CN117901511A - 一种层组装的柔性纤维板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种层组装的柔性纤维板的制备方法，包括以下步骤：将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格；所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°；将热塑性树脂膜、所述二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。本发明中植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°的设置能够使得植物纤维定向排列，之后将植物纤维压制成二维超薄纤维网格，再与树脂膜和纸张交替层叠设置，通过引入“层组装”的策略来消除三维网络相互牵扯的相互作用，初步实现柔性设计；然后利用热压，使得热塑性树脂熔融渗入网格和纸张表层中，实现浅层网络渗透，提高板材的柔性。

Description

一种层组装的柔性纤维板及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性人造板技术领域，具体涉及一种层组装的柔性纤维板及其制备方法。
背景技术
超薄纤维板作为纤维板行业的一种创新型产品，因其厚度薄、质量轻等优点，在装饰板、电子线路板、箱板、集装箱板、门皮、乐器、车辆、船舶和医疗设备等领域应用广泛，有效地扩大和延伸了中高密度纤维板的用途和领域。超薄纤维厚度很薄，约为1.00mm，超薄的厚度赋予纤维板可弯曲、可贴面等优势，既可用于替代木单板作为胶合板的贴面材料，避免木单板因各向异性而引起胶合板表面开裂问题，又可直接用于弯曲墙体或弯曲板材的装饰贴面，大大拓展了超薄纤维板的应用领域，提高了其附加值。虽然超薄纤维板具有可弯曲、可曲面贴面的优势，但是目前超薄纤维板采用脲醛树脂、酚醛树脂或者三聚氰胺改性树脂、异氰酸酯等胶黏剂来制备，存在以下缺陷：该类型胶黏剂属于热固性树脂，固化之后纤维板产品刚性很强，无法赋予纤维板超好的柔性，意味着无法将这类产品应用在大弧度曲面等领域中，限制了产品的应用范围。因此，如何提高纤维板的柔性，使其能够在大曲面、大弧度弯曲领域应用成为本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种层组装的柔性纤维板及其制备方法。本发明提供的制备方法制备得到的层组装的柔性纤维板柔性好，突破了纤维板平板使用的局限性，也突破了超薄纤维板无法在大曲面、大弧度弯曲领域的应用，对进一步推动纤维板产业转型升级具有重要的意义。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种层组装的柔性纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格；所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°；
(2)将热塑性树脂膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。
优选地，所述步骤(1)中植物纤维为木纤维、竹纤维和麻纤维中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中植物纤维的长度为0.5～3.5mm，所述植物纤维的线密度为1.5～15dtex。
优选地，所述步骤(1)中压制成型的压力为0.1～2MPa，压制成型的时间为1～100s，压制成型的温度为20～100℃。
优选地，所述步骤(1)中二维超薄纤维网格的厚度≤150μm。
优选地，所述步骤(2)中热塑性树脂膜的厚度为0.01～500μm。
优选地，所述步骤(2)中热塑性树脂膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氨酯薄膜、聚酰胺薄膜、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物薄膜和醋酸乙烯酯聚合物薄膜中的至少一种。
优选地，所述步骤(2)中二维超薄纤维网格的层数为1～50层，所述纸张的层数为1～50层，所述热塑性树脂膜的层数比二维超薄纤维网格和纸张的总层数多1层。
优选地，所述步骤(2)中热压成型的温度为100～200℃，热压成型的压力为0.01～1MPa，热压成型的时间为0.01～3min。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的层组装的柔性纤维板。
