一种热固性生物纤维复合增强栈道型材技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种热固性生物纤维复合增强塑
料栈道型材。
背景技术
栈道原指沿悬崖峭壁修建的一种木板道路，我国早在战国时期已经修建栈
道，位于陕南的褒斜栈道，南起汉中褒谷口，北到眉县斜峪关，依山架设，全
长235千米，是古代沟通南北的军事要冲。常说的“蜀道难，难于上青天”就
是赞叹其工程的浩大和险峻。中国古代高楼间架空的通道也称栈道。栈道现在
的含义比较广泛，通常对设于海滨沙滩、湖畔溪旁、河流岸滩等处，为方便游
人观光行走的架空木行道，装点联结自然景观的板桥，园林山水间富有情趣的
楼梯状的木质道路以及建筑物之间的连接回廊等都统称为“木栈道”。目前，国
内较为著名的有青岛海滨木栈道、龙岩莲花山栈道和秦皇岛海滨栈道等，其中
青岛海滨木栈道，全长约36.9km，像一条美丽的彩带，将散落在海滨的众多景
点串联在一起，形成一幅完整的风景长卷。如此管中窥豹，可见在美化环境工
程中栈道的分布之广和工程之巨。在当前大规模的栈道建设中，也耗用了巨量
优质木材，以1.5m宽度的普通栈道为例，每千米栈道的木材用量大约100m3，
仅青岛海滨木栈道的木材用量就高达3700m3，推知全国的用量就极为可观了。
由于栈道的使用环境对木材的侵蚀作用很大，致使铺设栈道的木板必须采用优
质木材并作防腐处理。因此，不论从生态资源的保护，还是从经济上考虑，都
应采用一种对环境友好、耐腐蚀、使用寿命长、造价适中的板材替代这种耗费
大量自然资源的防腐木。
近年来，市场上出现了木塑复合材料(塑木)、竹重组材(户外竹重竹材)
等多种新型材料，这些材料集合了木/竹天然材料和塑料的优点，促进了对资源
的合理利用。这些人造型材主要用于建筑、公共设施及汽车制造等领域，用于
制做铺板、栅栏、装饰构件等用途。其中，木塑复合材料(wood plastic composites，
WPC)是将生物质纤维和塑料及其他添加剂混合通过挤出或模压制成的一种新
型再生材料，市场上通称“塑木”。这种材料的强度与木材相仿，吸水性和耐腐
性优于普通木材；但由于采用热塑性塑料作为粘合剂，在自然的光、热、雨水
的共同作用下，会导致产品褪色、开裂、变形、粉化、腐朽等老化现象，其内
部结构的变化引起力学性能下降，因而限制了塑木的使用范围和寿命。
中国专利CN102858853A，公开了一种“刚性生物纤维热塑性复合物及由其
制造的制品”，是将涂敷增塑溶胶的生物纤维用于热塑性配混物中，用于生产模
拟天然木材的外观的木塑复合材料(WPC)，据称这种热塑性复合材料的弯曲模
量比现有木塑材料提高50％以上。
竹重组材是以木/竹束单元为主体，经碾压疏解等工艺处理后形成的一种新
型竹材人造板，具有强度高、厚度尺寸大、纹理美观的特点，但也存在耐候性
较差和吸水率高的不足，虽然采用热压碳化工艺生产的重组竹板材质量较好，
但其滑溜的表面和较高的造价也限制了它的应用。虽然可以采用去除光面、磨
毛防滑的措施，但这又会使材料的耐候性打了折扣。
针对上述利用木/竹天然材料与塑料复合的人造板材在热稳定性、机械性能、
耐水性和耐老化性等方面的不足，也有企业采用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)
制成栈道板材，虽然其力学性能、耐老化性能和使用寿命远高于防腐木和上述
两种人造板材，但其造价较高、外观的工业化质感，并不被业界欣赏，因此应
用也很少。
因此，亟需研制一种新型的栈道型材，以热固性树脂作为基体，使用生物
纤维和玻璃纤维复合增强，将天然材料的质感和工业材料的理化性能结合起来，
使所用材料的各自特性优势互补，生产出一种既具有天然材料的外观和质感，
同时又具有优异理化性能的栈道型材，避免前述二种人造板材的不足，进而达
