植物纖維水泥複合板熱壓生產方法
2023-10-25 09:16:22 1
專利名稱：植物纖維水泥複合板熱壓生產方法
技術領域：
本發明屬於建築材料製造領域，涉及對植物纖維水泥複合板生產方法的改進。
植物纖維水泥複合板是一種優良的建築、裝飾和家具製作材料，在中國已經被建設部列為重點推廣的材料。中國專利CN92104363.5公開了一種適用於以阻凝物質含量較高的植物纖維特別是一年生植物的纖維製造水泥複合板的方法。該專利在解決植物纖維萃取物的阻凝作用這個問題時採用新的途徑，即設法把植物纖維與水泥隔離開，使萃取物大大減少而且難以影響水泥的凝固。當把植物纖維與氧化鈣、氯化鈣以及水混合攪拌時，氧化鈣與氯化鈣會生成黏稠的包含氯氧化鈣的液體，它們對植物纖維浸潤包裹，堵塞了植物纖維的細胞孔腔，同時也使纖維中的阻凝成分難以析出並降低活性。經過這種處理的植物纖維再與水泥拌合時，植物纖維難以與鹼性液體直接接觸，因而大大減少了其中澱粉、半纖維素等水解成糖的數量，從而抑制了其阻凝作用的發揮。這種方法是使用含有萃取物數量較大的植物纖維，工業化生產水泥複合板的有效方法。但是這種方法一般採用冷壓法，其缺點是由於板坯壓製成型後水泥需要6～8小時的凝固時間，因此需要將板坯留在模具中，即在鎖模的狀態下送入烘房促進其凝固，待板坯達到一定強度後才能脫模。這樣生產的板材，使用模具的時間很長，稱之為長周期。長周期法生產中需要大批的鎖模夾具、墊板和隧道窯，投資大，增加了生產成本和難度。同時這種方法生產的板材厚度誤差較大，也不能生產較薄的板材。該專利也提到一種在添加一些膠粘劑後進行熱壓的方法，這是為了生產較薄的板材而採取的措施，用此方法可以生產最薄6毫米的板材。但是這種熱壓方法仍然需要在壓制後進行鎖模，將板坯連同模具一起放入烘房烘乾後才能脫模，仍然屬於長周期，同樣具有水泥硬化時間長、投資大、成本高的欠缺。
近十幾年來，國外出現了一種熱壓法，又稱短周期法，它將水泥硬化時間縮短到十幾分鐘，既省去大批鎖模夾具，又能保證板材的厚度均勻。芬蘭和匈牙利已經有使用該工藝方法的工廠。但是這種工藝必須使用特殊的熱壓機和模具，在壓制板坯時必須將板坯內的空氣抽出，近似真空，並向板坯內通入CO2氣體，板材的質量受板坯內的真空度、CO2氣體在板坯內分布的均勻度、熱壓機的密封程度、CO2氣體被板坯的吸收量等影響。不僅熱壓機造價高，而且CO2氣體逸出還會造成環境汙染。由於存在上述缺點，該工藝至今未能推廣。在我國，僅有某些高校在實驗室對該工藝方法進行過研究。
本發明的目的是提供一種生產植物纖維水泥複合板的熱壓方法，不需要將板坯抽真空和通CO2氣體，使用普通熱壓機，就可將壓制的植物纖維水泥複合板中的水泥硬化時間縮短到十幾分鐘左右，從而降低建廠投資和產品成本。同時能壓制更薄的板材，最薄可達4毫米，並能保證產品的厚度均勻度。
本發明的技術方案是一種植物纖維水泥複合板熱壓生產方法，以植物纖維為增強材料，以水泥特別是矽酸鹽水泥為粘合劑，其工藝步驟包括對植物原料的機械破碎和篩選工序，以及對混合好的制板原料進行鋪裝、熱壓和後處理，其特徵在於，(1)制板原料的成分和用量如下A、植物纖維，其絕乾重量佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的15～30％；B、加水量，是製成的植物纖維成品板絕乾重量的20～40％；C、氧化鈣或者氫氧化鈣，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的4～10％；D、氯化鈣或者氯化鎂，佔所加入氧化鈣或者氫氧化鈣重量的30～60％；E、碳酸鈣或者碳酸氫鈉，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的7～13％；F、水玻璃，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的4～10％；G、氟矽酸鈉，佔水玻璃重量的10～15％；H、水泥，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的50～66％；(2)制板原料的混合通過三次攪拌完成，第一次攪拌時向攪拌機內加入植物纖維、水、氧化鈣或者氫氧化鈣、氯化鈣或者氯化鎂、碳酸鈣或者碳酸氫鈉、氟矽酸鈉共同攪拌一定時間；第二次攪拌時加入水玻璃，再攪拌一定時間，待所生成的粘稠液體將植物纖維包裹均勻後，進行第三次攪拌；第三次攪拌前，加入適量水泥，經攪拌，與前兩次攪拌的物料混合均勻；(3)熱壓時的工藝參數如下熱壓溫度為90～125℃；壓力為2.0～3.5MPa；熱壓時間由下述經驗公式確定T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，
