CN107363963B - 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法 - Google Patents

一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107363963B
CN107363963B CN201710597837.2A CN201710597837A CN107363963B CN 107363963 B CN107363963 B CN 107363963B CN 201710597837 A CN201710597837 A CN 201710597837A CN 107363963 B CN107363963 B CN 107363963B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glue
fiber
density
plant fiber
ultrahigh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710597837.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107363963A (zh
Inventor
唐启恒
郭文静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Original Assignee
Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry filed Critical Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority to CN201710597837.2A priority Critical patent/CN107363963B/zh
Publication of CN107363963A publication Critical patent/CN107363963A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107363963B publication Critical patent/CN107363963B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B27N1/02—Mixing the material with binding agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B27N1/02—Mixing the material with binding agent
    • B27N1/0209—Methods, e.g. characterised by the composition of the agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/10—Moulding of mats
    • B27N3/12—Moulding of mats from fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/18—Auxiliary operations, e.g. preheating, humidifying, cutting-off

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种超高密度超高强度植物纤维板的制造工法。本发明以干燥植物纤维为原料，采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压呼吸脱胶—气流干燥”连续化工艺制得含胶纤维，直接进入高温、高压设备中进行高温高压固化，得到超高密度、超高强度植物纤维板材。得到纤维板材的密度大于1.1g/cm3，静曲强度大于70MPa，弹性模量大于7GPa，吸水厚度膨胀率小于5％，吸水率小于5％，为解决我国纤维板材产品间同质化现象和拓展植物纤维材料新用途提供新思路。本发明不仅推动了超高强度植物纤维板的连续化生产，而且推动植物纤维板在建筑装饰、飞机和高铁内饰件等高附加值领域的应用，推动复合材料绿色化发展。

Description

一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种超高密度超高强度植物纤维板的制造工法，利用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压脱胶—气流干燥”连续化工艺制备得到超高密度超高强度纤维板材，该复合板材的密度大于1.10g/cm3，静曲强度大于70MPa，弹性模量大于7GPa。本发明可推动植物纤维板在飞机和高铁内饰件、建筑幕墙等高附加值领域的应用，促进复合材料绿色化发展，为解决我国纤维板材产品间同质化现象和拓展植物纤维材料新用途提供新思路。
