CN109605536A - 高效导热高密度纤维板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效导热高密度纤维板，由生物质纤维、导热材料和添加剂复合形成，导热材料包含电气石粉和三氧化二铝粉。本发明还公开了高效导热高密度纤维板的制造方法，包括：制作纤维浆料；先将导热材料粉末、表面改性剂及部分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；继续再单独施加剩余胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维；将干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热养生，砂光得到高效导热高密度纤维板。本发明采用三氧化二铝粉和电气石粉作为导热材料，通过加压喷施方式，借助部分胶粘剂的预粘性使导热材料粉体与纤维高度分散，提高了导热材料分散均匀性及稳定性，增强高密度纤维板的传热效率。

Description

高效导热高密度纤维板及其制造方法

技术领域

本发明涉及功能人造板及地暖采暖用木质地板领域。更具体地说，本发 明涉及一种高效导热高密度纤维板及其制造方法。

背景技术

高密度纤维板常用于制造强化地板，因其优异的装饰性能、稳定的结构 及适宜的价格，备受到市场和消费欢迎。2017年，我国木地板年总产量和销 量均超过5亿m²，跻身世界第一，其中强化地板的销量约占我国木地板总销 量的52％。尽管其高密度一定程度改善了导热性能，但纤维板仍是热的不良 导体。木质地板用于地采暖系统，一般铺设于热水管、电热线缆及电热膜之 上，随着地采暖需求日益增大，采暖消耗能源占比随之增大。因此，提高地 板基材的导热性能，对降低采暖能耗，节约资源及环保具有重要的意义。目 前在导热实木复合地板方面，主要通过对地板背面进行镂空并嵌入铝质型材 降低传热距离和提高地板平面方向的散热速度；在导热纤维板方面，采用具 有较好导热性能的炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维、三氧化二铝及氧化镁等 作为导热材料，通过施加偶联剂提高导热材料的表面性质，经干燥后与生物 质纤维混合，再施加脲醛树脂胶进行热压复合，可显著提高纤维板的导热性 能；但导热材料的初粘性很低，混合均匀性低，制备过程易沉降，难适用于 纤维板的自动化生产中。目前，有关提高纤维板的导热性能的专利技术不多， 产业化生产尚未见有。面向地采暖用强化地板的需求，开发易批量生产的导 热高密度纤维板及其工业生产工艺具有良好的市场空间，是人造板产业发展 高值化、差异化产品的途径之一。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高效导热高密度纤维板，其采用具有良 好导热性能的三氧化二铝粉和良好热辐射性能的电气石粉作为导热体与生物 质纤维制备导热高密度纤维板，结合导热和热辐射两种途径提高其导热效能。

本发明还有一个目的是提供一种环保的释放负氧离子功能纤维板，其成 份之一电气石粉能释放负氧离子，吸附有害有机物质，赋予其保健功能，并 提高环保性能。

本发明还有一个目的是提供一种节材节能的高密度纤维板，其采用适量 密度较高的电气石粉和三氧化二铝粉，在相同密度的高密度纤维板板材规格 下，可降低生物质纤维用量。

本发明还有一个目的是提供一种节材的高密度纤维板，添加导热材料粉 末后板坯导热性能提高，可有效降低表面预固化层，减少砂光余量，提高原 料利用率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供一种高效导热 高密度纤维板，由生物质纤维、导热材料和添加剂复合形成，其中，所述导 热材料至少包含电气石粉和三氧化二铝粉。第一、三氧化二铝粉本身具有良 好的导热性能，而电气石粉具有良好的辐射性能，两者分散在纤维板中后， 可赋予纤维板导热和热辐射两种传热途径，可有效提高其导热效能，从而解 决传统纤维板热辐射传热低导致的导热效能不高的问题。第二、电气石粉具 有良好的远红外热辐射性能和释放负氧离子功能，并能吸附纤维板中残留的有害有机物质，赋予其红外保健功能，并提高了环保性能，解决了传统纤维 板不具保健功能且不够环保的问题。第三、电气石粉和三氧化二铝粉密度比 生物质纤维高，相同密度规格的纤维板情况下，可减少了生物质纤维用量； 且因板坯的导热性能提高，可降低热压温度或缩短热压时间，节约能耗，并 能有效减少表面预固化层，减少砂光余量，提高原料利用率。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板中，所述添加剂包括表面改性 剂、胶粘剂和防水剂。胶粘剂是高密度纤维板重要的添加剂。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板中，所述的电气石粉和三氧化 二铝粉的粒径为300～6000目；目数过大，其粒径过小不易分散，且吸胶量大， 容易结团板面出现胶斑缺陷；如果导热材料粉末目数过小，其粒径过大，不 利于构建完善的导热网络。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板中，所述的表面改性剂为硅烷 偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述的防水剂为熔融石蜡或乳化石蜡；所述的胶粘 剂为改性脲醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂，所述胶粘剂的固含量为 44～57％。

