植物纖維阻燃墻體裝飾材料性能試驗研究

摘" 要：為研究植物纖維阻燃墻體裝飾材料的性能，文中采用不同漿料纖維進行混合配比制備纖維阻燃墻體裝飾材料，對其抗張性能、耐破性能、挺度及濾水性能的變化規(guī)律進行試驗研究。結(jié)果表明，摻雜植物纖維漿料可以明顯改善墻體裝飾材料性能，其中表現(xiàn)最佳的為30%摻量的稻草纖維裝飾材料；與普通材料相比，其抗張強度、耐破指數(shù)、挺度和濾水時間分別提升了59.74%、9.17%、63.39%和12.36%，究其原因是由于稻草漿料中纖維分布均勻，與蔗渣化學漿混合使用可以使纖維間扭結(jié)性增強，形成相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而改善材料性能。

關(guān)鍵詞：植物纖維；阻燃材料；墻體裝飾材料；力學性能文章編號：2095-4085（2024）11-0220-03

0" 前言

隨著社會的快速發(fā)展和城市化進程的加快，建筑行業(yè)對墻體材料的需求量與日俱增，然而，墻體材料的生產(chǎn)過程消耗大量的資源和能源，對環(huán)境造成了嚴重的污染［1］。根據(jù)統(tǒng)計，墻體材料生產(chǎn)約占全國工業(yè)能耗的4.5%，在建材行業(yè)能耗中占比高達34.8%［2］。在全球資源日益緊缺和環(huán)境問題日益突出的背景下，開發(fā)綠色環(huán)保的新型墻體材料成為建筑行業(yè)亟需解決的重要問題［3］。植物纖維材料以其豐富的來源、可再生性和良好的力學性能，可以作為一種綠色建筑材料制備新型墻體裝飾材料［4］。通過對植物纖維阻燃墻體裝飾材料的力學性能研究，不僅可以為建筑行業(yè)提供一種綠色環(huán)保、節(jié)能高效的新型材料，還能夠顯著提升建筑物的防火安全性能，推動綠色建筑材料的發(fā)展，實現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過不同漿料纖維進行混合配比制備纖維阻燃墻體裝飾材料，研究其抗張性能、耐破性能、挺度及濾水性能，探討植物纖維阻燃墻體裝飾材料的力學性能。以期為植物纖維阻燃墻體裝飾材料的實際應用提供理論基礎和技術(shù)支持。

1" 試驗原材料及方案

1.1" 試驗原材料

本次試驗選用竹片、稻草和桉木，由福建省某制漿廠生產(chǎn)；蔗渣化學漿由福建省某紙漿廠生產(chǎn)；氫氧化鈉、阻燃劑（氫氧化鋁）和增強劑（陽離子淀粉）由某化工有限公司生產(chǎn)。

1.2" 材料制備

1.2.1" 漿料制備

試驗漿料制備流程為先將桉木和竹子切片，稻草裁成5cm左右的小段；然后在常溫條件下，將桉木片和竹片浸泡在1%濃度的氫氧化鈉溶液中，將稻草段浸泡2%濃度的氫氧化鈉溶液中，浸泡時間為8h。然后使用搓磨分絲設備對其進行處理，最后使用高濃磨漿設備進行磨漿，得到三種植物漿料（機械漿）。

1.2.2" 纖維篩分

采用KajjaaniFS 300（metso）纖維質(zhì)量分析儀和Bauer-McNett纖維篩分儀對四種漿料纖維的質(zhì)量及長寬進行分析，其中篩網(wǎng)孔徑為14目、28目、100目和200目。采用蔗渣漿料、竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料中直徑大于0.6mm的纖維占比分別為18.2%、33.3%、72.7%和47.9%，表明蔗渣漿料以短纖維為主，桉木漿料以長纖維為主，竹子漿料和稻草漿料中纖維分布均勻。

