一種高硬度輕比重裝飾材料的製作方法
2023-05-24 04:18:11
本發明涉及木材技術領域，尤其是涉及一種高硬度輕比重裝飾材料。
背景技術：
裝飾材料分為兩大部分：一部分為室外材料，一部分為室內材料。室內材料再分為實材，板材、片材、型材、線材五個類型。實材也就是原材，上要是指原木及原木製成。常用的原木有杉木、紅松、榆木、水曲柳，香樟、椴木，比較貴重的有花梨木、櫸木、橡木等。在裝修中所用木方主要由杉木製成，其他木材主要用於配套家具和雕花配件。傳統的裝飾材料需要消耗大量的木材和金屬材料，而且存在著怕水怕火、有放射性汙染、甲醛含量超標、安裝施工繁瑣、裝飾效果差、保養困難、壽命短、價格高等問題，已經逐漸被淘汰出市場。
木塑複合材料是由木質或其他纖維素材料和熱塑性塑料統配溫成型加工製成的複合材料，雖然其優點眾多，但中國的木塑產品在應用方面仍存在一定的局限性和缺陷。木塑產品在使用過程中存在力學強度不夠、耐熱性能不佳，及熱膨脹係數大等缺陷，作為地面鋪板等用材時，材料的摩擦學性能尚不理想。為改善上述局限性並彌補缺陷，同時擴大替代木製產品的優勢，研發高填充量植物纖維、高性能木塑複合材料產品將是企業和市場的主導方向。
目前，玻璃纖維在木塑複合材料中的研究和應用較少，有關其性能的研究報迫尚不多見，而結合材料的實際工況進行的相關研究報導更為鮮見。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種採用玻璃纖維的高硬度輕比重裝飾材料，本發明具有硬度高、比重輕的特點，抗壓、抗彎、耐衝擊等性能優於天然木材，經久耐磨，不易受損，由於添加一定比例的纖維，比重更輕，使用更方便，具有環保、阻燃、防潮、防蟲蛀、不變形、硬度高，不怕水浸、易保養，耐磨度高，使用壽命更長等優點。
本發明的技術方案為：一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板，所述芯板的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：22-34份；
竹炭粉：16-29份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：11-19份；
聚烯烴彈性體：4-9份；
矽烷偶聯劑9-16份；
t-400纖維：16-23份；
五水合硝酸鉍：17-21份；
胍類聚合物7-15份；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為100-150微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為250-450微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為120-160微米；
所述矽烷偶聯劑為粉末顆粒，顆粒度大小為500-750um。
進一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：25-28份；
竹炭粉：18-22份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：13-16份；
聚烯烴彈性體：5-7份；
矽烷偶聯劑11-14份；
t-400纖維：19-21份；
五水合硝酸鉍：17-20份；
胍類聚合物9-11份；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為120-140微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為280-350微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為130-150微米；
所述矽烷偶聯劑為粉末顆粒，顆粒度大小為550-650um。
更進一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：27份；
竹炭粉：20份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：15份；
聚烯烴彈性體：6份；
矽烷偶聯劑12份；
t-400纖維：20份；
五水合硝酸鉍：19份；
胍類聚合物10份；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為130微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為320微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為135微米；
所述矽烷偶聯劑為粉末顆粒，顆粒度大小為600um。
特別的，本發明中採用的胍類聚合物為鹽酸聚六亞甲基胍、鹽酸聚六亞甲基雙胍、磷酸聚六亞甲基胍、丙酸聚六亞甲基胍、葡萄糖酸聚六亞甲基胍中的任一種及其衍生物。
本發明中，採用的t－400又稱easyfitlycra，是杜邦（dupont）公司開發的新型彈性纖維，該纖維由聚對苯二甲酸乙二醇酯（pet）與ptt並列複合，截面呈啞鈴型，由於兩組分的熱收縮性能不同和不對稱的橫截面，因此易產生永久螺旋捲曲。t－400纖維具有良好的彈性伸長率（50％～150％）和彈性回復性（伸長25％時，回復率為80％左右），不會因染色而損失彈性，可與滌綸等纖維混紡或交織，並且耐熱性好，採用分散染料染色，耐光性好，耐氯漂，可與氨綸纖維互補。
本發明中，採用的poe分子結構與三元乙丙橡膠(epdm)相似，因此poe也會具有耐老化、耐臭氧、耐化學介質等優異性能，通過對poe進行交聯，材料的耐熱溫度被提高，永久變形減小，拉伸強度、撕裂強度等主要力學性能都有很大程度的提高。多用途的poe彈性體能夠超過pvc、eva、sbr、ema和epdm，今後poe可能取代傳統的epdm。由於poe的優異性能使其在汽車行業、電線電纜護套、塑料增韌劑等方面裡都獲得了廣泛應用。本發明中的五水合硝酸鉍，分子式是bi(no3)3•5h2o，其相對密度2.83g/cm3，易溶於硝酸。溶於甘油、丙酮、稀酸。不溶於乙醇、醋酸乙酯。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為13-19mm，直徑為13-18um。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至140-150℃，投入溫度為2-3℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫2-5min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述竹子的預燒溫度為450-530℃，時間為1-1.5h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為920-1050℃，時間為55-70min。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案，所述木紋圖案是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層。