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉混合物。通过加压喷施方式，同时借助部分胶粘剂的预粘性使粉体与 纤维高度分散，提高了导热材料粉末的分散均匀性及稳定性，解决了传统技 术中导热材料对纤维表面的初粘性很低，导致混合均匀度降低，纤维组坯过 程导热材料粉末易沉降，难适用于纤维板的自动化生产过程中的问题。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板的制造方法中，所述导热材料 粉末占纤维浆料的绝干纤维重量的5～40％，且电气石粉占所述导热材料粉末 总重量的10％～50％；表面改性剂用量为导热材料粉末总重量的0.6～3％；第 一和第二部分胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总重量的13～18％， 因导热材料粉末易吸收胶粘剂，施胶量过低胶粘剂无法均匀分布于纤维和导 热粉体表面而导致力学性能不足，过高用量的胶粘剂增加成本及胶斑缺陷； 第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的10～30％；所述水混合液中水的用量 为导热材料粉末总重量的2～4倍。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板的制造方法中，所述纤维浆料 由生物质纤维原料经刨片，筛选，蒸煮，热磨得到；其中，热磨时施加熔融 石蜡或乳化石蜡作为防水剂，用量为纤维浆料的绝干纤维总量的0.7～1.2％； 蒸煮温度为120～145℃，蒸汽压力为6.0～7.5公斤。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板的制造方法中，所述的水混合 液的制备方法为：往储料罐中先加入水和表面改性剂，经机械搅拌10min后， 边搅拌边加入导热材料粉末，继续搅拌10min，最后加入所述第一部分胶粘 剂搅拌10min后制备成所述水混合液；所述的导热材料粉末预先由电气石粉 和三氧化二铝粉经混料搅拌制成。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板的制造方法中，所述步骤三中 使用快速干燥管道进行干燥，干燥管道入口处烟气温度为175～185℃，出口 处烟气温度为60～75℃，最终纤维含水率控制在5～9％。

优选的是，所述的高效导热高密度纤维板的制造方法中，所述步骤四中 的预压压力为35～65公斤；热压温度为175～195℃，热压过程分以下九个阶 段进行：

1)第一阶段：加压排气，在7～12s内，加压至5.8～6.5MPa；

2)第二阶段：在5.8～6.5MPa压力下保压8～17s；

3)第三阶段：在5～15s内降压至1.3～1.8MPa；

4)第四阶段：在1.3～1.8MPa下保压60～190s；

5)第五阶段：6～13s内升压至3.0～4.0MPa；

6)第六阶段：在3.0～4.0MPa压力下保压20～60s；

7)第七阶段：在10～25s内降压至0.8～1MPa；

8)第八阶段：0.8～1MPa下保压20～40s；

9)第九阶段：15～30s内降压至0MPa；

所述砂光为双面砂光且余量为0.8～1.4mm。

本发明至少包括以下有益效果：

首先，本发明所述的高效导热高密度纤维板及其制造方法中采用三氧化 二铝粉和电气石粉与表面改性剂、部分胶粘剂、水制备水分散液，通过加压 喷施方式，同时借助部分胶粘剂的预粘性使粉体与纤维高度分散，提高了导 热材料粉末的分散均匀性及稳定性；其中，水分散液中含有占总施胶量 10～30％的胶粘剂，具有一定粘度，可促进较高密度导热材料粉末在水分散液 中分散及稳定。

其次，本发明所述的高效导热高密度纤维板采用有良好导热性能的三氧 化二铝粉和良好热辐射性能的电气石粉作为导热体，并高度分散于纤维板中， 可赋予纤维板导热和热辐射两种传热途径，可有效提高其导热效能。

再者，本发明所述的高效导热高密度纤维板中的电气石粉具有良好的远 红外热辐射性能和释放负氧离子功能，并能吸附纤维板中残留的有害有机物 质，赋予其红外保健功能，并提高了环保性能。

再有，本发明的高效导热高密度纤维板制造方法采用多段热压工艺，有 利于防止制造高密度纤维板出现的爆板现象。

此外，本发明所述的高效导热高密度纤维板中，加入了密度较高的电气 石粉和三氧化二铝粉，相同密度下减少了生物质纤维用量；且因板坯的导热 性能提高，可降低热压温度或缩短热压时间，节约能耗，并能有效减少表面 预固化层，减少砂光余量，提高原料利用率。

本发明的制作方法制得的高效导热高密度纤维板厚度为5～15mm，密度 为880～1200Kg/m³，含水率为6～12％，根据LY/T 1700-2007《地采暖用木质 地板》行业标准测试的导热效能达到10～20℃/h，相关物理力学性能均达到 LY/T 1700-2007标准要求。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将 通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并 不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

