付曉霞，魏松艷，陳 玲，劉 冰，崔鐵花，李繼平，董曉剛，張曉光，于海媛,暴 風

(吉林省林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130033)

軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板生產(chǎn)工藝研究

付曉霞，魏松艷，陳 玲，劉 冰，崔鐵花，李繼平，董曉剛，張曉光，于海媛,暴 風

(吉林省林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130033)

以玉米秸稈粉替代栓皮櫟木栓質(zhì)軟木材料，研制軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)果表明：玉米秸稈粉完全可替代木栓質(zhì)軟木材料來生產(chǎn)軟木復合材料，秸稈粉添加量為3 %時，按工藝生產(chǎn)的軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板技術(shù)指標達到最理想效果，板材靜曲強度≥15 MPa，彈性模量≥1 500 MPa，24 h吸水厚度膨脹率≤1 %，甲醛釋放量達到E0級≤0.2 mg·L-1國際標準。

軟木；礦質(zhì)塑合材料；地板；生產(chǎn)工藝；玉米秸稈粉

軟木原料為栓皮櫟(QuercusvariabilisBl.)樹皮木栓層，軟木具密度低、可壓縮性良好、吸音、隔音、防潮、絕緣及耐磨等優(yōu)良特性。由于栓皮櫟生長范圍和產(chǎn)量有限，屬珍稀資源。近幾年，隨著珍貴木材資源進一步短缺，消費者對木地板的高要求和國際先進制造技術(shù)不斷出現(xiàn)，軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板應運而生,因其健康環(huán)保、自然舒適、價格適中，越來越被消費者接受，逐漸進入人們居室之中，已經(jīng)成為裝飾材料市場中銷售最旺的產(chǎn)品之一，有非常廣闊的市場發(fā)展空間[1,2]。為解決軟木產(chǎn)品需求量大、價格飆升與資源緊缺問題，在保證軟木產(chǎn)品性能前提下，利用其他材料替代部分軟木，以滿足軟木復合地板生產(chǎn)的需求。本項研究所研發(fā)的軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板，既防水又解決了軟木(栓皮櫟木栓質(zhì))替代資源問題，處于領先水平。

1 試驗材料、儀器設備與方法

1.1試驗材料

基材試驗材料見表1。

1.2試驗儀器設備

試驗儀器設備見表2。

表1 試驗用主要原料

表2 試驗儀器設備

1.3生產(chǎn)工藝及流程

1.3.1 礦質(zhì)塑合基材加工

1.3.1.1 工藝流程[3]

礦質(zhì)塑合材加工工藝流程如圖1所示。

1.3.1.2 基材生產(chǎn)工藝簡述

①將玉米秸稈粉在100 ℃下干燥3 h，含水率控制在5 %左右。

②將處理好的玉米秸稈粉與PVC、礦石粉、熱穩(wěn)定劑、助劑等在高速混合機中混合8～12 min，并在115 ℃時放料到冷卻鍋中冷卻至45～50 ℃，備用(玉米秸稈粉添加量是指占玉米秸稈粉和礦石粉總量百分比，玉米秸稈粉和礦石粉添加量約占原料總量50 %，下同)。

③雙螺桿擠出機在160～175 ℃下擠出成型，通過調(diào)節(jié)模頭溫度與擠出速度來控制機頭壓力，電流為40±5 A.

