無機(jī)生物質(zhì)纖維復(fù)合裝飾材料研究與應(yīng)用

劉星雪

摘? ? 要：隨著節(jié)能、環(huán)保在我國的深入，國家對禁止脲醛樹脂、酚醛樹脂為膠黏劑的人造板進(jìn)入市場也作出強(qiáng)制性的規(guī)定。根除室內(nèi)裝修環(huán)境污染源，創(chuàng)造清潔、舒適、美好的室內(nèi)環(huán)境是居住者的渴望，是廣大科學(xué)工作者的的夙愿，是當(dāng)前建筑、裝飾業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。北京冠山博源建筑工程檢測有限公司最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無機(jī)膠合竹纖維防火板，用天然無機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合，添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的新型無極鎂質(zhì)硫鋁硅水泥膠合竹纖維（包括秸稈、木屑、等生物質(zhì)纖維）復(fù)合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強(qiáng)度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質(zhì)、可訂、可鋸、可刨、可二次加工、綠色環(huán)保;完全可用來代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機(jī)膠合人造板做室內(nèi)裝修材料，實現(xiàn)室內(nèi)裝修后環(huán)境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患。

關(guān)鍵詞：無機(jī)生物;纖維復(fù)合裝飾材料;研究與應(yīng)用

1? 緒論

現(xiàn)代化建筑和精美的裝修給我們帶來舒適、方便和享受的同時背后可能存在著隱患，相關(guān)統(tǒng)計顯示：90%的新居裝修及家具甲醛測試超標(biāo)。因為這些裝修材料，（除純木外）大都用密度板、大芯板、刨花板穿上各種各樣華麗的外衣（飾面）制作的，這些人造板所用的膠黏劑有：脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、間苯二酚樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯樹脂、水性高分子異氰酸酯樹脂等。其中用得較多的是脲醛樹脂、酚醛樹脂，而這些樹脂含有大量的游離甲醛，苯、氨、這些有毒物質(zhì)慢慢分解釋放出來（釋放期可長達(dá)3-15年），充斥著我們生活的空間，特別是晚上由于門窗緊閉，釋放出來的有毒物質(zhì)深度比白天高數(shù)倍，這些物質(zhì)有強(qiáng)烈的致癌作用，從而帶來劇大的健康隱患，尤其對孕婦和兒童危害更是不容忽。隨著節(jié)能、環(huán)保在我國的深入，禁止脲醛樹脂、酚醛樹脂為膠黏劑的人造板進(jìn)入市場也作出強(qiáng)制性的規(guī)定。盡管其它的有機(jī)膠黏劑生產(chǎn)的人造板有毒物質(zhì)釋放較少，但存在不防火、易老化的缺陷，在使用范圍上有很大的局限性。根除室內(nèi)裝修環(huán)境污染源，創(chuàng)造清潔、舒適、美好的室內(nèi)環(huán)境是居住者的渴望，因此，發(fā)展應(yīng)用無毒、無味、防火、環(huán)保綠色新型裝飾材料是民生大計。

2? 無機(jī)膠合纖維復(fù)合防火綠色裝飾建材的應(yīng)用

利用無機(jī)膠凝材料做結(jié)合劑代替有機(jī)樹脂結(jié)合劑，與生物質(zhì)纖維（包括;秸稈、木屑、木絲、竹絲等）復(fù)合，生產(chǎn)綠色無機(jī)環(huán)保材料，替代有機(jī)膠合裝飾材料，代替木材等多種用途的合成巖復(fù)合新型生態(tài)環(huán)保材料，用于室內(nèi)裝修，是綠色建筑、裝飾、建材發(fā)展方向。目前采用無機(jī)膠合纖維制作的人造板有兩種;（1）利用波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）做結(jié)合劑制作的有，水泥木纖維板（生產(chǎn)復(fù)雜，板材昂貴）、水泥復(fù)合纖維壓力板（容重大，不易釘釘）;（2）利用鎂水泥做結(jié)合劑的放火板有;氯氧鎂水泥復(fù)合纖維（生物質(zhì)纖維）防火板、硫氧鎂水泥纖維（生物質(zhì)纖維）防火板、鎂質(zhì)硫鋁硅水泥復(fù)合竹纖維防火板;