本发明提供了一种层组装的柔性纤维板的制备方法，包括以下步骤：将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格；所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°；将热塑性树脂膜、所述二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。本发明中植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°的设置能够使得植物纤维定向排列，之后将植物纤维压制成二维超薄纤维网格，再与树脂膜和纸张交替层叠设置，通过引入“层组装”的策略来消除三维网络相互牵扯的相互作用，初步实现柔性设计；然后利用热压，使得热塑性树脂熔融渗入网格和纸张表层中，实现浅层网络渗透，一方面能够提高层间粘接力避免板材层间开裂，另一方面，由于网格内部没有树脂的束缚，又能赋予纤维之间滑移能力，进一步提高板材柔性。实验结果表明，本发明制备得到的柔性纤维板的弯曲半径≤35mm。
附图说明
图1为实施例1制备得到的纤维板的弯曲附图；
图2为实施例4制备得到的纤维板的弯曲附图；
图3为对比例1制备得到的纤维板的弯曲附图；
图4为对比例2制备得到的纤维板的弯曲附图。
具体实施方式
本发明提供了一种层组装的柔性纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格；所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°；
(2)将热塑性树脂膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。
除本发明另有说明外，本发明所采用的各原料均为本领域的市售产品。
本发明将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格。
在本发明中，所述植物纤维优选为木纤维、竹纤维和麻纤维中的至少一种；所述植物纤维的长度优选为0.5～3.5mm，进一步优选为0.5～2mm，更优选为0.5～1.5mm；所述植物纤维的线密度优选为1.5～15dtex，进一步优选为1.5～10dtex，更优选为1.5～5dtex。
在本发明中，所述植物纤维在使用前优选进行柔化处理和清洗。本发明将植物纤维预先进行柔化处理能够进一步提高板材的柔性。
在本发明中，所述柔化处理优选为将植物纤维浸泡于碱性溶液中。
在本发明中，所述碱性溶液的溶质优选为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的至少一种；所述碱性溶液的溶剂优选为水；所述碱性溶液的质量浓度优选为5～10％，更优选为8％。本发明对所述碱性溶液的用量没有特殊的限定，只要保证将植物纤维完全浸泡即可。
在本发明中，所述浸泡的时间优选为1～5h，更优选为2～4h；所述浸泡的温度优选为30～80℃，更优选为40～60℃。
本发明对所述清洗的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
在本发明中，所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°，优选植物纤维与水平面夹角不高于15°，更优选不高于10°。本发明中植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°的设置能够使得植物纤维定向排列，有利于提高板材的柔性。
在本发明中，优选采用气流铺装、手动筛网铺装工艺或者将植物纤维放入水中漂浮后打捞、抄造或夹网提拉工艺使得植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°。本发明对所述上述操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作，并使得植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°即可。
在本发明中，所述压制成型的压力优选为0.1～2MPa，进一步优选为0.5～1.5MPa，更优选为0.8～1.2MPa；所述压制成型的时间优选为1～100s，进一步优选为5～50s，更优选为10～30s；所述压制成型的温度优选为20～100℃，进一步优选为30～80℃，更优选为50～60℃；所述压制成型优选在压机中进行。本发明对所述压机的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。本发明通过控制压制成型的工艺参数能够进一步提高板材的柔性。