④擠出成型的塑合材料在真空定型模中進行水冷卻，待材料冷卻至常溫時，再通過切斷機切割成規(guī)定尺寸。

⑤砂光(三砂架定厚砂光機)：基材毛坯兩面定尺砂光。

1.3.2 軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板加工

1.3.2.1 工藝流程

軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板加工工藝流程[4]如圖2所示。

圖1 礦質(zhì)塑合材加工工藝流程

圖2 軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板加工工藝流程

1.3.2.2 生產(chǎn)工藝簡述

①以軟木皮為表板，施PUR膠復合于礦質(zhì)塑合基材表面。涂膠量80～100 g·m-2，環(huán)境溫度不低于23 ℃，濕度不能低于40 %。

②冷壓：粘貼好軟木皮的基材進行冷壓2 h，冷壓壓力為0.3～0.5 MPa·cm-2。

③成型加工：軟木復合地板開榫成型加工之前，需要將多出基材的軟木邊角裁掉后進行開榫加工。

④涂飾：采用紫外光固化丙烯酸醋類清漆(簡稱UV漆)作表面涂飾。

⑤成品檢驗：按國家標準檢驗產(chǎn)品。

⑥包裝：使用捆扎機、塑封機包裝檢驗合格的產(chǎn)品。

2 結(jié)果與分析

2.1 軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板靜曲強度和彈性模量檢測

圖3和圖4是玉米秸稈粉添加量與復合材料力學性能之間的關系。

圖3 玉米秸稈粉添加量對板材靜曲強度的影響Fig.3 The effect of cornstalk powder additive amount on static bending intensity of panel

圖4 秸稈粉添加量對板材彈性模量的影響Fig.4 The effect of cornstalk powder additive amount on elasticity modulus of panel

從圖3和圖4中可以看出，玉米秸稈粉添加量在0 %～5 %時，復合材料靜曲強度有不同程度增高，添加量為3 %時，靜曲強度≥15 MPa；添加量為5 %時，靜曲強度達到最高；添加量超過5 %時，板材靜曲強度開始下降；當添加量為10 %時，板材靜曲強度性能要低于未加入秸稈粉的板材；當添加量達到15 %時，幾乎沒有任何抗彎曲強度。這說明適度秸稈粉能略微提高板材抗彎曲性能，改善板材脆性，但過多秸稈粉又會使板材變脆，降低其抗彎曲性能。同時，板材彈性模量隨秸稈粉用量增加而降低，用量越大，下降幅度越大，添加量為3 %時，彈性模量≥1 500 MPa；添加量超過10%后拉伸強度則迅速下降。這表明玉米秸稈粉添加量多少對板材力學性能影響顯著。

2.2 軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板吸水厚度膨脹率檢測

玉米秸稈粉添加量與板材吸水厚度膨脹率之間的關系如圖5所示。

圖5 秸稈粉添加量對板材吸水厚度膨脹率的影響Fig.5 The effect of cornstalk powder additive amount on elasticity modulus of panel

從圖5中可以看出，板材24 h吸水厚度膨脹率隨玉米秸稈粉添加量增多而升高，添加量為3 %時，24 h吸水厚度膨脹率≤1 %；添加量為8 %時，24 h吸水厚度膨脹率開始明顯增加，并始終呈上升狀態(tài)。由此可見，復合材料中加入秸稈粉越多，板材吸濕性能越好，因為玉米秸稈是多孔性材料易于吸收水分，所以板材中秸稈粉越多，尺寸穩(wěn)定性越差。

2.3 軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板甲醛釋放量檢測

玉米秸稈粉添加量與復合材料甲醛釋放量之間的關系見圖6。

圖6 秸稈粉添加量對板材甲醛釋放量的影響Fig.6 The effect of cornstalk powder additive amount on formaldehyde emission of panel

從圖6中可以看出，板材的甲醛釋放量高于未添加玉米秸稈粉的板材，這是因為秸稈自身就釋放甲醛；秸稈粉添加量越多，板材甲醛釋放量越高。添加量為3 %時，釋放量≤0.2 mg·L-1；添加量為15 %時，板材甲醛釋放量達到峰值，是未加入秸稈粉板材甲醛釋放量2倍多。

圖7 添加秸稈粉為3 %時的復合材料Fig.7 The composite with 3 % cornstalk powder additive amount

圖8 添加秸稈粉為5 %時的復合材料Fig.8 The composite with 5 % cornstalk powder additive amount

2.4 板材的掃描電鏡檢測

PVC將玉米秸稈粉和礦石粉兩者結(jié)合在一起形成復合材料，必定也形成一定的界面。玉米秸稈粉和礦石粉與樹脂基體界面形成分兩個階段，首先是熔融態(tài)樹脂與玉米秸稈粉和礦石粉的接觸與浸潤；其次是PVC樹脂冷卻成型過程，這時玉米秸稈粉和礦石粉與PVC之間必然形成一個新的界面區(qū)域。為了觀察復合材料的微觀結(jié)構(gòu)，對其拍攝掃描電鏡照片，如圖7、圖8所示(秸稈粉不同添加量復合材料的SEM照片)。

