CN102114659A - 一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材及其制备方法，该复合板材材外层为木质平板，内层泡沫芯材为木质纤维增强的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木质纤维经过偶联剂处理。本发明还涉及所述板材的制作方法，木质平板附着在泡沫芯材的外层面板，可将上述材料通过胶粘剂采用层压热复合的方法制备而成，亦可在固定双层面板之间直接发泡而成。泡沫芯材采用木质纤维增强的酚醛泡沫和三聚氰胺改性脲醛泡沫，防火性能可达到规定标准，阻燃、发烟量低、无有害气体生成，符合环保要求，还可以使复合板材具有优异的吸音、隔热性能，纤维增强后的泡沫基体材料具有优异的力学性能。

Description

一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材及其制备方法

技术领域

本发明属于生物基阻燃复合泡沫材料技术领域，具体涉及一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。

背景技术

泡沫复合板材是一种由内外两种材料胶合压制或直接内层发泡而成的复合材料，板材外层采用高强度材料，内层采用轻质隔热泡沫材料。泡沫复合板材自问世40余年来发展迅速，在美国、日本、英国、澳大利亚等国已被广泛地应用。我国在20世纪80年代初期开始从美国、韩国、奥地利等国引进生产技术和设备，现从事生产科研的单位已达近千家。目前国内生产开发泡沫复合板材的公司主要有：辽宁中捷新型建筑板材有限公司，深圳市赤晓组合房屋有限公司，北京多维彩钢压型板有限公司，上海新昕板材有限公司等。巴斯夫开发出结构保温板材(SIP)采用聚氨酯无缝隙壁空硬泡，夹芯板外层采用木质面板。陶氏公司在全球范围内全新推出金属面夹芯板用交联聚异氰酸酯(PIR)硬质泡沫材料-VORATHERMTM系列。拜耳公司在其开发出的Model House保温系统中，大量采用了聚氨酯泡沫复合板材。

泡沫复合板材的制备工艺主要有两种方式，包括自动连续发泡复合一次成型（如：聚氨酯泡沫复合板、酚醛泡沫复合板等）；胶合压制固化成型（如：聚苯乙烯泡沫等），其复合板用结构胶粘剂有无溶剂聚氨酯单组分胶粘剂和双组分胶粘剂、酮醛双组分胶粘剂等。

目前我国工程中常使用的泡沫复合板材，从外观划分主要有金属面板（主要是镀锌钢板、冷轧钢板、不锈钢板、铝板）、塑料面板和木质面板。按芯材材料的不同，分为酚醛泡沫复合板、聚氨酯夹芯板、聚苯乙烯夹芯板、泡沫铝夹芯板、泡沫混凝土复合芯板等。酚醛泡沫作为“第三代泡沫保温材料”，具有轻质、阻燃、保温、无烟无毒等诸多优点，但泡沫自身强度较差，通过金属面板复合，大大增加其强度，可广泛应用于工业厂房、船舶、体育场馆、民用住宅、医院、活动板房等建筑，具有良好的应用前景。但同时相对价格较高，释放的游离苯酚甲醛也会对环境造成污染。聚氨酯泡沫复合板导热系数低、强度高、耐老化、质量轻等特点；聚苯乙烯夹芯板具有防水、保温隔热、轻质、抗震、廉价等特点。但考虑到防火要求，聚氨酯、聚苯夹芯板的防火性能差，其芯材的燃烧性能达不到B1级要求，一般多用在临时建筑、半永久性建筑、受荷载限制的建筑中。泡沫铝夹芯板轻质、高比刚度，并具有良好的减振性能，已在汽车制造、航空、航天等领域得到应用。目前使用最多的泡沫铝夹芯板是采用直接胶粘法，但胶粘法存在不耐高温、易老化、连接强度低等缺点，另外其高昂的成本使其应用范围进一步受到限制。泡沫混凝土复合芯板是以加压平板为面层，以泡沫混凝土为夹芯的复合夹芯板。具有抗弯强度极高，表面平整，尺寸准确、轻质、保温隔热效果好等特点，但成本较高，大规模推广有难度。

