專利名稱：植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料制造領(lǐng)域，涉及對植物纖維水泥復(fù)合板生產(chǎn)方法的改進(jìn)。
植物纖維水泥復(fù)合板是一種優(yōu)良的建筑、裝飾和家具制作材料，在中國已經(jīng)被建設(shè)部列為重點(diǎn)推廣的材料。中國專利CN92104363.5公開了一種適用于以阻凝物質(zhì)含量較高的植物纖維特別是一年生植物的纖維制造水泥復(fù)合板的方法。該專利在解決植物纖維萃取物的阻凝作用這個(gè)問題時(shí)采用新的途徑，即設(shè)法把植物纖維與水泥隔離開，使萃取物大大減少而且難以影響水泥的凝固。當(dāng)把植物纖維與氧化鈣、氯化鈣以及水混合攪拌時(shí)，氧化鈣與氯化鈣會生成黏稠的包含氯氧化鈣的液體，它們對植物纖維浸潤包裹，堵塞了植物纖維的細(xì)胞孔腔，同時(shí)也使纖維中的阻凝成分難以析出并降低活性。經(jīng)過這種處理的植物纖維再與水泥拌合時(shí)，植物纖維難以與堿性液體直接接觸，因而大大減少了其中淀粉、半纖維素等水解成糖的數(shù)量，從而抑制了其阻凝作用的發(fā)揮。這種方法是使用含有萃取物數(shù)量較大的植物纖維，工業(yè)化生產(chǎn)水泥復(fù)合板的有效方法。但是這種方法一般采用冷壓法，其缺點(diǎn)是由于板坯壓制成型后水泥需要6～8小時(shí)的凝固時(shí)間，因此需要將板坯留在模具中，即在鎖模的狀態(tài)下送入烘房促進(jìn)其凝固，待板坯達(dá)到一定強(qiáng)度后才能脫模。這樣生產(chǎn)的板材，使用模具的時(shí)間很長，稱之為長周期。長周期法生產(chǎn)中需要大批的鎖模夾具、墊板和隧道窯，投資大，增加了生產(chǎn)成本和難度。同時(shí)這種方法生產(chǎn)的板材厚度誤差較大，也不能生產(chǎn)較薄的板材。該專利也提到一種在添加一些膠粘劑后進(jìn)行熱壓的方法，這是為了生產(chǎn)較薄的板材而采取的措施，用此方法可以生產(chǎn)最薄6毫米的板材。但是這種熱壓方法仍然需要在壓制后進(jìn)行鎖模，將板坯連同模具一起放入烘房烘干后才能脫模，仍然屬于長周期，同樣具有水泥硬化時(shí)間長、投資大、成本高的欠缺。
近十幾年來，國外出現(xiàn)了一種熱壓法，又稱短周期法，它將水泥硬化時(shí)間縮短到十幾分鐘，既省去大批鎖模夾具，又能保證板材的厚度均勻。芬蘭和匈牙利已經(jīng)有使用該工藝方法的工廠。但是這種工藝必須使用特殊的熱壓機(jī)和模具，在壓制板坯時(shí)必須將板坯內(nèi)的空氣抽出，近似真空，并向板坯內(nèi)通入CO2氣體，板材的質(zhì)量受板坯內(nèi)的真空度、CO2氣體在板坯內(nèi)分布的均勻度、熱壓機(jī)的密封程度、CO2氣體被板坯的吸收量等影響。不僅熱壓機(jī)造價(jià)高，而且CO2氣體逸出還會造成環(huán)境污染。由于存在上述缺點(diǎn)，該工藝至今未能推廣。在我國，僅有某些高校在實(shí)驗(yàn)室對該工藝方法進(jìn)行過研究。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)植物纖維水泥復(fù)合板的熱壓方法，不需要將板坯抽真空和通CO2氣體，使用普通熱壓機(jī)，就可將壓制的植物纖維水泥復(fù)合板中的水泥硬化時(shí)間縮短到十幾分鐘左右，從而降低建廠投資和產(chǎn)品成本。同時(shí)能壓制更薄的板材，最薄可達(dá)4毫米，并能保證產(chǎn)品的厚度均勻度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法，以植物纖維為增強(qiáng)材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘合劑，其工藝步驟包括對植物原料的機(jī)械破碎和篩選工序，以及對混合好的制板原料進(jìn)行鋪裝、熱壓和后處理，其特征在于，(1)制板原料的成分和用量如下A、植物纖維，其絕干重量占制成的植物纖維成品板絕干重量的15～30％；B、加水量，是制成的植物纖維成品板絕干重量的20～40％；C、氧化鈣或者氫氧化鈣，占制成的植物纖維成品板絕干重量的4～10％；D、氯化鈣或者氯化鎂，占所加入氧化鈣或者氫氧化鈣重量的30～60％；E、碳酸鈣或