[发明专利]用于木制构件的并排纤维加强板及其制造方法

说明书

本发明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。本发明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)。

本发明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。

本发明的目的是提供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及其制造方法。

本发明的上述板包括：

(a)大量的纤维，绝大部分上述纤维在上述板的长度方向上是连续的，上述纤维彼此平行布置，并且当上述板粘结到上述结构件上时，上述纤维与上述结构件的纵向基本是并排的；

(b)包围着上述大量纤维的树指外壳，上述树脂外壳用于使上述纤维保持上述平行布置和上述并排布置状态；并且

(c)最靠近板的主要表面处的并排加强纤维上的纤维材料，上述纤维材料从上述表面的树脂外壳中露出。

本发明的上述板的另一方案还包括：

(a)大量的沿上述板的长度方向连续的纤维，上述纤维彼此基本平行，并且当上述板粘结到上述结构件上时，上述纤维与上述结构件的纵向基本同向；

(b)许多非连续的纤维，上述非连续纤维来自上述大量的连续纤维，并且是露出的；以及

(c)包围了全部上述连续纤维、但未包围全部上述露出的纤维材料的树脂外壳，以便在板的主要表面上使纤维的端头能够从树脂外壳中露出，并因此便于上述板和上述结构件的粘结。

本发明的上述板的再一方案包括：