氯氧鎂水泥竹刨花板熱壓工藝研究

王 增1,2，馬靈飛1，方崇榮2，莊期應(yīng)2，何理輝1，楊 柳2

氯氧鎂水泥竹刨花板熱壓工藝研究

王 增，馬靈飛，方崇榮，莊期應(yīng)，何理輝，楊 柳

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)站，浙江 杭州 310023）

研究了熱壓溫度、熱壓時(shí)間工藝參數(shù)的改變對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板性能的影響，結(jié)果表明：隨著熱壓時(shí)間和熱壓溫度的增加，板材強(qiáng)度不斷增強(qiáng)；綜合板材性能在各參數(shù)下變化的幅度及生產(chǎn)成本的考慮，給出熱壓溫度和時(shí)間的推薦參數(shù)：熱壓溫度125℃、熱壓時(shí)間12 min或者熱壓溫度100℃、熱壓時(shí)間16 min。

工藝參數(shù)；熱壓溫度；熱壓時(shí)間；物理力學(xué)性能

氯氧鎂水泥竹刨花板是一種以氯氧鎂水泥和各類竹材加工剩余物為主要原料的綠色、環(huán)保、阻燃的人造板材料，它不僅可以從根本上解決人造板在裝修和使用過程中存在的甲醛釋放問題、建筑火災(zāi)隱患問題，而且還能為我國(guó)竹材及加工剩余物和小徑竹、叢生竹資源的多用途高效循環(huán)利用提供新的途徑，同時(shí)對(duì)于改善我國(guó)人造板行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)木材加工行業(yè)發(fā)展、完善林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)、緩解木材供需矛盾等都有深遠(yuǎn)的意義。

本文主要對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板的熱壓工藝進(jìn)行了研究，分析熱壓時(shí)間、熱壓溫度等工藝因素對(duì)板材性能的影響，旨在為生產(chǎn)開發(fā)提供切實(shí)可行的參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

氧化鎂（MgO）：營(yíng)口鑫順耐火材料廠生產(chǎn)，白色粉末狀，200目，MgO含量≥80%，活性含量55%；氯化鎂（MgCl·6HO）：海城市毛祁源城鎂業(yè)生產(chǎn)，白色結(jié)晶狀，MgCl·6HO含量≥99%；添加劑：實(shí)驗(yàn)室自制。

竹刨花：竹片通過鼓式刨片機(jī)制得，刨花形態(tài)為：＜18目占58%，18 ~ 40目占16%，> 40 ~ 120目占20%，＞120目占6%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

DP-042型電動(dòng)攪拌器：上海予正儀器設(shè)備有限公司；XLB-08500X500型壓力成型機(jī)：浙江湖州東方機(jī)械有限公司；ESUM-0054數(shù)顯恒溫水浴鍋：成都賽可隆機(jī)械設(shè)備有限公司；

MWD-W20型微機(jī)控制電子式人造板試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南時(shí)代試金儀器有限公司；SPN402F型電子天平，梅特勒-托利多（常州）稱量設(shè)備系統(tǒng)有限公司制造。

1.3 試驗(yàn)方法

根據(jù)不同熱壓時(shí)間和不同熱壓溫度設(shè)以下兩種工藝：（1）設(shè)熱壓時(shí)間分別為8、12、16、20、24min，固定工藝為灰木比1.5，壓力1.5 MPa，水灰比0.5，熱壓溫度為100℃，設(shè)計(jì)密度為0.8 g/cm；（2）設(shè)熱壓溫度分別為80、100、125、150、180℃，固定工藝：灰木比1.5，壓力1.5 MPa，水灰比0.5，熱壓時(shí)間為12 min，設(shè)計(jì)密度為0.8 g/cm。板材規(guī)格為：320 mm×320 mm×12mm（板厚由厚度規(guī)控制），每種方法實(shí)施4次，共計(jì)壓40塊板。測(cè)試項(xiàng)目包括：靜曲強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、24 h吸水厚度膨脹率、24 h吸水率、24 h吸水長(zhǎng)度變化率。檢測(cè)方法參照GB/T 17657-1999。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱壓時(shí)間對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板性能的影響

