CN110238932A - 一种防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑外墙装饰材料制造技术领域，提供了一种防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：(1)将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料；(2)将所述混合料进行成型处理，得到预成型料；(3)将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。通过本发明方法制备的水泥刨花板，与不经过炭化处理和水洗的普通水泥刨花板相比，可有效避免水泥刨花板发生霉变和腐朽现象，并可显著提高水泥刨花板的力学强度和耐久性，从而有利于提高水泥刨花板的使用寿命。

Description

一种防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑外墙装饰材料制造技术领域，特别涉及一种防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法。
背景技术
水泥刨花板是以硅酸盐水泥作为胶凝剂、以木质或非木质刨花(碎料)为增强材料，经搅拌、铺装、加压、养护、锯边等工序制备的无机人造板材。水泥刨花板具有力学强度好、防水、绝热、防火、无甲醛等有毒气体释放等优良性能，可广泛应用于墙体材料、室内外装修、室内外家具制造等领域。
水泥刨花板中的木质或非木质刨花(碎料)中含有半纤维素和小分子糖类化合物。半纤维素在一定的水热条件下会水解成小分子糖类等碳水化合物，小分子糖类等碳水化合物是霉菌、腐朽菌等微生物碳源糖代谢的重要成分。水泥刨花板用于外墙装饰和室外家具材料时，因长期承受不规律性热和水的影响，水泥刨花板中的木质或非木质刨花(碎料)会滋生霉菌、腐朽菌等菌种，导致水泥刨花板中的木质或非木质刨花(碎料)发霉、腐烂，最终导致水泥刨花板霉变、腐朽，强度降低，影响其使用性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法。本发明提供的制备方法可避免水泥刨花板中的刨花发生霉变和腐朽现象，并可显著提高水泥刨花板的力学强度和耐久性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种防霉防腐高强水泥刨花板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料；
(2)将所述混合料进行成型处理，得到预成型料；
(3)将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。
优选地，所述步骤(1)中的刨花包括木质刨花和/或非木质刨花；所述刨花的长度为10～30mm，宽度为1～6mm，厚度为0.2～0.4mm；所述刨花的含水率为10～12％。
优选地，所述步骤(1)中的炭化处理为过热蒸汽炭化处理，所述过热蒸汽的压力为0.2～0.5MPa。
优选地，所述步骤(1)中的炭化处理包括依次进行的第一阶段和第二阶段；所述第一阶段的温度为100～109℃，时间为0.5～1h；所述第二阶段的温度为150～190℃，时间为2～4h。
优选地，所述步骤(1)中的水泥胶凝剂为硅酸盐水泥和/或氯氧镁水泥；所述固化剂水溶液中固化剂的质量浓度为10％，所述固化剂为CaCl2。
优选地，所述步骤(1)中混合的比例为：炭化刨花，以绝干重计，占23～32质量份；水泥胶凝剂占65～70质量份；固化剂水溶液占1～1.5质量份，水占30～35质量份。
优选地，所述步骤(2)中的成型处理包括依次进行的铺装和冷压；所述铺装的厚度为40～160mm；所述冷压的压力为3～5MPa。
优选地，所述步骤(3)中的养护包括依次进行的加压养护和自然养护；所述加压养护的压力为3～5MPa，温度为50～70℃，时间为8h；所述自然养护的时间为10～15天；所述步骤(3)中干燥的温度为80～90℃；所述防霉防腐高强水泥刨花板的含水率为9～10％。
优选地，所述步骤(3)中干燥后，还包括对干燥后所得板材进行齐边与砂光处理。
本发明提供了以上方案所述制备方法制备的防霉防腐高强水泥刨花板。