到减少天然木材资源耗竭的环保目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种采用生物纤
维和玻璃纤维复合增强的热固性栈道型材。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种热固性生物纤维复合增强栈道型材，所述型材为管状结构，型材的横
截面外轮廓为矩形，包括上表面、侧立面和底面；型材内部是形状为长方体结
构的内腔，在内腔上表面的纵中心线处设有倒置的梯形凸台，在内腔下表面的
纵中心线处设有凹槽一；底面的两侧为处于同一平面的底边带，在底面的纵中
心线上设置与凹槽一尺寸一致的凹槽二，凹槽二的下表面与两个底边带所在的
平面之间具有0.3～0.8mm的间隙；
型材的材料为主体材料，以下两个位置处的型材材料是在主体材料的基础
上设置复合层得到的：
两个侧立面部分中，型材的材料包括主体材料以及设置在最外侧的厚度为
1mm的表面增强层；
底面部分中，型材的材料包括主体材料以及设置在主体材料外侧的厚度为
1mm的表面增强层，设置在表面增强层外侧的厚度为1～1.5mm的强力层。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：主体材
料由生物纤维、热固性合成树脂Ⅱ和填料组成；
主体材料中的热固性合成树脂Ⅱ具有如下的组分和重量配比：100.0份重量
的LZ599型拉挤专用树脂；1.0份重量的BPO/过氧化苯甲酰；1.0份重量的TBPB/
过氧化苯甲酸叔丁酯；0.8～1.5份重量的MEKP/过氧化甲乙酮；2.0份重量的硬质
酸锌；2.0份重量的聚苯乙烯溶液；40.0份重量的粒度为400目的碳酸钙粉；8.0
份重量的粒径为45μm、容重为0.4g/cm3的空心玻璃微珠；5.0份重量的粒度为
800目的三氧化二铝；0.5～2.5份重量的粒度为800目的硅藻土；
在主体材料中纵向连续铺设玻璃纤维毡、玻璃纤维粗纱及生物纤维进行复
合增强；其中玻璃纤维毡设置在侧立面和底面的轮廓线的表面，玻璃纤维粗纱
在玻璃纤维毡上部，用于充填横剖面下角及凹槽部位，生物纤维用于补平玻璃
纤维粗纱充填后留下的凹陷。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：所述玻
璃纤维连续毡的规格为300g/㎡，毡卷宽度与侧立面和底面的轮廓线的长度相
同；所述无捻玻璃纤维粗纱的规格为4400tex；所述生物纤维为麻纤维纱，规格
为4000tex；所述填料为碳酸钙和瓷土的混合物，粒度为2～3μm。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：表面增
强层由玻璃纤维连续毡和热固性合成树脂Ⅰ组成；强力层由无捻玻璃纤维粗纱
和热固性合成树脂Ⅰ组成；
表面增强层和强力层中的热固性合成树脂Ⅰ具有如下的组分和重量配比：
100.0份重量的L1629拉挤专用树脂，5.0份重量的粒度为20～30μm的PE低
收缩剂；0.8份重量的过氧化二碳酸双酯；1.0份重量的过氧化苯甲酰；1.0份重
量的过氧化苯甲酸叔丁酯；1.5～4.0份重量的G-180脱模剂；0.1～0.5份重量的活
性二氧化硅。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：所述上
表面采用磨毛处理，表面结构为以下各种形状结构之一：弧形磨痕、纵向磨痕、
矩形槽、齿形槽。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：所述侧
立面为以下三种结构之一：平面、中间位置设置卡槽、两侧分别设有与相邻的
另外一个型材的侧立面相配合的上卡条及下卡条；
当侧立面为平面时，安装方法为采用螺钉通过梯形凸台和凹槽(明装连接
至铺设面；
当侧立面中间位置设置卡槽时，安装方法为采用螺钉及压板暗装连接至铺
设面，压板设置在相邻的两个侧立面之间由相邻的卡槽组成的空隙中；