者碳酸氫鈉，占制成的植物纖維成品板絕干重量的7～13％；F、水玻璃，占制成的植物纖維成品板絕干重量的4～10％；G、氟硅酸鈉，占水玻璃重量的10～15％；H、水泥，占制成的植物纖維成品板絕干重量的50～66％；(2)制板原料的混合通過三次攪拌完成，第一次攪拌時(shí)向攪拌機(jī)內(nèi)加入植物纖維、水、氧化鈣或者氫氧化鈣、氯化鈣或者氯化鎂、碳酸鈣或者碳酸氫鈉、氟硅酸鈉共同攪拌一定時(shí)間；第二次攪拌時(shí)加入水玻璃，再攪拌一定時(shí)間，待所生成的粘稠液體將植物纖維包裹均勻后，進(jìn)行第三次攪拌；第三次攪拌前，加入適量水泥，經(jīng)攪拌，與前兩次攪拌的物料混合均勻；(3)熱壓時(shí)的工藝參數(shù)如下熱壓溫度為90～125℃；壓力為2.0～3.5MPa；熱壓時(shí)間由下述經(jīng)驗(yàn)公式確定T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，
T為熱壓時(shí)間，以分鐘為單位；t為熱壓板上溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調(diào)節(jié)系數(shù)，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉占成品板絕干重量的百分?jǐn)?shù)，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；δ是加入的水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含濕率以后計(jì)算出的總水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調(diào)節(jié)系數(shù)，以分鐘為單位，成品板厚度為4～8毫米時(shí)，ξ取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時(shí)，ξ取值為成品板實(shí)際厚度的毫米數(shù)減9；成品板厚度為19～30毫米時(shí)，ξ取值為10；(4)將熱壓后的植物纖維水泥復(fù)合板放在溫度為15～30℃、相對濕度為50～70％的環(huán)境中進(jìn)行增濕處理5～7天之后，再進(jìn)行鋸邊、常溫養(yǎng)護(hù)等后處理工序。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是比長周期法大大縮短了水泥復(fù)合板的硬化時(shí)間，從而節(jié)省了大量模具、夾具、墊板和窯爐，節(jié)約了投資，縮短了生產(chǎn)流程，降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；與國外的熱壓方法相比，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，能節(jié)省大量的設(shè)備投資，簡化生產(chǎn)過程，防止環(huán)境污染，降低產(chǎn)品成本。
下面對本發(fā)明方法做詳細(xì)說明。本發(fā)明方法可以采用一年生植物或者多年生植物作為植物纖維原料制造板材，一年生植物包括麻稈、棉稈、玉米稈(芯)、向日葵稈(盤、殼)、煙稈、麥稈、蘆葦、茅草稈、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、麻屑、谷稈、高粱稈、豆稈、木棉屑、椰子殼；多年生植物包括喬木、灌木、枝杈材、竹子、以及上述植物的加工剩余物。在植物纖維的破碎、篩選、鋪裝、后處理等工藝步驟中，本發(fā)明采用了與CN92104363.5專利基本相同的方法，例如采用“包裹理論”解決植物纖維萃取物對水泥的阻凝問題。通過把植物纖維與氧化鈣、氯化鈣以及水混合攪拌，使氧化鈣與氯化鈣水溶液生成的黏稠液體，浸潤包裹植物纖維，堵塞植物纖維的細(xì)胞孔腔，使植物纖維中的阻凝成分難以析出并降低活性，從而抑制植物纖維的阻凝作用。在此，對上述相同的工藝步驟和抑制植物纖維阻凝作用的機(jī)理不再贅述。
本發(fā)明的創(chuàng)造性主要在于解決了縮短植物纖維復(fù)合板壓制過程中水泥凝固時(shí)間的難題，解決此問題的要點(diǎn)是以下三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵一是優(yōu)化制板原料的配方；二是掌握恰當(dāng)?shù)臒釅簳r(shí)間；三是熱壓后進(jìn)行增濕處理。下面分別加以說明。