本发明提供了一种防霉防腐高强水泥刨花板的制备方法，包括以下步骤：(1)将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料；(2)将所述混合料进行成型处理，得到预成型料；(3)将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。本发明将刨花进行炭化处理，使其中的半纤维素和小分子糖类化合物在炭化处理时降解，避免了水泥刨花板在使用时刨花中的半纤维素在一定的水、热条件下水解成小分子糖类等碳水化合物，从而使霉菌、腐朽菌等微生物失去在水泥刨花板中滋生的物质基础，防止水泥刨花板中的刨花发生霉变和腐朽现象，可显著延长其使用寿命。并且，刨花经炭化和水洗处理后，其中的小分子糖类化合物及半纤维素降解产生的小分子糖类化合物被溶出，在刨花中留下大量的微孔，水泥刨花板成型时，水泥胶凝剂会进入微孔，在板材内部形成“胶钉”，从而提高水泥刨花板力学强度。因此，通过本发明方法制备得到的水泥刨花板防霉防腐，且具有高的力学强度。实施例结果表明，本发明方法制备的水泥刨花板，与不经过炭化处理和水洗的普通水泥刨花板相比，可有效避免水泥刨花板发生霉变和腐朽现象，并可显著提高水泥刨花板的力学强度和耐久性，从而有利于提高水泥刨花板的使用寿命。
具体实施方式
本发明提供了一种防霉防腐高强水泥刨花板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料；
(2)将所述混合料进行成型处理，得到预成型料；
(3)将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。
本发明将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料。在本发明中，所述刨花优选包括木质刨花和/或非木质刨花；所述刨花的长度优选为10～30mm，更优选为15～25mm，宽度优选为1～6mm，更优选为2～5mm，厚度优选为0.2～0.4mm，更优选为0.3mm。在本发明中，所述刨花优选以木质或非木质材料为原料经机械加工而成，具体地可以木材、竹材或棉杆等农业秸秆为原料；本发明对所述机械加工的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的机械加工方法保证所得刨花的长度、宽度和厚度满足需要即可。在本发明中，所述刨花的含水率优选为10～12％，在本发明的具体实施例中，若刨花的含水率不符合要求，则优选在进行炭化处理前，将刨花干燥至含水率为10～12％；本发明对所述干燥的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法能够将所述刨花干燥至含水率符合要求即可。
在本发明中，所述炭化处理优选为过热蒸汽炭化处理；所述过热蒸汽炭化处理优选在充有过热蒸汽的炭化罐中进行；本发明对所述炭化罐没有特别的要求，采用本领域熟知的炭化罐即可。在本发明中，所述过热蒸汽的压力优选为0.2～0.5MPa，更优选为0.3～0.4MPa。在本发明中，所述炭化处理包括依次进行的第一阶段和第二阶段；所述第一阶段的温度优选为100～109℃，更优选为105℃，时间优选为0.5～1h，更优选为0.8h；所述第二阶段的温度优选为150～190℃，更优选为160～180℃，时间优选为2～4h，更优选为3h。在本发明中，所述第一阶段为炭化处理的干燥阶段，所述第二阶段为炭化处理的炭化阶段；所述第一阶段完成后，将炭化罐的温度升高至所述第二阶段的温度范围内进行第二阶段处理。本发明将刨花进行炭化处理，使其中的半纤维素和小分子糖类化合物在炭化处理时降解，避免了水泥刨花板在使用时刨花中的半纤维素在一定的水、热条件下水解成小分子糖类等碳水化合物，从而使霉菌、腐朽菌等微生物失去在水泥刨花板中滋生的物质基础，防止水泥刨花板中的刨花发生霉变和腐朽现象，可显著延长其使用寿命。炭化处理后，本发明优选将炭化处理后的刨花冷却；本发明对所述冷却的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法将所述炭化处理后的刨花冷却至室温即可。
在本发明中，所述水洗优选在搅拌池中进行，所述搅拌池优选带有搅拌和旋转功能，具体操作为：将炭化处理后的刨花送入所述搅拌池，启动搅拌池的搅拌功能，用水对炭化处理后的刨花进行搅拌冲洗；然后启动搅拌池的旋转功能，将刨花中的明水水分通过旋转离心力去除。在本发明中，所述搅拌冲洗的时间优选为10～20分钟；本发明对所述旋转的时间没有特别的要求，能够将明水水分(即看得见的水分)充分去除即可。经过所述水洗，刨花中的小分子糖类化合物及半纤维素降解产生的小分子糖类化合物被溶出。
