專利名稱：一年生植物纖維水泥復合板的制備方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料制造領域，涉及對植物纖維水泥復合板生產方法的改進，特別適用于以一年生植物的纖維制造水泥復合板。本發明的內容是對申請人于1988年6月23日提出的CN88105291.4-4專利申請的后續申請。
使用植物纖維及其碎粒與水泥混合經加壓成形制造板材在國內外已經有幾十年歷史了。迄今為止實現工業化生產的都是使用木質纖維，即多年生植物纖維。例如水泥刨花板的生產已有50多年，使用木材的刨花、碎粒、鋸末等為原料，產品兼有木質刨花板和水泥板的雙重優點，故為很多國家所重視，一度發展很快。但近些年來發展逐漸慢下來，主要原因是第一、對于木材原料短缺的國家和地區，使這類產品發展受到限制。第二、并非所有的木材都適用于制造水泥刨花板，事實上僅有少數樹種適于制造水泥復合板，其原因在于木纖維中的半纖維素、淀粉和其他萃取物在水泥形成的堿性溶液中(PH大于等于12)可水解為糖對水泥產生強烈的阻凝作用。對于硅酸鹽水泥，當糖的濃度僅為水泥重量的幾萬分之一時即可產生明顯的緩凝效果，而1%水泥重量的糖將使水泥幾乎完全停止凝固。解決的辦法有以下兩種一是選擇一些含有阻凝物質較少的樹種為原料，并加入適量的礦化劑例如氯化物、硝酸鹽等以降低木纖維阻凝析出物的作用，目前工業生產中主要采用此法，適用樹種有圓柏、側柏、冷杉、云杉、香椿、楊樹等，常用的礦化劑有氯化鈣、氯化鎂等。這種方法的缺點是可選用的木材原料選擇范圍小，而且礦化劑的礦化作用有限，其添加量過多時使生產成本大幅度提高。解決木纖維析出物阻凝問題的第二種方法是對纖維中的阻凝成分事先予以排除，例如美國專利申請US2504579提出用氨氣或氨水處理木纖維再用水漂洗的方法，由于該方法的高成本、高污染事實上無法工業化使用。至于中國專利申請CN85108058A中提出的使用通過堿性作用的活化劑活化的細磨水硬性高爐礦渣為粘結劑代替硅酸鹽水泥，即更換粘結劑，這種方法所生產的產品已經不是水泥復合板了。以上所述的都是多年生植物纖維，對于一年生植物來說，其對于硅酸鹽水泥的阻凝成分含量比多年生植物高幾倍到十幾倍，因此上述兩種方法對這類纖維都不適用，自木材水泥刨花板問世近60年以來，一年生植物纖維水泥復合板至今未找到以可以接受的成本投入工業化生產的適宜方法，目前仍是各國致力于研究解決的難題。
本發明的目的是提供一種以新的方法克服植物纖維的析出物對水泥的阻凝作用的生產水泥復合板的方法，特別是提供一種以一年生植物為原料制造水泥復合板材的工藝簡便、成本低廉、便于推廣的新方法。
本發明的技術解決方案是一種以植物纖維為增強材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘結材料的植物纖維水泥復合板的制備方法，其工藝過程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、預壓、壓制、烘干、后處理各工序，其特征在于，(1)、制板原料的混合通過兩次攪拌完成，第一次攪拌時把經過破碎篩選后符合一定尺寸要求的植物纖維與適量的氧化鈣粉劑、適量的氯化物和水放入攪拌機共同攪拌一定時間，第二次攪拌時向攪拌機內加入適量的水泥與第一次攪拌后被由氧化鈣和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化鈣的粘稠液體浸潤包裹的植物纖維攪拌均勻，(2)、上述過程中，所用的各組分的重量以下述方法確定，植物纖維的重量為干板重量的20～35%;植物纖維對水泥的重量比值為0.3～0.5;氧化鈣對植物纖維的重量比值為0.4～0.6;氯化物對氧化鈣的重量比值為0.3～0.5;所用水的總量按下式確定W＝K(C+L)+(P-M)F，式中W所需加入的水的總重量(公斤);K按板材厚度確定的系數，其取值范圍是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化鈣的重量(公斤);P按植物纖維種類確定的系數，其取值范圍是0.3～0.45;M植物纖維的含濕量(百分數);F所用植物纖維的重量(公斤)。