当侧立面为两侧分别设有与相邻的另外一个型材的侧立面相配合的上卡条
及下卡条时，安装方法为采用粘接剂粘接至铺设面。
进一步的，如上所述的一种热固性生物纤维复合增强栈道型材中：倒置梯
形凸台的下表面与两个底边带构成的平面之间具有0.5mm的间隙。
本方案的有益效果是：提供了一种以热固树脂为基体，采用生物纤维和玻
璃纤维复合增强的内部结构，具体方案是采用将高强度的玻璃纤维毡和粗纱呈U
形置于型材的两立边及底部的截面设计，其功效如同钢筋混凝土梁中的钢筋，
起增强承载的作用；该U型玻纤增强层内部的主体材料为黄麻纤维增强的热固
性树脂，以充分利用麻纤维的天然属性。这种结构设计将二种纤维的特性优势
互补，使其在木栈道所要求的工程性能上，有较大提高。本发明与目前木栈道
常用的铺面板材相比较，具有以下优势。
1)理化性能优异
试验表明本发明的强度远优于目前常用的栈道铺面材料，其样件的实测的
抗弯强度是防腐木的3.1倍、木塑复合材料(塑木)的10.9倍、重组竹材(热
压碳化型)的1.45倍。采用热固性树脂使材料本身的热稳定型良好，可在-50～80℃
的环境中正常使用，避免了热塑性材料在强烈阳光下变形的不足。这种型材化
学性质稳定，无毒无味，不存在竹重组材的甲醛挥发之虞，具有良好的环保性
能；其较低的吸水率、良好的耐候性和抗霉变、抗虫蚀的能力，可大大提高使
用寿命，测试样件的人工加速老化试验数据表征的使用年限大于30年。
2)外观质感自然
型材的上表面上具有弧形磨痕、纵向磨痕、矩形槽及齿形槽等结构并采用
了表面磨毛处理工艺，使麻纤维与树脂结合的表面呈现了与纵切木材极为相似
纹理，若加入不同颜色后，则几乎与天然木材的外观不分伯仲。在磨毛表面的
微细麻纤维端头与二氧化铝微粒的协同作用下，使脚踏表面具有良好的耐磨性
和防滑性；同时，人员行走时具有的触感较为柔和。上述性能是防腐木、塑木
和竹重组材所不具备的。
3)重量轻施工简便
采用了麻纤维和多种低密度的填料，其材料密度为950～1150kg/m3，较高的
强度和良好工艺性，适宜制成多种截面形状的型材；实施例的矩形管材的表观
密度(质量/外观体积)仅为500～600kg/m3，与木材相当，低于塑木和竹重组材。
本方案设计的多种安装方式与现有板材相似，施工方法简便。
4)工艺成熟性价比高
本发明采用的生产工艺是在现有FRP(玻璃纤维增强塑料)拉挤工艺基础
上改进的，采用了两种树脂体系、分别浸渍和同模成型的工艺路线，实现了不
同种类纤维的充分浸润和控制材料成本的双重目标。这种成型工艺的技术稳定，
原材料选择面广、产品截面种类多、生产效率高；采用麻纤维和玻璃纤维局部
增强及在树脂体系中加入低密度填料的复合增强结构，大大提高了型材的整体
强度和刚度；因而可以设计制成具有较低的截面实体面积和高抗弯模量的轻质
高强型材，大幅降低了单位铺装面积型材的原材料用量，从而有效降低生产成
本。按目前单位铺装面积使用材料的成本测算，本方案的生产材料费用与防腐
木材相当，低于塑木和竹重组材。
综上所述，本发明的技术方案与当前木栈道广为采用的防腐木、塑木和竹
重组材等材料相比具有强度高、重量轻、耐老化性好等性能优势；同时，又具
天然木材相似的外观，耐磨防滑的质感以及成本低、生产效率高、施工简便和
性价比高等特点。推广应用后，可以有效降低木栈道使用寿命期的总拥有成本，
并可大大减缓社会对天然林木的过度需求。
附图说明
图1是本发明矩形管型材的横截面结构示意图；
图2是本发明矩形型材的横截面结构示意图；
图3是螺钉直接紧固安装方式的示意图；
图4是本发明采用螺钉压板安装方式的示意图；
图5是本发明粘接安装方式的示意图；
图6是带安装卡槽的矩形管型材的横截面结构示意图；
图7是本发明的工艺流程简图。
图中，1.表面增强层，2.强力层，3.主体材料，4.上表面，5.侧立面，6.内腔，
7.底面，8.螺钉，9.粘接剂；501.卡槽，502.上卡条，503.下卡条，601.凸台，602.
