CN103121815A - 一种轻质水泥竹材复合材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质水泥竹材复合材料及其制造方法，先将水泥、竹材与水混合搅拌均匀后，再将与水混合均匀的增稠剂、稳泡剂、发泡剂、助凝剂分别加入水泥浆料中搅拌均匀，最后装模、发泡、成型、蒸养、静养制得轻质水泥竹材复合材料。本发明制造的轻质水泥竹材复合材料，对于普通水泥刨花板而言其密度低，小于0.7g/cm3、物理力学性能优越，特别是抗渗性好、隔音隔热性能好，而且兼具生物质特性可调节室内环境；而对于以脲醛树脂、酚醛树脂等合成材料为胶黏剂的刨花板而言其无有害气体释放绿色环保、防火阻燃、原材料丰富低廉，且其生产工艺简单、可在现有加气混凝土生产线上设计改装生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种轻质水泥竹材复合材料及其制造方法。
背景技术
近年来，由于全球森林资源锐减，世界各国出于环保目的，纷纷限伐、木材的产量逐年降低，迫使各国努力寻求木材的替代品，争相开发非木质板材。我国为世界上竹材最丰富的国家，发展轻质水泥竹材复合材料，促进林产工业的可持续发展与完善竹材加工产业链并为新型建筑墙体材料的生产与改革做出贡献。
纵观国内外的水泥刨花板的研究与开发，专注于密度在1.0～1.3g/cm3，对于密度小于1.0 g/cm3少有人涉足，而对于密度小于0.7 g/cm3至今无人涉足。难于满足轻质水泥刨花板的需求。
刨花板产品大部分都采用脲醛树脂胶、酚醛树脂等有机合成胶黏剂，因而存在甲醛释放，且无防火阻燃性能，同时防水性能及尺寸稳定性不理想。水泥刨花板是利用水泥为胶粘剂、竹材等加工剩余物为集料、并掺入外加剂搅拌均匀，再装模、成型、加压、养护制成的一种板材。与混凝土、砖等相比，密度低，具有一定的强度、刚度和韧性，能满足建筑材料的要求。此外还具有良好的防火阻燃、隔音隔热、抗渗耐久、调节室内环境等特点。因此可作为屋顶、天花板、非承重内外墙、隔音板、防火板等，广泛用于室内装修、厨房、保温室、会议室、播音室、高层建筑等。
公开号为“CN100387414C”的发明公开了轻质水泥刨花板及其生产方法，该水泥刨花板生产制备中采用冷压技术，在一定程度上提高了材料的力学性能，但是所述的原料组成中未发现有发泡剂或促进物理发泡的方式难以有效降低产品的密度，且所述的方法经过冷压难以实现生产厚度超过30mm的产品。
公开号为“CN1296876A”的发明公开了一种木材泡沫水泥吸声板的制造方法，该吸声板采用了水泥与木材混合发泡，在室温下自然固化，生产周期长，占地空间大，给生产造成不便，且生产及管理成本高，同时产品的密度也未说明达到具体数值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有普通刨花板甲醛等有害气体释放与防火性差等问题而普通水泥刨花板密度较高、抗渗性等物理性能较差等问题，提供一种轻质水泥竹材复合材料及其制造方法。本发明的原料配方成本低、制造工艺简单且易控制、产品稳定性好、密度低并具有一定的强度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻质水泥竹材复合材料，原料配方及其质量份数为：水泥250～300份、竹粉50～80份、竹刨花20～50份、助凝剂5～10份、碳酸氢钠粉末5～12份、铝粉或铁粉0.5～3份、稳泡剂2～3份、增稠剂5～10份、水300～450份。
所述的轻质水泥竹材复合材料的厚度为10~100mm。
所述的水泥为标号高于32.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。
所述的竹粉和竹刨花的含水率为3%～10%：竹粉的大小为20～100目；竹刨花的尺寸为：长度30～50mm、宽度2～10mm、厚度0.1～0.5mm。
所述的助凝剂为氯化钙、硫酸铁、硫酸铝中的一种或多种的混合物。
所述的碳酸氢钠粉末和铝粉或铁粉的质量比为4:1～8:1。
所述的稳泡剂为三乙醇胺、14M分子量的聚乙二醇、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或多种的混合物。
所述的增稠剂为大豆粉、玉米淀粉、地瓜淀粉、小麦淀粉中的一种或多种的混合物。
该复合材料可进一步添加质量份数为3~30份的增强纤维、3~30份的抗冻剂、3~30份的抗渗剂以满足不同工程对于材料的性能需求。
一种制造如上所述的轻质水泥竹材复合材料的方法包括以下步骤：
（1）将竹粉与水泥混合均匀，然后加入水搅拌均匀；再将竹刨花加入水泥浆料中搅拌均匀；
（2）将增稠剂与水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（3）将稳泡剂与水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（4）将碳酸氢钠粉末和铝粉或铁粉与水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（5）将助凝剂与水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为60～80℃的预养室里发泡、成型2～4h；
（7）将步骤6）所得的成型半干水泥竹材复合材料切割成设定规格块状；
（8）将步骤7）所得的块状水泥竹材复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
步骤8）中蒸压釜蒸养阶段工艺参数为：加热阶段1.5～2.5h；升温恒压阶段4.5～6h；减压降温阶段6～7.5h。所述的加热阶段蒸压釜内温度升至100℃；升温恒压阶段蒸压釜内压力升至0.6～0.9MPa，温度升至160～180℃；减压降温阶段蒸压釜内压力平缓降低至标准大气压，温度降至100℃。
本发明的显著优点在于：
本发明所制得的轻质水泥竹材复合材料密度低，具有一定强度，对于普通水泥刨花板而言其密度低、物理力学性能优越，特别是抗渗性好、隔音隔热性能好，而且兼具生物质特性可调节室内环境；而对于以脲醛树脂、酚醛树脂等合成材料为胶黏剂的刨花板而言其无有害气体释放绿色环保、防火阻燃、原材料丰富低廉等特点。可作为屋顶、天花板、非承重内外墙、隔音板、防火板等，可广泛应用于室内装修、厨房、保温室、会议室、播音室、高层建筑等。
具体实施方式
一种轻质水泥竹材复合材料的配方及其质量份数为：水泥250～300份、竹材80~100份（竹粉50～80份、竹刨花20～50份）、助凝剂5～10份、发泡剂6～15份（碳酸氢钠粉末5～12份、铝粉或铁粉0.5～3.0份）、稳泡剂2～3份、增稠剂5～10份、水300～450份。
所述的竹材的含水率为3%～10%：竹粉的大小为20～40目；竹刨花合适尺寸为：长度30～50mm、宽度2～10mm、厚度0.1～0.5mm。
所述的助凝剂为氯化钙、硫酸铁、硫酸铝中的一种或多种混合。
所述的发泡剂为碳酸氢钠粉末与铝粉或铁粉按一定比例混合。
所述的稳泡剂为三乙醇胺、14M分子量的聚乙二醇、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或多种混合。
所述的增稠剂为大豆粉、玉米淀粉、地瓜淀粉、小麦淀粉中的一种或多种混合。
该复合材料可进一步添加质量份数为3~30份的增强纤维、3~30份的抗冻剂、3~30份的抗渗剂以满足不同工程对于材料的性能需求。
该轻质竹材水泥复合材料的制造方法的具体步骤为：