第一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵是在制板原料中增加新成分，第一、在制板原料中加入適量的碳酸鈣或者碳酸氫鈉，與其他制板原料混合均勻，其用量是制成的植物纖維成品板絕干重量的7～13％，在第一次攪拌時(shí)加入。第二、在制板原料中加入適量的水玻璃和氟硅酸鈉，由于水玻璃和氯化鈣水溶液混合時(shí)立即反應(yīng)結(jié)塊的原因，水玻璃不能在第一次攪拌時(shí)加入，必須在第二次攪拌時(shí)單獨(dú)加入，而加入水泥則成為第三次攪拌，這樣，使制板原料的混合變?yōu)槿螖嚢璧倪^程。第一次攪拌的時(shí)間為3～7分鐘，第二次攪拌的時(shí)間為2～6分鐘，第三次攪拌的時(shí)間為4～6分鐘。氟硅酸鈉是水玻璃的硬化劑，它可以加快水玻璃的凝固速度，它可以在第一次攪拌時(shí)隨其他原料一起加入。增加的新成分的作用是，當(dāng)板坯熱壓時(shí)，混合在原料中的碳酸鈣或者碳酸氫鈉受熱分解，產(chǎn)生大量的CO2氣體。由于碳酸鈣或者碳酸氫鈉已經(jīng)與其他制板原料混合均勻，使產(chǎn)生的CO2氣體能與制板原料中的水泥均勻的充分接觸，由于CO2氣體對水泥的炭化作用，使水泥能夠迅速凝固。同時(shí)，加入的水玻璃在氟硅酸鈉的作用下也迅速凝固，進(jìn)一步增加了板坯的初強(qiáng)度，使板坯很快達(dá)到滿足脫模要求的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)短周期生產(chǎn)。
第二個(gè)技術(shù)關(guān)鍵是準(zhǔn)確掌握熱壓時(shí)間。在短周期生產(chǎn)中，熱壓時(shí)間的確定是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。熱壓時(shí)間過長，板坯內(nèi)水泥中的水分被烤干，難以再進(jìn)行水化，板材沒強(qiáng)度；熱壓時(shí)間過短，板坯未達(dá)到初強(qiáng)度，不能脫模卸板。影響熱壓時(shí)間的因素很多，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出適當(dāng)?shù)臒釅簳r(shí)間T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，T為熱壓時(shí)間，以分鐘為單位；t為上下熱壓板上的平均溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調(diào)節(jié)系數(shù)，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉占成品板絕干重量的百分?jǐn)?shù)，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣占成品板絕干重量百分比，為無量綱；δ是加入的水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含濕率以后計(jì)算出的總水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調(diào)節(jié)系數(shù)，以分鐘為單位，當(dāng)成品板厚度為4～8毫米時(shí)，取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時(shí)，取值為成品板實(shí)際厚度的毫米數(shù)減9；成品板厚度為19～30毫米時(shí)，取值為10。成品板厚度為19～30毫米時(shí)稱為特種厚度，壓制這類板材時(shí)，由于板坯很厚，當(dāng)熱壓溫度在低限時(shí)，熱壓時(shí)間可能延長，最長可達(dá)30分鐘左右。下表給出8個(gè)實(shí)施例的熱壓時(shí)間計(jì)算實(shí)例，表中各實(shí)施例的編號對本文其他表格是通用的，例如各表中的例1都指實(shí)施例1，其余類推。
表1熱壓時(shí)間計(jì)算表
