CN112092129A - 一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，属于木材改良技术领域。本发明通过水热和高压爆破处理使木材的超微结构破坏，使之由坚实的纤维状变成松散的中空多孔状，颗粒超微化，结晶度降低，以便于浸渗木蜡硅油，最后将混炼胶和增强纤维混合注入真空挤出机中，挤入装有预处理木材的模具中，冷却后脱模得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，所用的树脂为具有润滑性的聚氟树脂，因而本发明木材表面的树脂层磨损量低，且木材置于用木蜡硅油加压浸渍后，引入木材孔道中的二氧化硅对木材本身内层结构也具有增强效果，应用前景广阔。

Description

一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法
技术领域
本发明公开了一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，属于木材改良技术领域。
背景技术
木材作为当今世界四大建筑材料中唯一可再生的天然材料，它不仅具有较高的强重比、突出的隔热保温性、吸音隔声、抗震性以及自然美观、质感舒爽等环境协调性能，而且具有加工能耗少、环保、可自然降解和循环利用等优点。因此随着人们对节能环保、可持续发展越来越重视，人们对木材的需求也在不断的壮大。目前各国对环境及森林资源的保护，使得工程用的优质木材比较匮乏，促使各国将人工林速生材、劣质木材的应用作为研究重点。
为了保护木材的原有特性、提高木制品的装饰作用和使用寿命，需采用一定的表面处理技术来提高其美观特性、力学性能、耐磨性、耐久性，改善木材加工性能及赋予木材表面隔热、耐燃、防蛀、绝缘、导电等新功能，从而提高木材的使用价值，拓宽木材的应用领域。
目前利用树脂增强的复合木材具有比木材更好的力学性能，提高木材的使用价值，实现劣质木材的优化利用，大大拓展了木质材料的应用领域，不仅可广泛应用于民用住宅、商用建筑、公路、桥梁等基础设施领域，也可用于舰船、交通运输等高技术领域。
目前技术中可利用各种不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、间苯二酚树脂、氨基树脂、乙烯基树脂作为木材的增强材料，木材的强度与表面的耐磨性仍然不佳，所用树脂容易氧化，环保性也有待提高。
因此，发明一种高强度、耐磨的树脂增强型木材具有积极意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明主要解决的技术问题，针对现有技术树脂对木材增强后仍表现不佳，表面耐磨性有待于进一步提高的缺陷，提供了一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，具体制备步骤为：
(1)取原木材放入调温调湿箱中，加热水煮处理3～5h，将水煮后的原木材放入压力罐中，进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为80～100℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为4～5％，得到干燥处理的木材；
(2)将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍2～3小时，然后放空，接着加压，继续浸渍2～3小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材；
(3)将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为330～350℃，挤出转速为30～35r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材；
所述的混炼胶具体制备步骤为：
(1)取膨润土置于球磨机中球磨30～40min，得到粒径为0.5～1.0mm的膨润土颗粒，将80～90mL大豆油置于烧杯中，加热升温至200～220℃，再将30～40g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌20～25min，得到表面改性的膨润土颗粒；
(2)将偏氟醚橡胶、聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将氧化铝粉、表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为300～350℃，得到混炼胶；
所述的木蜡硅油具体制备步骤为：
将200～300g燕麦、400～450mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至70～80℃，启动搅拌器，搅拌3～5h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3500～3700r/min的转速，高速离心12～15min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀2～3次后，将所得沉淀与白油混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至80～85℃，蒸馏2～3h，收集得到木蜡硅油。
所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(1)中调温调湿箱控制相对湿度为80～85％、温度为80～90℃。
所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(1)中进行爆破处理时控制压力为1.2～2.5MPa、温度为80～90℃。
所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(2)中浸渍罐中抽真空后压力为0.003～0.005MPa，加压后压力为3～4MPa。
所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(3)中增强纤维为岩棉纤维、玻璃棉纤维的一种，且是长度为2～3mm的短切纤维。
