一种高韧性木材材料 |
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| 申请号 | CN201710605034.7 | 申请日 | 2017-07-24 | 公开(公告)号 | CN107227036A | 公开(公告)日 | 2017-10-03 |
| 申请人 | 龙门县品汐竹木制品有限公司; | 发明人 | 王历文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种高韧性木材材料，由复合芯板和强化板贴合而成，所述复合芯板的原料及各原料的重量份数为：混合木粉：22‑34份；慈竹粉：16‑29份；无 碱 性短切玻璃 纤维 ：11‑19份；高 密度 聚乙烯：4‑9份；动物骨粉9‑16份；聚苯并双噁唑纤维：16‑23份；甘露醇：17‑21份； 钛 酸酯 偶联剂 7‑15份；所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经 研磨 成的粉末后等 质量 比例混合，颗粒度大小为500‑750微米；所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、 酸洗 、 煅烧 后得到的粉末，颗粒度大小为250‑450微米；所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为120‑160微米；所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为500‑750um。本发明能够具备有良好的 耐磨性 能，而且还能具备有高韧性，结构简单，使用寿命长。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高韧性木材材料，由复合芯板和强化板贴合而成，其特征在于，所述复合芯板的原料及各原料的重量份数为： |
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| 说明书全文 | 一种高韧性木材材料技术领域[0001] 本发明涉及木材技术领域，尤其是涉及一种高韧性木材材料。 背景技术[0002] 木塑复合材料是由木质或其他纤维素材料和热塑性塑料统配温成型加工制成的复合材料，虽然其优点众多，但中国的木塑产品在应用方面仍存在一定的局限性和缺陷。木塑产品在使用过程中存在力学强度不够、耐热性能不佳，及热膨胀系数大等缺陷，作为地面铺板等用材时，材料的摩擦学性能尚不理想。为改善上述局限性并弥补缺陷，同时扩大替代木制产品的优势， 研发高填充量植物纤维、高性能木塑复合材料产品将是企业和市场的主导方向。 [0003] 目前，玻璃纤维在木塑复合材料中的研究和应用较少，有关其性能的研究报迫尚不多见，而结合材料的实际工况进行的相关研究报道更为鲜见。 [0004] 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明提供一种采用玻璃纤维的高韧性木材材料，本发明能够具备有良好的耐磨性能，而且还能具备有高韧性，结构简单，使用寿命长。 [0006] 本发明的技术方案为：一种高韧性木材材料，由复合芯板和强化板贴合而成，所述复合芯板的原料及各原料的重量份数为：混合木粉：22-34 份； 慈竹粉：16-29 份； 无碱性短切玻璃纤维：11-19份； 高密度聚乙烯：4-9份； 动物骨粉 9-16份； 聚苯并双噁唑纤维：16-23 份； 甘露醇：17-21 份； 钛酸酯偶联剂 7-15份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为500-750微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为250-450微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为120-160微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为500-750um。 [0007] 进一步的，所述复合芯板的原料及各原料的重量份数为：混合木粉：25-28份； 慈竹粉：18-22 份； 无碱性短切玻璃纤维：13-16份； 高密度聚乙烯：5-7份； 动物骨粉 11-14份； 聚苯并双噁唑纤维：19-21 份； 甘露醇：17-20 份； 钛酸酯偶联剂 9-11份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为600-700微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为280-350微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为130-150微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为550-650um。 [0008] 更进一步的，所述复合芯板的原料及各原料的重量份数为：混合木粉：27份； 慈竹粉：20 份； 无碱性短切玻璃纤维：15份； 高密度聚乙烯：6份； 动物骨粉 12份； 聚苯并双噁唑纤维：20 份； 甘露醇：19 份； 钛酸酯偶联剂 10份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为650微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为320微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为135微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为600um。 [0010] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为5-8mm，直径为13-18um。 [0011] 进一步的，所述动物骨粉为鸡骨粉、猪骨粉、牛骨粉、羊骨粉、鱼骨粉中的任一种或两种的混合物。 [0012] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在0.5mol/L-2.5mol/L的小苏打水中浸泡1.5-3h后沥干，控制反应温度25-37℃、料水比1:5-1:8、加酶量500-900U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应40-60min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0013] 进一步的所述慈竹的预烧温度为450-530℃，时间为1-1.5h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为920-1050℃，时间为55-70min。 [0014] 进一步的，所述强化板包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板的外层强化板。 [0015] 进一步的，所述强化板与复合芯板之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0016] 在众多植物中，竹材的生长周期短且资源丰富，而四川地区的竹资源尤为丰富。竹材性能优异，但由于其特殊的生长结构，利用率不高。将竹材运用于木塑复合材料中，不仅可以替代木材并提高其利用率，高填充量的竹纤维连可以进一步地降低木塑复合材料的成本。 [0017] 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有耐高温、机械强度高且硬度大等特点，选择玻璃纤维作为木塑复合材料的改性填料，一方面在于纤维材料对复合材料的增强效果比颗粒状无机填料的好；另一方面是希望能利用玻璃纤维的特性弥补木塑复合材料在应用过程中易于出现的缺陷，使复合材料在具有良好性能的同时，降低材料的生产成本。此外，根据纤维的增强原理，只有纤维长度在临界长度以上时才能充分发挥纤维的增强作用。在成型工艺允许的条件下，选择较长的玻璃纤维增强复合材料时，增强效果更为明显。 [0018] 本发明通过混合木粉、慈竹粉、无碱性短切玻璃纤维的协效复配作用，形成高韧性的空间排布结构以及规则层状结构，再通过甘露醇、钛酸酯偶联剂的作用增强其连接强度。通过对本发明断面形貌的观察，各组分的相界面模糊，存在包裹与被包裹的连接方式，同时还存在部分孔洞，说明甘露醇、钛酸酯偶联剂可有效改善混合木粉与慈竹粉、无碱性短切玻璃纤维之间的界面结合，但粒径较大的纤维之间容易搭桥，使得纤维与纤维之间以及纤维与基体之间易产生孔隙，进而减弱了结合力的作用，因此本发明中通过采用不同粒径的纤维搭配，避免材料在受力时产生应力集中的现象。 [0019] 本发明提供一种采用玻璃纤维的高韧性木材材料，本发明能够具备有良好的耐磨性能，而且还能具备有较高 的强度，结构简单，使用寿命长。 [0020] 本发明在木材原料中加入了混合木粉，可以很好的利用速生材加工的下脚料，并且通过本发明的配方显著增强其物理性能，使得原材料成本较低，有利于推广应用。 [0021] 本发明采用煅烧后的慈竹粉末与混合木粉末配合，可以避开其易开裂、出油、易溶、受温度湿度影响大的缺点，更好的发挥混合木粉的性能优点。 [0023] 图1为本发明的结构示意图。 [0024] 具体实施方式[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 实施例1一种高韧性木材材料，由复合芯板1和强化板2贴合而成，所述复合芯板1的原料及各原料的重量份数为： 混合木粉：27份； 慈竹粉：20 份； 无碱性短切玻璃纤维：15份； 高密度聚乙烯：6份； 动物骨粉 12份； 聚苯并双噁唑纤维：20 份； 甘露醇：19 份； 钛酸酯偶联剂 10份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为650微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为320微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为135微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为600um。 [0027] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为6mm，直径为15um。 [0028] 进一步的，所述动物骨粉为鱼骨粉。 [0029] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在1.5mol/L的小苏打水中浸泡2h后沥干，控制反应温度30℃、料水比1:7、加酶量700U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应50min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0030] 进一步的所述慈竹的预烧温度为480℃，时间为1.2h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为970℃，时间为62min。 [0031] 进一步的，所述强化板2包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板1的外层强化板2。 [0032] 进一步的，所述强化板2与复合芯板1之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0033] 将本发明制备得到密度为1g/cm2、厚度为25mm的木材，弹性模量为34750 MPa ，静曲强度174MPa、煮沸内结合强度0.35MPa。 [0034] 在众多植物中，竹材的生长周期短且资源丰富，而四川地区的竹资源尤为丰富。竹材性能优异，但由于其特殊的生长结构，利用率不高。将竹材运用于木塑复合材料中，不仅可以替代木材并提高其利用率，高填充量的竹纤维连可以进一步地降低木塑复合材料的成本。 [0035] 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有耐高温、机械强度高且硬度大等特点，选择玻璃纤维作为木塑复合材料的改性填料，一方面在于纤维材料对复合材料的增强效果比颗粒状无机填料的好；另一方面是希望能利用玻璃纤维的特性弥补木塑复合材料在应用过程中易于出现的缺陷，使复合材料在具有良好性能的同时，降低材料的生产成本。此外，根据纤维的增强原理，只有纤维长度在临界长度以上时才能充分发挥纤维的增强作用。在成型工艺允许的条件下，选择较长的玻璃纤维增强复合材料时，增强效果更为明显。 [0036] 本发明通过混合木粉、慈竹粉、无碱性短切玻璃纤维的协效复配作用，形成高韧性的空间排布结构以及规则层状结构，再通过甘露醇、钛酸酯偶联剂的作用增强其连接强度。通过对本发明断面形貌的观察，各组分的相界面模糊，存在包裹与被包裹的连接方式，同时还存在部分孔洞，说明甘露醇、钛酸酯偶联剂可有效改善混合木粉与慈竹粉、无碱性短切玻璃纤维之间的界面结合，但粒径较大的纤维之间容易搭桥，使得纤维与纤维之间以及纤维与基体之间易产生孔隙，进而减弱了结合力的作用，因此本发明中通过采用不同粒径的纤维搭配，避免材料在受力时产生应力集中的现象。 [0037] 本发明提供一种采用玻璃纤维的高韧性木材材料，本发明能够具备有良好的耐磨性能，而且还能具备有较高 的强度，结构简单，使用寿命长。 [0038] 本发明在木材原料中加入了混合木粉，可以很好的利用速生材加工的下脚料，并且通过本发明的配方显著增强其物理性能，使得原材料成本较低，有利于推广应用。 [0039] 本发明采用煅烧后的慈竹粉末与混合木粉末配合，可以避开其易开裂、出油、易溶、受温度湿度影响大的缺点，更好的发挥混合木粉的性能优点。 [0040]实施例2 一种高韧性木材材料，由复合芯板1和强化板2贴合而成，所述复合芯板1的原料及各原料的重量份数为： 混合木粉：22 份； 慈竹粉： 29 份； 无碱性短切玻璃纤维：11份； 高密度聚乙烯： 9份； 动物骨粉 9份； 聚苯并双噁唑纤维：16 份； 甘露醇： 21 份； 钛酸酯偶联剂 7份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为500微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为450微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为160微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为750um。 [0041] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为8mm，直径为18um。 [0042] 进一步的，所述动物骨粉为鸡骨粉。 [0043] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在2.5mol/L的小苏打水中浸泡3h后沥干，控制反应温度37℃、料水比1:8、加酶量900U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应60min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0044] 进一步的所述慈竹的预烧温度为530℃，时间为1.5h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为1050℃，时间为70min。 [0045] 进一步的，所述强化板2包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板1的外层强化板2。 [0046] 进一步的，所述强化板2与复合芯板1之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0047] 将本发明制备得到密度为1g/cm2、厚度为25mm的木材，弹性模量为27200MPa ，静曲强度133MPa、煮沸内结合强度0.40MPa 。 [0048]实施例3 一种高韧性木材材料，由复合芯板1和强化板2贴合而成，所述复合芯板1的原料及各原料的重量份数为： 混合木粉：34 份； 慈竹粉：16 份； 无碱性短切玻璃纤维： 19份； 高密度聚乙烯：4份； 动物骨粉 16份； 聚苯并双噁唑纤维：16 份； 甘露醇： 21 份； 钛酸酯偶联剂 7份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为750微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为250微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为120微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为500um。 [0049] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为5mm，直径为13um。 [0050] 进一步的，所述动物骨粉为猪骨粉、鱼骨粉中的任一种或两种的混合物。 [0051] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在0.5mol/L的小苏打水中浸泡1.5h后沥干，控制反应温度25℃、料水比1:5、加酶量500U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应40min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0052] 进一步的所述慈竹的预烧温度为450℃，时间为1h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为920℃，时间为55min。 [0053] 进一步的，所述强化板2包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板1的外层强化板2。 [0054] 进一步的，所述强化板2与复合芯板1之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0055] 将本发明制备得到密度为1g/cm2、厚度为25mm的木材，弹性模量为29680MPa ，静曲强度145MPa、煮沸内结合强度0.40MPa 。 [0056]实施例4 一种高韧性木材材料，由复合芯板1和强化板2贴合而成，所述复合芯板1的原料及各原料的重量份数为： 混合木粉：25份； 慈竹粉：18 份； 无碱性短切玻璃纤维：13份； 高密度聚乙烯：5份； 动物骨粉 11份； 聚苯并双噁唑纤维：19 份； 甘露醇：17 份； 钛酸酯偶联剂 9份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为600微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为350微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为150微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为650um。 [0057] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为8mm，直径为18um。 [0058] 进一步的，所述动物骨粉为猪骨粉、牛骨粉两种的混合物。 [0059] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在1.5mol/L的小苏打水中浸泡2.2h后沥干，控制反应温度35℃、料水比1:6、加酶量600U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应50min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0060] 进一步的所述慈竹的预烧温度为490℃，时间为1.2h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为1000℃，时间为68min。 [0061] 进一步的，所述强化板2包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板1的外层强化板2。 [0062] 进一步的，所述强化板2与复合芯板1之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0063] 将本发明制备得到密度为1g/cm2、厚度为25mm的木材，弹性模量为27470MPa ，静曲强度116MPa 、煮沸内结合强度0.20MPa 。 [0064]实施例5 一种高韧性木材材料，由复合芯板1和强化板2贴合而成，所述复合芯板1的原料及各原料的重量份数为： 混合木粉： 28份； 慈竹粉： 22 份； 无碱性短切玻璃纤维： 16份； 高密度聚乙烯： 7份； 动物骨粉 14份； 聚苯并双噁唑纤维： 21 份； 甘露醇： 20 份； 钛酸酯偶联剂 11份； 所述混合木粉为杨木、柳木、桉木、楸木、梧桐制造产品时的下脚料，经研磨成的粉末后等质量比例混合，颗粒度大小为700微米； 所述慈竹粉为慈竹经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为280微米； 所述聚苯并双噁唑纤维的颗粒度大小为650微米； 所述动物骨粉为粉末颗粒，颗粒度大小为550um。 [0065] 进一步的，所述无碱性短切玻璃纤维的长度为5mm，直径为13um。 [0066] 进一步的，所述动物骨粉为鸡骨粉、羊骨粉两种的混合物。 [0067] 进一步的，所述动物骨粉的制备方法为将骨原料清洗干净，在1.5mol/L的小苏打水中浸泡2.2h后沥干，控制反应温度35℃、料水比1:6、加酶量600U/g 加入中性蛋白酶进行酶解反应50min，反应结束后灭酶，对酶解产物进行喷雾干燥，再通过网筛过滤得到动物骨粉终产物。 [0068] 进一步的所述慈竹的预烧温度为490℃，时间为1.2h ；酸洗为采用0.01M硫酸浸泡；煅烧的温度为1000℃，时间为68min。 [0069] 进一步的，所述强化板2包括聚氯乙烯－纤维增强板，所述聚氯乙烯－纤维增强板为PVC－FRP增强版，具有承载力高、延性和耐久性好、质量轻等优点，非常适合作为复合芯板1的外层强化板2。 [0070] 进一步的，所述强化板2与复合芯板1之间通过胶黏剂结合制备成复合木板成品。 [0071] 将本发明制备得到密度为1g/cm2、厚度为25mm的木材，弹性模量为26030MPa ，静曲强度157MPa 、煮沸内结合强度0.20MPa 。 [0072]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0073] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。 |
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