傳統(tǒng)防蛀防腐工藝，可以有效延長(zhǎng)竹建筑的 使用壽命。在竹結(jié)構(gòu)的固定與連接方面，本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)在原竹內(nèi)部填充密度可 控的發(fā)泡塑料，在增加竹材的強(qiáng)度，加強(qiáng)金屬節(jié)點(diǎn)錨栓連接的緊固的同時(shí)保持竹材輕盈和 彈性的技術(shù)特征。不像很多利用現(xiàn)代復(fù)合、重組技術(shù)對(duì)原竹進(jìn)行加工的技術(shù)需要的高投入，本發(fā)明 的有益效果是，通過(guò)低技術(shù)手段，使原竹能直接作為滿(mǎn)足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件被使用， 讓廣大農(nóng)村地區(qū)能以較低的成本方便的使用竹建材。在本發(fā)明中，發(fā)泡塑料是作為填充物使用，較之發(fā)泡塑料的直接制成品，本發(fā)明的 有益效果是可以大比例增加功能填充物劑的用量，減少塑料用量，從而可使塑料成本降低， 并取得填充的發(fā)泡塑料降解時(shí)間大幅縮短的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)傳統(tǒng)材料竹和現(xiàn)代材料發(fā)泡塑料的復(fù)合應(yīng)用，本發(fā)明既能擁有竹材的低技術(shù) 特征、靈活性、安全性、舒適性、原料獲取容易性、耐用性、適應(yīng)性、可持續(xù)性及建造速度快和 環(huán)境效益又具有現(xiàn)代塑料材料優(yōu)良的耐候性、緩沖減震性、隔音吸音性、隔熱性、電絕緣性、 耐腐蝕、耐霉菌性及密度低、質(zhì)輕、比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著提高傳統(tǒng)竹木建筑的熱效率， 加強(qiáng)保溫節(jié)能效果。



以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、原竹；2、功能填充物劑；3、發(fā)泡塑料；4、竹節(jié)；5、竹節(jié)隔膜開(kāi)孔。
具體實(shí)施方式
如圖所示一種發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是在原竹1內(nèi)部設(shè)置有貫通原竹1竹節(jié)4的隔膜 開(kāi)孔5，在原竹1內(nèi)部空腔填充有發(fā)泡塑料3與功能填充物劑2的混合物，所述混合物是 按照公知的化學(xué)發(fā)泡、物理發(fā)泡或者機(jī)械發(fā)泡工藝，在封閉的原竹1內(nèi)腔里發(fā)泡膨脹，從而 與原竹1內(nèi)腔和竹節(jié)4間殘留的隔膜緊密接觸咬合復(fù)合連接的，所述的發(fā)泡塑料3是指熱 固性或熱塑性塑料，優(yōu)選的發(fā)泡塑料3是聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛或者 酚醛，所述的功能填充物劑2包括阻燃劑、防腐劑、殺蟲(chóng)劑、發(fā)泡劑、增強(qiáng)纖維筋填料、體積 填充骨料，上述的增強(qiáng)纖維筋填料是指植物纖維、玻璃纖維、金屬纖維或者上述纖維的混合 物，根據(jù)竹材用途可以添加不同比例的功能填充物劑以改變控制竹材的物理性能。在具體實(shí)施例中，發(fā)泡塑料復(fù)合竹材可作為柱、梁、檁條使用。發(fā)泡塑料復(fù)合竹材 較中空的一般竹材可以顯著延長(zhǎng)使用壽命，增加材料強(qiáng)度，減少了劈裂的可能，可鉆可鋸可 釘可箍。發(fā)泡塑料復(fù)合竹材較水泥砂漿澆灌的竹材可以在同樣增加強(qiáng)度的前體下顯著減輕竹材的重量，從而得到更廣泛的應(yīng)用。 以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，雖然本 說(shuō)明書(shū)參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已經(jīng)做了詳細(xì)說(shuō)明，但本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解， 仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案及其 改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之中。
權(quán)利要求一種發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是在原竹內(nèi)部設(shè)置有貫通原竹竹節(jié)的隔膜開(kāi)孔，在原竹內(nèi)部空腔填充有發(fā)泡塑料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是所述的發(fā)泡塑料是指熱固性或 熱塑性塑料。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是通過(guò)填充防腐殺蟲(chóng)劑和用發(fā)泡塑 料隔絕原竹內(nèi)部的氧氣和水分兩種方式防蛀防腐。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種發(fā)泡塑料復(fù)合竹材，其特征是在原竹內(nèi)部設(shè)置有貫通原竹竹節(jié)的隔膜開(kāi)孔，在原竹內(nèi)部空腔填充有發(fā)泡塑料與功能填充物劑的混合物，所述混合物是按照公知的化學(xué)發(fā)泡、物理發(fā)泡或者機(jī)械發(fā)泡工藝，在封閉的原竹內(nèi)腔里發(fā)泡膨脹，從而與原竹內(nèi)腔和竹節(jié)間殘留的隔膜緊密接觸咬合復(fù)合連接的。本實(shí)用新型的有益效果是，通過(guò)填充防腐殺蟲(chóng)劑和用發(fā)泡塑料隔絕原竹內(nèi)部的氧氣和水分兩種方式防蛀防腐，使蛀蟲(chóng)或霉菌徹底失去在原竹內(nèi)部生存的環(huán)境，并可以在增加竹材的強(qiáng)度，加強(qiáng)金屬節(jié)點(diǎn)錨栓連接的緊固的同時(shí)保持竹材輕盈和彈性的技術(shù)特征。
文檔編號(hào)E04C3/36GK201627306SQ20092031334
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者劉洋, 張小娟, 楊中華, 羅軼, 翟頔 申請(qǐng)人:羅軼