主要原料如下表：

制备方法：生物质纤维原料——刨片——筛选——蒸煮——热磨——施 加防水剂——施加导热材料粉体/表面改性剂/第一部分胶粘剂水混合液—— 施加剩余的胶粘剂——管道干燥——组坯——预压——热压——裁边——散 热养生——砂光——分等打包。

实施例1

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

实施例2

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉。所述导热材料粉末占纤维浆料的绝干纤维重量的5％，且电气石粉占 所述导热材料粉末总重量的10％；表面改性剂用量为导热材料粉末总重量的 0.6％；第一和第二部分胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总重量的 13％；第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的10％；所述水混合液中水的 用量为导热材料粉末总重量的2倍。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

实施例3

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。所述纤维浆料由生物质纤维原料经刨片， 筛选，蒸煮，热磨得到；其中，热磨时施加熔融石蜡或乳化石蜡作为防水剂， 用量为纤维浆料的绝干纤维总量的0.7％；蒸煮温度为120℃，蒸汽压力为6.0 公斤。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉。所述导热材料粉末占生物质纤维原料的绝干纤维重量的20％，且电 气石粉占所述导热材料粉末总重量的30％；表面改性剂用量为导热材料粉末 总重量的2％；第一和第二部分胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总 重量的15％；第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的20％；所述水混合液 中水的用量为导热材料粉末总重量的3倍。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

实施例4

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。所述纤维浆料由生物质纤维原料经刨片， 筛选，蒸煮，热磨得到；其中，热磨时施加熔融石蜡或乳化石蜡作为防水剂， 用量为纤维浆料的绝干纤维总量的1.2％；蒸煮温度为145℃，蒸汽压力为7.5 公斤。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉。所述导热材料粉末占生物质纤维原料的绝干纤维重量的40％，且电 气石粉占所述导热材料粉末总重量的50％；表面改性剂用量为导热材料粉末 总重量的3％；第一和第二部分胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总 重量的18％；第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的30％；所述水混合液 中水的用量为导热材料粉末总重量的4倍。所述的水混合液的制备方法为： 往储料罐中先加入水和表面改性剂，经机械搅拌10min后，边搅拌边加入导 热材料粉末，继续搅拌10min，最后加入所述第一部分胶粘剂搅拌10min后 制备成混合液；所述的导热材料粉末预先由电气石粉和三氧化二铝粉经混料 搅拌制成。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。所 述步骤三中使用快速干燥管道进行干燥，干燥管道入口处烟气温度为175℃， 出口处烟气温度为60℃，最终纤维含水率控制在5％。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

实施例5

一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生 物质纤维原料，而后制成纤维浆料。所述纤维浆料由生物质纤维原料经刨片， 筛选，蒸煮，热磨得到；其中，热磨时施加熔融石蜡或乳化石蜡作为防水剂， 用量为纤维浆料的绝干纤维总量的1％；蒸煮温度为130℃，蒸汽压力为7公 斤。

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部 分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化 二铝粉。所述导热材料粉末占生物质纤维原料的绝干纤维重量的25％，且电 气石粉占所述导热材料粉末总重量的30％；表面改性剂用量为导热材料粉末 总重量的2％；第一和第二部分胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总 重量的15％；第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的20％；所述水混合液 中水的用量为导热材料粉末总重量的3倍。所述的水混合液的制备方法为： 往储料罐中先加入水和表面改性剂，经机械搅拌10min后，边搅拌边加入导 热材料粉末，继续搅拌10min，最后加入所述第一部分胶粘剂搅拌10min后 制备成混合液；所述的导热材料粉末预先由电气石粉和三氧化二铝粉经混料 搅拌制成。

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维。所 述步骤三中使用快速干燥管道进行干燥，干燥管道入口处烟气温度为185℃， 出口处烟气温度为75℃，最终纤维含水率控制在7％。

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热 养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。预压压力为50公斤；热压温 度为185℃，热压过程分以下九个阶段进行：

1)第一阶段：加压排气，在10s内，加压至6MPa；

2)第二阶段：在6MPa压力下保压12s；

3)第三阶段：在10s内降压至1.5MPa；

4)第四阶段：在1.5MPa下保压120s；

5)第五阶段：10s内升压至3.5MPa；

6)第六阶段：在3.5MPa压力下保压40s；

7)第七阶段：在20s内降压至0.9MPa；

8)第八阶段：0.9MPa下保压30s；

9)第九阶段：25s内降压至0MPa；

所述砂光为双面砂光且余量为1mm。

对比例1

区别仅在于：采用具有较好导热性能的炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维 作为导热材料，其他的步骤和参数与实施例5完全相同，制得对比样品。