所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(3)中装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟葵基三甲基硅烷或全氟辛基三甲基硅烷处理。
所述的混炼胶具体制备步骤(2)中各组分原料，按重量份数计，包括20～30份偏氟醚橡胶、50～60份聚四氟乙烯、10～15份氧化铝粉、8～10份表面改性的膨润土颗粒。
所述的木蜡硅油具体制备步骤中所得沉淀与白油混合质量比优选为1︰3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明将将膨润土球磨得到膨润土颗粒，再将膨润土与大豆油混合加热，得到表面改性的膨润土颗粒，将偏氟醚橡胶、聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，掺入氧化铝粉、表面改性的膨润土颗粒，混炼得到混炼胶，以燕麦、硅酸钠溶液为原料，经过热碱反应，酸洗再热烘得到的沉淀物与白油混合蒸馏制备得到木蜡硅油，通过水热和高压爆破处理使木材的超微结构破坏，使之由坚实的纤维状变成松散的中空多孔状，颗粒超微化，结晶度降低，以便于浸渗木蜡硅油，最后将混炼胶和增强纤维混合注入真空挤出机中，挤入装有预处理木材的模具中，冷却后脱模得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，本发明中用增强纤维作为聚四氟乙烯树脂层填充材料，可以提升聚氟树脂承载压力，使其韧性增强，由于本发明的增强纤维为含硅纤维，表面改性后的膨润土颗粒能使掺入的氧化铝粉与增强纤维间产生较强的结合力，形成很强的物理结合面或者共格界面，使氧化铝以薄层形式存在于增强纤维表层，由于界面光滑平直，在聚四氟乙烯树脂层承受载荷时，能够顺利传递给增强纤维，另外，氧化铝作为增强纤维保护层可以避免增强纤维受载荷时造成纤维性能损伤，并且氧化铝和其他有机成分发生络合反应，避免生成不可控且非均匀分布的脆性相，从而提高树脂层的强度；
(2)本发明中改性处理后膨润土颗粒表面与Al2O3表面偶联形成了硅氧长链，在混炼过程中，硅氧长链与PTFE长分子链互相缠结，互穿达到了很好的偶联化，使复合材料的内部微观结构发生变化，分子链规整性变好，材料表面能提升，导致树脂层对偶件表面的附着作用增强，所以使得摩擦过程中生成的转移层较难剥落，使膨润土颗粒的填补效果增强，同时所用的树脂为具有润滑性的聚氟树脂，因而本发明木材表面的树脂层磨损量低，且木材置于用木蜡硅油加压浸渍后，引入木材孔道中二氧化硅对木材本身内层结构也具有增强效果，应用前景广阔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的各指标的测试方法如下：
对本发明制得的树脂增强木材和对比例中的杨木木材的进行性能检测，检测结果如表1所示：
1、测试方法：
磨耗量测试按GB/T3960标准进行检测；
摩擦系数测试按GB/T3960标准进行检测；
抗弯强度测试按试验方法参照《GB/1936.1木材抗弯强度试验方法》；
抗弯弹性模量测试测试实验方法参照《GB/1936.2木材抗弯弹性模量试验方法》；
断裂韧度测试按GB7732标准进行检测。
一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，具体制备过程为：
取膨润土置于球磨机中球磨30～40min，得到粒径为0.5～1.0mm的膨润土颗粒，将80～90mL大豆油置于烧杯中，加热升温至200～220℃，再将30～40g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌20～25min，得到表面改性的膨润土颗粒；按重量份数计，将20～30份偏氟醚橡胶、50～60份聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将10～15份氧化铝粉、8～10份表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为300～350℃，得到混炼胶；取原木材放入调温调湿箱中，在相对湿度为80～85％和温度为80～90℃条件下加热水煮处理3～5h，将水煮后的原木材放入压力罐中，在压力为1.2～2.5MPa和温度为80～90℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为80～100℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为4～5％，得到干燥处理的木材；将200～300g燕麦、400～450mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至70～80℃，启动搅拌器，搅拌3～5h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3500～3700r/min的转速，高速离心12～15min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀2～3次后，将所得沉淀与白油按质量比为1︰3混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至80～85℃，蒸馏2～3h，收集木蜡硅油；将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空至0.003～0.005MPa，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍1～4小时，然后放空，接着加压至3～4MPa，继续浸渍1～4小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材：将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为330～350℃，挤出转速为30～35r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，所述的增强纤维为岩棉纤维、玻璃棉纤维的一种，且是长度为2～3mm的短切纤维，所述的装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟葵基三甲基硅烷或全氟辛基三甲基硅烷处理。
实例1
一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，具体制备过程为：