压制成型完成后，本发明优选对所述压制成型得到的产物进行干燥，得到二维超薄纤维网格。
在本发明中，所述干燥的温度优选为20～100℃。本发明对所述干燥的时间没有特殊的限定，烘干至恒重即可。
在本发明中，所述二维超薄纤维网格的厚度优选≤150μm，进一步优选为60～100μm，更优选为80μm。本发明通过控制二维超薄纤维网格的厚度能够进一步提高纤维板的柔性。
得到二维超薄纤维网格后，本发明将热塑性树脂膜、所述二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。
在本发明中，所述热塑性树脂膜优选为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氨酯薄膜、聚酰胺薄膜、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物薄膜和醋酸乙烯酯聚合物薄膜中的至少一种。在本发明中，所述热塑性树脂膜为胶黏剂。
在本发明中，所述乙烯-醋酸乙烯酯聚合物薄膜的制备方法优选为将乙烯-聚醋酸乙烯乳液平铺于平面，然后进行干燥；所述干燥的温度优选为50～100℃。
在本发明中，所述醋酸乙烯酯聚合物薄膜的制备方法优选为将聚醋酸乙烯乳液(即白乳胶)平铺于平面，然后进行干燥；所述干燥的温度优选为50～100℃。
在本发明中，所述热塑性树脂膜的厚度优选为0.01～500μm，进一步优选为0.05～200μm，更优选为0.1～100μm。
在本发明中，所述纸张的厚度优选为0.01～200μm；所述纸张优选为凸版纸、新闻纸、胶版纸、铜版纸、画报纸、书面纸、压纹纸、字典纸、书写纸、白板纸或牛皮纸，更优选为书面纸、书写纸或牛皮纸。在本发明中，所述纸张的面密度比二维超薄纤维网格大，更有利于提高柔性纤维板的力学性能，实现板材强度和柔性相结合。
本发明对所述将热塑性树脂膜、所述二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置的操作没有特殊的限定，只要保证依次设置热塑性树脂膜、二维超薄纤维网格和纸张即可。
在本发明中，所述二维超薄纤维网格的层数优选为1～50层，进一步优选为4～40层，更优选为5～10层；所述纸张的层数优选为1～50层，进一步优选为4～40层，更优选为5～10层；所述热塑性树脂膜的层数优选比二维超薄纤维网格和纸张的总层数多1层；所述二维超薄纤维网格的层数优选与纸张的层数相同。本发明通过将热塑性树脂膜的层数比二维超薄纤维网格和纸张的总层数多1层能够使得热塑性树脂膜、二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置得到的板坯上下表面均为热塑性树脂膜，既可以将二维超薄纤维网格和纸张全部粘接，还可以利用薄膜自身良好柔韧性，赋予网格和纸张之间可相互拉扯的性能，提高板材的柔性。
在本发明中，所述二维超薄纤维网格优选占热塑性树脂膜、二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置得到的板坯质量的30～99％，进一步优选为50～80％，更优选为60～70％。本发明通过控制上述参数能够提高可降解组分的比例，促进柔性纤维板绿色化发展，助力双碳目标的实现。
在本发明中，所述热压成型的温度优选为100～200℃，进一步优选为130～180℃，更优选为150～170℃；所述热压成型的压力优选为0.01～1MPa，进一步优选为0.1～0.5MPa，更优选为0.2～0.3MPa；所述热压成型的时间优选为0.01～3min，进一步优选为2～3min，更优选为2.5min。本发明采用高温低压法使得热塑性树脂熔融渗入网格和纸张表层中，实现浅层网络渗透(热塑性树脂在高温低压下熔融且轻微扩散，浅层渗透进入了超薄纤维网格中，在网格表面产生机械互锁效应，从而起到粘接效果)；通过控制热压成型的工艺参数能够进一步提高纤维板的柔性。
在本发明中，所述热压成型优选在压机中进行。本发明对所述压机的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
热压成型完成后，本发明优选对所述热压成型得到的产物进行冷却，得到层组装的柔性纤维板。
本发明对所述冷却的操作没有特殊的限定，冷却至低于50℃即可。
在本发明中，所述层组装的柔性纤维板的厚度优选≤5mm，进一步优选为1～3mm，更优选为2mm。
本发明采用“层组装”的策略来实现纤维板的柔性化，将二维超薄纤维网格和热塑性树脂膜组装热压制备柔性纤维板，消除传统三维网络中纤维之间相互拉扯导致板材刚性过大，从而赋予纤维板柔性。