本發明在解決植物纖維析出物的阻凝作用這個問題時采用與現有技術截然不同的新的途徑，即設法把植物纖維與水泥隔離開，使析出物大大減少而且難以影響水泥的凝結。當把植物纖維與氧化鈣、氯化物，例如氯化鈣以及水混合攪拌時，氧化鈣與氯化鈣會生成粘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于析出并降低活性。經過這種處理的植物纖維再與水泥拌合時，植物纖維難以與堿性液體直接接觸，因而大大減少了其中淀粉、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。這種方法不需要事先排除植物纖維的任何成分，也不需要使用大量的礦化劑，而主要通過隔離或者叫包裹處理使植物纖維的阻凝作用得到有效的抑制。
基于上述發明構思，本發明提供一種目前唯一能以低的成本工業化生產一年生植物纖維水泥復合板的方法。一種以植物纖維為增強材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘結材料的植物纖維水泥復合板的制備方法，其工藝過程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、預壓、壓制、烘干、后處理各工序，其特征在于，(1)、所采用的植物纖維是用一年生植物為原料所取得，例如麻桿、棉桿、玉米桿(芯)、向日葵桿(盤、殼)煙桿、麥桿、蘆葦、茅草桿、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、中藥渣、麻屑、谷桿、高梁桿、豆桿、木棉屑、椰子殼、廢竹纖維等，(2)、制板原料的混合通過兩次攪拌完成，第一次攪拌時把經過破碎篩選后符合一定尺寸要求的植物纖維與適量的氧化鈣粉劑、適量的氯化物和水放入攪拌機共同攪拌一定時間，第二次攪拌時攪拌機內加入適量的水泥與第一次攪拌后被由氧化鈣和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化鈣的粘稠液體浸潤包裹的植物纖維攪拌均勻，(3)、上述過程中，所用的各組分的重量以下述方法確定，植物纖維的重量為干板重量的20～35%;植物纖維對水泥的重量比值為0.3～0.5;氧化鈣對植物纖維的重量比值為0.4～0.6;氯化物對氧化鈣的重量比值為0.3～0.5;所用水的總量按下式確定W＝K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的總重量(公斤);K按板材厚度確定的系數，其取值范圍是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化鈣的重量(公斤);P按植物纖維種類確定的系數，其取值范圍是0.3～0.45;M植物纖維的含濕量(百分數);F所用植物纖維的重量(公斤)。
本發明的主要優點是第一、大大拓寬了原料來源的范圍，不僅各種木材下腳料可以采用，特別是可以采用一年生的各種植物例如農作物的廢棄物，變廢為寶，降低原料成本。第二、工藝簡便，生產成本低。第三、產品性能好。該板材強度適中，保溫、隔音、耐熱、耐水、耐磨、耐蟲，能進行釘、鋸、刨、擰螺釘以及其它機械加工，并可進行各種表面裝飾。
