玻璃纖維-三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及木質(zhì)復(fù)合材料模制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)生產(chǎn)的制備工藝。
【背景技術(shù)】
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[0002]木材是國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要材料之一，當(dāng)今木材供求非常緊張，為緩解這一矛盾，我國采取了大量營造人工林增加木材資源的對策，目前人工林面積已居世界之首，但是由于其材質(zhì)難以滿足各種用材領(lǐng)域的要求，致使人工林用材不能充分利用，因此如何合理利用現(xiàn)有人工林木材生產(chǎn)高附加值的木質(zhì)復(fù)合材料，已成為當(dāng)前木材加工界重要的前沿?zé)狳c研究之一。
[0003]九十年代以來，國外林產(chǎn)工業(yè)界學(xué)者鑒于世界范圍可用木材資源日趨減少的態(tài)勢和玻璃纖維具有價格便宜，力學(xué)性能好，耐腐蝕性強(qiáng)和耐高溫等特點，將用玻璃纖維作為木質(zhì)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料作為主攻方向之一，并且做了一些探索性的工作，如美國華盛頓州立大學(xué)用異氰酸酯作為膠粘劑在實驗室研究用于汽車和其它工業(yè)的木質(zhì)一玻璃纖維復(fù)合板；英國Fritz T對用玻璃纖維增強(qiáng)刨花板的表層作了研究，其膠粘劑用異氰酸酯，結(jié)果表明增強(qiáng)后產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度和彈性模量均優(yōu)于華夫刨花板；另外，俄羅斯、法國、葡萄牙等國的科技人員也正在進(jìn)行這方面探索工作。從目前研究現(xiàn)狀看，主要研究方向為木質(zhì)材料和玻璃纖維復(fù)合途徑的研究，由于玻璃纖維本身特點，S12的含量在60%以上,是一種無機(jī)材料，而木質(zhì)材料是有機(jī)材料，將這兩種材料真正有機(jī)地結(jié)合起來，是個相當(dāng)大的難題。關(guān)于兩種材料界面特性及復(fù)合機(jī)理的研究尚未見過公開報道。
[0004]玻璃纖維已有很長的歷史，它是最早用于聚合物基復(fù)合材料的一種增強(qiáng)材料，玻璃纖維復(fù)合材料于30年代問世，40年代初即應(yīng)用于航空工業(yè)，至今，它已在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并形成一個獨立的部門。
[0005]目前雖然發(fā)展了各種新型纖維增強(qiáng)材料，如金屬纖維，碳纖維、芳綸、硼纖維、氧化鋁纖維、聚烯烴纖維和石棉增強(qiáng)纖維等。并制成了許多性能優(yōu)異的復(fù)合材料，但并沒有因此而降低玻璃纖維增強(qiáng)材料的價值。由于玻璃纖維結(jié)構(gòu)，性能工藝和價格方面的特點，它將繼續(xù)在復(fù)合材料中發(fā)揮重要作用。
[0006]美國Saucier J.R.，Holman J.A.認(rèn)為利用玻璃纖維增強(qiáng)木材的強(qiáng)度及剛度是一個經(jīng)濟(jì)上可行的技術(shù)方案，玻璃纖維的加入可增加復(fù)合材料的抗彎、抗拉強(qiáng)度，降低其吸水厚度膨脹率。這種復(fù)合材料由于摻入了大量纖維，可以降低制品的重量。利用輕質(zhì)木材為芯材，外側(cè)復(fù)合上玻璃纖維樹脂所形成的復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度/重量比，可以用作結(jié)構(gòu)材料及風(fēng)力發(fā)電機(jī)漿葉。
[0007]美國華盛頓州立大學(xué)的木質(zhì)材料工程實驗室，用異氰酸脂作為膠粘劑研究用于汽車和其它工業(yè)的木質(zhì)-玻璃纖維復(fù)合板。
[0008]俄羅斯KyIIIHHOB BII在實驗室中研究用木材碎料和玻璃纖維為基料、制備聚合壓縮物料；英國Moulin JM試驗由木材和玻璃纖維與苯酚膠粘劑層積制成復(fù)合梁并進(jìn)行三點彎曲試驗。結(jié)果表明與沒有玻璃纖維的木梁相比，玻璃纖維強(qiáng)化膠合梁具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。其裂斷模式由明顯改變。
[0009]英國Fritz T對用玻璃纖維和亞麻增強(qiáng)刨花板表層作了研究，該研究分別采用網(wǎng)目寬度為0.45,0.6,0.75mm，酚醛樹脂浸潰量102_260g / m2的三種玻璃纖維布及亞麻作為增強(qiáng)材料，制板時，將玻璃纖維布置于表層厚度的25%以下，而亞麻纖維制成坯并雙面浸以異氰酸脂后置于表層厚度的中央，板的表層刨花采用山毛櫸細(xì)刨花或細(xì)長的針葉材刨花，芯層采用山毛櫸刨花，制成的玻璃纖維增強(qiáng)刨花板的密度為0.82g/cm3,厚度為38mm ;亞麻纖維增強(qiáng)板厚20mm，密度為0.715g / cm3 ;結(jié)果表明制得的增強(qiáng)后產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度和彈性模量均優(yōu)于華夫刨花板。