我国现在泡沫复合板芯材仍以聚苯乙烯和聚氨酯为主。聚苯乙烯泡沫复合板近年来已形成年产3200万平方米的生产能力，生产厂家已发展到300多家；聚氨酯泡沫在国内外已广泛应用于外墙保温夹芯板材中；近年来我国酚醛泡沫复合板行业发展很快，已有近10家企业建有全自动连续化生产线，我国去年泡沫复合板产量已超过500万平方米。2006年我国铝箔面硬质聚氨酯夹芯板产量为193.7万平方米，铝箔面酚醛泡沫复合板产量为304.17万平方米，钢丝网架泡沫复合板产量为2673.9万平方米，非金属面泡沫复合板产量为6466.6万平方米。按照每年10%的增长速度，到十二五期间，泡沫复合板材的产量可达到1.5亿平方米。到目前为止，包括各类硅酸钙板、纸面石膏板、玻镁平板等各种无机建筑板材在内，我国建筑板材每年产量约为16亿平方米，消耗量约为12亿平方米。按现有发展趋势，预计十二五期间，用于各类墙体材料建筑板材市场消费量可望达到20亿平方米，考虑到泡沫复合板材性能上的优异性，至少占到10%的市场份额，另外再加上在交通运输领域和生产企业领域的应用，泡沫复合板材的市场需求不会低于3亿平方米。对于目前产量不足1亿平方米的泡沫复合板材而言，具有广阔的市场应用前景。

随着我国泡沫复合板产业的发展，已经逐步形成了完整的技术标准体系：JC689-1998《金属面聚苯乙烯夹芯板》、JC/T868-2000《金属面硬质聚氨酯夹芯板》、JC/T869-2000《金属面岩棉、矿渣棉夹芯板》、JC/T1051-2007《铝箔面硬质酚醛泡沫复合板》、GB/T23932-2009《建筑用金属面绝热夹芯板》。

综上所述，泡沫复合板材凭借其独特的结构组成特点，具有重量轻、强度高、刚性大、良好的抗震、隔热、隔音性能，越来越广泛的应用于高层框架、接层建筑、外墙保温层。尤其在快速安装投入使用方面，在可装可拆、材料的周转复用指数方面，都有明显优势，将是不可缺少的新型轻质建筑材料。因此，开发环保型、轻质阻燃型高强度低成本三聚氰胺-尿素-甲醛、酚醛泡沫复合板对加快实现人民安居乐业具有重要意义。

发明内容

为了解决现有泡沫复合板材存在的成本高、毒性大等缺点，本发明提出了一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材及其制备方法，具有成本相对低、毒性小的特点。

本发明的技术方案为：一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，外层为木质平板，内层泡沫芯材为木质纤维增强的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木质纤维经过偶联剂处理。

所述的木质平板选自单层木板、复合木板、复合刨花板、高密度阻燃板材中的任一种。

所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、钛酸四异丙酯、正钛酸四丁酯中的任一种。

所述的泡沫芯材厚度为1~150mm，木质平板的厚度为0.05~10mm。

所述木质纤维先与≤木质纤维质量0.5%的偶联剂混合均匀后烘干。

制备木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，由泡沫芯材和木质平板由胶粘剂采用常规的层压热复合的方法制备而成，或采用常规的在固定的木质平板之间直接发泡而成。

所述的胶粘剂选自酚醛胶、脲醛胶、三聚氰胺改性脲醛胶、万能胶、白乳胶中的任一种。

采用层压热复合方法时压力为0.02MPa，温度为120℃，加压热复合时间为5~10min。

直接发泡是将固定好的双层木质平板置于70℃ 恒温箱中充分发泡30~60min得到。

有益效果：

1. 本发明采用了农林可再生性的木质纤维作为原材料，将其转化可获得一种具有较高使用价值的新材料，对于构建节能社会，推动可持续发展战略，以及为解决“三农”问题具有积极的意义。

2. 本发明中木质纤维作为阻燃泡沫基体的增强型材料，真正实现了木质纤维的高值化利用，同时可以有效降低阻燃泡沫复合板材的成本。

3.本发明的具有木质纤维的增强阻燃泡沫夹层结构，可提高预成型体的抗压、抗弯曲和抗冲击性能。

4. 本发明的基体材料选用三聚氰胺改性脲醛树脂，三聚氰胺改性脲醛泡沫基体材料阻燃性好、力学性能强，特别是其低有毒物释放，用作室内装饰材料满足环保要求。

5. 制备方法简单有效，适于进行规模扩大化工业生产。

6. 这种纤维增强阻燃泡沫材料建筑外墙体保温工程领域可发挥巨大的作用，还可用于作室内隔音、装饰和家具材料。是一种具有实际应用价值的阻燃泡沫复合板材。

附图说明

图1为本发明的采用层压热复合方法制备的木质纤维增强泡沫复合板材。

图2为本发明的采用直径发泡制备得到的木质纤维增强泡沫复合板材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，外层为木质平板，内层泡沫芯材为木质纤维增强的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木质纤维经过偶联剂处理。所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、钛酸四异丙酯、正钛酸四丁酯中的任一种。所述的木质平板选自单层木板、复合木板、复合刨花板、高密度阻燃板材中的任一种。所述的泡沫芯材厚度为1~150mm，木质平板的厚度为0.05~10mm。所述木质纤维先与≤木质纤维质量0.5%的偶联剂混合均匀后烘干。

