CN104608230A - 非木质纤维阻燃人造板及其制造方法 - Google Patents

非木质纤维阻燃人造板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非木质纤维阻燃人造板，包括下述重量份的原料：植物秸秆颗粒65～98.5份；粘结剂3～10份和阻燃剂3～10份，其中所述阻燃剂包括氧化镁、硫酸钙、氢氧化铝、水镁石和硼酸锌。所述非木质纤维阻燃人造板具有较好的阻燃、防水、防虫等化学性能和较好的物理机械性能，可以替代木质人造板应用于各种领域。本发明还提供一种上述非木质纤维阻燃人造板的制造方法，该制造方法主要采用常温冷压成型技术对上述原料进行固化、定型处理，不仅大大节约了能源，而且还提高了产品性能，使产品能够兼顾防水和防火功能，同时还大幅度的降低了设备造价，使整个生产过程无害化、绿色化。

Description

非木质纤维阻燃人造板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种人造板及其制造方法，尤其涉及一种利用秸秆作为主要原料的非木质纤维阻燃人造板及其制造方法。
背景技术
我国是一个森林资源严重匮乏的国家，但同时又是人造板生产大国，2014年我国人造板产量突破2.7亿立方米，仅人造板制造就消耗林木资源超4亿立方米，林木资源的巨大需求与资源匮乏的矛盾成为了制约国家经济发展的重要因素。另一方面，我国每年产生植物秸秆类剩余物达9亿吨以上，这是一个巨大的可再生资源。
非木质纤维阻燃人造板主要是利用植物秸秆制造的，可以解决上述问题。但是，虽然目前市面上已有了的植物秸秆板材产品，由于易燃冒烟、不防水、不防虫、室外耐候性差、易开裂、成本高、设备复杂和资源综合利用程度不高，存在安全隐患、健康环保和产品附加值不高等方面的问题。
发明内容
鉴于此，确有必要提供一种非木质纤维阻燃人造板及其制造方法以克服上述技术问题。
一种非木质纤维阻燃人造板，包括下述重量份的原料：植物秸秆颗粒65～98.5份、粘结剂3～10份和阻燃剂3～10份。本文中所述非木质纤维阻燃人造板的各组分均以重量份计算。
所述植物秸秆颗粒的粒径大约0.5～90毫米。优选地，所述植物秸秆颗粒的粒径为0.5～45毫米。所述植物秸秆主要包括麦秸、稻草、玉米秸、棉花秸、麻杆、大豆秸、芦苇、花生壳、紫茎泽兰等大宗农业固体废弃物及野生草本植物等非木质纤维材料。优选地，在所述非木质纤维阻燃人造板中，所述植物秸秆颗粒为80份。其中，本文所谓的“粒径”是指植物秸秆颗粒的有效直径或长度。
所述粘结剂主要是用来将所述植物秸秆颗粒粘结成为一连续结构的。所述粘结剂可以为酚醛树脂胶、美国红魔胶或无机胶。优选地，所述粘结剂为具有阻燃功能的粘结剂。所述无机胶可以为硅酸盐类、磷酸盐类、或胶体氧化铝，所述无机胶可以为粘土或水玻璃等。优选地，在所述非木质纤维阻燃人造板的原料中，所述粘结剂为8份。
所述阻燃剂主要是用于阻止或减缓所述植物秸秆颗粒燃烧的，其原料包括氧化镁、硫酸钙、氢氧化铝、水镁石和硼酸锌等。其中，在该阻燃剂的原料中，各组分的作用如下：氧化镁在所述阻燃剂中主要用于粘结和阻燃，氧化镁作为粘结剂具有吸碘值高、分散性好、含铁量低等优点，与树脂类粘合剂结合可以有效防止胶液分层和沉淀，可使胶液透明度提高和耐热，提高其稳定性；氧化镁作为阻燃剂可以达到防火防腐的目的；硫酸钙在所述阻燃剂中主要起到硬化的作用，同时也可以起到干燥和填充作用；氢氧化铝是一种无机阻燃剂，其在所述阻燃剂中主要是阻燃、防止发烟、不产生燃烧滴落物、不产生有毒气体；水镁石是一种高级耐火材料，其在所述阻燃剂中主要起阻燃粘结和隔热的作用；硼酸锌在所述阻燃剂中的作用主要是制作阻燃剂和消烟剂，硼酸锌与氧化镁、氢氧化铝等具有协同效应，有利于在本发明提供的非木质纤维阻燃人造板中形成无机阻燃体系，不会降低所述非木质纤维阻燃人造板的阻燃等级，但可降低非木质纤维阻燃人造板的成本、生烟量和毒性；此外，硼酸锌还有助于在所述非木质纤维阻燃人造板燃烧时生成多孔炭层，从而抑制阻燃，并可减少高温溶滴，因而减少高温溶滴的危险引燃源。所述阻燃剂还可以进一步包括用于防止所述非木质纤维阻燃人造板腐朽的钼酸锌，提高所述非木质纤维阻燃人造板的使用寿命。