本发明提出高温低压法实现“浅层网络渗透”，该方法既能提高层间粘接力，避免板材层间开裂，由于网格内部没有树脂的束缚，又能赋予纤维之间滑移能力，进一步提高板材柔性。
本发明解决了纤维板同质化现象问题，突破了纤维板平板使用的局限性，也突破了超薄纤维板无法在大曲面、大弧度弯曲领域的应用，对进一步推动纤维板产业转型升级具有重要的意义。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的层组装的柔性纤维板。
本发明提供的层组装的柔性纤维板具备优异的柔性。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
层组装的柔性纤维板的制备方法为以下步骤：
(1)将杨木纤维浸泡于温度为50℃、质量分数为5％的氢氧化钠溶液中1h，之后将杨木纤维清洗干净，再将杨木纤维放入水中打散，使其呈现均匀的悬浮状态，通过金属网抄造方法将纤维打捞上来，然后在压机中进行压制成型，随后在50℃条件下干燥，得到厚度为80μm的二维超薄纤维网格；其中，杨木纤维的长度为0.5～2.5mm，线密度为1.5～12dtex；杨木纤维平行排列，且与水平面夹角为30°；压制成型的压力为2MPa，时间为60s，温度为100℃；
(2)将厚度为0.05mm的聚乙烯薄膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与厚度为80μm的书写A4纸交替层叠设置，然后放入热压机中，在130℃和0.5MPa压力下进行热压成型2min，冷却后得到厚度为1mm的层组装的柔性纤维板；其中，书写A4纸和二维超薄纤维网格的层数均为5层，聚乙烯薄膜的层数为11层；所述二维超薄纤维网格占聚乙烯薄膜、二维超薄纤维网格与书写A4纸交替层叠设置得到的板坯质量的80％。
实施例2
层组装的柔性纤维板的制备方法为以下步骤：
(1)将杨木纤维浸泡于温度为80℃、质量分数为8％的氢氧化钠溶液中2h，之后将杨木纤维清洗干净，再将杨木纤维通过手动筛网铺装，然后在压机中进行压制成型，随后在50℃条件下干燥，得到厚度为120μm的二维超薄纤维网格；其中，杨木纤维的长度为0.5～2.5mm，线密度为1.5～12dtex；杨木纤维平行排列，且与水平面夹角为20°；压制成型的压力为1.5MPa，时间为40s，温度为80℃；
(2)将厚度为0.05mm的聚丙烯薄膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与厚度为100μm的牛皮纸交替层叠设置，然后放入热压机中，在170℃和0.5MPa压力下进行热压成型2min，冷却后得到厚度为1mm的层组装的柔性纤维板；其中，牛皮纸和二维超薄纤维网格的层数均为4层，聚丙烯薄膜的层数为9层；所述二维超薄纤维网格占聚丙烯薄膜、二维超薄纤维网格与牛皮纸交替层叠设置得到的板坯质量的60％。
实施例3
层组装的柔性纤维板的制备方法为以下步骤：
(1)将桉木纤维浸泡于温度为50℃、质量分数为5％的氢氧化钠溶液中1h，之后将桉木纤维清洗干净，再将桉木纤维放入水中打散，使其呈现均匀的悬浮状态，通过金属网抄造方法将纤维打捞上来，然后在压机中进行压制成型，随后在70℃条件下干燥，得到厚度为60μm的二维超薄纤维网格；其中，桉木纤维的长度为1.0～3.0mm，线密度为2.5～15dtex；桉木纤维平行排列，且与水平面夹角为20°；压制成型的压力为1MPa，时间为30s，温度为50℃；
(2)将厚度为0.05mm的聚乙烯薄膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与厚度为35μm的新闻纸交替层叠设置，然后放入热压机中，在130℃和0.2MPa压力下进行热压成型3min，冷却后得到厚度为2mm的层组装的柔性纤维板；其中，新闻纸和二维超薄纤维网格的层数均为10层，聚乙烯薄膜的层数为21层；所述二维超薄纤维网格占聚乙烯薄膜、二维超薄纤维网格与新闻纸交替层叠设置得到的板坯质量的75％。
实施例4
层组装的柔性纤维板的制备方法为以下步骤：
(1)将竹纤维浸泡于温度为60℃、质量分数为10％的氢氧化钠溶液中1h，之后将竹纤维清洗干净，再将竹纤维通过手动筛网铺装，然后在压机中进行压制成型，随后在80℃条件下干燥，得到厚度为150μm的二维超薄纤维网格；其中，竹纤维的长度为0.5～2.5mm，线密度为1.5～12dtex；竹纤维平行排列，且与水平面夹角为10°；压制成型的压力为0.5MPa，时间为100s，温度为30℃；