得到炭化刨花后，本发明将所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水进行混合。在本发明中，所述水泥胶凝剂优选为硅酸盐水泥和/或氯氧镁水泥；本发明对所述硅酸盐水泥和氯氧镁水泥的来源没有特别的要求，采用本领域熟知的硅酸盐水泥和氯氧镁水泥即可。在本发明中，所述固化剂水溶液中固化剂的质量浓度优选为10％，所述固化剂优选为CaCl2。本发明对所述水没有特别的要求，采用本领域熟知的水即可，具体地如自来水。在本发明中，所述混合的比例优选为：炭化刨花，以绝干重计，占23～32质量份；水泥胶凝剂占65～70质量份；固化剂水溶液占1～1.5质量份，水占30～35质量份；更优选为炭化刨花，以绝干重计，占25～30质量份；水泥胶凝剂占66～68质量份；固化剂水溶液占1.2～1.4质量份，水占32～34质量份。本发明优选在搅拌的条件下进行混合，具体地可将炭化刨花、水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水送入搅拌机进行搅拌混合；本发明对所述搅拌的时间和转速没有特别的要求，能够保证将各组分混合均匀即可。
得到混合料后，本发明将所述混合料进行成型处理，得到预成型料。在本发明中，所述成型处理优选包括依次进行的铺装和冷压。在本发明中，所述铺装的厚度优选为40～160mm，更优选为60～130mm；经过铺装后，所述混合料形成水泥刨花板板坯。在本发明中，所述铺装优选通过机械铺装机进行，具体地为：将所述混合料送入机械铺装机，在垫板上铺装成所述厚度的水泥刨花板板坯。本发明对所述机械铺装机没有特别的要求，采用本领域熟知的机械铺装机即可。在本发明中，所述冷压的压力优选为3～5MPa，更优选为4MPa。在本发明中，所述冷压优选在冷压机中进行；本发明优选将所述水泥刨花板板坯在锁模架上堆垛后再送入冷压机，具体操作为：将所述水泥刨花板板坯连同垫板在下锁模架上叠放堆成板垛，盖上上锁模架，然后送入冷压机加压锁模；所述水泥刨花板叠放的数量优选为40～80块。本发明对所述冷压机和锁模架没有特别的要求，采用本领域熟知的相应装置即可。在本发明中，刨花经炭化和水洗处理后，其中的小分子糖类化合物及半纤维素降解产生的小分子糖类化合物被溶出，在刨花中留下大量的微孔，水泥刨花板冷压成型时，水泥胶凝剂会进入微孔，在板材内部形成“胶钉”，从而提高水泥刨花板力学强度。
得到预成型料后，本发明将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。在本发明中，所述养护优选包括依次进行的加压养护和自然养护。在本发明中，所述加压养护的压力优选为3～5MPa，更优选为4MPa；温度优选为50～70℃，更优选为60℃；时间优选为8h。在本发明中，所述加压养护优选在养护室中进行，即将冷压后的锁模架送至养护室中进行加压养护。在本发明中，所述自然养护的时间优选为10～15天，更优选为12～13天；本发明优选将锁模架打开并将预成型料与垫板分开后，堆垛进行自然养护。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～90℃，更优选为85℃；干燥后所得防霉防腐高强水泥刨花板的含水率优选为9～10％，即干燥的时间以所得板材的含水率降至所需范围为宜。在本发明中，所述干燥优选在干燥窑中进行。
干燥后，本发明还优选对干燥后所得板材进行齐边与砂光处理。本发明对所述齐边和砂光处理的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可，具体地可将所述干燥后的板材送至纵横齐边锯进行齐边处理，然后送至宽带砂光机进行表面砂光处理。经过齐边和砂光处理后，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。
本发明还提供了以上方案所述制备方法制备的防霉防腐高强水泥刨花板。本发明提供的水泥刨花板防霉防腐，且具有高的力学强度。本发明提供的防霉防腐高强水泥刨花板的静曲强度可达13.8～17.3MPa，弹性模量可达3500～4220MPa，内结合强度可达0.70～1.1MPa，24h吸收厚度膨胀率为0.6～1.1％；在防霉防腐试验4周后，表面感染面积为0。与普通水泥刨花板相比，本发明提供的水泥刨花版的防霉防腐和力学强度均显著提高。
下面结合实施例对本发明提供的防霉防腐高强水泥刨花板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将杨木通过机械加工成长度为20mm，宽度为2mm，厚度为0.2mm规格的杨木刨花。
(2)将杨木刨花干燥至含水率12％，送入充有过热蒸汽的炭化罐，先在105℃的温度下处理0.8小时，然后将炭化罐温度升高到170℃处理3小时；炭化罐内过热蒸汽压力设定为0.4MPa。
