CN102218758A - 一种高强度轻质板材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度轻质板材及其制造方法。将工业大麻杆粉碎成刨花或制成纤维后，添加0.5%～5%的胶粘剂，再经热压后制成。该技术首创性地利用工业大麻杆强度高、多孔、轻质的特点来制造轻质保温材料。产品制造成本低，外形美观，保温隔热性能好，力学强度高，尺寸稳定性好，可自然降解，绿色无污染，便于实现工业化生产。可取代泡沫塑料、珍珠岩等不可再生材料。广泛用于木结构建筑、隔墙、门板等领域的芯层材料，以及包装垫块等轻质缓冲材料。该技术变废为宝，为工业大麻杆的应用提供了新的途径，有助于推动工业大麻杆产业的进一步发展，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种高强度轻质板材及其制造方法

技术领域

本发明属于人造板加工技术领域，具体涉及一种以工业大麻秆为主要原材料制备的高强度轻质板材。同时，本发明还涉及该轻质板材的制造方法。

背景技术

大麻为木质草本植物，属被子植物门，木兰纲，金缕梅亚纲，荨麻目，大麻科，大麻属，学名为Cannabis sativa L.，俗名汉麻、火麻、寒麻、线麻、花麻等，其品种有150个左右。1988年颁布的《联合国禁止非法贩运麻醉药品和精神药物公约》明确规定：大麻植株中含四氢大麻酚(THC)<0.3%的，已经不具备提取THC毒性成分价值，无直接作为毒品吸食的价值，这种专供工业用途的大麻品种——工业用大麻，可以进行规模化种植与工业化利用。目前工业大麻被广泛利用的有其韧皮纤维部分和籽部，主要用于纺织工业和食品工业；而工业大麻秆是其废弃物，目前尚没有得到合理利用，被就地焚烧。我国是世界上工业大麻主要种植国之一，2009年仅云南省的工业大麻的种植面积就达10万亩，生长期3～6个月，每亩地可产大麻秆1.5～2吨。此外，大麻皮和大麻籽在军用、民用工业中的广泛应用，受到了党中央的高度关注，刺激着大麻种植业的快速发展，预计2015年全国的工业大麻秆的种植面积将会达到1000万亩。届时将产生1500～2000万吨的大麻秆，若能利用这些大麻秆中的一半来制造人造板，就可生产750～1000万m³的人造板（约为我国2006年人造板生产总量的10%～13%），每年可节约森林资源1000～1400万亩，还可减少大麻秆焚烧造成的环境污染。不仅是废物利用，还可以发挥工业大麻秆的性能优势，提高人造板的产品性能。具有明显的生态效益和经济效益。

另外，一亩林地一年可产气干重的大麻秆1.5～2.0吨；而同样一亩林地一年的木材生长量约为1.1m³，木材的气干密度按照0.66g/cm³计算，每亩林地每年的木材生长量只有0.66吨。可见，大麻秆相对于树木而言，其生物质生长量更快，固碳的能力更强。

工业大麻秆的表皮强度高，秆芯与木材相比具有堆积密度小（密度仅为0.25g/cm³左右）、多孔、轻质等特性。如何针对工业大麻秆的材料特性，利用现有的人造板制造设备，通过适当的工艺革新制备出成本低、强度高的轻质保温材料，在现有技术中尚未见有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以工业大麻秆为主要原料加工得到的轻质板材，拓展工业大麻的应用途径、保护生态环境、推动工业大麻产业的进一步发展。

本发明的目的还在于提供一种制备所述轻质板材的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。

一种高强度轻质板材，其特征在于：将工业大麻杆粉碎成刨花或制成纤维后，添加0.5%～5%的胶粘剂，再经热压后制成。

其中，所述的胶粘剂选自脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、异氰酸酯或天然高分子聚合物中的一种。

所述的天然高分子聚合物优选豆胶或淀粉胶。

所述的热压选自平压法、模压法、挤压法、喷蒸热压、高频热压中的一种。

制备所述高强度轻质板材的方法，包括以下步骤：

（1）原料制备：调节工业大麻秆含水率至30～50%，剥除麻秆表皮后将秆芯粉碎成5～10cm长的碎料，然后进一步粉碎成刨花，备用；或是直接将5～10cm长的秆芯碎料置于温度100～110℃条件下蒸煮3.0～4.0h，再对蒸煮软化后的秆芯碎料进行热磨，设定磨盘间隙0.3～0.5mm，得到高度分离的麻秆纤维，备用；