(2)将厚度为0.05mm的聚氨酯薄膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与厚度为30μm的书面A4纸交替层叠设置，然后放入热压机中，在150℃和0.5MPa压力下进行热压成型2.5min，冷却后得到厚度为3mm的层组装的柔性纤维板；其中，书面A4纸和二维超薄纤维网格的层数均为40层，聚氨酯薄膜的层数为81层；所述二维超薄纤维网格占聚氨酯薄膜、二维超薄纤维网格与书面A4纸交替层叠设置得到的板坯质量的45％。
对比例1
选取市面售卖的A4纸和聚乙烯薄膜作为原料，A4纸的厚度为100μm，然后将A4纸与厚度为0.1mm的聚乙烯薄膜交替层叠设置，再放入热压机中，在130℃和0.2MPa压力下进行热压成型2min，冷却后得到厚度为2mm的纤维板；其中，A4纸的层数为30层，聚乙烯薄膜的层数为31层。
对比例1制备得到的纤维板的刚性很强，弯曲困难，弯曲半径很大。
对比例2
选取市面售卖的牛皮纸和聚氨酯薄膜作为原料，牛皮纸的厚度为125μm，然后将其与厚度为0.2毫米的聚氨酯薄膜交替层叠设置，再放入热压机中，在150℃和0.2MPa压力下进行热压2min，冷却后，得到厚度为1mm纤维板；其中，牛皮纸的层数为10层，聚氨酯薄膜的层数为11层。
对比例1制备得到的纤维板的刚性很强，弯曲困难，弯曲半径很大。
实施例1、4以及对比例1和2制备得到的纤维板的弯曲附图分别如图1～4所示。
为了体现本发明的有益效果，将上述实施例和对比例得到的纤维板进行弯曲半径的性能测试，弯曲半径测试按游标卡尺进行测量，测试结果如表1所示。
表1实施例1～4和对比例1～2的纤维板的弯曲半径和厚度数据
实施例 弯曲半径(mm) 板材厚度(mm)
1 25 1
2 25 1
3 35 2
4 20 3
对比例1 85 2
对比例2 55 1
从表1和图1可以看出，本发明制备的纤维板具有极低的弯曲半径，体现出板材具有良好的柔韧性，能够赋予纤维板高附加值。
从以上实施例和对比例可以看出，本发明提供的制备方法制备得到的层组装的柔性纤维板柔性好，突破了纤维板平板使用的局限性，也突破了超薄纤维板无法在大曲面、大弧度弯曲领域的应用，对进一步推动纤维板产业转型升级具有重要的意义。
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)

1.一种层组装的柔性纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维进行压制成型，得到二维超薄纤维网格；所述植物纤维平行排列，且与水平面夹角不高于30°；
(2)将热塑性树脂膜、所述步骤(1)得到的二维超薄纤维网格与纸张交替层叠设置，然后进行热压成型，得到层组装的柔性纤维板。
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)中植物纤维为木纤维、竹纤维和麻纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中植物纤维的长度为0.5～3.5mm，所述植物纤维的线密度为1.5～15dtex。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中压制成型的压力为0.1～2MPa，压制成型的时间为1～100s，压制成型的温度为20～100℃。
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)中二维超薄纤维网格的厚度≤150μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热塑性树脂膜的厚度为0.01～500μm。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热塑性树脂膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氨酯薄膜、聚酰胺薄膜、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物薄膜和醋酸乙烯酯聚合物薄膜中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中二维超薄纤维网格的层数为1～50层，所述纸张的层数为1～50层，所述热塑性树脂膜的层数比二维超薄纤维网格和纸张的总层数多1层。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热压成型的温度为100～200℃，热压成型的压力为0.01～1MPa，热压成型的时间为0.01～3min。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的层组装的柔性纤维板。
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