和硅酸鹽水泥相比，鎂水泥有著強(qiáng)度高、堿度低和與生物質(zhì)纖維復(fù)合能力強(qiáng)的性能。充分利用鎂水泥的性能，生產(chǎn)輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、防火、防水、無毒、無味、環(huán)保綠色建材，尤其是用最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無機(jī)膠合竹纖維防火板，是裝修、家具最佳選擇材料。充分利用鎂水泥的性能[1]，生產(chǎn)輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、防火、防水、無毒、無味、環(huán)保綠色建材，尤其是用最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無機(jī)膠合竹纖維防火板，是裝修、家具最佳選擇材料。

天然無機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合[2]，添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的一種新型復(fù)合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強(qiáng)度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質(zhì)、綠色環(huán)保。

3? 無機(jī)膠合生物質(zhì)人造板的復(fù)合原理

傳統(tǒng)的復(fù)合材料理論是以經(jīng)典的混合律（law of mixture）為主要依據(jù)。而實踐的結(jié)果卻突破了當(dāng)今理論認(rèn)為不可能出現(xiàn)的結(jié)果，這就證明還有其他理論存在。開發(fā)無機(jī)膠合生物質(zhì)（包括新型鎂質(zhì)硫鋁硅水泥復(fù)合竹纖維防火生態(tài)環(huán)保板），如何將生物質(zhì)纖維長度應(yīng)力與鎂水泥復(fù)合產(chǎn)生最佳力學(xué)性能，是解決的問題的關(guān)鍵，只有找到理論依據(jù)，才能解決目前低彈性模量的生物質(zhì)纖維增強(qiáng)高彈性模量鎂水泥基復(fù)合材料不變形難題，這些規(guī)律是生產(chǎn)不同性能人造板的的重要依據(jù)。

假設(shè)纖維與水泥產(chǎn)生相同的應(yīng)變值，假設(shè)連續(xù)的長纖維沿著應(yīng)力方向排列、黏結(jié)良好、泊松比為0，那么纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在彈性變形階段演變后，（演變方程省略）最終可得出：生物質(zhì)物纖維與水泥基材的彈模比為：[n=Ef/Em<1]，這樣復(fù)合材料承受的應(yīng)力就要低于水泥基材承受的應(yīng)力，復(fù)合材料中的低彈性模量纖維就不存在增強(qiáng)作用。

很明顯，如果將經(jīng)典混合律用于研究無機(jī)膠合生物質(zhì)人造板，那么在理論上就要失去方向。經(jīng)典混合律無法實現(xiàn)低彈性模量生物質(zhì)纖維增強(qiáng)高彈性模量鎂水泥基生產(chǎn)無機(jī)膠合人造板，而實驗結(jié)果卻完全相反，從而證明還有其他理論存在。

由于生物質(zhì)纖維材料在力學(xué)上屬于柔索類，只承受拉應(yīng)力，很少承受壓應(yīng)力。因此，在大量使用生物質(zhì)纖維時，在承受彎曲應(yīng)力時就會出現(xiàn)受壓區(qū)破壞，因而板材的抗彎強(qiáng)度較低。采用鎂水泥進(jìn)行膠合，不但依靠化學(xué)粘合和機(jī)械互鎖使薄板坯粘結(jié)牢固，重要的是提高了板材的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)而提高板材的抗彎強(qiáng)度。