不同熱壓時(shí)間的氯氧鎂水泥竹刨花板性能測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同熱壓時(shí)間的氯氧鎂水泥竹刨花板性能測(cè)試結(jié)果

2.1.1 不同熱壓時(shí)間對(duì)靜曲強(qiáng)度和彈性模量的影響 從表1中可以看出，熱壓時(shí)間的變化對(duì)氯氧鎂水泥刨花板的靜曲強(qiáng)度（MOR）和彈性模量（MOE）影響較大。當(dāng)熱壓時(shí)間為8 min時(shí)，板的靜曲強(qiáng)度、彈性模量分別為1.2 MPa、61 MPa。當(dāng)熱壓時(shí)間增加到12 min時(shí)，板材的強(qiáng)度性能增加幅度較大，靜曲強(qiáng)度、彈性模量的數(shù)值分別為6.9 MPa、846 MPa，相比8 min時(shí)分別增加了400%、1286%。隨著熱壓時(shí)間繼續(xù)增加，板材的強(qiáng)度性能也隨之增大，在8 ~ 16 min的范圍內(nèi)，強(qiáng)度上升較為明顯。這主要是由于隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，板材中氯氧鎂水泥的受熱時(shí)間也相應(yīng)增加，使得水化放熱反應(yīng)更加完全、充分，從而提高板材的強(qiáng)度性能。而當(dāng)熱壓時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)到20 min、24 min時(shí)，板材的強(qiáng)度變化并不明顯，這主要是因?yàn)樵?6 min的時(shí)間內(nèi)，水化放熱反應(yīng)已進(jìn)行的較為完全，板材的強(qiáng)度已基本成型，此時(shí)熱壓時(shí)間的增加對(duì)板材強(qiáng)度的增強(qiáng)效果并不明顯。由此可見將熱壓時(shí)間控制在12 ~ 16 min范圍內(nèi)比較適合于氯氧鎂水泥竹刨花版的壓制。

2.1.2 不同熱壓時(shí)間對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響 由表1可看出，熱壓時(shí)間的變化對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度（IB）的影響較為明顯，在8 ~ 16 min的范圍內(nèi)，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值上升幅度較大，在熱壓時(shí)間為8 min時(shí)，板材內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度值過低，這主要是因?yàn)檫^短的熱壓時(shí)間使得氯氧鎂水泥未能在加壓條件下充分水化，致使卸壓后氯氧鎂水泥在無壓條件下繼續(xù)水化，從而導(dǎo)致板材厚度回彈（密度低至0.55 g/cm），內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低。如果熱壓時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，就可以保證氯氧鎂水泥在熱壓條件充分水化，提高板材內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。在16 ~ 24 min的范圍內(nèi)，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化并不明顯，其原因與上述靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度中原因一致：在16 min左右的熱壓時(shí)間里，水化反應(yīng)已較為完全，板材強(qiáng)度已基本成型。

2.1.3 不同熱壓時(shí)間對(duì)24 h吸水厚度膨脹率、吸水率、長(zhǎng)度變化率的影響 從表1中還可以看出，熱壓時(shí)間對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板24 h吸水長(zhǎng)度變化率的影響較小，隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，24 h吸水長(zhǎng)度變化率數(shù)值沒有明顯的變化。熱壓時(shí)間對(duì)24 h吸水厚度膨脹率（TS）、24 h吸水率（WA）的影響比較明顯，隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，氯氧鎂水泥竹刨花板的TS數(shù)值就減小，WA數(shù)值也具有相同的變化趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氯氧鎂水泥竹刨花板的TS的測(cè)試值遠(yuǎn)低于LY/T 1842-2009《竹材刨花板》標(biāo)準(zhǔn)中TS≤8%的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 熱壓溫度對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板性能的影響

不同熱壓溫度的氯氧鎂水泥竹刨花板性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 不同熱壓溫度的氯氧鎂水泥竹刨花板性能測(cè)試結(jié)果