背景技术
近年来，我国中、高密度纤维板业发展非常迅速，中高密度纤维板在家具制造、包装、户外景观等领域有着广泛的应用。但是，当前市场上的纤维板品种单调、同质化现象严重，科技含量和附加值较低，严重缺乏核心竞争力，必须调整产业布局，通过创新的工艺和技术，大力发展具有优异的物理、力学性能的超高密度纤维板，将其作为结构材料在飞机和高铁内饰材料、建筑幕墙等高附加值领域应用，已经成为纤维板未来发展的一个重要方向。
目前，市场上高密度纤维板的制备主要采用喷胶工艺，且密度集中在0.8-1.0g/cm3之间。一般木材纤维的密度为1.5g/cm3，那么密度为0.8g/cm3的纤维板的内部空隙率约为46.7％，板材孔洞过多，容易导致材料出现应力集中，同时胶黏剂无法渗透入植物纤维的各级微观组织结构中，导致力学性能不高等一系列问题，无法将其应用于结构材料上。专利CN 105171885 A(一种防水防潮增强型高密度纤维板及其制备，申请号：201510414295.1)公开了一种高密度纤维板的制作方法，通过将植物纤维浸泡入胶黏剂中，使胶黏剂渗透入纤维之间，干燥之后再次喷胶制备高密度纤维板，该种板材采用水性聚氨酯为胶黏剂，密度为0.88g/cm3，该技术解决胶黏剂的渗透问题，但是该胶黏剂价格高，而且纤维先经过浸泡，取出晾干后再次长时间烘干，然后又再次喷胶，生产工艺连续化程度较差、生产效率低，板材的静曲强度和弹性模量均较低，仅仅为36.55MPa和3348MPa，吸水厚度膨胀率高达11.5％。专利CN 102179857 A(一种高强度纤维板及其制造方法，申请号：201110086673.X)公开了高强度纤维板的制造方法。通过采用大麻秸秆粉碎后，施加胶黏剂热压成板材，该方法生产的纤维板物理力学性能不高，吸水厚度膨胀率高达8.66％，静曲强度和弹性模量较低，分别为43MPa和3612MPa。
目前，在生产超高密度纤维板上，专利CN 102275198 A(一种抗倍特板的制备方法，申请号：201110226853.3)公开了一种采用生物废弃物制成纤维，然后以喷射方法逐步加入78-89％酚醛树脂胶黏剂，制备密度为1.45g/cm3的高密度板材，该专利采用喷射方法，胶黏剂只能均匀分布于纤维表面，根本不能进入纤维内部孔隙，无法解决纤维内部孔洞引起的应力集中的问题，无法提高产品力学性能，且该专利也没有公布产品物理、力学性能。专利CN 101934548 A(一种人造板及制备方法，申请号：201010250879.7)公布了一种采用胶黏剂浸渍方式制备人造板，密度为0.6-2.5g/cm3，静曲强度为30-75MPa，吸水厚度膨胀率为8％，原料采用定厚片材单元，而不是纤维，导致生产方面存在着大径级原木缺乏的限制，原料利用率不高，并且定厚片材单元浸胶过程无法做到连续化、自动化生产，效率极低。
因此，利用现有的人造板设备和工艺技术无法连续化、自动化生产出超高密度的、力学性能优良的纤维板，所以迫切需要开发一种创新的工艺技术，促进胶黏剂均匀进入纤维表面以及各微观组织的同时，还提高木质材料的综合利用率，制造出物理、力学性能优良的超高密度、超高强度纤维板，通过供给侧改革的方式，促进纤维板行业的转型升级。
发明内容
植物纤维是由各种细胞结构组成的多孔性材料，存在诸如细胞腔、细胞间隙、纹孔、细胞壁内部的微毛细管等多种孔隙，在纤维板传统制造工艺中，喷胶工艺并不能将胶黏剂浸入木质纤维的这些空隙中，制备压力也不足以将这些空隙压溃，从而导致传统纤维板天然地存在许多缺陷，导致应力集中，纤维板的力学性能低。现有的技术中，有些制造方法采用溶液浸渍工艺，虽然促进了胶黏剂浸入纤维内部孔隙中，但生产过程需要长时间浸泡、取出后长时间干燥，生产过程连续化、自动化程度低，生产效率低。
本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种能显著提高植物纤维增强复合材料力学强度和耐水性能的复合板材的制造方法。本发明利用植物纤维制造超高密度、超高强度纤维板材，将含水率在15％以下的木纤维、竹纤维、麻纤维的一种或者几种植物纤维的混合物作为原料，采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压呼吸脱胶—气流干燥”连续化工艺制得干燥含胶纤维，然后进入热压机高温高压固化成超高密度、超高强度植物纤维板材。本发明的超高密度是指大于1.1g/cm3。
一种超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，包括如下步骤：
(1)预冷压组坯工序：将干燥的植物纤维均匀铺装形成蓬松板坯，然后采用冷压机预压形成低密度板坯；
(2)胶液淋洒工序：将含有添加剂的胶黏剂溶液以流动液态形式均匀淋洒到板坯上；
(3)冷高压呼吸脱胶工序：将淋洒之后的植物纤维，采用高压机械设备将多余的胶量1次或多次挤出，得到含胶纤维，然后将挤出多余胶量回收循环利用；
(4)气流干燥工序：将含胶纤维送入具有气流的料仓中进行气流干燥；
(5)高温高压固化工序：将干燥后的含胶纤维进行组坯，然后在高温、高压设备中进行高温高压固化，得到超高密度、超高强度植物纤维板材。