熱壓時(shí)可以采用通用的生產(chǎn)人造板的熱壓機(jī)械，熱壓溫度為90～125℃，壓力為2.0～3.5Mpa。
第三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵是熱壓后立即進(jìn)行增濕處理。將熱壓后的植物纖維水泥復(fù)合板放在溫度為15～30℃、相對濕度為50～70％的環(huán)境中堆放5～7天。由于在熱壓的十幾分鐘內(nèi)，板坯內(nèi)的水泥雖然能夠達(dá)到脫模運(yùn)輸、鋸邊所要求的初強(qiáng)度，但是尚未充分水化和硬化。為提高板材的后期強(qiáng)度，必須使水泥有充分水化的過程。增濕處理就是為了達(dá)到這個(gè)目的。
由于本發(fā)明采用了上述三項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵，使用普通的熱壓機(jī)，例如生產(chǎn)刨花板和纖維板的設(shè)備，也能采用短周期法生產(chǎn)植物纖維復(fù)合板材。對于一些陳舊的刨花板生產(chǎn)設(shè)備，稍加改造，也能生產(chǎn)合格的植物纖維復(fù)合板，這就大大節(jié)省了設(shè)備投資，降低了產(chǎn)品成本。
為了進(jìn)一步提高板材的性能，在將混合好的制板原料鋪裝成板坯時(shí)，可以在板坯的上下表面覆蓋和/或在板坯的中間加入玻璃纖維或其織物、棉麻纖維或其織物、無紡布、金屬網(wǎng)、金屬片、金屬絲、洗鋼筋等加強(qiáng)材料，然后進(jìn)行熱壓。
實(shí)施例1。配料普通硅酸鹽水泥1.7公斤，經(jīng)破碎的麥草稈0.5公斤，氯化鈣0.2公斤，生石灰粉0.22公斤，碳酸鈣粉0.28公斤，水玻璃0.12公斤，氟硅酸鈉0.02公斤，水0.9公斤。操作步驟先將麥草桿、生石灰粉、碳酸鈣粉、氟硅酸鈉、氯化鈣和水放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌5分鐘，再加入水玻璃攪拌3分鐘，再加入水泥攪拌5分鐘，自攪拌機(jī)中排出，鋪裝在涂有廢機(jī)油的A3鋼板上，板坯尺寸為48×48×3厘米，送入熱壓機(jī)熱壓，壓力3.3Mpa，溫度120℃，熱壓時(shí)間12分鐘，取出壓制好的板子，厚度10毫米，立即進(jìn)行測試，初強(qiáng)度為2.5MPa，放入溫度為20℃，相對空氣濕度為65％的增濕箱內(nèi)，放置7天后取出鋸邊，再放在常溫下28天后測試，板材密度1.31g/cm3，含水率12％，平面抗拉強(qiáng)度0.41MPa，靜曲強(qiáng)度9.6MPa，浸泡24小時(shí)后吸水厚度膨脹率2％。
由于實(shí)施例的操作步驟相同，其他的實(shí)施例以列表的方式給出原料配方、熱壓參數(shù)和性能數(shù)據(jù)。
表2實(shí)施例2～8原料配方表，重量單位為公斤。
表3實(shí)施例2～8工藝參數(shù)和性能表
*抗拉強(qiáng)度是平面抗拉強(qiáng)度。*膨脹率是水中浸泡24小時(shí)之后的吸水厚度膨脹率。
權(quán)利要求
1.一種植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法，以植物纖維為增強(qiáng)材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘合劑，其工藝步驟包括對植物原料的機(jī)械破碎和篩選工序，以及對混合好的制板原料進(jìn)行鋪裝、熱壓和后處理，其特征在于，(1)制板原料的成分和用量如下A、植物纖維，其絕干重量占制成的植物纖維成品板絕干重量的15～30％；B、加水量，是制成的植物纖維成品板絕干重量的20～40％；C、氧化鈣或者氫氧化鈣，占制成的植物纖維成品板絕干重量的4～10％；D、氯化鈣或者氯化鎂，占所加入氧化鈣或者氫氧化鈣重量的30～60％；E、碳酸鈣或者碳酸氫鈉，占制成的植物纖維成品板絕干重量的7～13％；F、水玻璃，占制成的植物纖維成品板絕干重量的4～10％；G、氟硅酸鈉，占水玻璃重量的10～15％；H、水泥，占制成的植物纖維成品板絕干重量的50～66％；(2)制板原料的混合通過三次攪拌完成，第一次攪拌時(shí)向攪拌機(jī)內(nèi)加入植物纖維、水、氧化鈣或者氫氧化鈣、氯化鈣或者氯化鎂、碳酸鈣或者碳酸氫鈉、氟硅酸鈉共同攪拌一定時(shí)間；第二次攪拌時(shí)加入水玻璃，再攪拌一定時(shí)間，待所生成的粘稠液體將植物纖維包裹均勻后，進(jìn)行第三次攪拌；第三次攪拌前，加入適量水泥，經(jīng)攪拌，與前兩次攪拌的物料混合均勻；(3)熱壓時(shí)的工藝參數(shù)如下熱壓溫度為90～125℃；壓力為2.0～3.5MPa；熱壓時(shí)間由下述經(jīng)驗(yàn)公式確定T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，T為熱壓時(shí)間，以分鐘為單位；t為熱壓板上溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調(diào)節(jié)系數(shù)，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉占成品板絕干重量的百分?jǐn)?shù)，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；δ是加入的水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含濕率以后計(jì)算出的總水量占成品板絕干重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調(diào)節(jié)系數(shù)，以分鐘為單位，成品板厚度為4～8毫米時(shí)，ξ取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時(shí)，ξ取值為成品板實(shí)際厚度的毫米數(shù)減9；成品板厚度為19～30毫米時(shí)，ξ取值為10；(4)將熱壓后的植物纖維水泥復(fù)合板放在溫度為15～30℃、相對濕度為50～70％的環(huán)境中進(jìn)行增濕處理5～7天之后，再進(jìn)行鋸邊、常溫養(yǎng)護(hù)等后處理工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法，其特征在于，所采用的植物纖維原料可以是一年生植物或者多年生植物原料，一年生植物包括麻稈、棉稈、玉米稈(芯)、向日葵稈(盤、殼)、煙稈、麥稈、蘆葦、茅草稈、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、麻屑、谷稈、高粱稈、豆稈、木棉屑、椰子殼；多年生植物包括喬木、灌木、枝杈材、竹子、以及上述植物的加工剩余物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法，其特征在于，第一次攪拌的時(shí)間為3～7分鐘，第二次攪拌的時(shí)間為2～6分鐘，第三次攪拌的時(shí)間為4～6分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的植物纖維水泥復(fù)合板熱壓生產(chǎn)方法，其特征在于，在將混合好的制板原料鋪裝成板坯時(shí)，可以在板坯的上下表面覆蓋和/或在板坯的中間加入玻璃纖維或其織物、棉麻纖維或其織物、無紡布、金屬網(wǎng)、金屬片、金屬絲、細(xì)鋼筋等，然后進(jìn)行熱壓。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域,涉及對植物纖維水泥復(fù)合板生產(chǎn)方法的改進(jìn)。本發(fā)明在中國專利92104346.5所述的制板原料的基礎(chǔ)上,增加碳酸鈣或者碳酸氫鈉、水玻璃、氟硅酸鈉等原材料,經(jīng)過三次攪拌混合制板原料,經(jīng)熱壓制板和增濕處理等技術(shù)措施,使用生產(chǎn)人造板材的普通熱壓機(jī)實(shí)現(xiàn)短周期生產(chǎn)植物纖維水泥復(fù)合板,使壓制時(shí)間由6～8小時(shí)縮短到十幾分鐘。可大量節(jié)省設(shè)備投資,降低產(chǎn)品成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號C04B28/26GK1224701SQ9910019
公開日1999年8月4日 申請日期1999年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月19日
發(fā)明者鄒菁 申請人:鄒菁