從表2中可以看出，熱壓溫度的變化對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板的物理性能有一定的影響。隨著熱壓溫度的升高，板材的靜曲強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度等數(shù)值都相應(yīng)增加，并且在80 ~ 125℃范圍內(nèi)增長(zhǎng)速度最快，在125℃之后，強(qiáng)度數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度明顯降低，基本保持平衡。這可能是由于熱壓溫度125℃比較適合于氯氧鎂水泥自身的水化放熱反應(yīng)，在合適溫度的熱作用下，加速了氯氧鎂水泥的水化反應(yīng)，使反應(yīng)更加完全、充分，從而提高竹刨花與水泥的凝結(jié)力，增加板材的強(qiáng)度性能。

熱壓溫度對(duì)氯氧鎂水泥竹刨花板的TS、WA和24h吸水長(zhǎng)度變化率也有一定影響?？偟内厔?shì)是隨著熱壓溫度的升高，各數(shù)值均有所降低（除TS在100℃后有緩慢上升趨勢(shì)），各數(shù)值在100℃后降低速度放緩?；谏鲜鰧?shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱壓溫度在100 ~ 125℃的范圍比較適合于氯氧鎂水泥竹刨花板的壓制。

3 結(jié)論

（1）熱壓時(shí)間和溫度對(duì)板材的物理力學(xué)性能影響較大，隨著時(shí)間和溫度的增加，板材強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，綜合板材性能在各參數(shù)下變化的幅度及生產(chǎn)成本的考慮，給出熱壓溫度和時(shí)間的推薦參數(shù)：熱壓溫度125℃、熱壓時(shí)間12 min或者熱壓溫度100℃、熱壓時(shí)間16 min。且比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在上述參數(shù)的工藝條件下，板材的物理力學(xué)性能基本達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）TS是氯氧鎂水泥竹刨花板相對(duì)穩(wěn)定的一個(gè)指標(biāo)，本試驗(yàn)中TS值均遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1842-2009《竹材刨花板》的標(biāo)準(zhǔn)值。

[1] 童義平. 氯氧鎂水泥及其制品的開發(fā)研究[J]. 鹽湖研究，1996，4（1）：53－56．

[2] 王建榮，趙中堅(jiān)，王英姿，等. 菱苦土顆粒細(xì)度對(duì)菱鎂水泥制品性能的影響[J]. 山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（12）：113－115.

[3] 任夢(mèng)龍，劉明坤. 淺析木質(zhì)人造板釋放甲醛的原因及控制措施[J]. 中國(guó)科技博覽，2010（15）：65.

[4] 郎妙金，郎妙國(guó)，宣生鶴. 利用小口徑竹材制造基板的方法[P]. 中國(guó)發(fā)明專利：02112094，2002-03.

[5] 國(guó)家林業(yè)局森林資源管理司. 中國(guó)森林資源第七次清查結(jié)果及其分析[J]. 林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2010（2）：66－72.

Experiment on Hot Pressing Technology for Magnesium Oxychloride Cement Banded Bamboo Particle Board

WANG Zeng，MA Ling-fei，F(xiàn)ANG Chong-rong，ZHUANG Qi-ying，HE Li-hui，YANG Liu

（）

Experiment was conducted on effect of hot pressing temperature, pressing time to properties of magnesium oxychloride cement banded bamboo particle board. The results showed that strength of board increased with hot pressing time and temperature. The result recommended hot pressing temperature of 125 ℃ with pressing time of 12 minutes or hot pressing temperature of 100℃ with pressing time 16 minutes.

technological parameters; hot pressing temperature; pressing time; physical and mechanical properties

1001-3776（2012）04-0048-03

S785

B

2012-02-18；

2012-05-18

浙江省重大招標(biāo)項(xiàng)目“速生林木與竹類資源精深加工及高效利用共性關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)”（2003C12009）

王增（1984－），男，浙江安吉人，碩士生，從事木材科學(xué)與技術(shù)。