1.2.3" 裝飾材料制備

本次試驗植物纖維阻燃墻體裝飾材料采用全自動紙漿模塑中試生產(chǎn)設備生產(chǎn)，其具體流程為：注漿，將竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料分別配合蔗渣漿料按不同配比進行注漿，其中竹子漿料的摻量為0、5%、10%、20%和30%，桉木漿料的摻量為0、5%、10%、20%和30%，稻草漿料的摻量為0、10%、20%、30%和40%，阻燃劑和增強劑摻量分別為20%和1.5%；吸濾；在45kN的壓力條件下進行冷壓處理，在60kN和170～180℃的條件下進行熱壓和干燥處理，然后將其裁成尺寸為400mm×400mm×2mm的墻體裝飾材料，單個質(zhì)量約為200g；最后將其放置于ISO標準紙張恒溫恒濕實驗室中，進行24h的水分平衡處理，然后進行相關(guān)實驗。

1.3" 試驗方案

本次試驗主要測試不同漿料的墻體裝飾材料的抗張性能、耐破性能、挺度和濾水性能，研究探討植物纖維阻燃墻體裝飾材料的工作級力學性能。

（1）抗張性能。依據(jù)《紙和紙板抗張強度的測定恒速拉伸法》（GB/T12914-2018）中測試方法，使用Lamp;WTH-1抗張強度測定儀對不同摻量的試樣抗張性能進行測試，試樣尺寸為100mm×15mm。

（2）耐破性能。依據(jù)《紙和紙張 抗張強度的測定 恒速拉伸法》（GB/T 12914-2018）中測試方法，使用DC-NPC1200型耐破度儀對不同摻量的試樣耐破性能進行測試，試樣尺寸為70mm×70mm。

（3）挺度。依據(jù)《紙和紙板彎曲挺度的測定》（GB/T22364-2018）中測試方法，使用TMI挺度測試儀對不同摻量的試樣挺度進行測試，試樣尺寸為50mm×25mm，彎曲角度為15°。

（4）濾水性能。在每種材料中隨機挑取2g絕干樣品，稀釋為1000mL的液體，使用DFR04型濾水保留游離度測試儀對不同摻量的試樣濾水性能進行測試。

2" 植物纖維阻燃墻體裝飾材料性能研究

2.1" 抗張性能分析

圖1顯示不同漿料的墻體裝飾材料的抗張性能隨摻量增長的變化趨勢。抗張強度是衡量墻體裝飾材料受拉時抵抗破壞的主要指標之一。從圖1可以看出，三種墻體裝飾材料的抗張指數(shù)均隨著摻量的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢。未摻雜機械漿的漿料抗張指數(shù)為19.92Nm/g，摻量為5%、10%、20%和30%的竹子漿料抗張指數(shù)與其同比分別增加了42.97%、19.13%、13.76%和9.39%；摻量為5%、10%、20%和30%的桉木漿料抗張指數(shù)與其同比分別增加了31.07%、38.15%、51.41%和17.87%；摻量為10%、20%、30%和40%的稻草漿料抗張指數(shù)與其同比分別增加了20.78%、32.38%、59.74%和36.30%。其中，竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料的最佳摻量分別為5%、20%和30%，表現(xiàn)最佳的為稻草漿料。這是由于蔗渣化學漿主要為短纖維，而竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料中長纖維較多，兩種材料混合使用可以產(chǎn)生搭接作用，使纖維間變得更緊密，從而改善墻體裝飾材料的抗拉性能。

2.2" 耐破性能分析

不同漿料的墻體裝飾材料的耐破性能隨摻量變化的發(fā)展趨勢。耐破強度是衡量單位面積的墻體裝飾材料所能承受均勻增大的最大壓力值的主要指標之一。竹子漿料的耐破度隨著摻量的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，而桉木漿料和稻草漿料耐破度的變化較小。未摻雜機械漿的漿料耐破指數(shù)為1.2kPa·m2/g，摻量為5%、10%、20%和30%的竹子漿料耐破指數(shù)與其同比分別增加了40.83%、32.50%、14.17%和9.17%；摻量為5%、10%、20%和30%的桉木漿料耐破指數(shù)與其同比分別增加了7.50%、4.17%、1.67%和0.83%；摻量為10%、20%、30%和40%的稻草漿料耐破指數(shù)與其同比分別增加了4.17%、7.50%、9.17%和1.67%。其中，竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料的最佳摻量分別為5%、5%和30%，表現(xiàn)最佳的為竹子漿料。這是由于竹子漿料中纖維長度分布均勻，少量添加可以明顯提升材料的耐破度，摻量過大時，影響到纖維間的氫鍵結(jié)合，從而使耐破指數(shù)降低。