(3)将炭化处理后的杨木刨花冷却到室温送入带搅拌和旋转功能的搅拌池，启动搅拌功能用自来水搅拌冲洗20分钟，然后启动旋转功能将杨木刨花中的明水水分通过旋转离心力去除。
(4)将固化剂CaCl2配制成浓度为10％的水溶液。
(5)将经过水洗的炭化处理后的杨木刨花与325普通硅酸盐水泥、自来水、固化剂溶液送入搅拌机搅拌均匀；其中炭化杨木刨花(绝干重)占23质量份，普通硅酸盐水泥占70质量份，自来水占35质量份，固化剂溶液占1.0质量份。
(6)将搅拌均匀的混合物料送入机械铺装机，在垫板上铺装成160mm厚的水泥刨花板板坯，再将40块连同垫板板坯在下锁模架上叠放堆成板垛，盖上上锁模架送入冷压压机加压锁模；冷压机提供压力为4MPa。
(7)将锁模架运至温度为60℃养护室加压养护8h，再将锁模架打开将水泥刨花板半成品与垫板分开，堆垛自然养护15天。
(8)将自然养护后的水泥刨花板送至干燥窑在85℃的温度下干燥至含水率为10％左右。
(9)将干燥后的板材运送至纵横齐边锯进行纵横裁边处理，然后送至宽带砂光机进行表面砂光处理，最后得到杨木水泥刨花板成品。
对比例1
省略实施例1的步骤(2)和(3)，即不对杨木刨花进行炭化处理和水洗，其余同于实施例1，最后得到的杨木水泥刨花板为普通水泥刨花板。
对实施例1和对比例1得到的杨木水泥刨花板分别进行防霉、防腐试验(防腐试验参照木材防腐标准GB/T13942.1-2009，防霉试验参照木材防霉标准GB/T18261-2013)，结果：防霉、防腐试验4周后，对比例1的杨木水泥刨花板试样表面感染面积大于1/2，而实施例1的杨木水泥刨花板试样表面感染面积为0。
对实施例1和对比例1得到的杨木水泥刨花板分别进行力学强度测试和自然老化试验，自然老化试验参照标准ISO 16053-2010进行，结果分别如表1和表2所示：
表1：实施例1和对比例1的杨木水泥刨花板力学强度对比
表2：实施例1和对比例1的杨木水泥刨花板自然老化试验结果对比
实施例2
(1)将竹材通过机械加工成长度为25mm，宽度为1.5mm，厚度为0.2mm规格的竹刨花。
(2)将竹刨花干燥至含水率12％，送入充有过热蒸汽的炭化罐，先在109℃的温度下处理1小时，然后将炭化罐温度升高到190℃处理4小时；炭化罐内过热蒸汽压力设定为0.5MPa。
(3)将炭化处理后的竹刨花冷却到室温送入带搅拌和旋转功能的搅拌池，启动搅拌功能用自来水搅拌冲洗20分钟，然后启动旋转功能将竹刨花中的明水水分通过旋转离心力去除。
(4)将固化剂CaCl2配制成浓度为10％的水溶液。
(5)将经过水洗的炭化处理后的竹刨花与425普通硅酸盐水泥、自来水、固化剂溶液送入搅拌机搅拌均匀；其中炭化竹刨花(绝干重)占25质量份，普通硅酸盐水泥占68质量份，自来水占34质量份，固化剂溶液占1.5质量份。
(6)将搅拌均匀的混合物料送入机械铺装机，在垫板上铺装成120mm厚的水泥刨花板板坯，再将60块连同垫板板坯在下锁模架上叠放堆成板垛，盖上上锁模架送入冷压压机加压锁模；冷压机提供压力为3.5MPa。
(7)将锁模架运至温度为70℃养护室加压养护8h，再将锁模架打开将水泥刨花板半成品与垫板分开，堆垛自然养护12天。
(8)将自然养护后的水泥刨花板送至干燥窑在90℃的温度下干燥至含水率为10％左右。
(9)将干燥后的板材运送至纵横齐边锯进行纵横裁边处理，然后送至宽带砂光机进行表面砂光处理，最后得到竹水泥刨花板成品。
对比例2
省略实施例2的步骤(2)和(3)，即不对竹刨花进行炭化处理和水洗，其余同于实施例1，最后得到的竹水泥刨花板为普通水泥刨花板。
对实施例2和对比例2得到的竹水泥刨花板分别进行防霉、防腐试验，结果：防霉、防腐试验4周后，对比例2的竹水泥刨花板试样表面感染面积大于1/2，而实施例2的竹水泥刨花板试样表面感染面积为0。
对实施例2和对比例2得到的竹水泥刨花板分别进行力学强度测试和自然老化试验，结果分别如表3和表4所示：
表3：实施例2和对比例2的竹水泥刨花板力学强度对比
表4：实施例2和对比例2的竹水泥刨花板自然老化试验结果对比
实施例3
(1)将棉杆通过机械加工成长度为20mm，宽度为1.0mm，厚度为0.3mm规格的棉杆刨花。
(2)将棉杆刨花干燥至含水率12％，送入充有过热蒸汽的炭化罐，先在100℃的温度下处理1小时，然后将炭化罐温度升高到150℃处理3小时；炭化罐内过热蒸汽压力设定为0.4MPa。
(3)将炭化处理后的棉杆刨花冷却到室温送入带搅拌和旋转功能的搅拌池，启动搅拌功能用自来水搅拌冲洗20分钟，然后启动旋转功能将棉杆刨花中的明水水分通过旋转离心力去除。
(4)将固化剂CaCl2配制成浓度为10％的水溶液。
