植物纤维水泥复合板热压生产方法

1、一种植物纤维水泥复合板热压生产方法，以植物纤维为增强材料，以 硅酸盐水泥为粘合剂，其工艺步骤包括对植物原料的机械破碎和筛选工序， 以及对混合好的制板原料进行铺装、热压和后处理，其特征在于，
(1)制板原料的成分和用量如下：
A、植物纤维，其绝干重量占制成的植物纤维成品板绝干重量的15～30％；
B、氧化钙或者氢氧化钙，占制成的植物纤维成品板绝干重量的4～ 10％；
C、氯化钙或者氯化镁，占所加入氧化钙或者氢氧化钙重量的30～60％；
D、碳酸钙或者碳酸氢钠，占制成的植物纤维成品板绝干重量的7～ 13％；
E、水玻璃，占制成的植物纤维成品板绝干重量的4～10％；
F、氟硅酸钠，占水玻璃重量的10～15％；
G、水泥，占制成的植物纤维成品板绝干重量的50～66％；
水作为外加成分，其加入量是制成的植物纤维成品板绝干重量的20～ 40％；
(2)制板原料的混合通过三次搅拌完成，第一次搅拌时向搅拌机内加入 植物纤维、水、氧化钙或者氢氧化钙、氯化钙或者氯化镁、碳酸钙或者碳酸 氢钠、氟硅酸钠共同搅拌3～7分钟；第二次搅拌时加入水玻璃，再搅拌2～ 6分钟，待所生成的粘稠液体将植物纤维包裹均匀后，进行第三次搅拌；第 三次搅拌前，加入适量水泥，经4～6分钟搅拌，与前两次搅拌的物料混合均 匀；
(3)热压时的工艺参数如下：
热压温度为90～125℃；
压力为2.0～3.5MPa；
热压时间由下述经验公式确定：
T＝160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式 中，
T为热压时间，以分钟为单位；
t为热压板上温度，在90～125℃之间取值；
μ是植物纤维品种调节系数，在21～30之间取值，以分钟为单位；
α是碳酸钙或者碳酸氢钠占成品板绝干重量的百分数，为无量纲；
β是氯化钙或者氯化镁占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；
γ是氧化钙或者氢氧化钙占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；
δ是加入的水量占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；
η是考虑了植物纤维含湿率以后计算出的总水量占成品板绝干重量的百 分比，为无量纲；
ξ是板材厚度调节系数，以分钟为单位，成品板厚度为4～8毫米时，ξ 取值为-1；成品板厚度为9～18毫米时，ξ取值为成品板实际厚度的毫米数 减9；成品板厚度为19～30毫米时，ξ取值为10；
(4)将热压后的植物纤维水泥复合板放在温度为15～30℃、相对湿度 为50～70％的环境中进行增湿处理5～7天之后，再进行锯边、常温养护处理。
2、根据权利要求1所述的植物纤维水泥复合板热压生产方法，其特征在 于，所采用的植物纤维原料是一年生植物或者多年生植物原料，一年生植物 包括：麻秆、棉秆、玉米秆、玉米芯、向日葵秆、向日葵盘、向日葵壳、烟 秆、麦秆、芦苇、茅草秆、甘蔗渣、地瓜秧、稻草、稻壳、花生壳、麻屑、 谷秆、高粱秆、豆秆、木棉屑、椰子壳；多年生植物包括乔木、灌木、枝权 材、竹子、以及上述植物的加工剩余物。
3、根据权利要求3所述的植物纤维水泥复合板热压生产方法，其特征在 于，在将混合好的制板原料铺装成板坯时，在板坯的上下表面覆盖和/或在板 坯的中间加入玻璃纤维或其织物、棉麻纤维或其织物、无纺布、金属网、金 属片、金属丝、细钢筋，然后进行热压。

