本发明属于复合材料领域，涉及一种复合板芯板及其制备方法、包含其的复合板和应用。
背景技术：
目前，制备复合板的芯板的材料主要有eps、岩棉、玻璃丝绵、阻燃纸蜂窝板、聚氨酯等。其中，岩棉板主要是以玄武岩为材料，经过高温融熔加工成人工无机纤维，同时均匀加入一定比例的粘合剂烘烤成大板，质量轻，但并不具备安全性、强度低且不环保。eps板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚合物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板，这种结构的eps板具有极低的吸水性，但强度不够高、防火性能差。玻璃纤维板，一般用于软包基层，外面再包布艺、皮革等，做成美观的墙面、吊顶装饰，应用比较广泛，但仍然存在一些不足，不具备安全性、强度低且不环保等缺点，这些芯材普遍存在强度低和不够环保的缺点，难以满足人们的使用需求，且以上芯板的制备过程中需要用到大量的粘合剂，污染不环保。
cn106256800a公开了一种不燃保温复合板材，包括复合板芯材，复合板芯材所采用的原材料为珍珠岩与矿物棉按照1:0.1-2的质量比混合而成的混合物，珍珠岩还可由珍珠岩粉或膨胀玻化微珠取代，二者形成蜂窝状空心结构，虽然强度有所增加，但是其仍需要加入粘合剂使用。cn102924041a公开了一种纳米复合板芯材，配方比例为氧化镁40-50％，氯化镁溶液40-45％，酸0.3-0.4％，发泡剂0.5-1.5％0.5-1.5％，聚苯颗粒1-2％，珍珠岩5-6％，纳米气凝胶0.02-0.05％，其提供的板芯材加入了纳米材料，改善了板材的理化特性，但是由于存在过多的金属材料，其粘结性不好。cn107244942a公开了一种高强度的环保复合板芯材及其制备方法，由以下原料按照重量份组成：水性环氧树脂10-16份、多孔石墨烯6-12份、纳米碳酸钙粉末2-5份、水性聚氨酯5-10份、分散剂0.4-1.2份、偶联剂1.5-4份、减水剂0.1-0.6份、发泡剂0.5-1.5份和建筑废弃物30-45份；其利用了建筑废弃物达到了资源再利用的要求，但是其原料过多且制备方法较复杂，增加了一定的成本。
目前，需要开发一种成分简单，无需粘合剂的复合板芯板，其具有较好的强度，可以满足不同种类复合板的使用要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种复合板芯板及其制备方法、包含其的复合板和应用，本发明提供的复合板芯板不需要使用粘合剂，在满足较高强度的同时也具有安全环保的优势，可以满足不同种类复合板的使用要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种复合板芯板，所述复合板芯板包括纤维素类物质和填料；
其中，所述纤维素类物质为纳米纤维素，所述纳米纤维素直径为2-300nm，长径比为50-400。
其中，所述直径可以为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、150nm、200nm、220nm、240nm、270nm等，因为纳米纤维素制备过程中得到的纳米纤维素尺寸不均一，所以纳米纤维素中为多种尺寸的混合体，但大部分纳米纤维素应该固定于某种尺寸之间，例如d90可以为5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、150nm、200nm、220nm、240nm、270nm等，所述纤维素类物质的长径比可以为70、100、120、150、180、200、220、250、270、300、350等。
在本发明中，选用纤维素类物质制备复合板材，一方面纤维素类物质具有一定的粘度，可以省略粘结剂等物质的添加，安全无污染；另一方面，纤维素类物质强度较高，与填料配合使用，可以得到强度较高的复合板芯板，配制简单；同时，本发明制备的复合板芯板具有生物可降解性，绿色环保。
本发明选用直径为2-300nm，长径比为50-400的纳米纤维素，可以使最后得到的复合板芯板的强度满足应用要求。
优选地，以复合板芯板总质量为100％计，所述纤维素类物质的含量为20-80wt％，例如25wt％、30wt％、35wt％、42wt％、45wt％、48wt％、50wt％、52wt％、55wt％、58wt％、65wt％、70wt％、75wt％等，优选40-60wt％。
当本发明的纤维素类物质浓度优选40-60wt％时，最后得到的复合板芯板具有较优异的力学性能。
优选地，所述纤维素类物质中含有木质素成分。
优选地，所述纤维素类物质中木质素成分占纤维素类物质的10-40wt％，例如12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、24wt％、25wt％、26wt％、28wt％、29wt％、30wt％、32wt％、35wt％、38等，进一步优选20-30wt％。
优选地，所述纤维素类物质中的木质素成分与纳米纤维素存在化学键和/或氢键结合。
优选地，所述纤维素类物质为a组分，a组分为直径范围在4-50nm且d90≤30nm(d90可以为例如28nm、25nm、22nm、20nm、18nm、15nm、10nm、5nm等)，长径比为200-400(例如220、250、280、300、320、350、380等)的纳米纤维素。
优选地，所述纤维素类物质为b组分，b组分为直径范围在10-280nm且d10≥100nm(d10可以为例如110nm、120nm、150nm、170nm、180nm、200nm、300nm、500nm等)，长径比为50-200(例如60、70、80、100、120、150、170、180、190等)的纳米纤维素。
优选地，所述纤维素类物质为a组分与b组分的组合。
优选地，所述a组分与b组分的质量比为1:(1-5)，例如1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:2.5、1:4、1:4.5等，优选1:(2-4)。
当本发明选用a组分与b组分的组合且二者的质量比在本发明提供的范围内时，可以进一步的增加最后得到的复合板芯板的力学强度。
优选地，以复合板芯板总质量为100％计，所述填料的含量为20-80wt％，例如25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％等。