下面對本發明作進一步說明并給出實施例。做為原料的一年生植物需要經機械破碎和篩選達到適合的形態，其厚度為0.5-1.5毫米，長度為1-30毫米，寬度為0.2-5毫米。在篩選時應將明顯腐爛變質的部分挑出。篩選好的纖維應在一種含有氯氧化鈣的粘液中進行包裹處理，該粘液由氧化鈣和氯化物的水溶液攪拌形成，所謂氯化物可以是下列物質之一氯化鈣、氯化鎂、氯化銨。植物纖維在上述粘液中攪拌時一方面會產生礦化作用降低阻凝成分的活性，更主要的是被粘液堵塞包裹。攪拌時環境溫度應在5℃以上。攪拌的時間越長效果越好，實驗中發現，一般攪拌4～8分鐘已可滿足生產要求。第一次攪拌后再向攪拌機內加水泥并繼續拌合均勻，一般可以攪拌4～6分鐘。在混合攪拌中，加入的水的數量會對板材的質量產生較大的影響，因此要加以控制。經過實驗得出的經驗公式W＝K(C+L)+(P-M)F是計算用水量的公式。其中系數K根據制得的成品板材厚度選定。本發明方法可制6～80mm板材，常用厚度是6～22mm。當板厚δ＝6～12mm時，取K＝0.36;δ＝40～80mm時，取K＝0.33;δ＝12～40mm時K取中間值。系數P是根據植物纖維種類確定的。對于軟質材料例如軟木或麻桿類，P取0.45;對于硬質材料例如硬木或椰子殼類，P取0.3;其他材料P取中間值。制板原料的混合工作完成后就可以開始壓板的工序。自此以后的工序與現有技術并無本質的區別，它們包括鋪裝、預壓、壓制、烘干和后處理。鋪裝可以采用氣流鋪裝或機械鋪裝，經預壓使板坯壓實具有足夠的強度以便進行板坯運輸。壓制一般采用冷壓，采用單層壓機常溫壓制，壓力16～35kg/cm2，保壓10～20分鐘。
為了提高板材的早期強度，可以在原料中加入早強劑例如硫酸鋁、石膏等，重量為水泥重量的2%～5%，在第二次攪拌時加入。根據板材不同用途的要求還可以在第二次攪拌時加入少量膠粘劑，例如水玻璃、尿醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺、乳化聚脂、環氧樹脂、合成樹脂乳液等，其重量為植物纖維重量的2%～8%。對于摻加膠粘劑的水泥復合板可采用熱壓，此時可生產6mm的板材。壓力30～50kg/cm2保壓6～20分鐘。熱壓的溫度視膠粘劑的性質而定，見下表膠粘劑種類 熱壓溫度三聚氰胺 120℃～130℃尿醛樹脂 120℃～150℃酚醛樹脂 150℃～170℃乳化聚脂或環氧樹脂 70℃～100℃經壓制后的板材送入窖式烘房，在70～90℃烘干6～12小時，使復合板初步硬化，然后常溫堆放15～28天，再進行剪裁等后處理。
實施例1將破碎篩選好的玉米桿1.4公斤，氯化鈣0.23公斤，生石灰粉0.6公斤，水1.6公斤放入攪拌機共同攪拌約5分鐘，然后加入硅酸鹽水泥3公斤，水玻璃0.226公斤(含硬化劑氟硅酸鈉0.026公斤)再攪拌4分鐘停機，倒出鋪裝成48×48×3cm的毛坯，預壓后在壓力32kgf/cm2時壓制15分鐘，取出放入烘箱在70～80℃環境中烘6小時，拆去模具常溫下放置28天。經鋸邊后測得容重為1220kg/m3，靜曲強度9.6MPa，厚度膨脹率1.2%，含水7.3%，經-18℃18次凍融，剩余靜曲強度為7.5MPa。
實施例2加工好的麻桿2公斤，氧化鈣0.9公斤，氯化鈣0.28公斤，水2公斤共同攪拌4分鐘，再加入425號硅酸鹽水泥3公斤，攪拌5分鐘，鋪成48×48×8cm的板坯，預壓后，在壓力為25公斤/cm2下常溫壓制15分鐘，在70～90℃的烘房烘烤6小時脫模，常溫固化28天，制得48×48×1.9cm的板材。其容量為1180公斤/米3，35℃溫水浸泡4小時后厚度膨脹率2.3%，靜彎曲強度平均為11MPa，撥釘力43.8公斤(釘直徑2毫米、釘入深度14毫米)，抗拉強度為6.6MPa，抗壓強度7.5MPa～10MPa。
在很多情況下，可以用氫氧化鈣代替氧化鈣，其用量與使用氧化鈣時相同或略多些。盡管使用氧化鈣的效果要優于氫氧化鈣，但氧化鈣很容易潮解生成氫氧化鈣，因此在大規模生產時使用氫氧化鈣有現實意義。
權利要求