（2）干燥和施胶：在温度140～180℃条件下将刨花干燥至含水率3～5%；然后对干燥好的刨花施胶，施胶量为0.5～5%，施胶后的含水率控制在8～10%；或是用磨好的麻秆纤维经脱水后施加2～5%的胶粘剂，然后干燥至含水率8～10%；

（3）板坯铺装：用经过干燥和施胶的刨花或麻秆纤维进行板坯铺装，并设定0.1～0.3MPa的压力对板坯进行预压；

（4）板材热压：在热压温度180～220℃，热压压力1.0～2.5MPa条件下对预压后的板坯热压20～40s/mm，设定板材密度为 0.25～0.45 g/cm³；

（5）板材后处理：将完成热压的板材置于温度25～30℃、湿度30%～50%条件下恒温恒湿2h，即得到所需的高强度轻质板材。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：首创性地利用工业大麻秆强度高、多孔、轻质的特点来制造轻质保温材料，克服了工业大麻秆制备成低密度（0.25～0.45g/cm³）轻质材料的技术难题。该产品制造成本低，产品美观，保温隔热性能好，力学强度高，尺寸稳定性好，可自然降解，绿色无污染，便于实现工业化生产。可取代泡沫塑料、珍珠岩等不可再生材料。广泛用于木结构建筑、隔墙、门板等领域的芯层材料，以及包装垫块等轻质缓冲材料。该技术变废为宝，为工业大麻的应用提供了新的途径，有助于推动工业大麻产业的进一步发展，具有良好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但实施例并不是对本发明技术方案的限定。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围内。

实施例1 制备工业大麻杆轻质实心刨花板

调节工业大麻秆含水率至30～50%，剥除大麻杆表皮后将得到的秆芯用削片机粉碎成5～10cm长的碎料，再利用双鼓轮刨片机将碎料进一步破碎成刨花，用筛选机筛选得到长度5～10mm，厚度3～5mm，宽度3～5mm的合格刨花。在温度140℃条件下利用转子式干燥机将刨花干燥至含水率3～5%；再利用高雾化喷胶机向干燥好的原料中施加脲醛树脂胶，施胶量为2%，施胶后的含水率控制在8～10%。施胶后的刨花用机械式铺装机进行板材铺装，再利用0.1MPa的压力对板坯进行预压，制备板材密度为0.25g/cm³的轻质刨花板。在热压温度180℃，热压时间40s/mm，热压压力1.0MPa条件下利用连续式热压机进行板材压制。在温度25～30℃、湿度30～50%条件下对板材进行2h的恒温恒湿处理，即得到所需的工业大麻杆轻质实心刨花板。对板材的保温性能进行测试，测试结果见表1所示。

实施例2

重复实施例1，具有如下不同点：选取过10目不过20目的刨花；测试结果见表1所示。

实施例3

重复实施例1，具有如下不同点：选取过20目不过30目的碎料；测试结果见表1所示。

实施例4

重复实施例1，具有如下不同点：选取过30目不过60目的碎料，施胶量5%，测试结果见表1所示。

实施例5

重复实施例1，具有如下不同点：胶粘剂为异氰酸酯胶，施胶量0.5%，板材密度0.30g/cm³，刨花干燥温度160℃，预压压力0.15MPa，热压温度200℃，热压时间30s/mm，热压压力1.5MPa，测试结果见表1所示。

实施例6

重复实施例1，具有如下不同点：胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂，施胶量1%，板材密度0.45g/cm³，刨花干燥温度180℃，预压压力0.30MPa，热压温度220℃，热压时间20s/mm，热压压力2.5MPa，测试结果见表1所示。

由表1可得，利用工业大麻秆制备的轻质刨花板的导热系数都很小，完全可以满足保温材料的要求，并随着刨花尺寸的减小，其导热系数也有逐渐减小的趋势即随着刨花尺寸的减小其保温性能越来越好。

