碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板制备及性能研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:rentianyou123
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为了应对我国林业资源中大经级木材原料短缺问题,人造板产业蓬勃发展,目前用于人造板制造的普通木质原料也逐渐呈现供不应求的态势。另外,一般的木质原料属于易燃物,这在实际应用中限制了其使用范围。针对三大传统人造板中纤维板原料短缺、易燃等问题,本文在常规干法纤维板制造工艺的基础上,选择用碳酸钙替代部分木纤维,制备复合地板基材用碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板。首先探索了碳酸钙添加方式、添加比例及板材密度等参数对纤维板物理力学性能的影响,针对碳酸钙与木纤维之间相容性较差的情况,利用偶联剂进行界面调控,并研究了优化工艺后制备的碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板的阻燃性能。主要研究内容与结果如下:(1)探索碳酸钙添加方式、碳酸钙粒径、碳酸钙添加比例及板材密度等参数对纤维板性能的影响。首先对与碳酸钙混合的树脂进行表征分析,发现碳酸钙与树脂混合后两者并未发生化学反应,但树脂固化起始温度向低温方向偏移,树脂的热稳定性也有一定提升。通过观察板材表面质量和测量板材的物理力学性能,发现碳酸钙与树脂混合施加效果更佳,碳酸钙粒径对纤维板性能影响很小。进一步研究碳酸钙替代木纤维比例和纤维板密度对纤维板性能的影响,结果表明碳酸钙加入会导致纤维板弯曲性能显著下降,但内结合强度会随着碳酸钙替代比例的提高呈先降后升的趋势。通过对纤维板化学基团和热稳定性等进行表征分析,发现碳酸钙在纤维板内部并未与木纤维和树脂发生反应,但随着碳酸钙替代比例的增加,纤维板的热稳定性显著提高。(2)改善碳酸钙与木纤维界面相容性,降低碳酸钙对纤维板性能的负面影响。以碳酸钙替代比例为30%,密度为900kg·m-3的纤维板作为改性对象,将偶联剂添加方式、偶联剂类型及具体型号作为变量,通过测量改性后板材的物理力学性能,得出如下结论:钛酸酯类偶联剂会导致纤维板防水防潮性能严重下降,不适合用于改善材料间的界面相容性;在施胶前将偶联剂喷洒在木纤维表面的偶联剂添加方式对应的改性效果更好;KH-560是偶联剂中改性效果最好的型号。经过KH-560改性处理后,纤维板内结合强度从1.13 MPa提高至1.37 MPa,24 h吸水厚度膨胀率由6.1%降低至5.6%。对改性后的纤维板进行表征分析,发现改性后纤维板内碳酸钙与木纤维通过KH-560发生接枝反应,两者界面相容性得到增强,木纤维在施胶后可与树脂混合物中的碳酸钙产生更紧密的结合。(3)基于(2)中的偶联剂及偶联剂添加方式,对纤维板热压工艺参数进行优化,进一步提高碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板的物理力学性能,并测试评估其阻燃性能。以热压时间、热压压力、铺装前纤维含水率、施胶量、偶联剂比例为变量,进行五因素四水平正交试验,通过比较制备的纤维板的物理力学性能,找出最优的纤维板热压工艺。试验结果表明,纤维板的最佳热压工艺为:热压时间8 min、热压压力4 MPa、铺装前纤维含水率8-9%、施胶量14%、偶联剂比例1%。在锥形量热测试中,相比于不含碳酸钙的纤维板,碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板在燃烧过程的总质量损失率减少约26%,总热释放量减少约33%,总烟释放量减少约48%,总CO生成量下降约63%。在氧指数和垂直燃烧测试中,碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板的极限氧指数为27.34%,阻燃级别达到V-0级别,具有优异的阻燃性能。经过计算,碳酸钙/木纤维复合高密度纤维板相比普通纤维板原料成本下降约8.5%,具有广阔的发展前景。
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