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CN104552490A - 一种木基结构复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种木基结构复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木基结构复合材料，为层状结构，包括中间的防火层以及位于防火层两表面的木质层，防火层由无机胶黏剂、植物碎料和玻璃纤维网格布复合而成，木质层包括旋切单板层和锯制单板层，防火层与锯制单板层通过无机胶黏剂胶合，旋切单板层通过无机胶黏剂胶合于锯制单板层的外表层。木基复合材料的制备方法包括无机胶黏剂的制备、防火层的制备和木基复合材料的成型。本发明的木基复合材料防火性能好，防火等级达到A2级；无甲醛释放，弯曲强度超过62MPa。

Description

一种木基结构复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种木基结构复合材料及其制备方法。
背景技术
木基结构复合材料是利用木质单元通过与异质增强体或功能体单元混杂复合加工形成的新型多相复合材料，在建筑、装饰、家具等领域有十分广泛地应用。但是，常规木基结构复合材料通常通过脲醛树脂胶、环氧树脂胶等有机胶黏剂胶合，结构单元较单一，呈现出强度相对较低、环保性较差、易燃等缺点，限制了其应用范围。因此，开发高强度环保型防火木基结构复合材料，显著提高其附加值，拓展其应用领域意义重大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种环保性能好、强度高、防火性能优异的木基结构复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种木基结构复合材料，为层状结构，包括中间的防火层以及位于防火层两表面的木质层，所述防火层由无机胶黏剂、植物碎料和玻璃纤维网格布复合而成，所述木质层包括旋切单板层和锯制单板层，防火层与锯制单板层通过无机胶黏剂胶合，旋切单板层通过无机胶黏剂胶合于锯制单板层的外表层。
上述复合材料，优选的，所述的无机胶黏剂主要由以下重量份的组份组成：硫酸钙40～60份、硅酸钠5～10份、水30～60份、聚脲树脂5～12份、氯化镁10～25份和硅烷偶联剂0.01～0.2份。
上述复合材料，优选的，所述无机胶黏剂和植物碎料按照8:2～6:4的重量比均匀混合成粘稠状浆料并铺设于玻璃纤维网格布的两侧；所述植物碎料中，目数为5～10目的占40wt％，12～40目的占60wt％。
上述复合材料，优选的，所述的锯制单板层厚度为8～30mm，所述的旋切单板层厚度为0.8～2mm，所述的防火层厚度为8～30mm。
上述复合材料，优选的，所述旋切单板层和锯制单板层木质纹理相互垂直。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)无机胶黏剂的制备：将40～60重量份硫酸钙与30～60重量份水混合并充分搅拌10～15min后加入5～10重量份硅酸钠、10～25重量份氯化镁继续搅拌3～5min,然后向混合物中加入5～12重量份聚脲树脂和0.01～0.2重量份硅烷偶联剂并充分搅拌10～15min,即制得无机胶黏剂；
2)防火层的制备：将步骤1)制备的无机胶黏剂和植物碎料搅拌混合均匀，形成粘稠状混合浆料，再通过成型框将粘稠状混合浆料与玻璃纤维网格布制成中间层为玻璃纤维网格布、外层为混合浆料层的三层结构防火层坯料，静置、自然养护后即制成防火层；
3)木基复合材料的成型：先对锯制单板进行预处理；再在旋切单板上依次铺装所述锯制单板、步骤2)制备的防火层、锯制单板和旋切单板，形成5层结构的木基结构复合材料板坯，加压固化成型。
上述制备方法，优选的，所述步骤2)中，无机胶黏剂和植物碎料的重量比为8:2～6:4；所述植物碎料中，目数为5～10目的占40wt％，12～40目的占60wt％。
上述制备方法，优选的，所述步骤2)中，静置时间为30min，防火层坯料自然养护的时间为12～24h。
上述制备方法，优选的，所述步骤3)中，先对锯制单板进行预处理包括在其表面喷涂硬脂酸，喷涂量为1～2g/cm2，并将锯制单板的双面进行辊涂所述无机胶黏剂处理，无机胶黏剂的辊涂量为200～300g/m2，涂胶后在空气中陈化10～20min。
上述制备方法，优选的，所述步骤3)中，加压固化是在冷压机中进行，加压的压力控制在1.5～2.0MPa,加压时间控制在30～40min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明的木基结构复合材料含玻璃纤维网格布的三层结构防火层，防火性能好，防火等级达到A2级；
2)本发明的木基结构复合材料使用的是无机胶黏剂，无甲醛释放，环保性能好；
3)本发明的木基结构复合材料强度高，弯曲强度超过62MPa；
4)本发明的木基结构复合材料的制备方法简单，成本低，易于工业化生产，生产的木基结构复合材料价格仅为市场上其它木基结构复合材料的70％。
附图说明
图1为本发明的木基结构复合材料的结构示意图。