[0010]俄羅斯XapueBHHKOB B H以呋喃樹脂為基體，用混凝土主要原料，與木質(zhì)鋸屑，刨花和木片來制備安山巖木質(zhì)混凝土板，為了轉(zhuǎn)換蠕變狀態(tài)，因此必須加筋，安山巖木質(zhì)聚合混凝土的最有效的加筋是用鋁硼硅酸、混合物的玻璃纖維。
[0011]俄羅斯BOHOB E r研制用玻璃纖維增強(qiáng)用樺木原料，并且用環(huán)氧樹脂作為膠粘劑來生產(chǎn)木制運(yùn)動用品，試驗表明:用玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的物理力學(xué)性能比未加強(qiáng)的膠合木要高12?80%，在運(yùn)動用品增大強(qiáng)度和剛度的同時，用不珍貴樹種代替珍貴的硬闊葉樹材。
[0012]俄羅斯AHHeHKoB BCP研究了玻璃纖維和玄武巖纖維對木質(zhì)一膠合混合物(膠粘劑采用脲醛樹脂)制成的壓制材料的影響，并確定了這些樹脂結(jié)合作用的可能性。對增強(qiáng)材料的不同含量(重量的5-30% )、不同木質(zhì)碎料長度(10-50mm)和研制材料容重(900，1000，1100kg / m3)進(jìn)行試驗。試驗表明:用高強(qiáng)度纖維加強(qiáng)的木質(zhì)一膠合混合物不僅會提高材料的強(qiáng)度，而且能改善異形構(gòu)件在曲線表面上的形成條件，降低或完全排除裂隙和斷裂的產(chǎn)生，并能獲得等強(qiáng)度和等密度的材料。當(dāng)材料中玻璃纖維含量為12-20% (重量)、玄武巖纖維為15-22%時，可以得到最佳的加強(qiáng)效應(yīng)。
[0013]王國超、吳國仕、曾春雷等人、高文超、袁越濮安彬等人相繼用無堿玻璃纖維平紋布和無堿薄氈來增強(qiáng)刨花板和膠合板強(qiáng)度的初步摸索實驗。試驗結(jié)果表明:無堿平紋玻璃纖維布(薄氈)增強(qiáng)的刨花板(膠合板)靜曲強(qiáng)度、彈性模量有所提高，吸水厚度膨脹率有所下降，內(nèi)膠合強(qiáng)度下降。
[0014]從國內(nèi)外木質(zhì)材料與玻璃纖維復(fù)合的材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，可以得出:木質(zhì)復(fù)合材料經(jīng)過各種復(fù)合制備后，比原本木材具有許多優(yōu)良性能，可按照人們的意愿和用途，改良天然木材固有的缺點和賦予木材新的功能；提高木材使用價值，實現(xiàn)低質(zhì)材的優(yōu)化利用，可以講，復(fù)合材料是材料科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，體現(xiàn)了材料發(fā)展的規(guī)律，木材工業(yè)今后將大力發(fā)展木質(zhì)復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0015]本發(fā)明是以三倍體毛白楊和玻璃纖維增強(qiáng)材料為主要原材料，采用北林大BN-1號低毒性PF樹脂為膠黏劑，采用北林大BZ-1號石蠟乳液防水劑，采用北林大BZ-2號表面處理劑，采用北林大BZ-3號脫模劑制備的復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明涉及的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)見附圖1，附圖1為玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)結(jié)構(gòu)形式圖(W-F-W-F-W)，其中F為玻璃纖維布，W為木質(zhì)刨花板坯。
[0017]通過產(chǎn)品的極差和方差分析及自變量與因變量關(guān)系，確定了制備W-F-W-F-W復(fù)合材料的最佳工藝如下:
[0018]玻璃纖維布涂膠量(MPF)為80g / m2，預(yù)壓工藝為:單位壓力為1.80MPa,時間為30s ;熱壓工藝為:熱壓溫度(T)為180°C，熱壓時間(t)為300s，表面處理劑加入量(Mb)為2%,目標(biāo)密度為0.81g.cnT3，熱壓壓力為3.5MPa。
[0019]本發(fā)明有益效果:
[0020]“天然林保護(hù)工程”實施以后，可利用天然林日趨減少，而現(xiàn)有木質(zhì)產(chǎn)品，品種單一，資源利用受到局限，而且，建筑業(yè)、集裝箱等行業(yè)迫切尋求能夠替代傳統(tǒng)珍貴木材的新型木質(zhì)工程結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，利用人工林速生材三倍體毛白楊與玻璃纖維復(fù)合制備一種新的材料，既增加其產(chǎn)品附加值，拓寬市場，又可充分利用現(xiàn)有木材資源，是解決木質(zhì)材料供需矛盾的有效途徑之一。
[0021]毛白楊是楊樹中木材品質(zhì)最好的樹種之一，尤其適于造紙用材。如果按現(xiàn)有6667公頃人工林最低生產(chǎn)量(每株樹5年生長0.1m3)預(yù)算，每年每公頃生長30立方米木材，5年中可生長木材100萬立方米，按400元/立方米價格計算，產(chǎn)值可達(dá)4億元。5年成本每公頃造林費和每年撫育費共22500元，共需支出22.5億元，可獲利37.5億元，由此可見，經(jīng)濟(jì)效益顯著，進(jìn)一步推廣前景十分廣闊。