在步骤(1)预冷压组坯工序中，所述的植物纤维可为木纤维、竹纤维和麻纤维中的一种或者几种植物纤维的混合物，植物纤维的含水率优选为15％(wt.％)以下。冷压机预压形成板坯的密度优选低于0.4g/cm3。
在步骤(2)胶液淋洒工序中，所述的胶黏剂为酚醛树脂、异氰酸酯、环氧树脂、三聚氰胺树脂和脲醛树脂中的一种或者几种树脂的混合物；其中，酚醛树脂的树脂分子量可在100-1000之间，优选在300-1000之间。
所述的添加剂可为阻燃剂、防霉剂、抗老化剂和/或增强剂等，添加剂优选为阻燃剂，可为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硅系阻燃剂等中的一种或几种的混合物；所述的添加剂的添加量为胶黏剂质量的5％-60％，添加剂优选为胶黏剂质量的5％-50％，更优选的为胶黏剂质量的10％-30％。
含有添加剂的胶黏剂溶液为低浓度胶液，除异氰酸酯、环氧树脂的溶剂为有机溶剂外，其它胶黏剂的溶剂均为水，低浓度是指胶黏剂溶液(胶液)的固含量在5wt.％-40wt.％之间。
淋洒量：含有添加剂的低浓度胶黏剂溶液的淋洒量(质量)是植物纤维质量的1倍以上(含1倍)。
在步骤(3)冷高压呼吸脱胶工序中，所述的高压机械设备是指冷压机或者设有齿轮的且可调间距的双辊。将多余的胶量1次或多次挤出是指：采用冷压机对含胶纤维进行1次或多次“施压—泄压”操作；或者将含胶纤维送入1台或多台双辊设备的间隙中进行1次或多次碾压。
采用高压机械设备将多余的胶量挤出后，纤维的含胶量达到规定数值，即含胶量占纤维量的10％-50％(wt.％)。
在步骤(4)气流干燥工序中，气流干燥是将达到规定含胶量的纤维输送入具有气流的料仓中进行气流干燥，气流干燥后纤维的含水率低于15％(wt.％)。
具有气流的料仓：料仓四周均匀吹出气流，使得纤维均匀干燥。
在步骤(5)高温高压固化工序中，所述的高温、高压设备可为热压机。
在高温高压固化时，板坯内部及表面温度为90℃-180℃，板坯表面压力为1-20MPa，固化时间为0.1min/mm-5min/mm。
本发明的优点：
1.根据本发明的植物纤维复合板材的制造方法，可以获得密度为1.00g/cm3以上的植物纤维复合板材，并且在相同施胶量、相同密度的条件下，本发明方法制备得到的复合板材具有更加优异的力学性能和耐水性能。
2.采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压呼吸脱胶—气流干燥”方法制备含胶植物纤维时，与其它方法相比，不仅能够将胶黏剂添加到植物纤维自身孔隙(细胞腔、导管等)中，弱化植物纤维自身的缺陷，能够制备得到内部孔隙率很低的植物纤维复合材料，在提高复合板材物理力学性能的同时，还可以实现连续化生产，自动化程度高，大大促进了超高密度超高强度植物纤维板的生产效率和转型升级。
3.植物纤维复合板材的密度为1.00g/cm3以上时，纤维中细胞壁被压溃，细胞腔和导管等组织中的胶黏剂可以将细胞壁很好地粘接，降低亲水性的表面的面积，提高复合板材耐水性能。
4.采用浓度为5％-40％的胶黏剂浸渍，冷高压呼吸脱胶过程中，非常有利于液体胶黏剂将植物纤维孔隙中的空气排除，然后渗透到这些孔隙中，同时比传统喷胶工艺能够更加均匀地将胶黏剂施加于植物纤维中。
5.采用浓度为5％-40％的胶黏剂浸渍，然后再将过量胶黏剂挤出，非常有利于降低胶黏剂的施加量，降低生产成本，同时获得具有非常优异的性能。
6.植物纤维是可降解材料，能够为减少石化资源的利用做出贡献，有利于推动绿色复合材料的发展。
相对于现有技术，本发明首创性地采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压脱胶—气流干燥”连续化工艺制得含胶纤维，直接进入热压机固化成高密度、超高强度植物纤维板材，与同类纤维板产品相比，制成的产品具有超高密度、超高强度，且耐水性能优异，可应用于飞机、高铁内饰材料、建筑幕墙装饰材料等，该技术不仅能显著提高产品的性能，促进纤维板行业转型升级，而且生产过程连续化、自动化程度高，提高了超高密度、超高强度纤维板的生产效率。
采用本发明方法制备的耐候耐水超高密度超高强度植物纤维板，密度大于1.1g/cm3，静曲强度大于70MPa，弹性模量大于7GPa，吸水厚度膨胀率小于5％，吸水率小于5％，为解决我国纤维板材产品间同质化现象和拓展植物纤维材料新用途提供新思路。本发明不仅推动了超高强度植物纤维板的连续化生产，而且推动植物纤维板在建筑装饰、飞机和高铁内饰件等高附加值领域的应用，推动复合材料绿色化发展。
附图说明
图1为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的复合板材的静曲强度对比。
图2为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的复合板材的内结合强度对比。
图3为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的复合板材的24h吸水厚度膨胀率对比。