1）将竹粉与水泥混合均匀，然后加入水搅拌均匀；
2）将竹刨花加入步骤1）得到的水泥浆料中搅拌均匀；
3）将增稠剂与水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
4）将稳泡剂与水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
5）将发泡剂与水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
6）将助凝剂与水混合均匀；然后加入步骤5）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
7）将步骤6）所得的水泥/竹材混合浆料装入模具，然后置于温度为60～80℃的预养室里发泡、成型2～4h；
8）将步骤7）所得的成型半干水泥竹材复合材料割成设定规格块状；
9）将步骤8）所得的块状水泥竹材复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后成品检测、包装、仓储；
所述的蒸压釜蒸养分为三个阶段：蒸压釜蒸养分为三个阶段：加热阶段1.5～2.5h，温度升至100℃；升温恒压阶段4.5～6h，压力升至0.6～0.9MPa，温度升至160～180℃；减压降温阶段蒸压釜内压力平缓降低至标准大气压，温度降至100℃。
本发明下面结合实施来予以阐明。
实施例1
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入270份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入水泥浆料中搅拌均匀；2）将6份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将2.5份三乙醇胺与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将5份碳酸氢钠粉末与2份铝粉混合发泡剂与30份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将6份氯化钙与40份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为70℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例2
1）将70份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入260份水搅拌均匀；再将30份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将6.5份大豆粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将3份14M分子量的聚乙二醇与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将5份碳酸氢钠粉末与2.5份铁粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将6份硫酸铁与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为70℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例3
1）将60份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入250份水搅拌均匀；再将40份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将8份小麦淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将3份十二烷基二甲基氧化胺与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将10份碳酸氢钠粉末与2份铝粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将6份硫酸铁与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为70℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例4
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入300份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将6份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将2.5份三乙醇胺与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将8份碳酸氢钠粉末与2.5份铁粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将8份氯化钙与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为80℃的预养室里发泡、成型2h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例5
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入320份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将8.5份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将3份三乙醇胺与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将7份碳酸氢钠粉末与2份铝粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将6份氯化钙与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为70℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例6
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入340份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将6.5份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将3.5份三乙醇胺与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将11份碳酸氢钠粉末与2份铝粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将7份氯化钙与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为60℃的预养室里发泡、成型4h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例7