本發明中，水性聚氨酯(wpu)塗膜有優良的耐磨性及粘附性，但其亦受限於耐水性和光澤度不佳等缺點。丙烯酸酯(pa)具有優良的光學性能、力學性能及耐介質性等優點，但其柔韌性和耐磨性較差。本發明通過原位無皂乳液聚合製備了wpua複合乳液，該體系綜合了pu和pa兩者的優點。氧化石墨烯(go)由於特殊的二維結構，其表面含氧基團在聚合過程中會與pu分子鏈間發生化學鍵合，形成相容性較好的雜化材料，提升複合材料的性能。通過研究發現go與wpu間形成的共價鍵可使複合材料的耐水性、熱性能、力學性能均有不同程度提升。當go的質量分數超過1．5%時，go會發生團聚，材料的性能下降。本發明採用原位聚合法製備了系列水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯(wpua/go)複合乳液，通過改進現有技術中的hummers法製備出氧化程度高、分散性較好的go；wpua/go乳液粒徑隨著go含量的增加呈現先增大後減小的趨勢;當go的質量分數為0．5%時，塗層的熱穩定性提高了140℃，耐鹽霧時間比純wpua延長了10d，腐蝕電流密度減小了1個數量級；具有優異的防腐性能。
在眾多植物中，竹材的生長周期短且資源豐富，而四川地區的竹資源尤為豐富。竹材性能優異，但由於其特殊的生長結構，利用率不高。將竹材運用於木塑複合材料中，不僅可以替代木材並提高其利用率，高填充量的竹纖維連可以進一步地降低木塑複合材料的成本。
玻璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料，具有耐高溫、機械強度高且硬度大等特點，選擇玻璃纖維作為木塑複合材料的改性填料，一方面在於纖維材料對複合材料的增強效果比顆粒狀無機填料的好；另一方面是希望能利用玻璃纖維的特性彌補木塑複合材料在應用過程中易於出現的缺陷，使複合材料在具有良好性能的同時，降低材料的生產成本。此外，根據纖維的增強原理，只有纖維長度在臨界長度以上時才能充分發揮纖維的增強作用。在成型工藝允許的條件下，選擇較長的玻璃纖維增強複合材料時，增強效果更為明顯。
本發明中，採用的胍類聚合物在水溶液中能產生電離，它的親水基部分含有強烈的正電性，吸附通常呈負電性的各類細菌、病毒，進入細胞膜，抑制膜內脂質體合成，造成菌體凋亡，達到最佳的殺菌效果。本發明中首次將其引入木材加工當中，進入到本發明的空間結構的縫隙當中，顯著增強其防腐抗菌性能。
本發明通過蛇紋木粉、竹炭粉、低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的協效復配作用，形成高強度的空間排布結構以及規則層狀結構，再通過五水合硝酸鉍、胍類聚合物、矽烷偶聯劑的作用增強其連接強度。通過對本發明斷面形貌的觀察，各組分的相界面模糊，存在包裹與被包裹的連接方式，同時還存在部分孔洞，說明五水合硝酸鉍、胍類聚合物、矽烷偶聯劑共同協效可有效改善蛇紋木粉與竹炭粉、低浮纖無鹼性長切玻璃纖維之間的界面結合，但粒徑較大的纖維之間容易搭橋，使得纖維與纖維之間以及纖維與基體之間易產生孔隙，進而減弱了結合力的作用，因此本發明中通過採用不同粒徑的纖維搭配，避免材料在受力時產生應力集中的現象。本發明中，所述芯板可採用本領域中冷壓、熱壓、擠出等任一現有技術加工方式或其組合得到。
本發明提供一種採用玻璃纖維的高硬度輕比重裝飾材料，本發明能夠具備有良好的耐磨性能，而且還能具備有較高的強度，結構簡單，使用壽命長。
本發明採用的蛇紋木又名蛇桑，桑科moracea蛇桑屬。蛇紋木為小樹冠喬木，無板根，高25m，主幹15m，直徑30—50bm；木材密度重且強度高，氣幹密度1.20-1.36g/cm3，堪稱是世界上密度最大的木材，心材極耐腐、抗蟲駐，切面光滑，拋光性好。平均抗彎強度14599-21599psi，平均抗壓強度900kg/cm2，半徑收縮6%，切向收縮9%，端面易現裂痕。本發明採用的是蛇紋木製造工藝品時的下腳料，或者採用無法製備成工藝品的蛇桑樹的外皮、枝幹部分，使得原材料成本較低，有利於推廣應用。
本發明採用煅燒後的竹炭粉末、胍類聚合物與蛇紋木粉末配合，可以避開其易開裂、出油、易溶、受溫度溼度影響大的缺點，更好的發揮蛇紋木的性能優點。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1
一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：27份；
竹炭粉：20份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：15份；
聚烯烴彈性體：6份；
矽烷偶聯劑12份；
t-400纖維：20份；
五水合硝酸鉍：19份；
胍類聚合物10份；所述胍類聚合物為鹽酸聚六亞甲基胍及其衍生物；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為130微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為320微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為135微米；
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為17mm，直徑為15um。
進一步的所述竹子的預燒溫度為480℃，時間為1.2h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為970℃，時間為62min。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至145℃，投入溫度為2.5℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫4min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層（未標註）。
本發明製備得到密度為1g/cm2、厚度為25mm的木材，其彈性模量為37830mpa，靜曲強度182mpa、煮沸內結合強度0.35mpa。
所述水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層的防腐性能通過現有技術中的國家標準進行耐鹽霧實驗，實驗結果如表1所示。
表1
實施例2
一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：22份；
竹炭粉：29份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：11份；
聚烯烴彈性體：9份；
矽烷偶聯劑9份；
t-400纖維：16份；
五水合硝酸鉍：21份；
胍類聚合物7份；所述胍類聚合物為磷酸聚六亞甲基胍及其衍生物；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為150微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為450微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為160微米；