[0022]玻璃纖維與人工林木材-三倍體毛白楊木材復(fù)合，采用本發(fā)明的制造工藝，制備出的木質(zhì)復(fù)合材料性能可以達(dá)到或超過歐共體定向結(jié)構(gòu)板(PrEN300-940SB / 4)的標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為工程結(jié)構(gòu)材料。
【具體實施方式】
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[0023]附圖1為玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)結(jié)構(gòu)形式圖。
[0024]本發(fā)明采用W-F-W-F-W結(jié)構(gòu)形式，F(xiàn)為玻璃纖維布，W為木質(zhì)刨花板，工藝流程如下:
[0025](I)將玻璃纖維表面涂PF樹脂。取自于北京251廠玻璃纖維車間。用于制造復(fù)合材料的玻璃纖維常用無堿玻璃纖維，這種纖維中含有大量的鋁、硼、硅的氧化物，故稱鋁硼硅酸鹽系玻璃纖維；玻璃纖維制成的復(fù)合材料，力學(xué)性能好，多用于國防工業(yè)，飛機(jī)等要求特殊的領(lǐng)域中，但產(chǎn)品的成本高?？紤]到木材加工產(chǎn)品應(yīng)用范圍及研究的實用性、經(jīng)濟(jì)性、故本研究采用普通有堿玻璃纖維，屬鈣鈉玻璃纖維。
[0026](2)木質(zhì)刨花拌PF樹脂，進(jìn)行篩選。木質(zhì)刨花取自于河北晉州北京林業(yè)大學(xué)培育的三倍體毛白楊四年生幼齡材，在實驗室里加工成刨花，并干燥至含水率2-4%。
[0027](3)將玻璃纖維和刨花按照刨花-玻璃纖維-刨花-玻璃纖維-刨花，即W-F-W-F-W的次序鋪裝，附圖1。
[0028](4)預(yù)壓。
[0029](5)熱壓。膠粘劑:采用北林大BN-1號低毒性PF樹脂，主要物化指標(biāo):固體含量:39-41% ;粘度(200C):0.35-0.45Pa.S ;密度:1.15-1.19g/cm3 ;游離酚和醛:均〈0.1% ;貯存期:>60d ;防水劑:采用北林大BZ-1號石蠟乳液防水劑，主要指標(biāo):濃度:30%，PH:8-9 ；表面處理劑:采用北林大BZ-2號表面處理劑，主要由有機(jī)硅烷、乙醇和水配制；脫模劑:采用北林大BZ-3號脫模劑，主要由氫氧化鈉、正丁醇、油酸和水配制。
[0030](6)后處理(鋸邊，成板)。
【主權(quán)項】
1.基于玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)生產(chǎn)工藝，它包括基材，增強(qiáng)材料，助劑和預(yù)壓、熱壓工藝參數(shù)，其特征在于:它還包括基材使用的樹種，發(fā)明涉及的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合材料生產(chǎn)工藝中的助劑，其特征在于:膠粘劑的種類及用量，防水劑的種類，表面處理劑的種類及用量和脫模劑的種類。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合材料生產(chǎn)工藝中的預(yù)壓工藝參數(shù)，其特征在于:單位壓力，時間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合材料生產(chǎn)工藝中的熱壓工藝參數(shù)，其特征在于:使用的玻璃纖維布涂膠量，熱壓時間，熱壓溫度，熱壓壓力，目標(biāo)密度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及木質(zhì)復(fù)合材料模制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料(五層)生產(chǎn)的制備工藝。以三倍體毛白楊和玻璃纖維增強(qiáng)材料為主要原材料，采用北林大BN-1號低毒性PF樹脂為膠黏劑，北林大BZ-1號石蠟乳液防水劑，北林大BZ-2號表面處理劑及北林大BZ-3號脫模劑制備復(fù)合材料。通過對基材涂膠量、熱壓溫度、熱壓時間、單位壓力、目標(biāo)密度和表面處理劑加入量的控制，達(dá)到最佳的生產(chǎn)工藝效果。同時，制備出的復(fù)合材料性能可以達(dá)到或超過歐共體定向結(jié)構(gòu)板(PrEN300-94OSB／4)的標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為工程結(jié)構(gòu)材料。
【IPC分類】B32B37/06, B32B37/12, B32B21/00, B32B17/02, B32B17/06, B32B37/10
【公開號】CN104943332
【申請?zhí)枴緾N201410108797
【發(fā)明人】張雙保, 于雪斐, 王翠翠, 宋偉, 王丹丹, 侯國君, 于爭爭
【申請人】張雙保, 于雪斐, 王翠翠, 宋偉, 王丹丹, 侯國君, 于爭爭
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月24日