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入300份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将7.5份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将2.5份14M分子量的聚乙二醇与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将7.5份碳酸氢钠粉末与3份铁粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将6份硫酸铁与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为80℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例8
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入300份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将5份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将2.5份14M分子量的聚乙二醇与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将8.5份碳酸氢钠粉末与2份铝粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将7.5份硫酸铁与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为80℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
实施例9
1）将80份竹粉与250份水泥混合均匀，然后加入300份水搅拌均匀；再将20份竹刨花加入步水泥浆料中搅拌均匀；2）将6份玉米淀粉与20份水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；3）将2份14M分子量的聚乙二醇与20份水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；4）将9.5份碳酸氢钠粉末与1.5份铝粉混合发泡剂与40份水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；5）将7.5份硫酸铁与20份水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为80℃的预养室里发泡、成型3h；7）将步骤6）所得的成型半干水泥复合材料割成设定规格块状；8）将步骤7）所得的块状水泥复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
本发明制得的轻质水泥竹材复合材料，产品厚度在10~100mm。以厚度为100mm的复合材料产品为例，密度在0.5~0.8g.cm-3，含水率2~10%，干燥收缩≤0.5mm/m，抗冻性质量损失≤5%，抗压强度3.5~10.0MPa，导热系数0.05~0.15W/（m·K），平均吸声系数0.362－0.581，氧指数≥60。该轻质水泥竹材复合材料可代替刨花板、普通水泥刨花板、混凝土加气砌块等，广泛应用于室内装修、厨房、保温室、会议室、播音室、高层建筑等。
需要说明的是：（1）为了提高物理力学性能，可掺入抗冻剂、抗渗剂、增强纤维；（2）可定制规格进行切割；（3）通过以上实施方案所得到的轻质水泥竹材复合材料，可用装饰单板、高压装饰板等装饰材料对其单面或者双面饰面。（4）为了拓宽原料使用范围，竹材可用木材、秸秆及蔗渣等材料替代使用。（5）可依产品厚度不同，决定半干水泥竹材复合材料是否切割。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：原料配方及其质量份数为：水泥250～300份、竹粉50～80份、竹刨花20～50份、助凝剂5～10份、碳酸氢钠粉末5～12份、铝粉或铁粉0.5～3份、稳泡剂2～3份、增稠剂5～10份、水300～450份。
2.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的轻质水泥竹材复合材料的厚度为10~100mm。
3.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的竹粉和竹刨花的含水率为3%～10%：竹粉的大小为20～100目；竹刨花的尺寸为：长度30～50mm、宽度2～10mm、厚度0.1～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的助凝剂为氯化钙、硫酸铁、硫酸铝中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的碳酸氢钠粉末和铝粉或铁粉的质量比为4:1～8:1。
6.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的稳泡剂为三乙醇胺、14M分子量的聚乙二醇、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料，其特征在于：所述的增稠剂为大豆粉、玉米淀粉、地瓜淀粉、小麦淀粉中的一种或多种的混合物。
8.一种制造如权利要求1所述的轻质水泥竹材复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将竹粉与水泥混合均匀，然后加入水搅拌均匀；再将竹刨花加入水泥浆料中搅拌均匀；
（2）将增稠剂与水混合均匀；然后加入步骤1）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（3）将稳泡剂与水混合均匀；然后加入步骤2）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（4）将碳酸氢钠粉末和铝粉或铁粉与水混合均匀；然后加入步骤3）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（5）将助凝剂与水混合均匀；然后加入步骤4）所得的水泥浆料中搅拌均匀；
（6）将步骤5）所得的水泥浆料装入模具，然后置于温度为60～80℃的预养室里发泡、成型2～4h；
（7）将步骤6）所得的成型半干水泥竹材复合材料切割成设定规格块状；
（8）将步骤7）所得的块状水泥竹材复合材料置于蒸压釜中蒸养12～16h，然后置于室内静养平衡1d，最后制得成品。
9.根据权利要求8所述的轻质水泥竹材复合材料的制造方法，其特征在于：步骤8）中蒸压釜蒸养阶段工艺参数为：加热阶段1.5～2.5h；升温恒压阶段4.5～6h；减压降温阶段6～7.5h。
10.根据权利要求9所述的轻质水泥竹材复合材料的制造方法，其特征在于：所述的加热阶段蒸压釜内温度升至100℃；升温恒压阶段蒸压釜内压力升至0.6～0.9MPa，温度升至160～180℃；减压降温阶段蒸压釜内压力平缓降低至标准大气压，温度降至100℃。
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