專利名稱：增強纖維層合板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料，特別是利用植物原料生產(chǎn)復(fù)合材料。
隨著科技的進步，各種高強度、高模量、低密度的有機合成纖維材料不斷出現(xiàn)，應(yīng)用在塑料、金屬的增強體系中，使增強后的材料比拉伸強度、性能達到或超過金屬材料，這種出類拔萃的復(fù)合技術(shù)已廣泛使用。眾所周知，植物包括喬木、灌木、竹材以及藤本、草本植物等，其纖維的共同特點是順紋徑向拉力強，橫紋橫向拉力低，這一特性與植物自身細胞壁組織有關(guān)。人們在利用植物原料生產(chǎn)人造板、如刨花板、纖維板時，是將植物原料通過粉碎機粉碎成一定大小的顆粒碎料，碎料在動力推動下進行淋膠，靠自身的磨擦達到上膠目的，存在膠粘劑涂敷不均勻性，壓制出來的產(chǎn)品靜曲壓強低，一般硬質(zhì)纖維板特級品的靜曲壓強為50kgf/cm2，刨花板為18kgf/cm2，只能用于建筑工程的室內(nèi)裝飾和家俱制造行業(yè)，難以登上建筑結(jié)構(gòu)工程的大雅之堂。這種生產(chǎn)工藝將植物徑向拉力強的自然特性破壞殆盡，實質(zhì)上是以填料的形式參與膠粘劑的制品。
本發(fā)明的目的就是經(jīng)物理、化學(xué)分析纖維法，破壞植物的橫向強度，保留植物的徑向自然強度，結(jié)合當(dāng)今先進的復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高強度、高模量、型輕的復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的植物經(jīng)高溫高壓水解，其反應(yīng)式為促使水解的主要條件是溫度和溶解水能游離出H+離子的酸，成為加速水解的催化劑，除去易于水解的半纖維素，部分破壞和削弱纖維細胞初生壁，松馳纖維原料的分子結(jié)構(gòu)，促使細胞壁外層的松馳，水解后的木質(zhì)纖維，可分析出不含其他化學(xué)物質(zhì)的素纖維，這種素纖維能與粘膠劑形成氫鏈，是生產(chǎn)層合板的良好原料，其生產(chǎn)工藝是(1)植物原料水解反應(yīng)a、加酸水解法將植物原料與水1∶1.2加入密閉反應(yīng)釜，加熱到140-150℃，加入3-5％稀酸，進行水解反應(yīng)2-4小時；b、加堿水解法將植物原料加入NaOH溶液，加水稀釋，加溫至沸騰，進行水解反應(yīng)，8-16小時后，原料軟化，反應(yīng)停止；(2)分析纖維將水解反應(yīng)后的植物原料進行機械滾壓分析出素纖維薄片。
(3)中和洗滌將素纖維薄片加堿或酸洗滌中和，使PH值為7-9。
(4)干燥將洗滌后的纖維薄片加溫到120℃下干燥，使其含水率為8-10％。
(5)涂膠將植物纖維薄片，有機合成纖維，填料分別涂膠，在100℃以下低溫干燥。
(6)鋪層按壓縮比計量植物用量，按實際需要計算有機合成纖維、填料用量，將植物纖維原料加入填料和合成纖維鋪層。
(7)熱壓將鋪層好的產(chǎn)品經(jīng)高溫高壓成型。
此工藝中，使用粘膠劑為改性酚醛樹脂，以酚醛膠為主要結(jié)構(gòu)型，配以聚乙烯醇縮甲醛、多聚甲醛、間苯二酚、六次甲基四胺等增韌劑、促進固化劑，使用的合成纖維可以是錦絲、碳纖維、芳倫、尼龍6、尼龍66、尼龍1414等，在熱壓過程中，熱壓時間為30分鐘，溫度為150℃，壓強為30kg/cm2，采用耐高溫粘膠劑的石棉布為導(dǎo)熱系數(shù)溫度緩沖材料。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的增強纖維層合板，可根據(jù)加入增強纖維的多少設(shè)計強度大小，亦可是在復(fù)合受力構(gòu)件的制作工藝上按設(shè)計任意增、減強度的受力值，一般不加增強纖維的原板，按照GB/T4897-92，GB13124-94等方法測定其靜曲壓強為99.2MPa，抗壓強度為167.2MPa，彈性模量為124×103MPa，耐沖擊強度為55.3KJ/M2，內(nèi)強為0.95MPa，可直接用于混泥土模板使用。