图4为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的复合板材施加量对其内结合强度的变化。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。
本发明利用植物纤维制造高密度超高强度纤维复合板材的方法，以干燥植物纤维为原料，采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压呼吸脱胶—气流干燥”连续化工艺制得干燥含胶纤维，直接再次组坯、铺装后进入热压机高温高压固化成超高密度、超高强度植物纤维板材。
上述方法包括如下步骤：
(1)预冷压组坯工序：将干燥的植物纤维均匀铺装形成蓬松板坯，然后采用冷压机预压形成低密度板坯。
采用的植物纤维种类没有特别限定，可以使用各种植物纤维，其中，竹纤维是优选的，木纤维和竹纤维是更为优选的，木纤维是最为优选的，因为木纤维材质比较细软，非常有利于压制成空隙率低、密度高的板材，大大促进了复合材料力学性能和耐水性能的提升。
上述的干燥植物纤维中，植物纤维的含水率为低于15％是优选的，低于10％是更为优选的，低于5％是最为优选的，因为在此条件下，才能有利于胶黏剂浸进入纤维各级微观组织中。
预冷压组坯时，将干燥纤维均匀铺装形成蓬松板坯，然后采用冷压机预压形成低密度板坯，其中冷压压力没有特别限定，低密度没有特别限定，其中密度低于0.4g/cm3是优选的。
(2)胶液淋洒工序：将含有添加剂的低浓度胶黏剂溶液以流动液态形式均匀淋洒到板坯上。
胶液淋洒是将含有添加剂的低浓度胶黏剂溶液以流动液态形式均匀淋洒到板坯上，低浓度胶黏剂浓度没有特别限定，其中胶液固含量为5％-40％之间是优选的，10％-35％是更为优选的，15％-30％是最为优选的；
淋洒量没有特别限定，其中胶液淋洒量是植物纤维质量的1倍以上(含1倍)是优选的，3倍以上是更为优选的，5倍以上是最为优选的。
胶黏剂没有特别的限定，其中，脲醛树脂是优选的，三聚氰胺改性脲醛树脂是更为优选的，酚醛树脂是最为优选的，因为酚醛树脂胶黏剂是水溶性，无有机溶剂，生产操作比较方便，且固化以后复合材料力学强度很高。除异氰酸酯、环氧树脂的溶剂为有机溶剂外，其它胶黏剂的溶剂均为水。
进而，酚醛树脂胶黏剂的分子量没有特别限定，其中100-1000的数均分子量是优选的，200-700的数均分子量是更为优选的，300-600分子量是最为优选的，因为分子量小，酚醛树脂水溶液的粘度越小，越有利于酚醛树脂渗透进入植物纤维的孔隙当中。数均分子量为采用GPC方式测试的结果。
添加剂可为阻燃剂、防霉剂、抗老化剂、增强剂等，没有特别限定，其中添加剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂等是优选的。添加剂的添加量为胶黏剂质量的5％-50％，优选为10％-30％。
(3)冷高压呼吸脱胶工序：将淋洒之后的植物纤维板坯，采用高压机械设备将多余的胶量1次或多次挤出，直到植物纤维的含胶量达到规定数值为止，然后将挤出多余胶量回收循环利用。
高压机械设备没有特别限定，其中设有齿轮的且可调间距的双辊是优选的，冷压机是更为优选的。1次或多次挤出是指：采用冷压机对含胶纤维“施压—泄压”进行1次或多次操作；或者将含胶纤维送入1台或多次双辊设备的间隙中进行1次或多次碾压。
植物纤维的含胶量：10％-50％是优选的，15％-40％是更为优选的，20％-35％是最为优选的，因为在这个浸胶量的范围之内，复合板材才能保持很高力学强度和耐水性能，超过这个范畴，浸胶量太低，胶黏剂无法完全粘接植物纤维，浸胶量太高，植物纤维含量变低，起不到增强的作用，且生产成本过高。
(4)气流干燥工序：将达到规定含胶量的纤维输送入具有气流的料仓中进行气流干燥。
干燥含胶纤维中，含胶纤维的含水率为低于15％是优选的，低于10％是更为优选的，低于5％是最为优选的，因为在此条件下，复合板材在高温热压过程中水蒸气含量很低，有利于消除板材热压过程中放泡和消除水蒸气导致的孔隙，同时促进胶黏剂和植物纤维之间的结合，提高板材力学性能和耐水性能。
(5)高温高压固化工序：将干燥后的含胶纤维进行组坯，然后在高温、高压设备(例如热压机)中进行固化成型，通过高温高压固化成超高密度、超高强度植物纤维板材。
其中的高温为：板坯内部及表面温度90℃-180℃是优选的，120℃-150℃是最为优选的，因为胶黏剂的固化温度在这个温度范围之内，而且在120℃-150℃之间，胶黏剂固化速度快，不易发生过热降解，能够最大限度提高复合板材的力学性能和耐水性能。
其中的高压为：板坯表面压力为1-20MPa，1-15MPa是优选的，2-10MPa是更为优选的，4-7MPa是最为优选的，因为在这个压力之下，才能将板材的密度压制到1.00g/cm3-1.60g/cm3。
固化时间为：0.1min/mm-5min/mm是优选的，1min/mm-3min/mm最优选的。
超高密度没有特别限定，其中密度大于1.1g/cm3是优选的。
在下述实施例1-5中，采用木纤维的含水率均低于15％，优选低于10％，更优选低于5％；采用冷压机预压得到板坯的密度均低于0.4g/cm3。
实施例1