T為熱壓時間，以分鐘為單位；t為熱壓板上溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調節係數，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉佔成品板絕乾重量的百分數，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；δ是加入的水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含溼率以後計算出的總水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調節係數，以分鐘為單位，成品板厚度為4～8毫米時，ξ取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時，ξ取值為成品板實際厚度的毫米數減9；成品板厚度為19～30毫米時，ξ取值為10；(4)將熱壓後的植物纖維水泥複合板放在溫度為15～30℃、相對溼度為50～70％的環境中進行增溼處理5～7天之後，再進行鋸邊、常溫養護等後處理工序。
本發明的優點是比長周期法大大縮短了水泥複合板的硬化時間，從而節省了大量模具、夾具、墊板和窯爐，節約了投資，縮短了生產流程，降低了成本，提高了產品質量；與國外的熱壓方法相比，在保證產品質量的前提下，能節省大量的設備投資，簡化生產過程，防止環境汙染，降低產品成本。
下面對本發明方法做詳細說明。本發明方法可以採用一年生植物或者多年生植物作為植物纖維原料製造板材，一年生植物包括麻稈、棉稈、玉米稈(芯)、向日葵稈(盤、殼)、煙稈、麥稈、蘆葦、茅草稈、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、麻屑、谷稈、高粱稈、豆稈、木棉屑、椰子殼；多年生植物包括喬木、灌木、枝杈材、竹子、以及上述植物的加工剩餘物。在植物纖維的破碎、篩選、鋪裝、後處理等工藝步驟中，本發明採用了與CN92104363.5專利基本相同的方法，例如採用「包裹理論」解決植物纖維萃取物對水泥的阻凝問題。通過把植物纖維與氧化鈣、氯化鈣以及水混合攪拌，使氧化鈣與氯化鈣水溶液生成的黏稠液體，浸潤包裹植物纖維，堵塞植物纖維的細胞孔腔，使植物纖維中的阻凝成分難以析出並降低活性，從而抑制植物纖維的阻凝作用。在此，對上述相同的工藝步驟和抑制植物纖維阻凝作用的機理不再贅述。
本發明的創造性主要在於解決了縮短植物纖維複合板壓制過程中水泥凝固時間的難題，解決此問題的要點是以下三個技術關鍵一是優化制板原料的配方；二是掌握恰當的熱壓時間；三是熱壓後進行增溼處理。下面分別加以說明。
第一個技術關鍵是在制板原料中增加新成分，第一、在制板原料中加入適量的碳酸鈣或者碳酸氫鈉，與其他制板原料混合均勻，其用量是製成的植物纖維成品板絕乾重量的7～13％，在第一次攪拌時加入。第二、在制板原料中加入適量的水玻璃和氟矽酸鈉，由於水玻璃和氯化鈣水溶液混合時立即反應結塊的原因，水玻璃不能在第一次攪拌時加入，必須在第二次攪拌時單獨加入，而加入水泥則成為第三次攪拌，這樣，使制板原料的混合變為三次攪拌的過程。第一次攪拌的時間為3～7分鐘，第二次攪拌的時間為2～6分鐘，第三次攪拌的時間為4～6分鐘。氟矽酸鈉是水玻璃的硬化劑，它可以加快水玻璃的凝固速度，它可以在第一次攪拌時隨其他原料一起加入。增加的新成分的作用是，當板坯熱壓時，混合在原料中的碳酸鈣或者碳酸氫鈉受熱分解，產生大量的CO2氣體。由於碳酸鈣或者碳酸氫鈉已經與其他制板原料混合均勻，使產生的CO2氣體能與制板原料中的水泥均勻的充分接觸，由於CO2氣體對水泥的炭化作用，使水泥能夠迅速凝固。同時，加入的水玻璃在氟矽酸鈉的作用下也迅速凝固，進一步增加了板坯的初強度，使板坯很快達到滿足脫模要求的強度，實現短周期生產。