制备木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，由泡沫芯材和木质平板由胶粘剂采用常规的层压热复合的方法制备而成，所述的胶粘剂选自酚醛胶、脲醛胶、三聚氰胺改性脲醛胶、万能胶、白乳胶中的任一种。采用层压热复合方法时压力为0.02MPa，温度为120℃，加压热复合时间为5~10min。参见图1所示，得到的是一种具有木质纤维增强泡沫的夹层结构，由木质纤维增强泡沫芯材1、上面板2、下面板3构成，其中木质纤维增强泡沫芯材1由木质纤维4和胶粘剂5构成，木质纤维增强泡沫芯材设置在上下面板之间形成预成型体。

或采用常规的在固定的木质平板之间直接发泡而成。直接发泡是将固定好的双层木质平板置于70℃ 恒温箱中充分发泡30~60min得到。参见图2所示，木质纤维增强泡沫芯材1、上面板2、下面板3构成，木质纤维4混合于泡沫芯材中，上下面板之间固定形成预成型体。

下面给出部分实施例以对本发明作进一步说明，但以下实施例并非是对本发明保护范围的限制说明，该领域技术人员根据本发明内容作出一些非本质性的改进和调整仍属本发明保护范围。

实施例1

第一步：木质纤维增强阻燃泡沫材料的制备首先将木质纤维中加入0.25份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，均匀搅拌后于60℃烘干，待用。然后再取60份酚醛树脂，然后依次加入磷酸固化剂6份，丁腈橡胶2份，环戊烷发泡剂4份和偶联剂处理后的木质纤维28份。将混合物置于捏合机中常温条件下捏合均匀后取出置于发泡模具中于70℃发泡固化成型。

第二步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第一步制得的泡沫材料切割成一定形状，将上下面分别涂上一定质量的白乳胶，上下面板选用2mm厚单层木板，分别将木板与泡沫材料的接触面上涂上一定质量的白乳胶，将涂胶的单层木板的涂胶面分别与泡沫材料的涂胶面粘合，置于热压机上在0.02MPa、120℃温度下加压热复合5-10min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。25mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为1.54MPa，剪切强度为0.86MPa。

实施例2

第一步：木质纤维增强阻燃泡沫材料的制备

首先将木质纤维中加入0.5份的偶联剂γ-氯丙基三乙氧基硅烷，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取55份酚醛树脂，然后依次加入对甲基苯磺酸固化剂10份，丁腈橡胶5份，环戊烷发泡剂10份和偶联剂处理后的木质纤维20份。将混合物置于捏合机中常温条件下捏合均匀后取出置于发泡模具中于70℃发泡固化成型。

第二步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第一步制得的泡沫材料切割成一定形状，将上下面分别涂上一定质量的酚醛胶，上下面板选用4mm厚高密度阻燃板材，分别将高密度阻燃板材与泡沫材料的接触面上涂上一定质量的酚醛胶，将涂胶的高密度阻燃板材的涂胶面分别与泡沫材料的涂胶面粘合，置于热压机上在0.02MPa、120℃温度下加压热复合5-10min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。30mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为1.63MPa，剪切强度为0.91MPa。

实施例3

第一步：木质纤维增强阻燃泡沫材料的制备

首先将木质纤维中加入0.5份的偶联剂γ-氯丙基三乙氧基硅烷，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取75份酚醛树脂，然后依次加入对甲基苯磺酸固化剂9份，丁腈橡胶3份，环戊烷发泡剂4份和偶联剂处理后的木质纤维9份。将混合物置于捏合机中常温条件下捏合均匀后取出置于发泡模具中于70℃发泡固化成型。

第二步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第一步制得的泡沫材料切割成一定形状，将上下面分别涂上一定质量的脲醛胶，上下面板选用0.5mm厚高密度阻燃板材，分别将高密度阻燃板材与泡沫材料的接触面上涂上一定质量的酚醛胶，将涂胶的高密度阻燃板材的涂胶面分别与泡沫材料的涂胶面粘合，置于热压机上在0.02MPa、120℃温度下加压热复合5-10min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。15mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为1.01MPa，剪切强度为0.35MPa。

实施例4

第一步：木质纤维增强阻燃泡沫材料的制备

首先将木质纤维中加入0.25份的偶联剂正钛酸四丁酯，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取80份酚醛树脂，然后依次加入对甲基苯磺酸固化剂8份，丁腈橡胶1份，环戊烷发泡剂5份和偶联剂处理后的木质纤维6份。将混合物置于捏合机中常温条件下捏合均匀后取出置于发泡模具中于70℃发泡固化成型。