将木纤维铺装，然后采用冷压机预压成板坯，然后将低浓度胶黏剂(浓度为20％的脲醛树脂水溶液，其中添加质量为脲醛树脂质量20wt.％的磷系阻燃剂)溶液均匀淋洒(淋洒量为木纤维质量的3倍)到木纤维坯料上，然后将坯料送入冷压机中采用“施压—泄压”方式进行1次脱胶，此过程中胶液进入木纤维表面和内部，脱胶后纤维的含胶量占纤维量的17wt.％；然后将脱胶纤维送入气流干燥室将脱胶后纤维进行干燥，干燥后纤维的含水率为5wt.％，再送入铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的上胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
实施例2
将木纤维铺装，然后采用冷压机预压成板坯，然后将低浓度胶黏剂(浓度为30％的三聚氰胺树脂水溶液，其中添加质量为三聚氰胺树脂质量15wt.％的氮系阻燃剂)均匀淋洒(淋洒量为木纤维质量的3倍)到木纤维坯料上，然后将坯料送入冷压机中采用“施压—泄压”方式进行1次脱胶，此过程中胶液进入木纤维表面和内部，脱胶后纤维的含胶量占纤维量的25wt.％；然后将脱胶纤维送入气流干燥室将脱胶后纤维进行干燥，干燥后纤维的含水率为5wt.％，再送入铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的浸胶量25％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
实施例3
将木纤维铺装，然后采用冷压机预压成板坯，然后将低浓度胶黏剂(浓度为40％的异氰酸酯有机溶液，其中添加质量为异氰酸酯质量30wt.％的磷系阻燃剂)均匀淋洒(淋洒量为木纤维质量的3倍)到木纤维坯料上，然后将坯料送入冷压机中采用“施压—泄压”方式进行1次脱胶，此过程中胶液进入木纤维表面和内部，脱胶后纤维的含胶量占纤维量的35wt.％；然后将脱胶纤维送入气流干燥室将脱胶后纤维进行干燥，干燥后纤维的含水率为5wt.％，再送入铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的浸胶量35％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
实施例4
将木纤维铺装，然后采用冷压机预压成板坯，然后将低浓度胶黏剂(浓度为20％的环氧树脂溶液(有机溶剂)，其中添加质量为环氧树脂质量25wt.％的硅系阻燃剂)均匀淋洒(淋洒量为木纤维质量的3倍)到木纤维坯料上，然后将坯料送入冷压机中采用“施压—泄压”方式进行1次脱胶，此过程中胶液进入木纤维表面和内部，脱胶后纤维的含胶量占纤维量的17wt.％；然后将脱胶纤维送入气流干燥室将脱胶后纤维进行干燥，干燥后纤维的含水率为5wt.％，再送入铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的浸胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.2g/cm3。
实施例5
将木纤维铺装，然后采用冷压机预压成板坯，然后将低浓度胶黏剂(浓度为20％的酚醛树脂水溶液，其中添加质量为酚醛树脂质量20wt.％的氮系阻燃剂)均匀淋洒(淋洒量为木纤维质量的3倍)到木纤维坯料上，然后将坯料送入冷压机中采用“施压—泄压”方式进行1次脱胶，此过程中胶液进入木纤维表面和内部，脱胶后纤维的含胶量占纤维量的17wt.％；然后将脱胶纤维送入气流干燥室将脱胶后纤维进行干燥，干燥后纤维的含水率为5wt.％，再送入铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的浸胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.3g/cm3。
以下是传统喷胶方法的对比例。
对比例1
将木纤维放入拌胶机中，计算好喷胶量为17％，同时开起拌胶机搅动木纤维，然后采用高压雾化方式将胶液(采用与实施例1相同的胶黏剂溶液)喷向木纤维，促使木纤维表面均匀喷胶。通过干燥装置将喷胶后纤维进行干燥，并通过一个铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的喷胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
对比例2
将木纤维放入拌胶机中，计算好喷胶量为25％，同时开起拌胶机搅动木纤维，然后采用高压雾化方式将胶液(采用与实施例2相同的胶黏剂溶液)喷向木纤维，促使木纤维表面均匀喷胶。通过干燥装置将喷胶后纤维进行干燥，并通过一个铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的喷胶量25％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
对比例3
将木纤维放入拌胶机中，计算好喷胶量为35％，同时开起拌胶机搅动木纤维，然后采用高压雾化方式将胶液(采用与实施例3相同的胶黏剂溶液)喷向木纤维，促使木纤维表面均匀喷胶。通过干燥装置将喷胶后纤维进行干燥，并通过一个铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的喷胶量35％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.1g/cm3。