使用在生產(chǎn)門、窗構(gòu)件時，如在原板生產(chǎn)中復(fù)合了增強纖維，則無需再次增強抗承載能力，這種復(fù)合生產(chǎn)的門、窗比同規(guī)格的木門、窗承壓力大、耐用，比鋼門窗耐腐蝕，比鋁門窗耐撞擊，比塑料門窗耐徐變，且成本低廉，是建筑門、窗的理想換代產(chǎn)品，用本發(fā)明的層合板生產(chǎn)民用建筑內(nèi)外墻板，可在二層以下房屋使用或在高層框式承重的非承重墻體使用，任意組合建筑空間，用本發(fā)明的層合板再次增強復(fù)合成樓蓋，可在露天長期使用，因原板采用結(jié)構(gòu)型粘膠劑，一經(jīng)結(jié)構(gòu)，形成不溶不熔物質(zhì)，將纖維的毛細管堵塞，不會象鋼筋混泥土因毛細管的傳導(dǎo)產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，并且在將生產(chǎn)的構(gòu)件按設(shè)計裝配房屋時，無需大型吊裝設(shè)備、腳手架、模板、減輕濕作業(yè)，裝配到頂，房屋隨之建成，整體結(jié)構(gòu)優(yōu)于現(xiàn)代大板建筑。增強纖維層合板原料為植物纖維，增強纖維及填料，不具備碎性，易于長途運輸。此外本發(fā)明的原料為滿山遍野生長的灌木、藤本植物，以及喬木植物，這些原料為再生資源，在我國各地取之不盡，用之不竭，伐了再生，且生長周期短，因此來源廣泛，成本低廉。
下面詳細描述本發(fā)明的具體實施例。
1、植物纖維的水解反應(yīng)這是本發(fā)明的主要步驟，是利用植物徑向纖維的關(guān)鍵，在這一工藝中，可有加酸，加堿兩種工藝；a、加酸水解法將植物原料與水1∶1.2加入密閉反應(yīng)釜，加熱到140-150℃，加入3-5％稀酸，進行水解反應(yīng)2-4小時；b、加堿水解法將植物原料置于蒸煮池，按每100kg原料加液體燒堿10kg的比例淋到原料上，然后加水，淹沒原料，通入蒸汽加溫，達到沸騰后，繼續(xù)通氣30分鐘，然后每隔30-60分鐘時間進行加溫，使其沸騰，間隔時間視環(huán)境溫度而定，冬天30-40分鐘加溫一次，夏天40-60分鐘加溫一次，蒸煮時間視原料直徑大小而定，直徑大于5cm的原料事先經(jīng)機械壓成條，一般4-5cm直徑原料蒸煮12-16小時，3-4cm約10-14小時，2-3cm約8-12小時，小于1cm的需8小時，直至原料纖維達到軟化點。
在蒸煮池中加入第二批原料時，每100kg原料只須加6kg液堿在原水中。
2、分析纖維將水解反應(yīng)后的植物原料送入滾筒擠壓機進行機械滾壓，分析出素纖維薄片。
3、中和洗滌將素纖維薄片加酸液或酸液洗滌中和使PH值為7-9。
4、干燥將洗滌后的纖維薄片送入烘房加溫到120℃下干燥，使其含水率為8-10％。
5、涂膠本工藝使用的粘膠劑為改性酚醛樹脂，以酚醛膠為主要結(jié)構(gòu)，配以聚乙烯醇縮甲醛、多聚甲醛、間苯二酚，六次甲基四胺等增韌劑、促進固化劑。
植物纖維在輥式涂膠機上進行涂膠。
有機合成纖維，可以是錦絲、碳纖維、芳倫、尼龍6、尼龍66、尼龍1414等，編織成每目2cm的結(jié)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，直接浸漬于膠液內(nèi)，充分吸收膠液后，取出，讓多余膠液滴走。
填料可以為可燃性填料和阻燃性填料在滾筒式攪拌機進行淋膠，填料靠自身磨擦達到上膠目的。
將涂膠后的植物纖維，有機合成纖維，填料送入烘房在100℃下低溫干澡。
6、鋪層按事先確定的生產(chǎn)品種進行計算，按壓縮比計算植物纖維原料的用量，填料按實際需要量添加約為20％，在鋪層時，采用90°鋪層法，凡有空隙的地方均用填料填平后，再進行下一層橫向的鋪層。如需生產(chǎn)加入合成增強纖維的層合板，第一層按墊板長度方向鋪一層浸膠的牛皮紙或木片，薄薄撒一層填料，再將植物纖維順熱板長度方向鋪一層，再鋪上增強有機纖維網(wǎng)，再鋪一層浸膠后的保溫層，約1毫米厚，再進行第一層鋪層至n層，到最后一層又按上述加入增強有機纖維及保溫層后才鋪最后一層，鋪層的層數(shù)根據(jù)設(shè)計算而定。
7、熱壓熱壓周期是增加產(chǎn)量的關(guān)鍵，周期短期生產(chǎn)量大，而周期長短又在于膠粘劑的固化溫度和時間，本工藝采用酚醛縮醛膠粘劑，理論計算固化溫度在150℃下需時間30分鐘，這種樹脂在加溫過程中不宜升溫太快，否則反應(yīng)激烈會產(chǎn)生跑膠現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，本工藝采用導(dǎo)熱系數(shù)溫度緩沖系統(tǒng)，用石棉布貼于熱板作為墊板的溫度隔熱傳導(dǎo)，使用耐高溫的膠粘劑；同時加入適當(dāng)促進劑，加速固化機理。一個熱壓周期為25-30分鐘，溫度150℃，將鋪層好產(chǎn)品送入熱壓機，高溫高壓下半小時，脫去墊板，即可得到增強纖維層合板原板成品。