实施例7  制备工业大麻杆轻质空心刨花板

调节工业大麻秆含水率至30～50%左右；剥除大麻杆表皮后将得到的秆芯用削片机粉碎成5～10cm长的碎料，再利用双鼓轮刨片机将碎料进一步破碎成刨花，用筛选机筛选得到长度5～10mm，厚度3～5mm，宽度3～5mm的合格刨花。在温度140℃条件下利用转子式干燥机将刨花干燥至含水率3～5%；再利用高雾化喷胶机向干燥好的原料中施加脲醛树脂胶，施胶量为5%，施胶后的含水率控制在8～10%。利用机械式运输机将施过胶后的原料运输至进料仓，在挤压温度170℃，出板速度0.5m/min，板材密度0.45g/cm³的条件下，进行板材制造。在温度25～30℃、湿度30～50%条件下对板材进行2h的恒温恒湿处理，即得到所需的工业大麻杆轻质空心刨花板。对板材的各项性能进行测试，测试结果如下：

密度：0.45g/cm³；静曲强度：1.2-2.3MPa；内结合强度：0.26-0.41MPa；吸水厚度膨胀率：3.79%-4.86%；甲醛释放量： 3.25mg/100g，导热系数0.079 W/m·K.

实施例8 制备工业大麻杆轻质纤维板

调节工业大麻秆含水率至30～50%，剥除大麻杆表皮后将得到的秆芯用削片机粉碎成5～10cm长的碎料，在温度100℃条件下利用蒸煮锅对秆芯碎料进行4.0h的蒸煮，再利用盘磨机将蒸煮软化后的碎料进行热磨，磨盘间隙为0.3mm，以制备出高度分离的工业大麻秆纤维。将磨好的纤维进行脱水和施加5%的脲醛树脂胶，后利用气流式干燥机进行干燥，干燥时间为5s；干燥后的原料含水率控制在8～10%。将经过干燥和施胶的原料利用气流式铺装机进行板材铺装，再利用0.1MPa的压力对板坯进行预压，制备密度为0.25g/cm³的纤维板。在热压温度180℃，热压时间30s/mm，热压压力1.0MPa条件下利用单层热压机进行板材制备。在温度25～30℃、湿度30～50%条件下对板材进行2h的恒温恒湿处理，得到工业大麻杆轻质纤维板，对其保温性能进行测试，测试结果见表2所示。

实施例9

重复实施例8，具有如下不同点：板材密度0.35g/cm³，胶粘剂施胶量3%，预压压力0.15MPa，热压压力1.5MPa，测试结果见表2所示。

实施例10

重复实施例8，具有如下不同点：板材密度0.45g/cm³，胶粘剂施胶量3%，预压压力0.3MPa，热压压力2.5MPa，测试结果见表2所示。

Claims (5)

1.一种高强度轻质板材，其特征在于：将工业大麻杆粉碎成刨花或制成纤维后，添加0.5%～5%的胶粘剂，再经热压后制成。

2.根据权利要求1所述的高强度轻质板材，其特征在于：所述的胶粘剂选自脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、异氰酸酯或天然高分子聚合物中的一种。

3.根据权利要求2所述的高强度轻质板材，其特征在于：所述的天然高分子聚合物为豆胶或淀粉胶。

4.根据权利要求1所述的高强度轻质板材，其特征在于：所述的热压选自平压法、模压法、挤压法、喷蒸热压、高频热压中的一种。

5.制备权利要求1所述高强度轻质板材的方法，包括以下步骤：

（1）原料制备：调节工业大麻秆含水率至30～50%，剥除麻秆表皮后将秆芯粉碎成5～10cm长的碎料，然后进一步粉碎成刨花，备用；或是直接将5～10cm长的秆芯碎料置于温度100～110℃条件下蒸煮3.0～4.0h，再对蒸煮软化后的秆芯碎料进行热磨，设定磨盘间隙0.3～0.5mm，得到高度分离的麻秆纤维，备用；

（2）干燥和施胶：在温度140～180℃条件下将刨花干燥至含水率3～5%；然后对干燥好的刨花施胶，施胶量为0.5～5%，施胶后的含水率控制在8～10%；或是用磨好的麻秆纤维经脱水后施加2～5%的胶粘剂，然后干燥至含水率8～10%；

（3）板坯铺装：用经过干燥和施胶的刨花或麻秆纤维进行板坯铺装，并设定0.1～0.3MPa的压力对板坯进行预压；

（4）板材热压：在热压温度180～220℃，热压压力1.0～2.5MPa条件下对预压后的板坯热压20～40s/mm，设定板材密度为 0.25～0.45 g/cm³； 

（5）板材后处理：将完成热压的板材置于温度25～30℃、湿度30%～50%条件下恒温恒湿2h，即得到所需的高强度轻质板材。