图例说明：1、旋切单板层；2、锯制单板层；3、防火层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种本发明的木基结构复合材料，为层状结构，如图1所示，包括中间的防火层3以及位于防火层3两表面的木质层，防火层3由无机胶黏剂、植物碎料和玻璃纤维网格布复合而成，木质层包括旋切单板层1和锯制单板层2，防火层3与锯制单板层2通过无机胶黏剂胶合，旋切单板层1通过无机胶黏剂胶合于锯制单板层2的外表层。
本发明的木基结构复合材料的制备方法包括：
1)制备无机胶黏剂
将40重量份硫酸钙与50重量份水混合并充分搅拌10min后加入10重量份硅酸钠、15重量份氯化镁继续搅拌4min,然后向混合物中加入8重量份聚脲树脂和0.05重量份硅烷偶联剂并充分搅拌15min，即制得无机胶黏剂。
2)防火层的制备
将步骤1)制得的无机胶黏剂和植物碎料(5～10目占40wt％,12～40目占60wt％)按照重量比为4:1的比例混合并通过搅拌机充分搅拌，使植物碎料和无机胶黏剂混合均匀，得到粘稠状混合浆料；
再将混合浆料总用量的50％的倒入成型框中，启动成型框下的振动电机，使混合浆料均匀分布在成型框中形成平整的混合浆料层；
将玻璃纤维网格布平放到成型框中的混合浆料层表面，再将剩下的50％混合浆料倒在玻璃纤维网格布上面，再次启动振动电机，使玻璃纤维网格布上面的混合浆料均匀分布在成型框中，形成三层结构的防火层坯料。静置30min后，将成型框中硬化的防火层坯料倒出，自然养护20h后制得厚度为12mm的防火层。
3)木基结构复合材料的成型
先对锯制单板进行预处理：利用油漆喷枪在15mm锯制单板的表面喷涂硬脂酸,喷涂量为1.5g/cm2，再将涂过硬脂酸的锯制单板送入双面涂胶机对锯制单板进行双面辊涂步骤1)制得的无机胶黏剂，施胶量控制在250g/m2；将涂过无机胶黏剂的锯制单板在空气中陈化15min；
将一块厚度为1.2mm的旋切单板平放在铺装台上作为木基结构复合材料下表层，然后把陈化后的锯制单板铺放到下表层上作为木基结构复合材料下中板，下中板和下表层木质纹理相互垂直。再将步骤2)制备好的防火层置于下中板上面，在防火层上面再铺放一块陈化后的锯制单板作为上中板，在上中板上面再铺加一块厚度为1.2mm的旋切单板作为上表层，上中板和上表层木质纹理也相互垂直，铺装完毕形成5层结构的木基结构复合材料的板坯；
将铺装完毕的板坯送入冷压机加压固化。加压压力为1.8MPa,加压35min后打开冷压机取出板坯，自然堆放12天后锯边、砂光得到木基结构复合材料成品。
将本实施例制备的木基复合材料进行性能测试，测得其弯曲强度达到63.4MPa，同时材料阻燃性能达到了A2级(不燃级)，甲醛释放量小于0.03μl/L。
实施例2：
一种本发明的木基结构复合材料，为层状结构，如图1所示，包括中间的防火层3以及位于防火层3两表面的木质层，防火层3由无机胶黏剂、植物碎料和玻璃纤维网格布复合而成，木质层包括旋切单板层1和锯制单板层2，防火层3与锯制单板层2通过无机胶黏剂胶合，旋切单板层1通过无机胶黏剂胶合于锯制单板层2的外表层。
本发明的木基结构复合材料的制备方法包括：
1)无机胶黏剂的制备
将45重量份硫酸钙与55重量份水混合并充分搅拌10min后加入8重量份硅酸钠、10重量份氯化镁继续搅拌5min,然后向混合物中加入10重量份聚脲树脂和0.1重量份硅烷偶联剂并充分搅拌13min，即制得无机胶黏剂。
2)防火层的制备
将步骤1)制得的无机胶黏剂和植物碎料(5～10目占40w％,12～40目占60w％)按照重量比为7:3的比例混合并通过搅拌机充分搅拌，使植物碎料和无机胶黏剂混合均匀，得到粘稠状混合浆料；
再将混合浆料总用量的50％的倒入成型框中，启动成型框下的振动电机，使混合浆料均匀分布在成型框中形成平整的混合浆料层；
将玻璃纤维网格布平放到成型框中的混合浆料层表面，再将剩下的50％混合浆料倒在玻璃纤维网格布上面，再次启动振动电机，使玻璃纤维网格布上面的混合浆料均匀分布在成型框中，形成三层结构的防火层坯料。静置30min后，将成型框中硬化的防火层坯料倒出，自然养护24h后制得厚度为10mm的防火层。
3)木基结构复合材料的成型
先对锯制单板进行预处理：利用油漆喷枪在18mm锯制单板的表面喷涂硬脂酸,喷涂量为2g/cm2，再将涂过硬脂酸的锯制单板送入双面涂胶机对锯制单板进行双面辊涂步骤1)制得的无机胶黏剂，施胶量控制在300g/m2；将涂过无机胶黏剂的锯制单板在空气中陈化20min；
将一块厚度为0.8mm的旋切单板平放在铺装台上作为木基结构复合材料下表层，然后把陈化后的锯制单板铺放到下表层上作为木基结构复合材料下中板，下中板和下表层木质纹理相互垂直。再将步骤2)制备好的防火层置于下中板上面，在防火层上面再铺放一块陈化后的锯制单板作为上中板，在上中板上面再铺加一块厚度为0.8mm的旋切单板作为上表层，上中板和上表层木质纹理也相互垂直，铺装完毕形成5层结构的木基结构复合材料的板坯；
将铺装完毕的板坯送入冷压机加压固化。加压压力为1.5MPa,加压40min后打开冷压机取出板坯，自然堆放14天后锯边、砂光得到木基结构复合材料成品。
将本实施例制备的木基结构复合材料进行性能测试，测得其弯曲强度达到64.1MPa，同时材料阻燃性能达到了A2级(不燃级)，甲醛释放量小于0.03μl/L。