本发明属于建筑材料制造领域，涉及对植物纤维水泥复合板生产方法的 改进。\n植物纤维水泥复合板是一种优良的建筑、装饰和家具制作材料，在中国 已经被建设部列为重点推广的材料。中国专利CN92104363.5公开了一种适用 于以阻凝物质含量较高的植物纤维特别是一年生植物的纤维制造水泥复合板 的方法。该专利在解决植物纤维萃取物的阻凝作用这个问题时采用新的途径， 即设法把植物纤维与水泥隔离开，使萃取物大大减少而且难以影响水泥的凝 固。当把植物纤维与氧化钙、氯化钙以及水混合搅拌时，氧化钙与氯化钙会 生成黏稠的包含氯氧化钙的液体，它们对植物纤维浸润包裹，堵塞了植物纤 维的细胞孔腔，同时也使纤维中的阻凝成分难以析出并降低活性。经过这种 处理的植物纤维再与水泥拌合时，植物纤维难以与碱性液体直接接触，因而 大大减少了其中淀粉、半纤维素等水解成糖的数量，从而抑制了其阻凝作用 的发挥。这种方法是使用含有萃取物数量较大的植物纤维，工业化生产水泥 复合板的有效方法。但是这种方法一般采用冷压法，其缺点是：由于板坯压 制成型后水泥需要6～8小时的凝固时间，因此需要将板坯留在模具中，即在 锁模的状态下送入烘房促进其凝固，待板坯达到一定强度后才能脱模。这样 生产的板材，使用模具的时间很长，称之为长周期。长周期法生产中需要大 批的锁模夹具、垫板和隧道窑，投资大，增加了生产成本和难度。同时这种 方法生产的板材厚度误差较大，也不能生产较薄的板材。该专利也提到一种 在添加一些胶粘剂后进行热压的方法，这是为了生产较薄的板材而采取的措 施，用此方法可以生产最薄6毫米的板材。但是这种热压方法仍然需要在压 制后进行锁模，将板坯连同模具一起放入烘房烘干后才能脱模，仍然属于长 周期，同样具有水泥硬化时间长、投资大、成本高的欠缺。\n近十几年来，国外出现了一种热压法，又称短周期法，它将水泥硬化时 间缩短到十几分钟，既省去大批锁模夹具，又能保证板材的厚度均匀。芬兰 和匈牙利已经有使用该工艺方法的工厂。但是这种工艺必须使用特殊的热压 机和模具，在压制板坯时必须将板坯内的空气抽出，近似真空，并向板坯内 通入CO2气体，板材的质量受板坯内的真空度、CO2气体在板坯内分布的均匀 度、热压机的密封程度、CO2气体被板坯的吸收量等影响。不仅热压机造价高， 而且CO2气体逸出还会造成环境污染。由于存在上述缺点，该工艺至今未能 推广。在我国，仅有某些高校在实验室对该工艺方法进行过研究。\n本发明的目的是提供一种生产植物纤维水泥复合板的热压方法，不需要 将板坯抽真空和通CO2气体，使用普通热压机，就可将压制的植物纤维水泥 复合板中的水泥硬化时间缩短到十几分钟左右，从而降低建厂投资和产品成 本。同时能压制更薄的板材，最薄可达4毫米，并能保证产品的厚度均匀度。\n本发明的技术方案是：一种植物纤维水泥复合板热压生产方法，以植物 纤维为增强材料，以水泥特别是硅酸盐水泥为粘合剂，其工艺步骤包括对植 物原料的机械破碎和筛选工序，以及对混合好的制板原料进行铺装、热压和 后处理，其特征在于，\n(1)制板原料的成分和用量如下：\nA、植物纤维，其绝干重量占制成的植物纤维成品板绝干重量的15～30％；\nB、氧化钙或者氢氧化钙，占制成的植物纤维成品板绝干重量的4～ 10％；\nC、氯化钙或者氯化镁，占所加入氧化钙或者氢氧化钙重量的30～60％；\nD、碳酸钙或者碳酸氢钠，占制成的植物纤维成品板绝干重量的7～ 13％；\nE、水玻璃，占制成的植物纤维成品板绝干重量的4～10％；\nF、氟硅酸钠，占水玻璃重量的10～15％；\nG、水泥，占制成的植物纤维成品板绝干重量的50～66％；\n水作为外加成分，其加入量是制成的植物纤维成品板绝干重量的20～ 40％；\n(2)制板原料的混合通过三次搅拌完成，第一次搅拌时向搅拌机内加入 植物纤维、水、氧化钙或者氢氧化钙、氯化钙或者氯化镁、碳酸钙或者碳酸 氢钠、氟硅酸钠共同搅拌3～7分钟；第二次搅拌时加入水玻璃，再搅拌2～ 6分钟，待所生成的粘稠液体将植物纤维包裹均匀后，进行第三次搅拌；第 三次搅拌前，加入适量水泥，经4～6分钟搅拌，与前两次搅拌的物料混合均 匀；\n(3)热压时的工艺参数如下：\n热压温度为90～125℃；\n压力为2.0～3.5MPa；\n热压时间由下述经验公式确定：\nT＝160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式 中，\nT为热压时间，以分钟为单位；\nt为热压板上温度，在90～125℃之间取值；\nμ是植物纤维品种调节系数，在21～30之间取值，以分钟为单位；\nα是碳酸钙或者碳酸氢钠占成品板绝干重量的百分数，为无量纲；\nβ是氯化钙或者氯化镁占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；\nγ是氧化钙或者氢氧化钙占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；\nδ是加入的水量占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；\nη是考虑了植物纤维含湿率以后计算出的总水量占成品板绝干重量的百 分比，为无量纲；\nξ是板材厚度调节系数，以分钟为单位，成品板厚度为4～8毫米时，ξ 取值为-1；成品板厚度为9～18毫米时，ξ取值为成品板实际厚度的毫米数 减9；成品板厚度为19～30毫米时，ξ取值为10；\n(4)将热压后的植物纤维水泥复合板放在温度为15～30℃、相对湿度 为50～70％的环境中进行增湿处理5～7天之后，再进行锯边、常温养护处理。\n本发明的优点是：比长周期法大大缩短了水泥复合板的硬化时间，从而 节省了大量模具、夹具、垫板和窑炉，节约了投资，缩短了生产流程，降低 了成本，提高了产品质量；与国外的热压方法相比，在保证产品质量的前提 下，能节省大量的设备投资，简化生产过程，防止环境污染，降低产品成本。\n下面对本发明方法做详细说明。本发明方法可以采用一年生植物或者多 年生植物作为植物纤维原料制造板材，一年生植物包括：麻秆、棉秆、玉米 秆、玉米芯、向日葵秆、向日葵盘、向日葵壳、烟秆、麦秆、芦苇、茅草秆、 甘蔗渣、地瓜秧、稻草、稻壳、花生壳、麻屑、谷秆、高粱秆、豆秆、木棉 屑、椰子壳；多年生植物包括乔木、灌木、枝权材、竹子、以及上述植物的 加工剩余物。在植物纤维的破碎、筛选、铺装、后处理等工艺步骤中，本发 明采用了与CN92104363.5专利基本相同的方法，例如采用“包裹理论”解决 植物纤维萃取物对水泥的阻凝问题。通过把植物纤维与氧化钙、氯化钙以及 水混合搅拌，使氧化钙与氯化钙水溶液生成的黏稠液体，浸润包裹植物纤维， 堵塞植物纤维的细胞孔腔，使植物纤维中的阻凝成分难以析出并降低活性， 从而抑制植物纤维的阻凝作用。在此，对上述相同的工艺步骤和抑制植物纤 维阻凝作用的机理不再赘述。\n本发明的创造性主要在于解决了缩短植物纤维复合板压制过程中水泥凝 固时间的难题，解决此问题的要点是以下三个技术关键：一是优化制板原料 的配方；二是掌握恰当的热压时间；三是热压后进行增湿处理。下面分别加 以说明。\n第一个技术关键是在制板原料中增加新成分，第一、在制板原料中加入 适量的碳酸钙或者碳酸氢钠，与其他制板原料混合均匀，其用量是制成的植 物纤维成品板绝干重量的7～13％，在第一次搅拌时加入。第二、在制板原料 中加入适量的水玻璃和氟硅酸钠，由于水玻璃和氯化钙水溶液混合时立即反 应结块的原因，水玻璃不能在第一次搅拌时加入，必须在第二次搅拌时单独 加入，而加入水泥则成为第三次搅拌，这样，使制板原料的混合变为三次搅 拌的过程。第一次搅拌的时间为3～7分钟，第二次搅拌的时间为2～6分钟， 第三次搅拌的时间为4～6分钟。氟硅酸钠是水玻璃的硬化剂，它可以加快水 玻璃的凝固速度，它可以在第一次搅拌时随其他原料一起加入。增加的新成 分的作用是，当板坯热压时，混合在原料中的碳酸钙或者碳酸氢钠受热分解， 产生CO2气体。由于碳酸钙或者碳酸氢钠已经与其他制板原料混合均匀，使 产生的CO2气体能与制板原料中的水泥均匀的充分接触，由于CO2气体对水泥 的炭化作用，使水泥能够迅速凝固。同时，加入的水玻璃在氟硅酸钠的作用 下也迅速凝固，进一步增加了板坯的初强度，使板坯很快达到满足脱模要求 的强度，实现短周期生产。\n第二个技术关键是准确掌握热压时间。在短周期生产中，热压时间的确 定是影响产品质量的关键问题之一。热压时间过长，板坯内水泥中的水分被 烤干，难以再进行水化，板材没强度；热压时间过短，板坯未达到初强度， 不能脱模卸板。影响热压时间的因素很多，经实验，可以采用下面的经验公 式计算出适当的热压时间：\nT＝160(t-80)-1+μ[α-1+(β+γ)-1]+0.5(δ+η-29)+ξ，式 中，\nT为热压时间，以分钟为单位；t为上下热压板上的平均温度，在90～ 125℃之间取值；μ是植物纤维品种调节系数，在21～30之间取值，以分钟 为单位；α是碳酸钙或者碳酸氢钠占成品板绝干重量的百分数，为无量纲； β是氯化钙或者氯化镁占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；γ是氧化钙 或者氢氧化钙占成品板绝干重量百分比，为无量纲；δ是加入的水量占成品 板绝干重量的百分比，为无量纲；η是考虑了植物纤维含湿率以后计算出的 总水量占成品板绝干重量的百分比，为无量纲；ξ是板材厚度调节系数，以 分钟为单位，当成品板厚度为4～8毫米时，取值为-1；成品板厚度为9～18 毫米时，取值为成品板实际厚度的毫米数减9；成品板厚度为19～30毫米时， 取值为10。成品板厚度为19～30毫米时称为特种厚度，压制这类板材时， 由于板坯很厚，当热压温度在低限时，热压时间可能延长，最长可达30分钟 左右。下表给出8个实施例的热压时间计算实例，表中各实施例的编号对本 文其他表格是通用的，例如各表中的例1都指实施例1，其余类推。\n表1  热压时间计算表  例1  例2  例3  例4  例5  例6  例7  例8 T  12  11  12  9  12  20  7.5  33 t  120  118  120  115  120  100  125  90 μ  30  21  30  26  29  22  22  30 α  9.2  6.7  11.2  13  11.4  9.45  9  9.4 β  6.6  5  5.8  6.6  5.8  6.7  3.5  6 γ  7.2  6.8  8  9.5  8.1  7.6  6.3  7 δ  29  29  30  31.4  29.2  27  28  29 η  3  1  2  1  3  1  1  3 ξ  1  1  1  -1  1  9  -1  10\n热压时可以采用通用的生产人造板的热压机械，热压温度为90～125℃， 压力为2.0～3.5Mpa。\n第三个技术关键是热压后立即进行增湿处理。将热压后的植物纤维水泥 复合板放在温度为15～30℃、相对湿度为50～70％的环境中堆放5～7天。由 于在热压的十几分钟内，板坯内的水泥虽然能够达到脱模运输、锯边所要求 的初强度，但是尚未充分水化和硬化。为提高板材的后期强度，必须使水泥 有充分水化的过程。增湿处理就是为了达到这个目的。\n由于本发明采用了上述三项技术关键，使用普通的热压机，例如生产刨 花板和纤维板的设备，也能采用短周期法生产植物纤维复合板材。对于一些 陈旧的刨花板生产设备，稍加改造，也能生产合格的植物纤维复合板，这就 大大节省了设备投资，降低了产品成本。\n为了进一步提高板材的性能，在将混合好的制板原料铺装成板坯时，可 以在板坯的上下表面覆盖和/或在板坯的中间加入玻璃纤维或其织物、棉麻纤 维或其织物、无纺布、金属网、金属片、金属丝、细钢筋等加强材料，然后 进行热压。\n实施例1。配料：普通硅酸盐水泥1.7公斤，经破碎的麦草秆0.5公斤， 氯化钙0.2公斤，生石灰粉0.22公斤，碳酸钙粉0.28公斤，水玻璃0.12 公斤，氟硅酸钠0.02公斤，水0.9公斤。操作步骤：先将麦草杆、生石灰粉、 碳酸钙粉、氟硅酸钠、氯化钙和水放入搅拌机内搅拌5分钟，再加入水玻璃 搅拌3分钟，再加入水泥搅拌5分钟，自搅拌机中排出，铺装在涂有废机油 的A3钢板上，板坯尺寸为48×48×3厘米，送入热压机热压，压力3.3Mpa， 温度120℃，热压时间12分钟，取出压制好的板子，厚度10毫米，立即进 行测试，初强度为2.5MPa，放入温度为20℃，相对空气湿度为65％的增湿箱 内，放置7天后取出锯边，再放在常温下28天后测试，板材密度1.31g/cm3， 含水率12％，平面抗拉强度0.41MPa，静曲强度9.6MPa，浸泡24小时后吸 水厚度膨胀率2％。\n由于实施例的操作步骤相同，其他的实施例以列表的方式给出原料配方、 热压参数和性能数据。\n表2  实施例2～8原料配方表，重量单位为公斤。 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8 植物品种 木枝权 玉米秸 麻短绒 棉柴秆 麻秆 竹丝 芦苇 植纤重量 0.58 0.5 0.28 0.58 0.65 0.28 1.34 水泥品种 矿渣 硅酸盐 硅酸盐 硅酸盐 硅酸盐 硅酸盐 矿渣 水泥重量 1.6 1.7 0.9 1.6 2.9 0.82 4.1 CaCl2 0.15 0.18 0.09 0.18 -- 0.05 -- MgCl2 -- -- -- -- 0.32 -- 0.45 CaO -- 0.25 0.13 0.25 -- 0.09 -- Ca(OH)2 0.2 -- -- -- 0.36 -- 0.52 CaCO3 -- 0.35 0.18 0.35 -- 0.13 0.70 NaHCO3 0.28 -- -- -- 0.45 -- -- 水玻璃 0.12 0.12 0.08 0.12 0.07 0.06 0.30 氟硅酸钠 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01 0.007 0.05 水 0.86 0.94 0.43 0.9 1.3 0.40 2.16\n表3  实施例2～8工艺参数和性能表 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8 第一次搅拌 5分钟 5分钟 4分钟 5分钟 6分钟 3分钟 7分钟 第二次搅拌 3分钟 3分钟 2分钟 3分钟 5分钟 2分钟 6分钟 第三次搅拌 5分钟 4分钟 3分钟 4分钟 6分钟 3分钟 6分钟 热压温度℃ 118 120 115 120 100 125 90 压力  MPa 2.9 3.2 3.0 3.2 3.0 3.1 2.8 时间  分钟 11 12 9 12 20 7.5 33 增湿温度℃ 20 25 19 18 25 15 30 增湿湿度  ％ 60 62 52 62 68 50 70 增湿时间  天 6 6 5 6 7 4 7 密度  g/cm3 1.28 1.36 1.37 1.35 1.15 1.56 1.2 含水率  ％ 11.5 10.5 11.0 11.5 9.5 8 10.8 抗折强度  MPa 13.5 9.6 14.8 12.2 8.5 16.2 8.9 抗拉强度*  MPa 0.40 0.45 0.60 0.41 0.36 -- 0.37 膨胀率*  ％ 2.1 1.8 1.2 1.9 2.4 1.2 1.8 成品尺寸  cm 48×48 ×1.0 48×48 ×1.0 45×45 ×0.6 48×48 ×1.0 48×48 ×1.8 48×48 ×0.4 48×48 ×2.7 *抗拉强度是平面抗拉强度。 *膨胀率是水中浸泡24小时之后的吸水厚度膨胀率。