膠合生物質(zhì)生態(tài)板人造板，力學(xué)性能表現(xiàn)為各向異性，生物質(zhì)纖維成二維正交分布，纖維的取向系數(shù)基本上是[12]，纖維的利用率較高，板材的力學(xué)性能較好，產(chǎn)品創(chuàng)新 該板材是利用交融串聯(lián)復(fù)合理論，將農(nóng)作生物質(zhì)（秸稈、竹、木屑等）纖維，通過特殊工藝、熱壓成型，更由于生物質(zhì)纖維在生態(tài)板中占的比例較大，表現(xiàn)出的生物質(zhì)性能較強(qiáng)，尤其是熱阻比鋼材、混凝土、磚大得多，由于成型工藝特殊，與目前生產(chǎn)的冷壓成型的無機(jī)膠合竹、木、纖維板、玻鎂板等有很大區(qū)別，它是無極膠凝漿料滲透到生物質(zhì)細(xì)胞組織中通過化學(xué)鍵粘合和機(jī)械互鎖形成的聚合結(jié)晶體，結(jié)合非常牢固，由于生物質(zhì)纖維在熱壓作用下自膠結(jié)和鎂水泥無機(jī)膠粘迅速實現(xiàn)不反彈、不變形、有強(qiáng)度、可脫模，節(jié)約勞動時間、縮短生產(chǎn)周期;另一方面有利于熱壓機(jī)中厚度規(guī)控制板材容重，生產(chǎn)出不同使用要求的人造板。

若無極交合生物質(zhì)建材用于墻體材料，裝修材料、家具材料，最佳選擇的生物質(zhì)纖維是竹纖維。

竹材的力學(xué)性能：竹子是生長迅速的禾草類植物。竹子的種類較多，有毛竹、慈竹、斑竹、楠竹等。在非木材植物中，竹材與其它非木材植物相比較，竹材的纖維細(xì)胞含量和纖維的長寬比高于麥秸、稻草、高粱秸、玉米秸等。例如：毛竹的纖維細(xì)胞含量為68.8%、纖維的長寬比為123，而麥秸的纖維細(xì)胞含量只有62.1%、纖維的長寬比為102。纖維細(xì)胞含量和纖維長寬比決定了纖維的力學(xué)性能。

竹材的抗拉強(qiáng)度和彈性模量：由于竹材的纖維細(xì)胞含量和纖維的長寬比高，竹材的抗拉強(qiáng)度也就高，以毛竹的竹纖維為例，抗拉強(qiáng)度可達(dá)180MPa～220MPa，高于農(nóng)作物秸稈抗拉強(qiáng)度;同樣，由于竹材的灰分含量低，竹材的彈性模量高，以毛竹為例，彈性模量可達(dá)8200MPa～11000MPa，高于農(nóng)作物秸稈彈性模量。抗拉強(qiáng)度和彈性模量高有利于提高竹纖維増強(qiáng)鎂水泥制品的抗彎強(qiáng)度和剛度。

竹纖維對鎂水泥制品的増強(qiáng)作用：提高了基體材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，就常用的濕料法輥壓成型工藝制作的板材而言，板材承受彎曲應(yīng)力時彎曲拉應(yīng)力由玻璃纖維布和基體材料共同承擔(dān)，而彎強(qiáng)壓應(yīng)力由基體材料承擔(dān)（玻璃纖維作為柔性材料只能承受拉應(yīng)力）。玻璃纖維布和基體材料共同承受彎曲拉應(yīng)力，就需要基體材料抗拉強(qiáng)度高：提高板材的抗彎強(qiáng)度，由于玻璃纖維布増強(qiáng)鎂水泥與竹纖維復(fù)合基的彈性模量得到提高，承受彎曲應(yīng)力時，板材的力學(xué)中性軸就要向受拉區(qū)移動。這樣，受拉區(qū)的竹纖維和布罝在板材最大彎曲拉應(yīng)力處的玻璃纖維布的抗拉強(qiáng)度就要發(fā)揮到最佳狀態(tài)，因而同等玻璃纖維布摻量的板材，鎂水泥與竹纖維復(fù)合構(gòu)成的鎂水泥復(fù)合基的板材比鎂水泥與秸稈碎料或木屑復(fù)合構(gòu)成的鎂水泥復(fù)合基的板材抗彎強(qiáng)度高?？箯潖?qiáng)度是板材的主要力學(xué)性能，檢測抗彎強(qiáng)度時一般都是檢測強(qiáng)度極限范圍內(nèi)的抗彎強(qiáng)度。板材的抗彎強(qiáng)度高證明板材能承受較大的彎曲應(yīng)力，板材的力學(xué)性能好。用天然無機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合，添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的新型無極鎂質(zhì)硫鋁硅水泥膠合竹纖維（包括秸稈、木屑、等生物質(zhì)纖維）復(fù)合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強(qiáng)度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質(zhì)、綠色環(huán)保;完全可用來代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機(jī)膠合人造板做室內(nèi)裝修材料，實現(xiàn)室內(nèi)裝修后環(huán)境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患指日可待。

