[发明专利]木质复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合生产轴承零件的木质复合材料及其生产方法。

背景技术

材料皮重代表了承受弯曲的轴承零件的一个重要的材料参数。由于皮重会引起轻微的翘曲，所以低密度且有足够高强度和刚度的材料比同样机械性能但高密度的材料更有优势。

当同时保持刚度和强度不变时，密度的降低关联的材料重量的减少常在人体工程学和物流当中带来许多好处。较轻的重量所关联的性能优势和成本节省于最基础的工作便得以见得（例如人工操作，设计以及运输和移动设备时的能量消耗），并持续在每个阶段的操作中或后来的处理程序中，直至使用完毕（例如结构部分的组装），甚至有可能持续至最后废弃。

在近些年中，人们不断致力于降低木质复合材料的密度。几乎所有轻型木架结构的一个基本的想法是多层三明治夹芯结构，其中强或硬的材料或固体木质物件能够在材料边缘区域吸收压力和拉力，而在中间层能主要传送剪切力和法向力。

因此，现在通过新的发展和改进，在市场上已经出现了几十年的纸基蜂窝板正在木材产业中经历着复兴。尽管这些材料是低密度的，但是它们的机械性能和耐水性不足，所以并不能用于轴承上。

材料性能的提高可以通过三明治夹芯结构和泡沫状芯体的轻量材料来实现。然而，由于在低密度中间层上有高剪切负荷，所以，在弯曲负荷时，低剪切强度会导致严重的变形。此外，力学性能对于作为轴承零件的使用也几乎是不够的。

目前，在生产由长纤维和粘合剂组成的木质复合材料时，绳股状的、微粒状的或者纤维的木料会与粘合剂嵌入，并随后通过压缩冲压工艺进行压缩，粘合剂被热处理的压板固化。此过程导致了材料显著的压缩，在冲压板的边缘区域尤为明显。因此，传统的面板材料，如硬质板、纤维板、定向刨花板等，以及特殊的木质材料如Quetschholz、重组木、TimTek、Srimtec、SST等在整个面板厚度中存在或多或少不同密度剖面的情况。为了使得基本上不存在密度剖面，所有的材料应该经过强力压缩的加工，或是使用具有非常低密度的面板材料（例如，轻量木丝板，低密度纤维板等）。但是这些材料由于其强度值较低，所以不能用作轴承的材料。

正如前文所释，传统板材和例如Quetschholz、重组木、TimTek、Srimtec、SST等的特殊木材的木构件均在生产中经过了强力压缩。除了密度的增加，此冲压加工也与木材的细胞结构的压缩（瘪泡）有关。如果吸收水分，木材强吸湿性和细胞壁的膨胀可以部分逆转这种变形。然而，这会引起压缩部分的膨胀，同样整个面板材料也会膨胀。

此外，由于边缘区的压缩，我们很难用这种方法将热量引入到材料的内部来用于固化面板材料。出于这个原因，这些方法一般依靠蒸汽的冲击，以保证足够的热量运输。然而，为了利用蒸汽冲击，长纤维和/或粘合剂必须有足够的（剩余的）水分。如果没有蒸汽冲击，面板生产的技术实施一定是困难的（特别是在低密度面板材料的情况下）。

尽管经历了大量的尝试，市场上也没有既结合了低的密度与刚度并适合于轴承元件，又避免了生产中压缩带来的缺点的木质复合材料。因此本发明就是为了制作符合上述特点的木质复合材料。

发明内容

该目的可以依据本发明的一种木质复合材料实现，所述木质复合材料具有200-550 kg/m³的密度和4,000-12,000 MPa的刚度，所述刚度根据标准EN 789在4点弯曲实验中测定，所述木质复合材料包含一个长径比（纤维的长度与厚度的比值）超过20的长纤维和粘合剂，所述粘合剂具有泡沫结构。

根据本发明的木质复合材料具有200-550 kg/m³的密度，优选300-550 k g/m³的密度。根据标准EN 789在4点弯曲实验中测定的刚度是4,000-12,000 MPa，优选5,000-12,000 MPa，特别优选6,000-12,000MPa。在一个特别优选的实施方案中，木质复合材料具有300-550 kg/m³的密度和6,000-12,000MPa的刚度。

根据本发明的木质复合材料包含的木制长纤维，其长径比（纤维的长度和厚度的比值）大于20。

所使用的长纤维优选长度为100-400毫米的，特别优选为150-300毫米。然而，对于本领域技术人员来说，很显然由于生产的原因，所使用的纤维仍然会含有一定量的较短的纤维，这种情况并不能被排除在本发明的保护范围之外。