此外，眾周知植物的主要組成大部分屬于多糖類的纖維素，多糖類在水解作用時，即化合分解成相應(yīng)的單糖分子，反應(yīng)式為所有的單糖類均易溶于水，其水溶液能為一些微生物發(fā)酵，生產(chǎn)酒精和其他物質(zhì)，因此，在植物原料水解反應(yīng)的加酸水解中，如果采用滲濾法水解，在一定的溫度和壓力下，向反應(yīng)釜中連續(xù)送入熱酸溶液，加速多糖的分解，減少水解的時間，就能在反應(yīng)釜下部不斷得到能生產(chǎn)酒糖和其他物質(zhì)的水解液，據(jù)理論計算一噸絕干木才可生產(chǎn)酒精180公斤，糖醛9.4公斤，雜醇油、甲醇5公斤，液二氧化碳70公斤或干冰50公斤，飼料酵母40公斤、雪花石膏225公斤，對林業(yè)化工綜合利用產(chǎn)生較大效益，經(jīng)水解后的本質(zhì)纖維可再通過分析纖維，中和洗滌，成為層合板的植物原料素纖維薄片。
本發(fā)明增強纖維層合板可生產(chǎn)各種類型的裝配建筑構(gòu)件廣泛用于民用建筑工程體系，實現(xiàn)民用建筑工程的工廠化、標(biāo)準化的大規(guī)模生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種增強纖維層合板，其特征在于利用植物的徑向纖維強度，用樹脂為粘膠劑或與有機合成纖維一起用樹脂為粘膠劑經(jīng)高溫高壓工藝制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強纖維層合板，其制作工藝是(1)植物原料水解反應(yīng)a、加酸水解法將植物原料與水1∶1.2加入密閉反應(yīng)釜，加熱到140—150℃，加入3-5％稀酸，進行水解反應(yīng)2-4小時；b、加堿水解法將植物原料加入NaOH溶液，加水稀釋，加溫到沸騰，進行水解反應(yīng)，8-16小時后，原料軟化，反應(yīng)停止；(2)分析纖維將水解反應(yīng)后的植物原料進行機械滾壓分析出素纖維薄片。(3)中和洗滌將素纖維薄片加堿或酸洗滌中和，使PH值為7-9。(4)干燥將洗滌后的纖維薄片加溫到120℃下干燥，使其含水率為8-10％。(5)涂膠將植物纖維薄片，有機合成纖維，填料分別涂膠，在100℃以下低溫干燥。(6)鋪層按壓縮比寸量植物用量，按實際需要計算有機合成纖維、填料用量，將植物纖維原料加入填料和合成纖維鋪層。(7)熱壓將鋪層好的產(chǎn)品經(jīng)高溫高壓成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強纖維層合板，其特征是其粘膠劑可為改性酚醛樹脂，以酚醛膠為主要結(jié)構(gòu)型，配以聚乙烯醇縮甲醛、多聚甲醛、間苯二酚、六次甲基四胺等增韌劑，促進固化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強纖維層合板，其特征在于有機合成纖維可以是錦絲、碳纖維、芳綸、尼龍6、尼龍66、尼龍1414等。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強纖維層合板制作工藝，其特征是3-5％的稀酸可以是稀鹽酸和稀硫酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強纖維層合板制作工藝其特征在于在加酸水解過程中，可以采用滲濾法，向反應(yīng)釜中連續(xù)加入熱酸溶液，減少水解時間，在反應(yīng)釜下端收集水解液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強纖維層合板制作工藝其特征在于熱壓操作中，時間為30分鐘，溫度為150℃，壓強為30kg/cm2，采用耐高溫粘膠劑的石棉布為導(dǎo)熱系數(shù)溫度緩沖材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用植物徑向纖維強度與有機合成纖維用樹脂為粘膠劑制成的增強纖維層合板及其制作工藝，將植物原料加酸或堿在一定溫度下進行水解反應(yīng)，經(jīng)機械滾壓、中和洗滌得到的素纖維薄片與有機合成纖維、填料采用涂膠、鋪層、熱壓等工藝制成增強纖維層合板，保持植物徑向強度，具有高強度、高模量、低密度的特點，可廣泛用于建筑門窗，建筑內(nèi)外墻體墻板等及家具制造行業(yè)，實現(xiàn)民用建筑工程的工廠化、標(biāo)準化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號D21J1/00GK1134487SQ95110
公開日1996年10月30日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日
發(fā)明者曾令洪 申請人:曾令洪