对比例4
将木纤维放入拌胶机中，计算好喷胶量为17％，同时开起拌胶机搅动木纤维，然后采用高压雾化方式将胶液(采用与实施例4相同的胶黏剂溶液)喷向木纤维，促使木纤维表面均匀喷胶。通过干燥装置将喷胶后纤维进行干燥，并通过一个铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的喷胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.2g/cm3。
对比例5
将木纤维放入拌胶机中，计算好喷胶量为17％，同时开起拌胶机搅动木纤维，然后采用高压雾化方式将胶液(采用与实施例5相同的胶黏剂溶液)喷向木纤维，促使木纤维表面均匀喷胶。通过干燥装置将喷胶后纤维进行干燥，并通过一个铺装机将其铺成板坯，此时木纤维的喷胶量17％，用一个平板热压机将该板坯压制成复合板材。该复合板材的压制温度为120℃，压制压力为2MPa，压制时间为每毫米板厚0.5min，所压制的预制板的密度为1.3g/cm3。
将本发明方法及传统喷胶方法制备的复合板材进行性能对比。
(1)静曲强度随密度的变化趋势
如图1所示，为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的不同密度复合板材的静曲强度对比，采用本发明工艺制备的复合板材的静曲强度明显高于传统喷胶工艺制备的复合板材的静曲强度。随着复合板材密度的增大，两种方法制备出来的板材的静曲强度均明显提高，但是，采用本发明方法制备出来的板材，静曲强度增加更明显。在相同密度条件下，本发明方法制备的板材静曲强度更好，当密度为1.3g/cm3时，静曲强度约为100MPa，而传统喷胶方法制备的板材，静曲强度大约为82MPa。
(2)内结合强度随密度的变化
如图2所示，为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的不同密度复合板材的内结合强度对比，采用本发明工艺制备的复合板材的内结合强度明显高于传统喷胶工艺制备的复合板材的内结合强度。随着复合板材密度的增大，两种方法制备出来的板材的内结合强度均明显提高，但是，采用本发明方法制备出来的板材，内结合强度增加更明显。在相同密度条件下，本发明方法制备板材内结合强度更好，当密度为1.3g/cm3时，内结合强度约为7.5MPa，而喷胶方法制备的板材，内结合强度大约为5.4MPa。
(3)24h吸水厚度膨胀率随密度的变化
如图3所示，为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的不同密度复合板材的24h吸水厚度膨胀率对比，采用本发明工艺制备的复合板材的24h吸水厚度膨胀率明显低于传统喷胶工艺制备的复合板材的24h吸水厚度膨胀率。随着复合板材密度的增大，两种方法制备出来的板材的24h吸水厚度膨胀率均明显下降，但是，采用本发明方法制备出来的板材，24h吸水厚度膨胀率降低更明显。在相同密度条件下，本发明方法制备板材24h吸水厚度膨胀率性能更好，当密度为1.3g/cm3时，24h吸水厚度膨胀率约为2.3％，而喷胶方法制备的板材，大约为5.8％。
(4)两种不同制备方法下，施胶量变化对板材内结合强度变化
如图4所示，为传统喷胶工艺和采用本发明工艺制备的不同密度复合板材施胶量对其内结合强度的变化，在施胶量相同的情况下，采用本发明工艺制备的复合板材的内结合强度明显高于传统喷胶工艺制备的复合板材的内结合强度。随着复合板材施胶量的增大，喷胶方法制备出来的板材的内结合强度明显提高。但是采用本发明方法制备出来的复合板材，内结合强度提高的更加明显。
基于两种方法制备板材的物理、力学性能的对比，可以看到采用本发明方法，能够制造出物理性能更好、力学性能更佳的超高强度复合纤维板材，从而突破传统纤维板的应用领域，将超高强度纤维板应用于建筑外墙装修等领域中，解决我国目前纤维板同质化严重的现象，为纤维板提供另一条发展道路。
本发明以干燥植物纤维为原料，采用“预冷压组坯—胶液淋洒—冷高压脱胶—气流干燥”连续化工艺制得含胶纤维，直接进入热压机固化成高密度、超高强度植物纤维板材，该种板材的施胶量占植物纤维的质量比为10％-40％。
综上所述，本发明利用低成本、可循环利用的植物纤维材料制备高密度超高强度纤维复合板材应用于建筑外墙装饰领域、飞机、高铁内饰材料等领域，有利于推动复合材料绿色化的发展，实现木质材料的高附加值利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，包括如下步骤：
(1)预冷压组坯工序：将干燥的植物纤维均匀铺装形成蓬松板坯，然后采用冷压机预压形成低密度板坯；
(2)胶液淋洒工序：将含有添加剂的胶黏剂溶液以流动液态形式均匀淋洒到板坯上，含有添加剂的胶黏剂溶液的淋洒量是植物纤维质量的1倍以上；所述的胶黏剂为酚醛树脂、异氰酸酯、环氧树脂、三聚氰胺树脂和脲醛树脂中的一种或者几种树脂的混合物，胶黏剂溶液的固含量为5wt.％-40wt.％；所述的添加剂为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硅系阻燃剂中的一种或几种的混合物；所述添加剂的添加量为胶黏剂质量的5％-60％；
