[发明专利]中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有较高的轴压性能和环向抗压能力的中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法，该空心柱包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20‑40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层螺旋方向相反。该制备方法，采用由有纵缝的弹性圆管、插入圆管两端的两个堵头、穿过两个堵头的支撑轴等组成的专用工装，把单板从圆管的一端开始以一定螺旋角进行螺旋缠绕；每缠绕一段采用一个喉箍临时固定，直到缠绕到圆管的另一端形成单板层；对缠绕好单板层或者新的单板涂胶；把新的中山杉单板采用螺旋缠绕在已经缠绕好的单板层上；对最外层单板层施压20‑30h；把圆管两端的堵头取下，圆管上的纵缝在弹性作用下闭合，圆管与空心柱分离，取出圆管得到空心柱。

技术领域

本发明涉及中山杉单板螺旋缠绕空心柱及其制备方法。

背景技术

千年前在古希腊、埃及等地，梁柱已经成为木结构的基本形式，在具有千年文明的古中国，木结构建筑有自己特有的传统，是延续几千年的独特体系。木结构作为最主要的建筑方式，可以说是中国古代建筑的灵魂。木柱作为重要的承重与装饰构件，在木结构建筑中起着重要的作用。相比钢筋混凝土柱，木柱有着得天独厚的优势。木质材料天然的纹理色彩能给人以放松舒心和温暖，天然环保负碳，加工便捷，施工安装简单，木结构建筑将越来越受欢迎。

国外对木质空心柱的研究，最早于1905年美国人Westerling A首次提出了单板缠绕木质空心柱的想法并撰写了发明专利。日本学者山内秀文经过探究，推出单板宽度W与钢管直径R、单板倾角θ之间的关系为W＝Rcosθ。圆筒LVL生产时，采用相邻单板螺旋交替缠绕方式可有效防止试件弹性模量的下降。

H.SASAKI等于1996年提出了圆筒LVL作为一种新型的木质工程材料的生产工艺。其旋切单板的厚度通常为2.5mm，于单板纤维的垂直方向缝制2～4条聚脂类胶线。此胶线既可对单板带进行接长，又可避免由于单板背面裂隙导致的拉伸强度的下降。Hata T等于2001年对于圆筒形单板层积材制造一个“螺旋机”的生产和试验设计，并对该圆筒选择合适的树脂胶粘剂进行了研究。2003年日本已经可以连续化生产，并由京都研究所公告认证。南京林业大学的孙友富教授团队以杨木单板为原料，采用橡胶带螺旋缠绕的带式加压形式制造空心柱。东北林业大学的魏延霞将木材旋切成所要求的单板，通过施胶、螺旋缠绕在模具上、加压、成型、脱模等工序制造圆筒LVL。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高的轴压性能和环向抗压能力的中山杉单板螺旋缠绕空心柱。

本发明所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，其特征是：所述空心柱由内到外包括多层胶接的单板层；单板层是由中山杉单板以20-40°螺旋角螺旋缠绕而成；相邻单板层的螺旋方向相反。

所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，单板层有7-11层；单板厚度1-2mm，空心柱的空心率为0.4-0.7。

所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，最内层和最外层的单板层为顺纹单板，中间的单板层为横纹单板。这即是顺纹单板、横纹单板混合组坯形成的空心柱。

所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，所述单板为顺纹单板。这即是顺纹单板组坯形成的空心柱。

所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，所述单板为横纹单板，在横纹单板表面粘贴有无纺布。这即是横纹单板组坯形成的空心柱。对于横纹缠绕的单板需在其表面粘贴上无纺布，避免在缠绕过程中单板顺纹理断开。

所述的中山杉单板螺旋缠绕空心柱，各单板层中的单板是接长的单板。

各单板层中的单板是中山杉单板。中山杉(Taxodiumhybrid'zhongshanshan')是江苏省中国科学院植物研究所以落羽杉属的墨西哥落羽杉、落羽杉及池杉为亲本，经人工杂交培育出来的优良树种。中山杉作为一种亟待开发的树种，自身具有极好的优越性能，以其单板进行螺旋缠绕空心柱，既能体现其优良的韧性和耐冲击性能，又可以增加其开发应用价值。