從圖7、8中可以看出，當秸稈粉加入量較少時，在SEM圖片中秸稈粉顆粒較少，隨著秸稈粉加入量增多，秸稈粉顆粒增多，能清楚地觀察到秸稈粉顆粒，秸稈粉顆粒與PVC之間相容較好。要提高秸稈粉礦質(zhì)塑合材料的性能，必須提高秸稈粉和礦石粉與PVC的相容性，否則，其復合材料性能不能得到改善。

3 結(jié)論與討論

以玉米秸稈粉替代栓皮櫟木栓質(zhì)軟木材料，研制軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板生產(chǎn)技術(shù)，試驗數(shù)據(jù)表明，玉米秸稈粉完全可替代木栓質(zhì)軟木材料來生產(chǎn)軟木復合材料。當添加量為3 %時，按工藝生產(chǎn)的軟木復合礦質(zhì)塑合材料地板技術(shù)指標達到最理想效果，板材靜曲強度≥15 MPa，彈性模量≥1 500 MPa，24 h吸水厚度膨脹率≤1 %，甲醛釋放量達到E0級≤0.2 mg·L-1國際標準。

以玉米秸稈粉替代栓皮櫟木栓質(zhì)軟木材料具有重要現(xiàn)實意義，首先，解決了珍稀生產(chǎn)原料替代材料來源問題，使該項新技術(shù)具有實際推廣使用價值，并達到長期應用目的；其次，解決了秸稈焚燒污染大氣問題，這是非常重要的，對保護環(huán)境、促進我國生態(tài)文明建設具有重要戰(zhàn)略意義。

[1]陸全濟，雷亞芳，鄭林義. 彈性漆改善軟木地板漆膜性能的研究[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學, 2015,35(9): 73-77.

[2]陸全濟,雷亞芳,張保健,等.軟木地板生產(chǎn)工藝研究[J]. 西北林學院學報,2011, 26(6):145-148.

[3]陳玲,馬立軍,李志國,等.玉米秸稈粉礦質(zhì)塑合材微觀構(gòu)造及紅外光譜分析[J].木材加工機械,2015,26(3):28-30.

[4]鄭萬友, 李月, 付靜.軟木地板分類及其生產(chǎn)工藝[J].林業(yè)機械與木工設備，2010,38(9):47-48.

Production technology study of cork wood recombination mineral plastic alloy material floor

FU Xiaoxia, WEI Songyan, CHEN Ling, LIU Bing, CUI Tiehua, LI Jiping, DONG Xiaogang, ZHANG Xiaoguang, YU Haiyuan，BAO Feng

(Jilin Provincial Academy of Forestry Science, Changchun 130033, China)

The cork wood recombination mineral plastic alloy material floor production technology was researched by using cornstalk powder for the substitution ofQuercusvariabilissuberin cork wood. The result showed that the cornstalk powder can be used asQuercusvariabilissuberin cork wood. The technical index of cork wood recombination mineral plastic alloy material floor with craft production by 3 % of additive amount. The static bending intensity of panel was more than 15 MPa. The elasticity modulus was more than 1 500 MPa. The 24 h expansion rate of water absorption was less than 1 %. The formaldehyde emission was E0level less than 0.2 mg·L-1conformed international standard.

cork wood; mineral plastic composites; floor; manufacturing technique; cornstalk powder

2017-08-29

付曉霞(1967—)，女，吉林長春人，高級工程師，主要從事林產(chǎn)工業(yè)方面的研究工作.

崔鐵花(1972—),女，吉林長春人，工程師，主要從事林產(chǎn)工業(yè)方面的研究工作.

10.16115/j.cnki.issn.1005-7129.2018.01.007

1005-7129(2018)01-0021-05

TS653.3

A

(本篇專家編審：李永生)