第二步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第一步制得的泡沫材料切割成一定形状，将上下面分别涂上一定质量的万能胶，上下面板选用0.05mm厚复合刨花板，分别将复合刨花板与泡沫材料的接触面上涂上一定质量的酚醛胶，将涂胶的复合刨花板的涂胶面分别与泡沫材料的涂胶面粘合，置于热压机上在0.02MPa、120℃温度下加压热复合5-10min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。100mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为0.61MPa，剪切强度为0.24MPa。

实施例5

第一步：木质纤维增强阻燃泡沫材料的制备

首先将木质纤维中加入0.75份的偶联剂钛酸四异丙酯，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取65份酚醛树脂，然后依次加入磷酸固化剂10份，丁腈橡胶1份，环戊烷发泡剂4份和偶联剂处理后的木质纤维20份。将混合物置于捏合机中常温条件下捏合均匀后取出置于发泡模具中于70℃发泡固化成型。

第二步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第一步制得的泡沫材料切割成一定形状，将上下面分别涂上一定质量的三聚氰胺改性脲醛胶，上下面板选用10mm厚高密度阻燃板材，分别将高密度阻燃板材与泡沫材料的接触面上涂上一定质量的酚醛胶，将涂胶的高密度阻燃板材的涂胶面分别与泡沫材料的涂胶面粘合，置于热压机上在0.02MPa、120℃温度下加压热复合5-10min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。150mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为1.21MPa，剪切强度为0.39MPa。

实施例6

第一步：固定木板预成型体的制备

首先将两张8mm厚复合木板之间距离采用支架固定。

第二步：木质纤维填充阻燃树脂（预发泡体系）的制备

首先将木质纤维中加入1份的偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取70份酚醛树脂，然后依次加入对甲基苯磺酸10份，丁腈橡胶0.5份，环戊烷发泡剂5.5份和偶联剂处理后的木质纤维14份。

第三步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第二步制得的预发泡树脂涂抹于下层面板的上表面，上层面板上表施加一恒定压力0.6MPa。将固定好的双层板材置于70℃ 恒温箱中充分发泡30-60min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。100mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为0.81MPa，剪切强度为0.40MPa。

实施例7

第一步：固定木板预成型体的制备

首先将两张2mm厚高密度阻燃木板之间距离采用支架固定。

第二步：木质纤维填充阻燃树脂（预发泡体系）的制备

首先将木质纤维中加入1.5份的偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，均匀搅拌后于60℃烘干。然后再取一定质量三聚氰胺改性脲醛树脂，然后依次加入然后再取50份酚醛树脂，然后依次加入对甲基苯磺酸固化剂8份，丁腈橡胶1份，环戊烷发泡剂6份和偶联剂处理后的木质纤维35份。

第三步：木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的制备

将第二步制得的预发泡树脂涂抹于下层面板的上表面，上层面板上表施加一恒定压力0.6MPa。将固定好的双层板材置于70℃ 恒温箱中充分发泡30-60min后冷却即制得木质纤维增强阻燃泡沫复合板材。80mm厚的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材能够承载的平压强度为1.81MPa，剪切强度为0.54MPa。

Claims (9)

1.一种木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，外层为木质平板，其特征在于，内层泡沫芯材为木质纤维增强的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木质纤维经过偶联剂处理烘干的。

2.根据权利要求1所述的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，其特征在于，所述的木质平板选自单层木板、复合木板、复合刨花板、高密度阻燃板材中的任一种。

3.根据权利要求1所述的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，其特征在于，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、钛酸四异丙酯、正钛酸四丁酯中的任一种。

4. 根据权利要求1所述的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，其特征在于，所述的泡沫芯材厚度为1~150mm，木质平板的厚度为0.05~10mm。

5.根据权利要求1所述的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材，其特征在于，所述木质纤维先与≤木质纤维质量0.5%的偶联剂混合均匀后烘干。

6.制备权利要求1~5任一所述的木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，其特征在于，由泡沫芯材和木质平板由胶粘剂采用常规的层压热复合的方法制备而成，或采用常规的在固定的木质平板之间直接发泡而成。

7.根据权利要求6所述的制备木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，其特征在于，所述的胶粘剂选自酚醛胶、脲醛胶、三聚氰胺改性脲醛胶、万能胶、白乳胶中的任一种。

8.根据权利要求6所述的制备木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，其特征在于，采用层压热复合方法时压力为0.02MPa，温度为120℃，加压热复合时间为5~10min。

9.根据权利要求6所述的制备木质纤维增强阻燃泡沫复合板材的方法，其特征在于，直接发泡是将固定好的双层木质平板置于70℃ 恒温箱中按常规方法充分发泡30~60min得到。

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