(3)冷高压呼吸脱胶工序：将淋洒之后的植物纤维，采用设有齿轮的且可调间距的双辊或者采用冷压机将多余的胶量1次或多次挤出，得到含胶纤维，然后将挤出多余胶量回收循环利用；
(4)气流干燥工序：将含胶纤维送入具有气流的料仓中进行气流干燥；含胶纤维的含水率低于10％；
(5)高温高压固化工序：将干燥后的含胶纤维进行组坯，然后在高温、高压设备中进行高温高压固化，板坯内部及表面温度为120℃-150℃，得到超高密度、超高强度植物纤维板材。
2.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：所述的植物纤维为木纤维、竹纤维和麻纤维中的一种或者几种植物纤维的混合物，植物纤维的含水率为15wt.％以下。
3.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：酚醛树脂的分子量为300-600。
4.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：将多余的胶量挤出后，纤维的含胶量占纤维量的10-50wt.％。
5.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：所述的料仓四周均匀吹出气流，使纤维均匀干燥。
6.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：所述的高温、高压设备为热压机。
7.根据权利要求1所述的超高密度、超高强度植物纤维板的制造方法，其特征在于：在高温高压固化时，板坯内部及表面温度为120℃-150℃，板坯表面压力为1-20MPa，固化时间为0.1min/mm-5min/mm。
CN201710597837.2A 2017-07-20 2017-07-20 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法 Active CN107363963B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710597837.2A CN107363963B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710597837.2A CN107363963B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107363963A CN107363963A (zh) 2017-11-21
CN107363963B true CN107363963B (zh) 2020-04-21

Family

ID=60306983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710597837.2A Active CN107363963B (zh) 2017-07-20 2017-07-20 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107363963B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108331197A (zh) * 2018-02-28 2018-07-27 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种互穿网络竹纤维复合材料为芯材的组合式墙体及制备方法
CN109929260A (zh) * 2019-03-13 2019-06-25 徐艳军 一种利用农林废弃物制造环保可降解聚合板材的方法
CN112455143A (zh) * 2019-09-23 2021-03-09 济南采明实业有限公司 一种多功能超高密度挂墙板
CN112459393A (zh) * 2019-09-23 2021-03-09 济南采明实业有限公司 一种多功能超高密度地板基材
CN112356213A (zh) * 2020-11-11 2021-02-12 浙江农林大学暨阳学院 一种竹纤维弹性垫的制作方法
CN113601661B (zh) * 2021-07-02 2022-06-21 福建省永安林业(集团)股份有限公司 一种高密度和高强度植物纤维板的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101450503A (zh) * 2008-12-31 2009-06-10 郑林义 木竹秸秆纤维板和复合板及后湿法生产工艺
CN102817286A (zh) * 2012-05-24 2012-12-12 湖北工业大学 一种无甲醛秸秆纤维板的制造方法
CN104059598A (zh) * 2014-06-19 2014-09-24 东营人造板厂 一种大豆蛋白改性胶无醛中密度纤维板的制作方法