1.一種以植物纖維為增強材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘結材料的植物纖維水泥復合板的制備方法，其工藝過程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、預壓、壓制、烘干、后處理各工序，其特征在于，(1)、制板原料的混合通過兩次攪拌完成，第一次攪拌時把經過破碎篩選后符合一定尺寸要求的植物纖維與適量的氧化鈣粉劑、適量的氯化物和水放入攪拌機共同攪拌一定時間，第二次攪拌時向攪拌機內加入適量的水泥與第一次攪拌后被由氧化鈣和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化鈣的粘稠液體浸潤包裹的植物纖維攪拌均勻，(2)、上述過程中，所用的各組分的重量以下述方法確定，植物纖維的重量為干板重量的20～35%；植物纖維對水泥的重量比值為0.3～0.5；氧化鈣對植物纖維的重量比值為0.4～0.6；氯化物對氧化鈣的重量比值為0.3～0.5；所用水的總量按下式確定W=K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的總重量(公斤)；K按板材厚度確定的系數，其取值范圍是0.33～0.36；C所用水泥的重量(公斤)；L所用氧化鈣的重量(公斤)；P按植物纖維種類確定的系數，取值范圍是0.3～0.45；M植物纖維的含濕量(百分數)；F所用植物纖維的重量(公斤)。
2.一種以植物纖維為增強材料，以水泥特別是硅酸鹽水泥為粘結材料的植物纖維水泥復合板的制備方法，其工藝過程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、預壓、壓制、烘干、后處理各工序，其特征在于，(1)、所采用的植物纖維是用一年生植物為原料所取得，例如麻桿、棉桿、玉米桿(芯)、向日葵桿(盤、殼)煙桿、麥桿、蘆葦、茅草桿、甘蔗渣、地瓜秧、稻草(殼)、花生殼、中藥渣、麻屑、谷桿、高粱桿、豆桿、木棉屑、椰子殼、廢竹纖維等，(2)、制板原料的混合通過兩次攪拌完成，第一次攪拌時把經過破碎篩選后符合一定尺寸要求的植物纖維與適量的氧化鈣粉劑，適量的氯化物和水放入攪拌機共同攪拌一定時間，第二次攪拌時向攪拌機內加入適量的水泥與第一次攪拌后被由氧化鈣和氯化物的水溶液所生成的包含氯氧化鈣的粘稠液體浸潤包裹的植物纖維攪拌均勻，(3)、上述過程中，所用的各組分的重量以下述方法確定，植物纖維的重量為干板重量的20～35%;植物纖維對水泥的重量比值為0.3～0.5;氧化鈣對植物纖維的重量比值為0.4～0.6;氯化物對氧化鈣的重量比值為0.3～0.5;所用水的總量按下式確定W＝K(C+L)+(P-M)F式中W所需加入的水的總重量(公斤);K按板材厚度確定的系數，其取值范圍是0.33～0.36;C所用水泥的重量(公斤);L所用氧化鈣的重量(公斤);P按植物纖維種類確定的系數，其取值范圍是0.3～0.45;M植物纖維的含濕量(百分數);F所用植物纖維的重量(公斤)。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所說的氯化物可以是下列物質之一氯化鈣、氯化鎂、氯化銨。
4.根據權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，第一次攪拌的時間為4～8分鐘，第二次攪拌的時間為4～6分鐘。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，在第二次攪拌時可按板材用途加入少量膠粘劑，其重量為植物纖維重量的3%～10%。
全文摘要
一年生植物纖維水泥復合板的制備方法，以植物纖維特別是一年生植物纖維為增強材料，以水泥為粘結劑，通過對植物纖維的包裹處理，克服了其中各種析出物對水泥的阻凝作用，經壓制成型。該材料強度適中，保溫、隔音、耐熱、耐水、耐腐、耐蟲，能進行釘、鋸、擰木螺絲等機械加工，并可進行各種表面裝飾、可廣泛地用于建筑、采礦行業。
文檔編號C04B16/02GK1066018SQ9210436
公開日1992年11月11日 申請日期1992年6月12日 優先權日1992年6月12日
發明者鄒惟前, 邱昌蘭, 鄭鳴鹿, 楊清泉 申請人:山東建筑材料工業學院