一年生植物纤维水泥复合板的制备方法

邹惟前, 邱昌兰, 郑鸣鹿, 杨清泉

1992年11月11日

1992年6月12日

1992年6月12日

山东建筑材料工业学院

C04B16/02GK1066018SQ9210436

复合板 植物纤维 一年生 制备 水泥

1.一种以植物纤维为增强材料，以水泥特别是硅酸盐水泥为粘结材料的植物纤维水泥复合板的制备方法，其工艺过程包括对植物原料的机械破碎和筛选工序以及对混合好的制板原料进行铺装、预压、压制、烘干、后处理各工序，其特征在于，(1)、制板原料的混合通过两次搅拌完成，第一次搅拌时把经过破碎筛选后符合一定尺寸要求的植物纤维与适量的氧化钙粉剂、适量的氯化物和水放入搅拌机共同搅拌一定时间，第二次搅拌时向搅拌机内加入适量的水泥与第一次搅拌后被由氧化钙和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化钙的粘稠液体浸润包裹的植物纤维搅拌均匀，(2)、上述过程中，所用的各组分的重量以下述方法确定，植物纤维的重量为干板重量的20～35%；植物纤维对水泥的重量比值为0.3～0.5；氧化钙对植物纤维的重量比值为0.4～0.6；氯化物对氧化钙的重量比值为0.3～0.5；所用水的总量按下式确定W=K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的总重量(公斤)；K按板材厚度确定的系数，其取值范围是0.33～0.36；C所用水泥的重量(公斤)；L所用氧化钙的重量(公斤)；P按植物纤维种类确定的系数，取值范围是0.3～0.45；M植物纤维的含湿量(百分数)；F所用植物纤维的重量(公斤)2.一种以植物纤维为增强材料，以水泥特别是硅酸盐水泥为粘结材料的植物纤维水泥复合板的制备方法，其工艺过程包括对植物原料的机械破碎和筛选工序以及对混合好的制板原料进行铺装、预压、压制、烘干、后处理各工序，其特征在于，(1)、所采用的植物纤维是用一年生植物为原料所取得，例如麻杆、棉杆、玉米杆(芯)、向日葵杆(盘、壳)烟杆、麦杆、芦苇、茅草杆、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(壳)、花生壳、中药渣、麻屑、谷杆、高粱杆、豆杆、木棉屑、椰子壳、废竹纤维等，(2)、制板原料的混合通过两次搅拌完成，第一次搅拌时把经过破碎筛选后符合一定尺寸要求的植物纤维与适量的氧化钙粉剂，适量的氯化物和水放入搅拌机共同搅拌一定时间，第二次搅拌时向搅拌机内加入适量的水泥与第一次搅拌后被由氧化钙和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化钙的粘稠液体浸润包裹的植物纤维搅拌均匀，(3)、上述过程中，所用的各组分的重量以下述方法确定，植物纤维的重量为干板重量的20～35%;植物纤维对水泥的重量比值为0.3～0.5;氧化钙对植物纤维的重量比值为0.4～0.6;氯化物对氧化钙的重量比值为0.3～0.5;所用水的总量按下式确定W＝K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的总重量(公斤);K按板材厚度确定的系数，其取值范围是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化钙的重量(公斤);P按植物纤维种类确定的系数，其取值范围是0.3～0.45;M植物纤维的含湿量(百分数);F所用植物纤维的重量(公斤)3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所说的氯化物可以是下列物质之一氯化钙、氯化镁、氯化铵4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，第一次搅拌的时间为4～8分钟，第二次搅拌的时间为4～6分钟5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在第二次搅拌时可按板材用途加入少量胶粘剂，其重量为植物纤维重量的3%～10%