凹槽，701.底边带，702.凸台，801.压板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明技术方案的设计思路是采用拉挤工艺生产复合材料板材，其内部结
构以热固性树脂为基体，在其承受拉力的关键部位施以玻璃纤维增强，其余部
位采用生物纤维和基体树脂作为主体材料，并在树脂体系中添加空心填料以保
证这种板材具有较低的密度。理论上这种型材应具有强度高、重量轻、耐腐蚀、
防老化、外观质感近似木材、造价适中等优势，较目前木栈道使用的防腐木、
人造板材具有较高的性价比。
具体的，如图1～图6所示，本发明一种热固性生物纤维复合增强栈道型材，
所述型材为管状结构，型材的横截面外轮廓为矩形，包括上表面4、侧立面5和
底面7；在本实施例中，所述上表面4采用磨毛处理，表面结构为以下各种形状
结构之一：弧形磨痕、纵向磨痕、矩形槽、齿形槽。型材内部是形状为长方体
结构的内腔6，在内腔6上表面的纵中心线处设有倒置的梯形凸台601，在内腔
6下表面的纵中心线处设有凹槽一602；底面7的两侧为处于同一平面的底边带
701，在底面7的纵中心线上设置与凹槽一602尺寸一致的凹槽二702，凹槽二
702的下表面与两个底边带701所在的平面之间具有0.3～0.8mm的间隙；
在本实施例中，所述侧立面5为以下三种结构之一：平面、中间位置设置
卡槽501、两侧分别设有与相邻的另外一个型材的侧立面5相配合的上卡条502
及下卡条503；当侧立面5为平面时，安装方法为采用螺钉8通过梯形凸台601
和凹槽602明装连接至铺设面；当侧立面5中间位置设置卡槽501时，安装方
法为采用螺钉8及压板801暗装连接至铺设面，压板801设置在相邻的两个侧
立面5之间由相邻的卡槽501组成的空隙中；当侧立面5为两侧分别设有与相
邻的另外一个型材的侧立面5相配合的上卡条502及下卡条503时，安装方法
为采用粘接剂9粘接至铺设面。
型材的材料为主体材料3，以下两个位置处的型材材料是在主体材料3的基
础上设置复合层得到的：两个侧立面5部分中，型材的材料包括主体材料3以
及设置在最外侧的厚度为1mm的表面增强层1；底面7部分中，型材的材料包
括主体材料3以及设置在主体材料3外侧的厚度为1mm的表面增强层1，设置
在表面增强层1外侧的厚度为1～1.5mm的强力层2。
在本实施例中，主体材料3由生物纤维、热固性合成树脂Ⅱ和填料组成；
主体材料3中的热固性合成树脂Ⅱ具有如下的组分和重量配比：100.0份重量的
LZ599型拉挤专用树脂；1.0份重量的BPO/过氧化苯甲酰；1.0份重量的TBPB/
过氧化苯甲酸叔丁酯；0.8～1.5份重量的MEKP/过氧化甲乙酮；2.0份重量的硬质
酸锌；2.0份重量的聚苯乙烯溶液；40.0份重量的粒度为400目的碳酸钙粉；8.0
份重量的粒径为45μm、容重为0.4g/cm3的空心玻璃微珠；5.0份重量的粒度为
800目的三氧化二铝；0.5～2.5份重量的粒度为800目的硅藻土；在主体材料3
中纵向连续铺设玻璃纤维毡、玻璃纤维粗纱及生物纤维进行复合增强；其中玻
璃纤维毡设置在侧立面5和底面7的轮廓线的表面，玻璃纤维粗纱在玻璃纤维
毡上部，用于充填横剖面下角及凹槽部位，生物纤维用于补平玻璃纤维粗纱充
填后留下的凹陷。所述玻璃纤维连续毡的规格为300g/㎡，毡卷宽度与侧立面5
和底面7的轮廓线的长度相同；所述无捻玻璃纤维粗纱的规格为4400tex；所述
生物纤维为麻纤维纱，规格为4000tex；所述填料为碳酸钙和瓷土的混合物，粒
度为2～3μm。
表面增强层1由玻璃纤维连续毡和热固性合成树脂Ⅰ组成；强力层2由无
捻玻璃纤维粗纱和热固性合成树脂Ⅰ组成；表面增强层1和强力层2中的热固
性合成树脂Ⅰ具有如下的组分和重量配比：100.0份重量的L1629拉挤专用树脂，
5.0份重量的粒度为20～30μm的PE低收缩剂；0.8份重量的过氧化二碳酸双
酯；1.0份重量的过氧化苯甲酰；1.0份重量的过氧化苯甲酸叔丁酯；1.5～4.0份
重量的G-180脱模剂；0.1～0.5份重量的活性二氧化硅。
实施例1
由图1所示，本实施例所述的热固性生物纤维复合增强栈道型材的横截面
为矩形管，其横截面的具体尺寸为外部宽度145mm，高度25mm；内部空腔长