第二個技術關鍵是準確掌握熱壓時間。在短周期生產中，熱壓時間的確定是影響產品質量的關鍵問題之一。熱壓時間過長，板坯內水泥中的水分被烤乾，難以再進行水化，板材沒強度；熱壓時間過短，板坯未達到初強度，不能脫模卸板。影響熱壓時間的因素很多，經實驗，可以採用下面的經驗公式計算出適當的熱壓時間T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，T為熱壓時間，以分鐘為單位；t為上下熱壓板上的平均溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調節係數，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉佔成品板絕乾重量的百分數，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣佔成品板絕乾重量百分比，為無量綱；δ是加入的水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含溼率以後計算出的總水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調節係數，以分鐘為單位，當成品板厚度為4～8毫米時，取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時，取值為成品板實際厚度的毫米數減9；成品板厚度為19～30毫米時，取值為10。成品板厚度為19～30毫米時稱為特種厚度，壓制這類板材時，由於板坯很厚，當熱壓溫度在低限時，熱壓時間可能延長，最長可達30分鐘左右。下表給出8個實施例的熱壓時間計算實例，表中各實施例的編號對本文其他表格是通用的，例如各表中的例1都指實施例1，其餘類推。
表1熱壓時間計算表
熱壓時可以採用通用的生產人造板的熱壓機械，熱壓溫度為90～125℃，壓力為2.0～3.5Mpa。
第三個技術關鍵是熱壓後立即進行增溼處理。將熱壓後的植物纖維水泥複合板放在溫度為15～30℃、相對溼度為50～70％的環境中堆放5～7天。由於在熱壓的十幾分鐘內，板坯內的水泥雖然能夠達到脫模運輸、鋸邊所要求的初強度，但是尚未充分水化和硬化。為提高板材的後期強度，必須使水泥有充分水化的過程。增溼處理就是為了達到這個目的。
由於本發明採用了上述三項技術關鍵，使用普通的熱壓機，例如生產刨花板和纖維板的設備，也能採用短周期法生產植物纖維複合板材。對於一些陳舊的刨花板生產設備，稍加改造，也能生產合格的植物纖維複合板，這就大大節省了設備投資，降低了產品成本。
為了進一步提高板材的性能，在將混合好的制板原料鋪裝成板坯時，可以在板坯的上下表面覆蓋和/或在板坯的中間加入玻璃纖維或其織物、棉麻纖維或其織物、無紡布、金屬網、金屬片、金屬絲、洗鋼筋等加強材料，然後進行熱壓。
實施例1。配料普通矽酸鹽水泥1.7公斤，經破碎的麥草稈0.5公斤，氯化鈣0.2公斤，生石灰粉0.22公斤，碳酸鈣粉0.28公斤，水玻璃0.12公斤，氟矽酸鈉0.02公斤，水0.9公斤。操作步驟先將麥草杆、生石灰粉、碳酸鈣粉、氟矽酸鈉、氯化鈣和水放入攪拌機內攪拌5分鐘，再加入水玻璃攪拌3分鐘，再加入水泥攪拌5分鐘，自攪拌機中排出，鋪裝在塗有廢機油的A3鋼板上，板坯尺寸為48×48×3釐米，送入熱壓機熱壓，壓力3.3Mpa，溫度120℃，熱壓時間12分鐘，取出壓制好的板子，厚度10毫米，立即進行測試，初強度為2.5MPa，放入溫度為20℃，相對空氣溼度為65％的增溼箱內，放置7天後取出鋸邊，再放在常溫下28天後測試，板材密度1.31g/cm3，含水率12％，平面抗拉強度0.41MPa，靜曲強度9.6MPa，浸泡24小時後吸水厚度膨脹率2％。
由於實施例的操作步驟相同，其他的實施例以列表的方式給出原料配方、熱壓參數和性能數據。
表2實施例2～8原料配方表，重量單位為公斤。
表3實施例2～8工藝參數和性能表
*抗拉強度是平面抗拉強度。*膨脹率是水中浸泡24小時之後的吸水厚度膨脹率。
權利要求