2.3" 挺度分析

圖2顯示不同漿料的墻體裝飾材料的挺度隨摻量變化的發(fā)展趨勢。挺度是衡量單材料所能承受自重抗彎曲能力的主要指標之一。從圖2可以看出，竹子漿料和稻草漿料的挺度隨著摻量的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，而桉木漿料則是呈增長趨勢。其中，未摻雜機械漿的漿料挺度為85mN·m，摻量為5%、10%、20%和30%的竹子漿料挺度與其同比分別增加了25.54%、31.84%、30.05%和23.27%；摻量為5%、10%、20%和30%的桉木漿料挺度與其同比分別增加了18.99%、36.56%、48.73%和52.33%；摻量為10%、20%、30%和40%的稻草漿料挺度與其同比分別增加了17.66%、43.98%、63.39%和47.81%。其中，竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料的最佳摻量分別為10%、30%和30%，表現(xiàn)最佳的為稻草漿料。這是由于蔗渣化學漿主要為短纖維，導致細組分容易流失，而三種機械漿料中長纖維較多，兩種材料混合使用可以使纖維間扭結(jié)性增強，形成相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而摻量過大時，則會影響其結(jié)構(gòu)，使得挺度降低。

2.4" 濾水性能分析

通過上述試驗，確定竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料的最佳摻量分別為5%、20%和30%，對其進行濾水性能試驗，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以明顯看出，摻雜機械漿的濾水時間明顯快于普通漿料，且所有漿料的濾水時間曲線在前2s時濾水速率較快，無明顯差異；2s后，各漿料的濾水速率出現(xiàn)明顯差異。以普通漿料為基準，其最終濾水時間為11.54s，竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料的最終濾水時間與其相比分別減少了27.49%、69.38%和41.98%，表明摻雜桉木漿料對于縮短材料成型時間效果最佳。這是由于桉木漿料中長纖維較多，所以纖維間孔隙率較大，因此提升了其濾水速率，提高植物纖維阻燃墻體裝飾材料的生產(chǎn)效率。

3" 結(jié)論

通過三種漿料纖維（竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料）制備纖維阻燃墻體裝飾材料，研究其抗張性能、耐破性能、挺度及濾水性能，得到結(jié)論如下：

（1）竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料可以明顯改善墻體材料的抗張性能和挺度。其中抗張強度和挺度表現(xiàn)最佳的均為30%摻量稻草漿料，與普通漿料相比，其抗張強度和挺度分別提升59.74%和63.39%。

（2）竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料對于材料的耐破性能改善效果不明顯，其中表現(xiàn)最佳的為5%摻量的竹子漿料，其耐破指數(shù)與普通漿料相比提升了40.83%。這是由于竹子漿料中纖維長度分布均勻，適量添加可以明顯提升材料的耐破性能。

（3）竹子漿料、桉木漿料和稻草漿料可以明顯提升材料的濾水時間，其中表現(xiàn)最佳的為20%摻量的桉木漿料，其濾水時間與普通漿料相比提升了69.38%。這是由于桉木漿料中長纖維較多，所以纖維間孔隙率較大，提升其濾水速率，從而提高裝飾材料的生產(chǎn)效率。

參考文獻：

［1］劉福戰(zhàn)，王靜，李諾.新型墻體材料生命周期能耗計算方法分析［J］.粉煤灰綜合利用，2018（3）：85-88.

［2］王曉飛.淺析建筑技術(shù)中的墻體材料［J］.科技信息，2011（5）：731.

［3］楊定偉，荊海薇，景煒婷，等.不同墻體材料的裝配式日光溫室的熱性能對比分析［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報，2023，28（10）：194-205.

［4］袁博，張波，苗澤偉，等.摻入植物纖維和廢棄輪胎橡膠顆粒輕質(zhì)混合土力學性能研究［J］.價值工程，2023，42（18）：124-126.