CN105331294A (zh) * 2015-09-30 2016-02-17 信阳市四通机械制造有限公司 阻燃环保胶黏剂和植物纤维板的制造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733795B (zh) * 2009-12-25 2012-06-20 浙江林学院 五节芒茎杆集成材生产方法
CN103009452A (zh) * 2012-12-26 2013-04-03 赵星 薄型中密度重组竹板材的制造方法
CN106956339A (zh) * 2017-05-04 2017-07-18 河南恒顺植物纤维板有限公司 稻草帘基墙体材料板及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101450503A (zh) * 2008-12-31 2009-06-10 郑林义 木竹秸秆纤维板和复合板及后湿法生产工艺
CN102817286A (zh) * 2012-05-24 2012-12-12 湖北工业大学 一种无甲醛秸秆纤维板的制造方法
CN104059598A (zh) * 2014-06-19 2014-09-24 东营人造板厂 一种大豆蛋白改性胶无醛中密度纤维板的制作方法
CN105331294A (zh) * 2015-09-30 2016-02-17 信阳市四通机械制造有限公司 阻燃环保胶黏剂和植物纤维板的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107363963A (zh) 2017-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107363963B (zh) 一种超高密度超高强度植物纤维板的制造方法
CN101642923B (zh) 一种竹长纤维复合材料的制造方法
WO2018033042A1 (zh) 高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡复合板材及其制作方法
EP2397289A1 (en) Bamboo artificial board and producing method thereof
CN104631738B (zh) 一种无机饰面保温装饰板及其连续化生产方法
CN108504085A (zh) 一种纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕及其制备方法
EP2223786A1 (de) Holzwerkstoffplatte sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Holzwerkstoffplatte
EP2119539B1 (de) Formkörper aus Balsahölzern und Verfahren zu deren Herstellung
WO2012142322A2 (en) Light weight composite structural support material having natural oil and polyol foam bonded directly between substrates
CN101468484B (zh) 棕纤维纤维板制作方法
CN102555009B (zh) 高强度环保型刨花板
CN110861370A (zh) 一种pu芯材聚氨酯喷涂玻纤增强复合材料
AU2021104560A4 (en) Preparation method of biomass-based foam sandwich board material for partition wall
CN111660400A (zh) 一种无醛超轻质纤维板的制造方法
JPS63153102A (ja) リグノセルロ−ス系材料の結合法
CN102152375B (zh) 空心密度板及挤压制造法
CN109971143A (zh) 一种高强度模具隔热板及其制备方法
CN105291241A (zh) 高强度环保型刨花板
CN106592797A (zh) 一种建筑用外墙保温板
CN110746161B (zh) 一种微波复合棕丝水泥板材的制作方法
CN114351512B (zh) 一种生物质轨枕及其制备方法
KR0180887B1 (ko) 저밀도 섬유판의 제조방법
DE10255200B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem hydratisierbaren mineralischem Werkstoff und einem Füllstoff
CN105984197A (zh) 一种轻质发泡酚醛层压板的制造方法
KR20170077579A (ko) 합성목재 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant