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        無(wú)機(jī)生物質(zhì)纖維復(fù)合裝飾材料研究與應(yīng)用

        2020-11-06 07:37:34劉星雪
        裝飾裝修天地 2020年20期
        關(guān)鍵詞:研究與應(yīng)用

        劉星雪

        摘? ? 要:隨著節(jié)能、環(huán)保在我國(guó)的深入,國(guó)家對(duì)禁止脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂為膠黏劑的人造板進(jìn)入市場(chǎng)也作出強(qiáng)制性的規(guī)定。根除室內(nèi)裝修環(huán)境污染源,創(chuàng)造清潔、舒適、美好的室內(nèi)環(huán)境是居住者的渴望,是廣大科學(xué)工作者的的夙愿,是當(dāng)前建筑、裝飾業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。北京冠山博源建筑工程檢測(cè)有限公司最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無(wú)機(jī)膠合竹纖維防火板,用天然無(wú)機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合,添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專(zhuān)用外加劑,用特殊工藝制造出來(lái)的新型無(wú)極鎂質(zhì)硫鋁硅水泥膠合竹纖維(包括秸稈、木屑、等生物質(zhì)纖維)復(fù)合材料,材料具有氣硬、水硬兼有性能,材料的防水性好,強(qiáng)度高、韌性好、防火(A級(jí))、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無(wú)毒、無(wú)放射性物質(zhì)、可訂、可鋸、可刨、可二次加工、綠色環(huán)保;完全可用來(lái)代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機(jī)膠合人造板做室內(nèi)裝修材料,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)裝修后環(huán)境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患。

        關(guān)鍵詞:無(wú)機(jī)生物;纖維復(fù)合裝飾材料;研究與應(yīng)用

        1? 緒論

        現(xiàn)代化建筑和精美的裝修給我們帶來(lái)舒適、方便和享受的同時(shí)背后可能存在著隱患,相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示:90%的新居裝修及家具甲醛測(cè)試超標(biāo)。因?yàn)檫@些裝修材料,(除純木外)大都用密度板、大芯板、刨花板穿上各種各樣華麗的外衣(飾面)制作的,這些人造板所用的膠黏劑有:脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、間苯二酚樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚醋酸乙烯樹(shù)脂、水性高分子異氰酸酯樹(shù)脂等。其中用得較多的是脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂,而這些樹(shù)脂含有大量的游離甲醛,苯、氨、這些有毒物質(zhì)慢慢分解釋放出來(lái)(釋放期可長(zhǎng)達(dá)3-15年),充斥著我們生活的空間,特別是晚上由于門(mén)窗緊閉,釋放出來(lái)的有毒物質(zhì)深度比白天高數(shù)倍,這些物質(zhì)有強(qiáng)烈的致癌作用,從而帶來(lái)劇大的健康隱患,尤其對(duì)孕婦和兒童危害更是不容忽。隨著節(jié)能、環(huán)保在我國(guó)的深入,禁止脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂為膠黏劑的人造板進(jìn)入市場(chǎng)也作出強(qiáng)制性的規(guī)定。盡管其它的有機(jī)膠黏劑生產(chǎn)的人造板有毒物質(zhì)釋放較少,但存在不防火、易老化的缺陷,在使用范圍上有很大的局限性。根除室內(nèi)裝修環(huán)境污染源,創(chuàng)造清潔、舒適、美好的室內(nèi)環(huán)境是居住者的渴望,因此,發(fā)展應(yīng)用無(wú)毒、無(wú)味、防火、環(huán)保綠色新型裝飾材料是民生大計(jì)。

        2? 無(wú)機(jī)膠合纖維復(fù)合防火綠色裝飾建材的應(yīng)用

        利用無(wú)機(jī)膠凝材料做結(jié)合劑代替有機(jī)樹(shù)脂結(jié)合劑,與生物質(zhì)纖維(包括;秸稈、木屑、木絲、竹絲等)復(fù)合,生產(chǎn)綠色無(wú)機(jī)環(huán)保材料,替代有機(jī)膠合裝飾材料,代替木材等多種用途的合成巖復(fù)合新型生態(tài)環(huán)保材料,用于室內(nèi)裝修,是綠色建筑、裝飾、建材發(fā)展方向。目前采用無(wú)機(jī)膠合纖維制作的人造板有兩種;(1)利用波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)做結(jié)合劑制作的有,水泥木纖維板(生產(chǎn)復(fù)雜,板材昂貴)、水泥復(fù)合纖維壓力板(容重大,不易釘釘);(2)利用鎂水泥做結(jié)合劑的放火板有;氯氧鎂水泥復(fù)合纖維(生物質(zhì)纖維)防火板、硫氧鎂水泥纖維(生物質(zhì)纖維)防火板、鎂質(zhì)硫鋁硅水泥復(fù)合竹纖維防火板;

        和硅酸鹽水泥相比,鎂水泥有著強(qiáng)度高、堿度低和與生物質(zhì)纖維復(fù)合能力強(qiáng)的性能。充分利用鎂水泥的性能,生產(chǎn)輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、防火、防水、無(wú)毒、無(wú)味、環(huán)保綠色建材,尤其是用最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無(wú)機(jī)膠合竹纖維防火板,是裝修、家具最佳選擇材料。充分利用鎂水泥的性能[1],生產(chǎn)輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、防火、防水、無(wú)毒、無(wú)味、環(huán)保綠色建材,尤其是用最新發(fā)明的鎂質(zhì)硫鋁硅水泥做結(jié)合劑與竹纖維膠合生產(chǎn)無(wú)機(jī)膠合竹纖維防火板,是裝修、家具最佳選擇材料。

        天然無(wú)機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合[2],添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專(zhuān)用外加劑,用特殊工藝制造出來(lái)的一種新型復(fù)合材料,材料具有氣硬、水硬兼有性能,材料的防水性好,強(qiáng)度高、韌性好、防火(A級(jí))、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無(wú)毒、無(wú)放射性物質(zhì)、綠色環(huán)保。

        3? 無(wú)機(jī)膠合生物質(zhì)人造板的復(fù)合原理

        傳統(tǒng)的復(fù)合材料理論是以經(jīng)典的混合律(law of mixture)為主要依據(jù)。而實(shí)踐的結(jié)果卻突破了當(dāng)今理論認(rèn)為不可能出現(xiàn)的結(jié)果,這就證明還有其他理論存在。開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)膠合生物質(zhì)(包括新型鎂質(zhì)硫鋁硅水泥復(fù)合竹纖維防火生態(tài)環(huán)保板),如何將生物質(zhì)纖維長(zhǎng)度應(yīng)力與鎂水泥復(fù)合產(chǎn)生最佳力學(xué)性能,是解決的問(wèn)題的關(guān)鍵,只有找到理論依據(jù),才能解決目前低彈性模量的生物質(zhì)纖維增強(qiáng)高彈性模量鎂水泥基復(fù)合材料不變形難題,這些規(guī)律是生產(chǎn)不同性能人造板的的重要依據(jù)。

        假設(shè)纖維與水泥產(chǎn)生相同的應(yīng)變值,假設(shè)連續(xù)的長(zhǎng)纖維沿著應(yīng)力方向排列、黏結(jié)良好、泊松比為0,那么纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在彈性變形階段演變后,(演變方程省略)最終可得出:生物質(zhì)物纖維與水泥基材的彈模比為:[n=Ef/Em<1],這樣復(fù)合材料承受的應(yīng)力就要低于水泥基材承受的應(yīng)力,復(fù)合材料中的低彈性模量纖維就不存在增強(qiáng)作用。

        很明顯,如果將經(jīng)典混合律用于研究無(wú)機(jī)膠合生物質(zhì)人造板,那么在理論上就要失去方向。經(jīng)典混合律無(wú)法實(shí)現(xiàn)低彈性模量生物質(zhì)纖維增強(qiáng)高彈性模量鎂水泥基生產(chǎn)無(wú)機(jī)膠合人造板,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻完全相反,從而證明還有其他理論存在。

        由于生物質(zhì)纖維材料在力學(xué)上屬于柔索類(lèi),只承受拉應(yīng)力,很少承受壓應(yīng)力。因此,在大量使用生物質(zhì)纖維時(shí),在承受彎曲應(yīng)力時(shí)就會(huì)出現(xiàn)受壓區(qū)破壞,因而板材的抗彎強(qiáng)度較低。采用鎂水泥進(jìn)行膠合,不但依靠化學(xué)粘合和機(jī)械互鎖使薄板坯粘結(jié)牢固,重要的是提高了板材的抗壓強(qiáng)度,進(jìn)而提高板材的抗彎強(qiáng)度。

        膠合生物質(zhì)生態(tài)板人造板,力學(xué)性能表現(xiàn)為各向異性,生物質(zhì)纖維成二維正交分布,纖維的取向系數(shù)基本上是[12],纖維的利用率較高,板材的力學(xué)性能較好,產(chǎn)品創(chuàng)新 該板材是利用交融串聯(lián)復(fù)合理論,將農(nóng)作生物質(zhì)(秸稈、竹、木屑等)纖維,通過(guò)特殊工藝、熱壓成型,更由于生物質(zhì)纖維在生態(tài)板中占的比例較大,表現(xiàn)出的生物質(zhì)性能較強(qiáng),尤其是熱阻比鋼材、混凝土、磚大得多,由于成型工藝特殊,與目前生產(chǎn)的冷壓成型的無(wú)機(jī)膠合竹、木、纖維板、玻鎂板等有很大區(qū)別,它是無(wú)極膠凝漿料滲透到生物質(zhì)細(xì)胞組織中通過(guò)化學(xué)鍵粘合和機(jī)械互鎖形成的聚合結(jié)晶體,結(jié)合非常牢固,由于生物質(zhì)纖維在熱壓作用下自膠結(jié)和鎂水泥無(wú)機(jī)膠粘迅速實(shí)現(xiàn)不反彈、不變形、有強(qiáng)度、可脫模,節(jié)約勞動(dòng)時(shí)間、縮短生產(chǎn)周期;另一方面有利于熱壓機(jī)中厚度規(guī)控制板材容重,生產(chǎn)出不同使用要求的人造板。

        若無(wú)極交合生物質(zhì)建材用于墻體材料,裝修材料、家具材料,最佳選擇的生物質(zhì)纖維是竹纖維。

        竹材的力學(xué)性能:竹子是生長(zhǎng)迅速的禾草類(lèi)植物。竹子的種類(lèi)較多,有毛竹、慈竹、斑竹、楠竹等。在非木材植物中,竹材與其它非木材植物相比較,竹材的纖維細(xì)胞含量和纖維的長(zhǎng)寬比高于麥秸、稻草、高粱秸、玉米秸等。例如:毛竹的纖維細(xì)胞含量為68.8%、纖維的長(zhǎng)寬比為123,而麥秸的纖維細(xì)胞含量只有62.1%、纖維的長(zhǎng)寬比為102。纖維細(xì)胞含量和纖維長(zhǎng)寬比決定了纖維的力學(xué)性能。

        竹材的抗拉強(qiáng)度和彈性模量:由于竹材的纖維細(xì)胞含量和纖維的長(zhǎng)寬比高,竹材的抗拉強(qiáng)度也就高,以毛竹的竹纖維為例,抗拉強(qiáng)度可達(dá)180MPa~220MPa,高于農(nóng)作物秸稈抗拉強(qiáng)度;同樣,由于竹材的灰分含量低,竹材的彈性模量高,以毛竹為例,彈性模量可達(dá)8200MPa~11000MPa,高于農(nóng)作物秸稈彈性模量??估瓘?qiáng)度和彈性模量高有利于提高竹纖維増強(qiáng)鎂水泥制品的抗彎強(qiáng)度和剛度。

        竹纖維對(duì)鎂水泥制品的増強(qiáng)作用:提高了基體材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,就常用的濕料法輥壓成型工藝制作的板材而言,板材承受彎曲應(yīng)力時(shí)彎曲拉應(yīng)力由玻璃纖維布和基體材料共同承擔(dān),而彎強(qiáng)壓應(yīng)力由基體材料承擔(dān)(玻璃纖維作為柔性材料只能承受拉應(yīng)力)。玻璃纖維布和基體材料共同承受彎曲拉應(yīng)力,就需要基體材料抗拉強(qiáng)度高:提高板材的抗彎強(qiáng)度,由于玻璃纖維布?jí)垙?qiáng)鎂水泥與竹纖維復(fù)合基的彈性模量得到提高,承受彎曲應(yīng)力時(shí),板材的力學(xué)中性軸就要向受拉區(qū)移動(dòng)。這樣,受拉區(qū)的竹纖維和布罝在板材最大彎曲拉應(yīng)力處的玻璃纖維布的抗拉強(qiáng)度就要發(fā)揮到最佳狀態(tài),因而同等玻璃纖維布摻量的板材,鎂水泥與竹纖維復(fù)合構(gòu)成的鎂水泥復(fù)合基的板材比鎂水泥與秸稈碎料或木屑復(fù)合構(gòu)成的鎂水泥復(fù)合基的板材抗彎強(qiáng)度高??箯潖?qiáng)度是板材的主要力學(xué)性能,檢測(cè)抗彎強(qiáng)度時(shí)一般都是檢測(cè)強(qiáng)度極限范圍內(nèi)的抗彎強(qiáng)度。板材的抗彎強(qiáng)度高證明板材能承受較大的彎曲應(yīng)力,板材的力學(xué)性能好。用天然無(wú)機(jī)鎂質(zhì)膠凝材料做結(jié)合劑與竹纖維膠合,添加工、農(nóng)業(yè)廢棄物、配以專(zhuān)用外加劑,用特殊工藝制造出來(lái)的新型無(wú)極鎂質(zhì)硫鋁硅水泥膠合竹纖維(包括秸稈、木屑、等生物質(zhì)纖維)復(fù)合材料,材料具有氣硬、水硬兼有性能,材料的防水性好,強(qiáng)度高、韌性好、防火(A級(jí))、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無(wú)毒、無(wú)放射性物質(zhì)、綠色環(huán)保;完全可用來(lái)代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機(jī)膠合人造板做室內(nèi)裝修材料,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)裝修后環(huán)境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患指日可待。

        4? 發(fā)展無(wú)極鎂質(zhì)膠合生物質(zhì)纖維綠色建材的意義和前景

        我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),每年有7億噸秸稈等待利用,如果解決了利用秸稈制作人造板,也就為我國(guó)秸稈的綜合利用找到了出路。要在全國(guó)范圍內(nèi)解決農(nóng)作物秸稈的綜合利用,其根本出路在于農(nóng)作物秸稈的工業(yè)化利用,其中秸稈制人造板是秸稈工業(yè)化利用中最具市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿彤a(chǎn)業(yè)化前景的技術(shù)。發(fā)展秸稈人造板不僅可提高秸稈消耗率和利用率、節(jié)約木材資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,而且還可促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、擴(kuò)大城鄉(xiāng)就業(yè)、增加農(nóng)民收入。

        我國(guó)不僅農(nóng)作物秸稈資源豐富,而且也是竹資源最豐富的國(guó)家,被謄為“竹子王國(guó)”,竹林面積520多萬(wàn)公頃。毛竹產(chǎn)地散布著星羅棋布的竹材加工廠,這些竹材加工廠生產(chǎn)出竹席、竹家具等產(chǎn)品后,邊角余料堆集如山,雖然竹材的邊角余料可以自然降解、回歸大自然,但如果合理利用,則可提高資源的利用率。因此,合理利用這些生產(chǎn)廢物,就擴(kuò)大了資源的有效利用范圍。

        工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布和印發(fā)的《促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動(dòng)方案》第十二條指出:“支持利用農(nóng)作物秸稈、竹纖維、木屑等發(fā)展生物質(zhì)建材,優(yōu)先發(fā)展和使用生物質(zhì)纖維増強(qiáng)的木塑、新型鎂質(zhì)建材等圍護(hù)用和裝飾裝修產(chǎn)品?!痹谘b配式建筑和鋼建構(gòu)建筑日益發(fā)展的今天,和秸稈、木屑一樣,竹纖維在増強(qiáng)新型鎂質(zhì)建材中的應(yīng)用,已放在十分重要的位置。充分利用我國(guó)我國(guó)鎂資源儲(chǔ)量大、品位高,竹資源豐富(加工后廢料)有利條件,將這些竹材加工廠廢物作為新的生產(chǎn)要素投入使用,加工成綠色環(huán)保材料,用于裝修、建筑,既解決裝修污染問(wèn)題,又變廢為寶,對(duì)促進(jìn)我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

        5? 結(jié)語(yǔ)

        鎂水泥能與生物質(zhì)纖維直接復(fù)合的性能,提高了生物質(zhì)資源的利用率??梢砸虻刂埔诉x用生物質(zhì)的廢棄物進(jìn)行生產(chǎn)無(wú)極膠合生物質(zhì)纖維板,不僅使各種生產(chǎn)廢棄物得到合理利用,提高附加值,同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)也可以作出貢獻(xiàn),為建筑、裝修、家具制造,提供綠色環(huán)保、安全高性能材料,徹底杜絕室內(nèi)污染源,讓我國(guó)人民生活在夢(mèng)寐以求的清潔、舒適、安全的環(huán)境中,永遠(yuǎn)健康、快樂(lè)!

        參考文獻(xiàn):

        [1] 溫玉泉,諶萌,熊榮生.技術(shù)進(jìn)步中的鎂水泥[J].中國(guó)菱鎂,2012(2).

        [2] 諶萌,席凱原.無(wú)機(jī)膠合中密度纖維板復(fù)合原理和關(guān)鍵工藝分析[J].中國(guó)建材科技,2013(2).

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