(5)将经过水洗的炭化处理后的棉杆刨花与325普通硅酸盐水泥、自来水、固化剂送入搅拌机搅拌均匀；其中炭化棉杆刨花(绝干重)占28质量份，普通硅酸盐水泥占70质量份，自来水占33质量份，固化剂溶液占1.3质量份。
(6)将搅拌均匀的混合物料送入机械铺装机，在垫板上铺装成120mm厚的水泥刨花板板坯，再将60块连同垫板板坯在下锁模架上叠放堆成板垛，盖上上锁模架送入冷压压机加压锁模；冷压机提供压力为3.0MPa。
(7)将锁模架运至温度为70℃养护室加压养护8h，再将锁模架打开将水泥刨花板半成品与垫板分开，堆垛自然养护15天.
(8)将自然养护后的水泥刨花板送至干燥窑在80℃的温度下干燥至含水率为10％左右。
(9)将干燥后的板材运送至纵横齐边锯进行纵横裁边处理，然后送至宽带砂光机进行表面砂光处理，最后得到棉杆水泥刨花板成品。
对比例3
省略实施例3的步骤(2)和(3)，即不对棉杆刨花进行炭化处理和水洗，其余同于实施例1，最后得到的棉杆水泥刨花板为普通水泥刨花板。
对实施例3和对比例3得到的棉杆水泥刨花板分别进行防霉、防腐试验，结果：防霉、防腐试验4周后，对比例3的棉杆水泥刨花板试样表面感染面积大于1/2，而实施例3的棉杆水泥刨花板试样表面感染面积为0。
对实施例3和对比例3得到的棉杆水泥刨花板分别进行力学强度测试和自然老化试验，结果分别如表5和表6所示：
表5：实施例3和对比例3的棉杆水泥刨花板力学强度对比
表6：实施例3和对比例3的棉杆水泥刨花板自然老化试验结果对比
从以上实施例可以看出，实施例1～3制得的水泥刨花板，与不经过炭化处理和水洗的普通水泥刨花板相比，可有效避免水泥刨花板发生霉变和腐朽现象，并可显著提高水泥刨花板的力学强度和耐久性，从而有利于提高水泥刨花板的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防霉防腐高强水泥刨花板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将刨花依次进行炭化处理和水洗，所得炭化刨花与水泥胶凝剂、固化剂水溶液和水混合，得到混合料；
(2)将所述混合料进行成型处理，得到预成型料；
(3)将所述预成型料依次进行养护和干燥，得到所述防霉防腐高强水泥刨花板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的刨花包括木质刨花和/或非木质刨花；所述刨花的长度为10～30mm，宽度为1～6mm，厚度为0.2～0.4mm；所述刨花的含水率为10～12％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的炭化处理为过热蒸汽炭化处理，所述过热蒸汽的压力为0.2～0.5MPa。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的炭化处理包括依次进行的第一阶段和第二阶段；所述第一阶段的温度为100～109℃，时间为0.5～1h；所述第二阶段的温度为150～190℃，时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的水泥胶凝剂为硅酸盐水泥和/或氯氧镁水泥；所述固化剂水溶液中固化剂的质量浓度为10％，所述固化剂为CaCl2。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合的比例为：炭化刨花，以绝干重计，占23～32质量份；水泥胶凝剂占65～70质量份；固化剂水溶液占1～1.5质量份；水占30～35质量份。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的成型处理包括依次进行的铺装和冷压；所述铺装的厚度为40～160mm；所述冷压的压力为3～5MPa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的养护包括依次进行的加压养护和自然养护；所述加压养护的压力为3～5MPa，温度为50～70℃，时间为8h；所述自然养护的时间为10～15天；所述步骤(3)中干燥的温度为80～90℃；所述防霉防腐高强水泥刨花板的含水率为9～10％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中干燥后，还包括对干燥后所得板材进行齐边与砂光处理。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备的防霉防腐高强水泥刨花板。
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