Claims (10)

1.一种木基结构复合材料，其特征在于：所述复合材料为层状结构，包括中间的防火层(3)以及位于防火层(3)两表面的木质层，所述防火层(3)由无机胶黏剂、植物碎料和玻璃纤维网格布复合而成，所述木质层包括旋切单板层(1)和锯制单板层(2)，防火层(3)与锯制单板层(2)通过无机胶黏剂胶合，旋切单板层(1)通过无机胶黏剂胶合于锯制单板层(2)的外表层。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的无机胶黏剂主要由以下重量份的组份组成：硫酸钙40～60份、硅酸钠5～10份、水30～60份、聚脲树脂5～12份、氯化镁10～25份和硅烷偶联剂0.01～0.2份。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述无机胶黏剂和植物碎料按照8:2～6:4的重量比均匀混合成粘稠状浆料并铺设于玻璃纤维网格布的两侧；所述植物碎料中，目数为5～10目的占40wt％，12～40目的占60wt％。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述的锯制单板层(2)厚度为8～30mm，所述的旋切单板层(1)厚度为0.8～2mm，所述的防火层(3)厚度为8～30mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的复合材料，其特征在于：所述旋切单板层(1)和锯制单板层(2)的木质纹理相互垂直。
6.一种如权利要求5所述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)无机胶黏剂的制备：将40～60重量份硫酸钙与30～60重量份水混合并充分搅拌10～15min后加入5～10重量份硅酸钠、10～25重量份氯化镁继续搅拌3～5min,然后向混合物中加入5～12重量份聚脲树脂和0.01～0.2重量份硅烷偶联剂并充分搅拌10～15min,即制得无机胶黏剂；
2)防火层的制备：将步骤1)制备的无机胶黏剂和植物碎料搅拌混合均匀，形成粘稠状混合浆料，再通过成型框将粘稠状混合浆料与玻璃纤维网格布制成中间层为玻璃纤维网格布、外层为混合浆料层的三层结构防火层坯料，静置、自然养护后即制成防火层；
3)木基复合材料的成型：先对锯制单板进行预处理；再在旋切单板上依次铺装所述锯制单板、步骤2)制备的防火层、锯制单板和旋切单板，形成5层结构的木基结构复合材料板坯，加压固化成型。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，无机胶黏剂和植物碎料的重量比为8:2～6:4；所述植物碎料中，目数为5～10目的占40wt％，12～40目的占60wt％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，静置时间为30min，防火层坯料自然养护的时间为12～24h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，先对锯制单板进行预处理包括在其表面喷涂硬脂酸，喷涂量为1～2g/cm2，并将锯制单板的双面进行辊涂所述无机胶黏剂处理，无机胶黏剂的辊涂量为200-300g/m2，涂胶后在空气中陈化10～20min。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，加压固化是在冷压机中进行，加压的压力控制在1.5～2.0MPa,加压时间控制在30～40min。
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Denomination of invention: A wood-based composite material and its preparation method

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