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為13mm，直徑為18um。
進一步的所述竹子的預燒溫度為530℃，時間為1.5h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1050℃，時間為70min。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至140℃，投入溫度為2℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫5min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層（未標註）。
將本發明製備得到密度為1g/cm2、厚度為25mm的木材，彈性模量為28360mpa，靜曲強度139mpa、煮沸內結合強度0.40mpa。
實施例3
一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：34份；
竹炭粉：16份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：19份；
聚烯烴彈性體：4份；
矽烷偶聯劑16份；
t-400纖維：16份；
五水合硝酸鉍：21份；
胍類聚合物7份；所述胍類聚合物為丙酸聚六亞甲基胍及其衍生物；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為100微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為250微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為120微米；
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為19mm，直徑為13um。
進一步的所述竹子的預燒溫度為450℃，時間為1h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為920℃，時間為55min。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至150℃，投入溫度為3℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫2min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層（未標註）。
將本發明製備得到密度為1g/cm2、厚度為25mm的木材，彈性模量為30940mpa，靜曲強度151mpa、煮沸內結合強度0.45mpa。
實施例4
一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：25份；
竹炭粉：18份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：13份；
聚烯烴彈性體：5份；
矽烷偶聯劑11份；
t-400纖維：19份；
五水合硝酸鉍：17份；
胍類聚合物9份；所述胍類聚合物為葡萄糖酸聚六亞甲基胍及其衍生物；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為140微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為350微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為150微米；
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為16mm，直徑為18um。
進一步的所述竹子的預燒溫度為490℃，時間為1.2h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1000℃，時間為68min。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至148℃，投入溫度為2.2℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫3.5min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層（未標註）。
將本發明製備得到密度為1g/cm2、厚度為25mm的木材，彈性模量為33910mpa，靜曲強度193mpa、煮沸內結合強度0.25mpa。
實施例5
一種高硬度輕比重裝飾材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數為：
蛇紋木粉：28份；
竹炭粉：22份；
低浮纖無鹼性長切玻璃纖維：16份；
聚烯烴彈性體：7份；
矽烷偶聯劑14份；
t-400纖維：21份；
五水合硝酸鉍：20份；
胍類聚合物11份；所述胍類聚合物為鹽酸聚六亞甲基雙胍及其衍生物；
所述蛇紋木粉為蛇紋木製造產品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為120微米；
所述竹炭粉為竹子經預燒、研磨、酸洗、煅燒後得到的粉末，顆粒度大小為280微米；
所述t-400纖維的顆粒度大小為130微米；
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的長度為14mm，直徑為13um。
進一步的所述竹子的預燒溫度為490℃，時間為1.2h；酸洗為採用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1000℃，時間為68min。
進一步的，所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維的製備方法為將無鹼連續玻纖加熱至142℃，投入溫度為2.7℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫4.5min，乾燥後獲得所述低浮纖無鹼性長切玻璃纖維。
進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特製的滾花機在經過表面處理的板材表面高溫壓製出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。
進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐塗層（未標註）。
將本發明製備得到密度為1g/cm2、厚度為25mm的木材，彈性模量為32210mpa，靜曲強度194mpa、煮沸內結合強度0.20mpa。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。需注意的是，本發明中所未詳細描述的技術特徵，均可以通過任一現有技術實現。