度135mm，内部高度15mm。内部结构由外及内依次为表面增强层1、强力层2
和主体材料3，表面增强层1的厚度为1mm，强力层的厚度为1～1.5mm；它以
热固性合成树脂为基体材料，并在型材底面7及两侧立面5的位置纵向连续铺
设玻璃纤维毡、玻璃纤维粗纱及生物纤维进行复合增强；该型材采用拉挤成型
工艺生产。
所述横截面中的表面增强层1位于由两个侧立面5和底面7所构成槽型的
外侧，强力层2置于槽型底部的表面增强层1之上，截面的其余部分由主体材
料3构成。
在矩形管截面的矩形外轮廓上为表面4、侧立面5和底面7；中间为矩形内
腔6，在其上表面的纵中心线处设有倒置的梯形凸台601，下表面的纵中心线处
设有凹槽602。
上表面4为栈道供人员行走的表面，采用磨毛处理，其上具有矩形槽401。
侧立面5为平面。
所述底面7的两侧边为处于同一平面的底边带701，其纵中心线上设有倒置
的梯形凸台702。该凸台702的下表面与两个底边带701构成的平面之间具有间
隙，本实施例的间隙为0.5mm。
表面增强层1由玻璃纤维连续毡和热固性合成树脂组成；强力层2由无捻
玻璃纤维粗纱和热固性合成树脂组成；主体材料3由生物纤维、热固性合成树
脂和填料组成。
由图7所示，本实施例的成型工艺流程为：
1)原材料准备
a增强材料
玻璃纤维连续毡，规格300g/㎡，将毡卷切割成适当宽度(195mm)；
玻璃纤维无捻粗纱，规格4400tex；
黄麻纤维纱，规格4000tex。
b树脂系统
树脂胶液Ⅰ用于玻璃纤维，其材料的重量配比：
![]()
树脂胶液Ⅰ每次按树脂100kg准备，原料依次加入，搅拌速度不应高于100
r/min，以避免产生大量气泡。改变活性二氧化硅的加入量用以调节胶液的粘度。
树脂胶液Ⅱ用于黄麻纤维，其材料的重量配比：
![]()
![]()
树脂胶液Ⅱ每次按树脂200kg准备，原料依次加入，搅拌速度应低于100
r/min，以避免孔型玻璃微珠破裂。改变硅藻土的加入量用以调节胶液的粘度。
2)生产准备
调整拉挤机组，安装模具，使型材上表面4朝下；将三种增强纤维材料分
别装入机组；将胶液Ⅰ、胶液Ⅱ的材料分别按配比加入搅拌器，在规定的转速
下搅拌均匀后，装入各自的储罐；调整纤维引导器、浸胶槽、淋胶管口、模具
温度等至适合生产的状态。然后将玻璃纤维无捻粗纱和黄麻纤维通过纤维引导
器、浸胶槽、模具型腔至牵引台。其中黄麻纤维在通过引导器之前先经过高温
干燥器干燥，干燥温度控制在140～170℃，加热时间为2分钟，加热时间由调节
加热区电热区段的长度进行控制。
3)牵引纱束
开动机组，牵引纱束，使已经分别浸透胶液Ⅰ、Ⅱ的玻璃纤维无捻粗纱和
黄麻纤维组成的纱束进入模具；然后将玻璃纤维连续毡带穿过引导器覆盖在纱
束上，淋上胶液Ⅰ，逐步调整模具各区段的温度和牵引速度，使从模具进口开
始4个区段的工艺温度分别为：105℃、140℃、175℃、170℃，牵引速度控制
在0.15m/min～0.30m/min的范围。
4)型材生产
在型材外表面和断面达到技术要求后，调整各个工艺参数进入工艺要求的
区间，按规定尺寸切割型材，使生产进入正常状态。
5)表面加工
采用带式砂磨机将上表面磨毛；磨毛后的型材进入气流除尘机清洁；之后
进行检验，检验合格的成品包装入库。
由图3所示，本实施例采用螺钉直接紧固安装方式。亦可以设计成图5和
图7所示结构，将侧立面5的中部设置卡槽501，采用螺钉8和压板801通过卡
槽501固定的螺钉压板安装方式；如有必要也可采用图5所示的粘结安装方式，
底面7与承载木梁的间隙内施以粘接剂9粘接；亦或采用粘接与螺钉直接紧固
的联合安装方式，或者采用粘接与螺钉压板安装的联合安装方式。
实施例2
由图2、图5所示，本实施例所述的热固性生物纤维复合增强栈道型材横截
面为矩形，其横截面的具体尺寸为上表面4的宽度145mm，高度12mm，底边
带701的宽度为12mm。上表面4为平面，表面采用磨毛处理，其上具有纵向磨
痕。所述侧立面5两侧分别设有上卡条502及下卡条503，上卡条502水平宽度
为10mm，厚度为6mm，下卡条503的水平宽度为8mm，厚度为6mm。本实施
例采用粘接剂9将型材与承载木梁相互粘接的安装方式；亦可联合采用图3所
示的螺钉直接紧固安装方式。本实施例的其余结构与实施例1相同。本实施例
的工艺流程与实施例1相同。