优选地，所述阻燃剂包括以下重量份的原料：氧化镁1.8～2.5份、硫酸钙2.2～2.5份、氢氧化铝2.5～3.0份、水镁石0.5～1.0份、钼酸锌0.3～0.5份和硼酸锌1.2～1.5份。更优选地，所述阻燃剂包括以下重量份的原料：氧化镁2.5份、硫酸钙2.2份、氢氧化铝3.0份、水镁石0.9份、钼酸锌0.4份和硼酸锌1.4份。所述非木质纤维阻燃人造板优选地包括下述重量份的原料：植物秸秆颗粒80份、粘结剂8份和阻燃剂8份，其中，所述阻燃剂由以下重量份的原料组成：氧化镁2.5份、硫酸钙2.2份、氢氧化铝3.0份、水镁石0.9份、钼酸锌0.4份和硼酸锌1.4份。-
所述非木质纤维阻燃人造板的厚度通常为6～90毫米；优选地，所述非木质纤维阻燃人造板的厚度通常为6～45毫米。按照GB/T 17657-2013规定的方法测得：所述非木质纤维阻燃人造板的密度大于等于800kg/m3，优选地，大于等于900kg/m3；所述非木质纤维阻燃人造板在正常状态下的静曲强度≥13兆帕/毫米，弹性模量≥1600兆帕/毫米，内结合强度≥0.35兆帕/毫米，吸水厚度膨胀率为2小时≤6.0%。
按照GB/T 5464-2010和GB/T 14402-2007规定的方法对所述非木质纤维阻燃人造板进行燃烧试验，可达到B级及其以上标准，尤其是当所述粘结剂具有阻燃性能时，所以所述非木质纤维阻燃人造板具有较好的阻燃性能。
所述非木质纤维阻燃人造板按照GB 18580-2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》所规定的干燥器法及气候箱法测定，可以达E1级及其以上标准，尤其是当所述粘结剂为无机胶时，故，所述非木质纤维阻燃人造板具有良好的环保性能。
一种上述非木质纤维阻燃人造板的制造方法，包括以下步骤：
（一）将所述植物秸秆颗粒、所述粘结剂以及所述阻燃剂按照(65～98.5):(3～10):(3～10)的质量比混合，形成混合料；
（二）对所述混合料进行预压成型处理，得到非木质纤维预制板坯；
（三）对所述非木质纤维预制板坯进行冷压定型处理，得到非木质纤维定型板坯；
（四）干燥所述非木质纤维定型板坯，形成所述非木质纤维阻燃人造板。
其中，所述步骤（一）包括以下步骤：粉碎植物秸秆，得到所述植物秸秆颗粒，其中，所述植物秸秆颗粒的粒径大约0.5～45毫米；将所述植物秸秆颗粒装入搅拌机中；向装有所述植物秸秆颗粒的搅拌机中施加所述粘结剂和所述阻燃剂，并搅拌使所述植物秸秆颗粒、所述粘结剂以及所述阻燃剂充分、均匀混合，得到所述混合料，其中，在该混合料中，所述植物秸秆颗粒、所述粘结剂以及所述阻燃剂按照(65～98.5):(3～10):(3～10)的质量比混合。如，所述植物秸秆颗粒、所述粘结剂以及所述阻燃剂按照10:1:1的质量比均匀混合。
所述步骤（二）包括：将所述混合料平铺于垫板上，并在常温下施加的压力小于8×105牛顿，使所述垫板上的混合料的高度按照(5～6):1的比例压缩，形成所述非木质纤维预制板坯。
具体地，称取预定质量的所述混合料，并将该称好的混合料平铺在所述垫板上；然后，在常温以及露点温度为65～98摄氏度的湿度下，对垫板上的混合料施加小于8×105牛顿的压力，然后预压一段时间，使所述垫板上的混合料的高度按照(5～6):1的比例压缩，形成所述非木质纤维预制板坯。其中，该预压成型过程中，对所述混合料施加的压力可以为1×105牛顿～8×105牛顿，优选为0.9×105～3×105牛顿，也可以为5×105～8×105牛顿。