本发明属于建筑材料制造领域，涉及对植物纤维水泥复合板生产方法的改进，特别适用于以一年生植物的纤维制造水泥复合板本发明的内容是对申请人于1988年6月23日提出的CN88105291.4-4专利申请的后续申请使用植物纤维及其碎粒与水泥混合经加压成形制造板材在国内外已经有几十年历史了迄今为止实现工业化生产的都是使用木质纤维，即多年生植物纤维例如水泥刨花板的生产已有50多年，使用木材的刨花、碎粒、锯末等为原料，产品兼有木质刨花板和水泥板的双重优点，故为很多国家所重视，一度发展很快但近些年来发展逐渐慢下来，主要原因是第一、对于木材原料短缺的国家和地区，使这类产品发展受到限制第二、并非所有的木材都适用于制造水泥刨花板，事实上仅有少数树种适于制造水泥复合板，其原因在于木纤维中的半纤维素、淀粉和其他萃取物在水泥形成的碱性溶液中(PH大于等于12)可水解为糖对水泥产生强烈的阻凝作用对于硅酸盐水泥，当糖的浓度仅为水泥重量的几万分之一时即可产生明显的缓凝效果，而1%水泥重量的糖将使水泥几乎完全停止凝固解决的办法有以下两种一是选择一些含有阻凝物质较少的树种为原料，并加入适量的矿化剂例如氯化物、硝酸盐等以降低木纤维阻凝析出物的作用，目前工业生产中主要采用此法，适用树种有圆柏、侧柏、冷杉、云杉、香椿、杨树等，常用的矿化剂有氯化钙、氯化镁等这种方法的缺点是可选用的木材原料选择范围小，而且矿化剂的矿化作用有限，其添加量过多时使生产成本大幅度提高解决木纤维析出物阻凝问题的第二种方法是对纤维中的阻凝成分事先予以排除，例如美国专利申请US2504579提出用氨气或氨水处理木纤维再用水漂洗的方法，由于该方法的高成本、高污染事实上无法工业化使用至于中国专利申请CN85108058A中提出的使用通过碱性作用的活化剂活化的细磨水硬性高炉矿渣为粘结剂代替硅酸盐水泥，即更换粘结剂，这种方法所生产的产品已经不是水泥复合板了以上所述的都是多年生植物纤维，对于一年生植物来说，其对于硅酸盐水泥的阻凝成分含量比多年生植物高几倍到十几倍，因此上述两种方法对这类纤维都不适用，自木材水泥刨花板问世近60年以来，一年生植物纤维水泥复合板至今未找到以可以接受的成本投入工业化生产的适宜方法，目前仍是各国致力于研究解决的难题本发明的目的是提供一种以新的方法克服植物纤维的析出物对水泥的阻凝作用的生产水泥复合板的方法，特别是提供一种以一年生植物为原料制造水泥复合板材的工艺简便、成本低廉、便于推广的新方法本发明的技术解决方案是一种以植物纤维为增强材料，以水泥特别是硅酸盐水泥为粘结材料的植物纤维水泥复合板的制备方法，其工艺过程包括对植物原料的机械破碎和筛选工序以及对混合好的制板原料进行铺装、预压、压制、烘干、后处理各工序，其特征在于，(1)、制板原料的混合通过两次搅拌完成，第一次搅拌时把经过破碎筛选后符合一定尺寸要求的植物纤维与适量的氧化钙粉剂、适量的氯化物和水放入搅拌机共同搅拌一定时间，第二次搅拌时向搅拌机内加入适量的水泥与第一次搅拌后被由氧化钙和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化钙的粘稠液体浸润包裹的植物纤维搅拌均匀，(2)、上述过程中，所用的各组分的重量以下述方法确定，植物纤维的重量为干板重量的20～35%;植物纤维对水泥的重量比值为0.3～0.5;氧化钙对植物纤维的重量比值为0.4～0.6;氯化物对氧化钙的重量比值为0.3～0.5;所用水的总量按下式确定W＝K(C+L)+(P-M)F，式中W所需加入的水的总重量(公斤);K按板材厚度确定的系数，其取值范围是