1.一種植物纖維水泥複合板熱壓生產方法，以植物纖維為增強材料，以水泥特別是矽酸鹽水泥為粘合劑，其工藝步驟包括對植物原料的機械破碎和篩選工序，以及對混合好的制板原料進行鋪裝、熱壓和後處理，其特徵在於，(1)制板原料的成分和用量如下A、植物纖維，其絕乾重量佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的15～30％；B、加水量，是製成的植物纖維成品板絕乾重量的20～40％；C、氧化鈣或者氫氧化鈣，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的4～10％；D、氯化鈣或者氯化鎂，佔所加入氧化鈣或者氫氧化鈣重量的30～60％；E、碳酸鈣或者碳酸氫鈉，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的7～13％；F、水玻璃，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的4～10％；G、氟矽酸鈉，佔水玻璃重量的10～15％；H、水泥，佔製成的植物纖維成品板絕乾重量的50～66％；(2)制板原料的混合通過三次攪拌完成，第一次攪拌時向攪拌機內加入植物纖維、水、氧化鈣或者氫氧化鈣、氯化鈣或者氯化鎂、碳酸鈣或者碳酸氫鈉、氟矽酸鈉共同攪拌一定時間；第二次攪拌時加入水玻璃，再攪拌一定時間，待所生成的粘稠液體將植物纖維包裹均勻後，進行第三次攪拌；第三次攪拌前，加入適量水泥，經攪拌，與前兩次攪拌的物料混合均勻；(3)熱壓時的工藝參數如下熱壓溫度為90～125℃；壓力為2.0～3.5MPa；熱壓時間由下述經驗公式確定T=160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式中，T為熱壓時間，以分鐘為單位；t為熱壓板上溫度，在90～125℃之間取值；μ是植物纖維品種調節係數，在21～30之間取值，以分鐘為單位；α是碳酸鈣或者碳酸氫鈉佔成品板絕乾重量的百分數，為無量綱；β是氯化鈣或者氯化鎂佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；γ是氧化鈣或者氫氧化鈣佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；δ是加入的水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；η是考慮了植物纖維含溼率以後計算出的總水量佔成品板絕乾重量的百分比，為無量綱；ξ是板材厚度調節係數，以分鐘為單位，成品板厚度為4～8毫米時，ξ取值為-1；成品板厚度為9～18毫米時，ξ取值為成品板實際厚度的毫米數減9；成品板厚度為19～30毫米時，ξ取值為10；(4)將熱壓後的植物纖維水泥複合板放在溫度為15～30℃、相對溼度為50～70％的環境中進行增溼處理5～7天之後，再進行鋸邊、常溫養護等後處理工序。
2.根據權利要求1所述的植物纖維水泥複合板熱壓生產方法，其特徵在於，所採用的植物纖維原料可以是一年生植物或者多年生植物原料，一年生植物包括麻稈、棉稈、玉米稈(芯)、向日葵稈(盤、殼)、煙稈、麥稈、蘆葦、茅草稈、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、麻屑、谷稈、高粱稈、豆稈、木棉屑、椰子殼；多年生植物包括喬木、灌木、枝杈材、竹子、以及上述植物的加工剩餘物。
3.根據權利要求1或2所述的植物纖維水泥複合板熱壓生產方法，其特徵在於，第一次攪拌的時間為3～7分鐘，第二次攪拌的時間為2～6分鐘，第三次攪拌的時間為4～6分鐘。
4.根據權利要求3所述的植物纖維水泥複合板熱壓生產方法，其特徵在於，在將混合好的制板原料鋪裝成板坯時，可以在板坯的上下表面覆蓋和/或在板坯的中間加入玻璃纖維或其織物、棉麻纖維或其織物、無紡布、金屬網、金屬片、金屬絲、細鋼筋等，然後進行熱壓。
全文摘要
本發明屬於建築材料領域,涉及對植物纖維水泥複合板生產方法的改進。本發明在中國專利92104346.5所述的制板原料的基礎上,增加碳酸鈣或者碳酸氫鈉、水玻璃、氟矽酸鈉等原材料,經過三次攪拌混合制板原料,經熱壓制板和增溼處理等技術措施,使用生產人造板材的普通熱壓機實現短周期生產植物纖維水泥複合板,使壓制時間由6～8小時縮短到十幾分鐘。可大量節省設備投資,降低產品成本,提高產品質量。
文檔編號C04B28/26GK1224701SQ9910019
公開日1999年8月4日 申請日期1999年1月19日 優先權日1999年1月19日
發明者鄒菁 申請人:鄒菁