具体地，对所述混合料施加的压力可以为0.9×105牛顿、1×105牛顿、1.5×105牛顿、2×105牛顿、2.5×105牛顿、3×105牛顿、5×105牛顿、5.5×105牛顿、6×105牛顿、6.5×105牛顿、7×105牛顿、7.5×105牛顿等，该压力与所述非木质纤维预制板坯的密度有关，具体的依据实际需求而定；所述升压时间可以小于20秒，具体地，可以为5～20秒，如8秒、10秒、12秒、13秒、15秒等，所述升压时间优选为8～15秒；所述预压时间大约2～18秒，优选为3～15秒，如，3秒、5秒、8秒、10秒、15秒等；所述常温是指5～45摄氏度；所述混合料在施加压力前后的高度压缩比可以为5:1、5.4:1、5.5:1、5.8:1、6:1等。
所述步骤（三）包括：在常温下，将30～80张所述非木质纤维预制板坯层连同所述垫板叠放入锁模机构中，并施加0.9×107～1.8×107牛顿的压力，恒压一段时间，使层叠设置的30～80张所述非木质纤维预制板坯的高度按照(5～7):1的比例压缩，形成预定高度的非木质纤维坯；锁定所述锁模机构，并对置于所述锁模机构中的所述预定高度的非木质纤维坯施加0.8×107～1.6×107牛顿的压力进行固化，固化一段时间后形成所述非木质纤维定型板坯；依次解除所述锁模机构、所述垫板，得到所述非木质纤维定型板坯。
其中，形成所述预定高度的非木质纤维坯的过程中所施加的压力优选1×107～1.7×107牛顿，如1×107牛顿、1.2×107牛顿、1.3×107牛顿、1.4×107牛顿、1.6×107牛顿、1.7×107牛顿等。所述恒压时间大约为5～30分钟，如5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟等；所述锁模固化过程中所施加的压力与产品密度有关，固化所施加的压力越大，产品的密度也就越大；固化所施加的压力越小，产品的密度就越小；优选地，固化所施加的压力为0.9×107～1.5×107牛顿，如0.9×107牛顿、1×107牛顿、1.2×107牛顿、1.3×107牛顿、1.5×107牛顿等。当固化所施加的压力大约为0.9×107牛顿时，所得最终产品为中低密度的产品；当固化所施加的压力大约为1.56×107牛顿时，所得最终产品为高密度的产品。所述固化时间大约为12～18小时，具体地根据所述非木质纤维定型板坯的厚度的不同而不同，如，当所述非木质纤维定型板坯的厚度为6毫米时，固化大约12小时；当所述非木质纤维定型板坯的厚度为60毫米时，固化时间大约为18小时。
所述步骤（四）包括：采用红外循环干燥法对所述非木质纤维定型板坯进行干燥处理；对干燥后的所述非木质纤维定型板坯进行切边、定厚砂光处理，形成所述非木质纤维阻燃人造板。优选地，在红外波段1～3微米时，所述非木质纤维定型板坯干燥10~30秒，就可以使其含水率就可以从进料的30%降低到10%。所述非木质纤维阻燃人造板一般采用砂光机进行定厚处理，使所述非木质纤维阻燃人造板的厚度达到要求的标准，再进行抛光，使其表面比较光滑，厚度比较均匀。
所述非木质纤维阻燃人造板的制造方法除了包括上述步骤外，还包括锯边、成品包装入库等步骤。其中，锯边的工艺主要是将所述非木质纤维阻燃人造板的尺寸处理成实际需求的大小。
与现有技术相比，本发明提供的非木质纤维阻燃人造板具有以下优点：所述非木质纤维阻燃人造板中的阻燃剂原料的各组分氧化镁、硫酸钙、氢氧化铝、水镁石、钼酸锌和硼酸锌等不但具有阻燃作用，而且在和植物秸秆颗粒混合时与植物秸秆材料内的细胞的活性物产生化学反应，进而在细胞壁内部形成隐形保护层，经过高压、固化处理，使所述非木质纤维阻燃人造板材的结构高度稳定，而且还具有防水防潮功能；因此，本发明提供的非木质纤维阻燃人造板具有较好的阻燃、防火、防腐朽、防虫等化学性能和较好的物理机械性能，可以替代木质人造板，特别是中/高密度板、刨花板等，所述非木质纤维阻燃人造板弥补了中/高密度板、刨花板等防火性能低，不防水、不防潮的缺陷，并可以替代木制夹板，刨花板，大芯板等木质类人造板。所述非木质纤维阻燃人造板可以用于生产地板、家具、防火门、装饰板、天花吊顶、吸声板、隔墙板等建筑饰装修，还可以广泛用于宾馆、酒店、公共娱乐场所、写字楼、银行、家庭、商场、学校中，并且还能在高层建筑、社会救灾应急，如，快装房屋、临时性建筑、野外系统用房、轻型工业厂房、仓储用房等绿色建筑方面发挥其特点。