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化钙的重量(公斤);P按植物纤维种类确定的系数，其取值范围是0.3～0.45;M植物纤维的含湿量(百分数);F所用植物纤维的重量(公斤)本发明在解决植物纤维析出物的阻凝作用这个问题时采用与现有技术截然不同的新的途径，即设法把植物纤维与水泥隔离开，使析出物大大减少而且难以影响水泥的凝结当把植物纤维与氧化钙、氯化物，例如氯化钙以及水混合搅拌时，氧化钙与氯化钙会生成粘稠的包含氯氧化钙的液体，它们对植物纤维浸润包裹，堵塞了植物纤维的细胞孔腔，同时也使纤维中的阻凝成分难于析出并降低活性经过这种处理的植物纤维再与水泥拌合时，植物纤维难以与碱性液体直接接触，因而大大减少了其中淀粉、半纤维素等水解成糖的数量，从而抑制了其阻凝作用的发挥这种方法不需要事先排除植物纤维的任何成分，也不需要使用大量的矿化剂，而主要通过隔离或者叫包裹处理使植物纤维的阻凝作用得到有效的抑制基于上述发明构思，本发明提供一种目前唯一能以低的成本工业化生产一年生植物纤维水泥复合板的方法一种以植物纤维为增强材料，以水泥特别是硅酸盐水泥为粘结材料的植物纤维水泥复合板的制备方法，其工艺过程包括对植物原料的机械破碎和筛选工序以及对混合好的制板原料进行铺装、预压、压制、烘干、后处理各工序，其特征在于，(1)、所采用的植物纤维是用一年生植物为原料所取得，例如麻杆、棉杆、玉米杆(芯)、向日葵杆(盘、壳)烟杆、麦杆、芦苇、茅草杆、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(壳)、花生壳、中药渣、麻屑、谷杆、高梁杆、豆杆、木棉屑、椰子壳、废竹纤维等，(2)、制板原料的混合通过两次搅拌完成，第一次搅拌时把经过破碎筛选后符合一定尺寸要求的植物纤维与适量的氧化钙粉剂、适量的氯化物和水放入搅拌机共同搅拌一定时间，第二次搅拌时搅拌机内加入适量的水泥与第一次搅拌后被由氧化钙和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化钙的粘稠液体浸润包裹的植物纤维搅拌均匀，(3)、上述过程中，所用的各组分的重量以下述方法确定，植物纤维的重量为干板重量的20～35%;植物纤维对水泥的重量比值为0.3～0.5;氧化钙对植物纤维的重量比值为0.4～0.6;氯化物对氧化钙的重量比值为0.3～0.5;所用水的总量按下式确定W＝K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的总重量(公斤);K按板材厚度确定的系数，其取值范围是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化钙的重量(公斤);P按植物纤维种类确定的系数，其取值范围是0.3～0.45;M植物纤维的含湿量(百分数);F所用植物纤维的重量(公斤)本发明的主要优点是第一、大大拓宽了原料来源的范围，不仅各种木材下脚料可以采用，特别是可以采用一年生的各种植物例如农作物的废弃物，变废为宝，降低原料成本第二、工艺简便，生产成本低第三、产品性能好该板材强度适中，保温、隔音、耐热、耐水、耐磨、耐虫，能进行钉、锯、刨、拧螺钉以及其它机械加工，并可进行各种表面装饰下面对本发明作进一步说明并给出实施例做为原料的一年生植物需要经机械破碎和筛选达到适合的形态，其厚度为0.5-1.5毫米，长度为1-30毫米，宽度为0.2-5毫米在筛选时应将明显腐烂变质的部分挑出筛选好的纤维应在一种含有氯氧化钙的粘液中进行包裹处理，该粘液由氧化钙和氯化物的水