4? 發(fā)展無極鎂質(zhì)膠合生物質(zhì)纖維綠色建材的意義和前景

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年有7億噸秸稈等待利用，如果解決了利用秸稈制作人造板，也就為我國秸稈的綜合利用找到了出路。要在全國范圍內(nèi)解決農(nóng)作物秸稈的綜合利用，其根本出路在于農(nóng)作物秸稈的工業(yè)化利用，其中秸稈制人造板是秸稈工業(yè)化利用中最具市場發(fā)展?jié)摿彤a(chǎn)業(yè)化前景的技術(shù)。發(fā)展秸稈人造板不僅可提高秸稈消耗率和利用率、節(jié)約木材資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且還可促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、擴(kuò)大城鄉(xiāng)就業(yè)、增加農(nóng)民收入。

我國不僅農(nóng)作物秸稈資源豐富，而且也是竹資源最豐富的國家，被謄為“竹子王國”，竹林面積520多萬公頃。毛竹產(chǎn)地散布著星羅棋布的竹材加工廠，這些竹材加工廠生產(chǎn)出竹席、竹家具等產(chǎn)品后，邊角余料堆集如山，雖然竹材的邊角余料可以自然降解、回歸大自然，但如果合理利用，則可提高資源的利用率。因此，合理利用這些生產(chǎn)廢物，就擴(kuò)大了資源的有效利用范圍。

工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布和印發(fā)的《促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動方案》第十二條指出：“支持利用農(nóng)作物秸稈、竹纖維、木屑等發(fā)展生物質(zhì)建材，優(yōu)先發(fā)展和使用生物質(zhì)纖維増強(qiáng)的木塑、新型鎂質(zhì)建材等圍護(hù)用和裝飾裝修產(chǎn)品?！痹谘b配式建筑和鋼建構(gòu)建筑日益發(fā)展的今天，和秸稈、木屑一樣，竹纖維在増強(qiáng)新型鎂質(zhì)建材中的應(yīng)用，已放在十分重要的位置。充分利用我國我國鎂資源儲量大、品位高，竹資源豐富（加工后廢料）有利條件，將這些竹材加工廠廢物作為新的生產(chǎn)要素投入使用，加工成綠色環(huán)保材料，用于裝修、建筑，既解決裝修污染問題，又變廢為寶，對促進(jìn)我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

5? 結(jié)語

鎂水泥能與生物質(zhì)纖維直接復(fù)合的性能，提高了生物質(zhì)資源的利用率?？梢砸虻刂埔诉x用生物質(zhì)的廢棄物進(jìn)行生產(chǎn)無極膠合生物質(zhì)纖維板，不僅使各種生產(chǎn)廢棄物得到合理利用，提高附加值，同時對環(huán)境保護(hù)也可以作出貢獻(xiàn)，為建筑、裝修、家具制造，提供綠色環(huán)保、安全高性能材料，徹底杜絕室內(nèi)污染源，讓我國人民生活在夢寐以求的清潔、舒適、安全的環(huán)境中，永遠(yuǎn)健康、快樂！

參考文獻(xiàn)：

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[2] 諶萌，席凱原.無機(jī)膠合中密度纖維板復(fù)合原理和關(guān)鍵工藝分析[J].中國建材科技，2013（2）.