与现有技术相比，本发明提供的非木质纤维阻燃人造板的制造方法采用常温冷压成型技术不仅大大节约了能源，还提高了所述非木质纤维阻燃人造板产品性能，使所述非木质纤维阻燃人造板产品能够兼顾防水和防火功能，同时还大幅度的降低了设备造价，使整个生产过程无害化、绿色化，这是采用热压工艺不能实现的。所述非木质纤维阻燃人造板在生产过程中采用冷固化压制成型，不需要高温热压，在常温状态即可完成胶合，仅在干燥环节采用红外循环干燥技术对板胚进行干燥，不消耗固体燃料，工厂没有烟囱，整个生产过程实现了绿色化生产。另外，本发明提供的制造方法中，采用红外循环干燥技术进行干燥，具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种非木质纤维阻燃人造板，该非木质纤维阻燃人造板的尺寸体积大约为2440mm×1220mm×12mm、密度大于等于900kg/m3，该人造板是由粒径大约为2～30毫米的植物秸秆颗粒18 kg、水玻璃粘结剂1.8 kg和阻燃剂1.04 kg组成，其中，所述阻燃剂包括以下重量份的原料：氧化镁0.25 kg、硫酸钙0.22 kg、氢氧化铝0.30 kg、水镁石0.09 kg、钼酸锌0.04 kg和硼酸锌0.14 kg。
本发明实施例提供的非木质纤维阻燃人造板的按照下述的工艺制造：
粉碎：将植物秸秆粉碎成粒径为2～30毫米的植物秸秆颗粒；
分装计量：分别计量所述植物秸秆颗粒18 Kg、所述水玻璃粘结剂1.8 Kg、所述阻燃剂1.04 Kg，并置于搅拌机，其中，所述阻燃剂中包括氧化镁0.25 kg、硫酸钙0.22 kg、氢氧化铝0.30 kg、水镁石0.09 kg、钼酸锌0.04 kg和硼酸锌0.14 kg；
搅拌：用搅拌机搅拌其中的所述植物秸秆颗粒18 Kg、所述水玻璃粘结剂1.8 Kg、所述阻燃剂1.04 Kg，使之均匀混合形成混合料；
铺装：每次称20.84 Kg的所述混合料并通过铺装机铺装于垫板上；
预压成型：对所述垫板上的混合料施加0.9×105～3×105牛顿的压力，并施压大约5～10秒，形成非木质纤维预制板坯；
堆垛：将45层所述预压成型秸秆板坯及所述垫板层叠放置在一起，形成预压成型秸秆板坯垛；
冷压定型：对上述非木质纤维预制板坯垛施加0.9×107～1.8×107牛顿的压力，并施加大约3分钟；
锁模：将上述冷压定型步骤得到的非木质纤维坯连同所述垫板锁定在其模具中，并对其施加0.8×107～1.6×107牛顿的压力进行固化，固化时间大约为14小时，形成厚度大约为12mm的非木质纤维定型板坯；
养护脱模：解除锁定所述非木质纤维定型板坯，并从所述垫板上取出所述非木质纤维定型板坯；
干燥：将上述非木质纤维定型板坯放入红外循环干燥箱中干燥12秒，得到非木质纤维阻燃人造板半成品，其中，所述红外循环干燥箱设定的红外波段为1～3微米，所述非木质纤维定型板坯在干燥前的含水率大约为30%，所述非木质纤维阻燃人造板半成品的含水率大约为11%；
半成品锯边：依据实际需求对上述非木质纤维阻燃人造板半成品进行裁边处理，得到长度、宽度大约分别为2440mm、1220mm的非木质纤维阻燃人造板半成品；
砂光：采用砂光机抛光上述锯边后的非木质纤维阻燃人造板半成品，得到所述非木质纤维阻燃人造板成品；
包装入库：对上述非木质纤维阻燃人造板成品进行质量检查，并将合格的产品打包并入库保存。
性能试验：（1）耐水性测试：将上述12 毫米厚的非木质纤维阻燃人造板置于73℃沸水3小时、73℃干燥2小时。然后测定所述非木质纤维阻燃人造板的强度为0.8兆帕、煮沸前强度为1.17兆帕。