溶液搅拌形成，所谓氯化物可以是下列物质之一氯化钙、氯化镁、氯化铵植物纤维在上述粘液中搅拌时一方面会产生矿化作用降低阻凝成分的活性，更主要的是被粘液堵塞包裹搅拌时环境温度应在5℃以上搅拌的时间越长效果越好，实验中发现，一般搅拌4～8分钟已可满足生产要求第一次搅拌后再向搅拌机内加水泥并继续拌合均匀，一般可以搅拌4～6分钟在混合搅拌中，加入的水的数量会对板材的质量产生较大的影响，因此要加以控制经过实验得出的经验公式W＝K(C+L)+(P-M)F是计算用水量的公式其中系数K根据制得的成品板材厚度选定本发明方法可制6～80mm板材，常用厚度是6～22mm当板厚δ＝6～12mm时，取K＝0.36;δ＝40～80mm时，取K＝0.33;δ＝12～40mm时K取中间值系数P是根据植物纤维种类确定的对于软质材料例如软木或麻杆类，P取0.45;对于硬质材料例如硬木或椰子壳类，P取0.3;其他材料P取中间值制板原料的混合工作完成后就可以开始压板的工序自此以后的工序与现有技术并无本质的区别，它们包括铺装、预压、压制、烘干和后处理铺装可以采用气流铺装或机械铺装，经预压使板坯压实具有足够的强度以便进行板坯运输压制一般采用冷压，采用单层压机常温压制，压力16～35kg/cm2，保压10～20分钟为了提高板材的早期强度，可以在原料中加入早强剂例如硫酸铝、石膏等，重量为水泥重量的2%～5%，在第二次搅拌时加入根据板材不同用途的要求还可以在第二次搅拌时加入少量胶粘剂，例如水玻璃、尿醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺、乳化聚脂、环氧树脂、合成树脂乳液等，其重量为植物纤维重量的2%～8%对于掺加胶粘剂的水泥复合板可采用热压，此时可生产6mm的板材压力30～50kg/cm2保压6～20分钟热压的温度视胶粘剂的性质而定，见下表胶粘剂种类 热压温度三聚氰胺 120℃～130℃尿醛树脂 120℃～150℃酚醛树脂 150℃～170℃乳化聚脂或环氧树脂 70℃～100℃经压制后的板材送入窖式烘房，在70～90℃烘干6～12小时，使复合板初步硬化，然后常温堆放15～28天，再进行剪裁等后处理实施例1将破碎筛选好的玉米杆1.4公斤，氯化钙0.23公斤，生石灰粉0.6公斤，水1.6公斤放入搅拌机共同搅拌约5分钟，然后加入硅酸盐水泥3公斤，水玻璃0.226公斤(含硬化剂氟硅酸钠0.026公斤)再搅拌4分钟停机，倒出铺装成48×48×3cm的毛坯，预压后在压力32kgf/cm2时压制15分钟，取出放入烘箱在70～80℃环境中烘6小时，拆去模具常温下放置28天经锯边后测得容重为1220kg/m3，静曲强度9.6MPa，厚度膨胀率1.2%，含水7.3%，经-18℃18次冻融，剩余静曲强度为7.5MPa实施例2加工好的麻杆2公斤，氧化钙0.9公斤，氯化钙0.28公斤，水2公斤共同搅拌4分钟，再加入425号硅酸盐水泥3公斤，搅拌5分钟，铺成48×48×8cm的板坯，预压后，在压力为25公斤/cm2下常温压制15分钟，在70～90℃的烘房烘烤6小时脱模，常温固化28天，制得48×48×1.9cm的板材其容量为1180公斤/米3，35℃温水浸泡4小时后厚度膨胀率2.3%，静弯曲强度平均为11MPa，拨钉力43.8公斤(钉直径2毫米、钉入深度14毫米)，抗拉强度为6.6MPa，抗压强度7.5MPa～10MPa在很多情况下，可以用氢氧化钙代替氧化钙，其用量与使用氧化钙时相同或略多些尽管使用氧化钙的效果要优于氢氧化钙，但氧化钙很容易潮解生成氢氧化钙，因此在大规模生产时使用氢氧化钙有现实意义