对比例2

区别仅在于：采用具有较好导热性能的三氧化二铝和氧化镁作为导热材 料，其他的步骤和参数与实施例5完全相同，制得对比样品。

数据分析

实施例1～5制备的导热高密度纤维板导热效能达到18℃/h以上，内结合 强度达到1.1MPa以上，吸水厚度膨胀率14％，其他物理力学性能均达到LY/T 1700-2007《地采暖用木质地板》标准要求。

对比例1中的导热纤维板的导热效能为15℃/h以上，内结合强度0.7MPa， 吸水厚度膨胀率16％，力学强度偏低，因为所采用的碳材料密度低，相同的 用量情况下其体积较大，不易搅拌分散均匀，且一定施胶量下单位面积上的 胶量降低，导致施胶胶量不足；另所采用的碳材料疏水，不利于胶粘剂在其 表面的浸润，影响复合强度。

对比例2中的导热纤维板的导热效能达到14℃/h以上，内结合强度 0.9MPa，吸水厚度膨胀率15％；氧化铝和氧化镁主要以导热方式传热，相比 实施例1～5中高效导热高密度纤维板的导热～热辐射联合传热效率低。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改。

Claims (10)

1.一种高效导热高密度纤维板，由生物质纤维、导热材料和添加剂复合形成，其中，所述导热材料至少包含电气石粉和三氧化二铝粉。

2.如权利要求1所述的高效导热高密度纤维板，其中，所述添加剂包括表面改性剂、胶粘剂和防水剂。

3.如权利要求1所述的高效导热高密度纤维板，其中，所述的电气石粉和三氧化二铝粉的粒径为300～6000目。

4.如权利要求2所述的高效导热高密度纤维板，其中，所述的表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述的防水剂为熔融石蜡或乳化石蜡；所述的胶粘剂为改性脲醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂中，所述胶粘剂的固含量为44～57％。

5.一种高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选用木竹材、枝丫材、木制品加工剩余物、生物质秸秆作为生物质纤维原料，而后制成纤维浆料；

步骤二：以加压喷施的方式，先将导热材料粉末、表面改性剂及第一部分胶粘剂的水混合液喷加到纤维浆料中；导热材料粉末为电气石粉和三氧化二铝粉混合物；

步骤三：继续再单独施加第二部分胶粘剂，然后干燥得到干燥纤维；

步骤四：将所得的干燥纤维经过组坯、预压后，进行热压，裁边，散热养生，砂光，制成所述高效导热高密度纤维板。

6.如权利要求5所述的高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，所述导热材料粉末占所述纤维浆料的绝干纤维重量的5～40％，且电气石粉占所述导热材料粉末总重量的10％～50％；表面改性剂用量为导热材料粉末总重量的0.6～3％；第一和第二胶粘剂的总用量为绝干纤维和导热材料粉末总重量的13％～18％；第一部分胶粘剂用量为总胶粘剂总重量的10～30％；所述水混合液中水的用量为导热材料粉末总重量的2～4倍。

7.如权利要求6所述的高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，所述纤维浆料由生物质纤维原料经刨片，筛选，蒸煮，热磨得到；其中，热磨时施加熔融石蜡或乳化石蜡，用量为纤维浆料的绝干纤维总量的0.7～1.2％；蒸煮温度为120～145℃，蒸汽压力为6.0～7.5公斤。

8.如权利要求6所述的高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，所述的水混合液的制备方法为：往储料罐中先加入水和表面改性剂，经机械搅拌10min后，边搅拌边加入导热材料粉末，继续搅拌10min，最后加入所述第一部分胶粘剂搅拌10min后制备成水混合液；所述的导热材料粉末预先由电气石粉和三氧化二铝粉经混料搅拌制成。

9.如权利要求6所述的高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，所述步骤三中使用快速干燥管道进行干燥，干燥管道入口处烟气温度为175～185℃，出口处烟气温度为60～75℃，最终纤维含水率控制在5～9％。

10.如权利要求5所述的高效导热高密度纤维板的制造方法，其中，所述步骤四中的预压压力为35～65公斤；热压温度为175～195℃，热压过程分以下九个阶段进行：

1)第一阶段：加压排气，在7～12s内，加压至5.8～6.5MPa；

2)第二阶段：在5.8～6.5MPa压力下保压8～17s；

3)第三阶段：在5～15s内降压至1.3～1.8MPa；

4)第四阶段：在1.3～1.8MPa下保压60～190s；

5)第五阶段：6～13s内升压至3.0～4.0MPa；

6)第六阶段：在3.0～4.0MPa压力下保压20～60s；

7)第七阶段：在10～25s内降压至0.8～1MPa；

8)第八阶段：0.8～1MPa下保压20～40s；

9)第九阶段：15～30s内降压至0MPa；

所述砂光为双面砂光且余量为0.8～1.4mm。