（2）按照GB8624或GB20260-2006规定的方法进行燃烧试验，试验结果为：燃烧增长速率指数：≤25W/s；600s内总热释放量≤3.5MJ；火焰横向蔓延长度：<试样边缘；焰尖高度：≤50mm；烟气生成速率指数≤1m2/s2；600s内总产烟量≤50m2；燃烧滴落物/微粒：600s内无燃烧滴落物/微粒；过滤纸是否被引燃：过滤纸未被引燃；产烟毒性：达到ZA2级，符合GB 20286-2006规定的B-s1，d0，t1级标准。
另外，本实施例提供的非木质纤维阻燃人造板的密度大于等于900kg/m3，在正常状态下的静曲强度≥13兆帕/毫米，弹性模量≥1600兆帕/毫米，内结合强度≥0.35兆帕/毫米，吸水厚度膨胀率2h≤3.0%。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1. 一种非木质纤维阻燃人造板，其特征在于，它包括下述重量份的原料：植物秸秆颗粒65～98.5份、粘结剂3～10份和阻燃剂3～10份，其中所述阻燃剂的原料包括氧化镁、硫酸钙、氢氧化铝、水镁石和硼酸锌。
2. 根据权利要求1所述的非木质纤维阻燃人造板，其特征在于：所述阻燃剂的原料还包括钼酸锌。
3. 根据权利要求2所述的非木质纤维阻燃人造板，其特征在于，所述阻燃剂包括下述重量份的原料：氧化镁1.8～2.5份、硫酸钙2.2～2.5份、氢氧化铝2.5～3.0份、水镁石0.5～1.0份、钼酸锌0.3～0.5份和硼酸锌1.2～1.5份。
4. 根据权利要求3所述的非木质纤维阻燃人造板，其特征在于，它包括下述重量份的原料：植物秸秆颗粒8份、粘结剂1份和阻燃剂1份，其中，所述植物秸秆颗粒的粒径为0.5～45毫米。
5. 根据权利要求1～4任一项所述的非木质纤维阻燃人造板，其特征在于，所述粘结剂为酚醛树脂胶、美国红魔胶或者无机胶。
6. 根据权利要求5所述的非木质纤维阻燃人造板，其特征在于，所述非木质纤维阻燃人造板的厚度为6～45毫米。
7. 一种根据权利要求1～6任一项所述的非木质纤维阻燃人造板的制造方法，包括以下步骤：
（一）将所述植物秸秆颗粒、所述粘结剂以及所述阻燃剂按照(65～98.5):(3～10):(3～10)的质量比混合，形成混合料；
（二）对所述混合料进行预压成型处理，得到非木质纤维预制板坯；
（三）对所述非木质纤维预制板坯进行冷压定型处理，得到非木质纤维定型板坯；
（四）干燥所述非木质纤维定型板坯，形成所述非木质纤维阻燃人造板。
8. 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（二）包括：将所述混合料平铺于垫板上，并在常温下施加的压力小于8×105牛顿，使所述垫板上的混合料的高度按照(5～6):1的比例压缩，形成所述非木质纤维预制板坯。
9. 根据权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（三）包括：将30～80张所述非木质纤维预制板坯层连同所述垫板叠放入锁模机构中，并施加0.9×107～1.8×107牛顿的压力，恒压一段时间，使层叠设置的30～80张所述非木质纤维预制板坯的高度按照(5～7):1的比例压缩，形成预定高度的非木质纤维坯；锁定所述锁模机构，并使置于所述锁模机构中的所述预定高度的非木质纤维坯维持0.8×107～1.6×107牛顿的压力进行固化，固化一段时间后形成所述非木质纤维定型板坯；依次解除所述锁模机构、所述垫板，得到所述非木质纤维定型板坯。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（四）包括：采用红外循环干燥法对所述非木质纤维定型板坯进行干燥处理；对干燥后的所述非木质纤维定型板坯进行切边、定厚砂光处理。
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