取膨润土置于球磨机中球磨30min，得到粒径为0.5膨润土颗粒，将80mL大豆油置于烧杯中，加热升温至200，再将30g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌20min，得到表面改性的膨润土颗粒；按重量份数计，将20份偏氟醚橡胶、50份聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将10份氧化铝粉、8份表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为300℃，得到混炼胶；取原木材放入调温调湿箱中，在相对湿度为80％和温度为80℃条件下加热水煮处理3h，将水煮后的原木材放入压力罐中，在压力为1.2MPa和温度为80℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为80℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为4％，得到干燥处理的木材；将200g燕麦、400mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至70℃，启动搅拌器，搅拌3h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3500r/min的转速，高速离心12min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀2次后，将所得沉淀与白油按质量比为1︰3混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至80℃，蒸馏2h，收集木蜡硅油；将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空至0.001MPa，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍4小时，然后放空，接着加压至3MPa，继续浸渍1小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材：将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为330℃，挤出转速为30r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，所述的增强纤维为玻璃棉纤维，且是长度为2mm的短切纤维，所述的装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟辛基三甲基硅烷处理。
实例2
一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，具体制备过程为：
取膨润土置于球磨机中球磨40min，得到粒径为1.0mm的膨润土颗粒，将90mL大豆油置于烧杯中，加热升温至220℃，再将0g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌25min，得到表面改性的膨润土颗粒；按重量份数计，将30份偏氟醚橡胶、60份聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将15份氧化铝粉、10份表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为350℃，得到混炼胶；取原木材放入调温调湿箱中，在相对湿度为85％和温度为90℃条件下加热水煮处理5h，将水煮后的原木材放入压力罐中，在压力为2.5MPa和温度为90℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为100℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为5％，得到干燥处理的木材；将300g燕麦、450mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至80℃，启动搅拌器，搅拌5h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3700r/min的转速，高速离心15min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀3次后，将所得沉淀与白油按质量比为1︰3混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至85℃，蒸馏3h，收集木蜡硅油；将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空至0.005MPa，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍4小时，然后放空，接着加压至3MPa，继续浸渍4小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材：将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为350℃，挤出转速为35r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，所述的增强纤维为玻璃棉纤维，且是长度为3mm的短切纤维，所述的装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟葵基三甲基硅烷。
实例3
一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，具体制备过程为：
取膨润土置于球磨机中球磨35min，得到粒径为0.7mm的膨润土颗粒，将85mL大豆油置于烧杯中，加热升温至220℃，再将35g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌23min，得到表面改性的膨润土颗粒；按重量份数计，将25份偏氟醚橡胶、55份聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将13份氧化铝粉、9份表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为330℃，得到混炼胶；取原木材放入调温调湿箱中，在相对湿度为83％和温度为85℃条件下加热水煮处理4h，将水煮后的原木材放入压力罐中，在压力为1.5MPa和温度为85℃的条件下进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为90℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为4％，得到干燥处理的木材；将250g燕麦、425mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至75℃，启动搅拌器，搅拌4h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3600r/min的转速，高速离心13min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀3次后，将所得沉淀与白油按质量比为1︰3混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至85℃，蒸馏3h，收集木蜡硅油；将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空至0.004MPa，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍4小时，然后放空，接着加压至3MPa，继续浸渍4小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材：将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为320℃，挤出转速为33r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材，所述的增强纤维为岩棉纤维，且是长度为3mm的短切纤维，所述的装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟葵基三甲基硅烷。
对比例
以杨木木材作为对比例
表1油封材料性能测定结果：
Figure BDA0002098292370000131
根据上述中数据可知本发明制得的基于环保树脂增强的高强度耐磨木材磨耗量低，摩擦系数小，力学性能好，抗弯强度高，抗弯弹性模量测试高，断裂韧度高，不易断裂，具有广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)取原木材放入调温调湿箱中，加热水煮处理3～5h，将水煮后的原木材放入压力罐中，进行爆破处理，当压力达到指定值后，迅速打开卸压阀，卸压直至常压，然后再升压，如此反复多次爆破处理后取出原木材，在温度为80～100℃的烘箱中干燥至原木材中的含水率为4～5％，得到干燥处理的木材；
(2)将干燥处理的木材置于浸渍罐内，将浸渍罐抽真空，然后注入木蜡硅油，真空负压浸渍2～3小时，然后放空，接着加压，继续浸渍2～3小时，取出置于通风处晾干后，得到预处理木材；
(3)将混炼胶、增强纤维按质量比为10︰1混合，注入真空挤出机中，控制挤出机机头温度为330～350℃，挤出转速为30～35r/min，将挤出物趁热挤入装有预处理木材的模具中，冷却至室温，脱模后，得到基于环保树脂增强的高强度耐磨木材；
所述的混炼胶具体制备步骤为：
(1)取膨润土置于球磨机中球磨30～40min，得到粒径为0.5～1.0mm的膨润土颗粒，将80～90mL大豆油置于烧杯中，加热升温至200～220℃，再将30～40g膨润土颗粒加入烧杯中，搅拌20～25min，得到表面改性的膨润土颗粒；
(2)将偏氟醚橡胶、聚四氟乙烯混合，加入开炼机中，再将氧化铝粉、表面改性的膨润土颗粒加入开炼机中进行混炼，控制混炼温度为300～350℃，得到混炼胶；
所述的木蜡硅油具体制备步骤为：
将200～300g燕麦、400～450mL质量分数为35％的硅酸钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中，水浴加热升温至70～80℃，启动搅拌器，搅拌3～5h后用质量分数为95％的冰醋酸调节pH至中性后移入高速离心机中，以3500～3700r/min的转速，高速离心12～15min，去除上层清液，分离得到下层沉淀，用水洗涤沉淀2～3次后，将所得沉淀与白油混合，置于蒸馏瓶中，保温加热至80～85℃，蒸馏2～3h，收集得到木蜡硅油。
2.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(1)中调温调湿箱控制相对湿度为80～85％、温度为80～90℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(1)中进行爆破处理时控制压力为1.2～2.5MPa、温度为80～90℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(2)中浸渍罐中抽真空后压力为0.003～0.005MPa，加压后压力为3～4MPa。
5.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(3)中增强纤维为岩棉纤维、玻璃棉纤维的一种，且是长度为2～3mm的短切纤维。
6.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述基于环保树脂增强的高强度耐磨木材的具体制备步骤(3)中装有预处理木材的模具略大于预处理木材，预处理木材表面经过氟硅烷偶联剂全氟葵基三甲基硅烷或全氟辛基三甲基硅烷处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述的混炼胶具体制备步骤(2)中各组分原料，按重量份数计，包括20～30份偏氟醚橡胶、50～60份聚四氟乙烯、10～15份氧化铝粉、8～10份表面改性的膨润土颗粒。
8.根据权利要求1所述的一种基于环保树脂增强的高强度耐磨木材制备方法，其特征在于：所述的木蜡硅油具体制备步骤中所得沉淀与白油混合质量比优选为1︰3。
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