优选地，所述填料包括石墨烯材料、高岭土、木粉、秸秆粉、锯末、木糖渣、糠醛渣、蔗糖渣、碳酸钙、滑石粉、硅藻土、膨润土或蒙脱土中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述石墨烯材料包括单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片、石墨烯纳米带和石墨烯微片中的任意一种或至少两种的组合。
本发明的复合板芯板可以只包括纤维素类物质和填料，配制极为简单，操作方便，并且最后得到的复合板芯板具有较高的强度，且制备过程安全环保无污染，可进行规模化生产。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的复合板芯板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将填料加入纤维类物质浆料中混合；
(2)将步骤(1)得到的混合料浓缩，然后进行模压成型，得到所述复合板芯板。
优选地，在纤维类物质浆料中，所述纤维类物质的浓度为1-10wt％，例如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％等，优选5-8wt％。
优选地，所述填料的添加量为所述纤维类物质浆料中固含量的0.25-4倍，例如0.5倍、0.75倍、1倍、1.25倍、1.5倍、1.75倍、2倍、2.25倍、2.5倍、2.75倍、3倍、3.25倍、3.5倍、3.75倍等。
优选地，所述浓缩为将混合料浓缩至含水量为30-50％，例如32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％等。
优选地，所述浓缩的方式为抽滤、离心或压滤中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述模压成型的压力为2-15mpa，例如3mpa、5mpa、8mpa、10mpa、12mpa、14mpa等。
优选地，步骤(2)还包括在模压成型之后进行干燥。
优选地，所述干燥为鼓风干燥或/和红外干燥。
优选地，所述干燥的温度为20-150℃，例如30℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃等，优选30-45℃，时间为5-96h，例如10h、20h、30h、40h、50h、58h、60h、62h、65h、68h、70h、72h、74h、76h、80h、90h等，优选56-78h。
当干燥温度和干燥时间在本发明优选范围内时，可以增加复合板芯板的强度。
第三方面，本发明提供了一种复合板，所述复合板包括第一方面所述的复合板芯板。
优选地，所述复合板芯板经过表面疏水化处理。
优选地，所述表面疏水化处理包括表面涂覆或表面碳化。
优选地，所述复合板还包括底板和面板。
优选地，所述底板为橡胶板、塑料板或金属板。
本发明提供的复合板芯板用途广泛，可以利用其作为芯板，配合不同种类的底板以及面板制备成不同的复合板，满足不同需求。
第四方面，本发明提供了根据第三方面所述复合板在车厢顶棚、箱体芯层、建筑物外墙板、内装饰用板、办公室或吊顶板中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)在本发明中，选用纤维素类物质制备复合板材，一方面纤维素类物质具有一定的粘度，可以省略粘结剂等物质的添加，安全无污染；另一方面，纤维素类物质强度较高，与填料配合使用，可以得到强度较高的复合板芯板，配制简单；同时，本发明制备的复合板芯板具有生物可降解性，绿色环保；
(2)本发明选用直径为2-300nm，长径比为50-400的纳米纤维素，可以使最后得到的复合板芯板的强度满足应用要求；
(3)本发明提供的复合板芯板具有较高的强度，静曲强度最高可达到93mpa，静曲模量最高可达到9010mpa，其可作为芯板制备不同种类复合板，均可满足使用要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种复合板芯板，由50wt％的纤维素类物质和50wt％的填料组成。
其中，纤维素类物质为含有木质素的纳米纤维素，其直径为10-180nm，d10为100nm，长径比为50-200；填料为单层石墨烯、蔗糖渣和木粉按质量比1:1:2组成的组合物。
制备方法如下：
(1)将填料加入浓度为5wt％的纤维类物质浆料中混合，填料的添加量为纤维类物质浆料中固含量的1倍；
(2)将步骤(1)得到的混合料采用抽滤的方式浓缩至含水量为40％，然后在5mpa的压力下模压成型，最后在45℃红外干燥56h，得到复合板芯板。
实施例2
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为40wt％；步骤(2)中干燥方式为红外干燥，干燥温度45℃，干燥时间65h。
实施例3
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为60wt％。
实施例4
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为20wt％。
实施例5
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为80wt％。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为15wt％。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质的含量为85wt％。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质为纳米纤维素，其直径为2-10nm，直径d90为8nm，长径比为200-400。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质为纳米纤维素，其直径为20-180nm，直径d10为100，长径比为50-150。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质为含有木质素的纳米纤维素且为a组分和b组分的组合，其中a组分的直径为4-15nm，直径d90为9nm，长径比为300-380，b组分的直径为30-240nm，直径d10为140nm，长径比60-140，a组分和b组分两者的比例为1:1。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质为纳米纤维素且为a组分和b组分的组合，其中a组分的直径为6-12nm，d90为7nm，长径比为300-360，b组分的直径为40-210nm，d10为100nm，长径比为70-180，a组分和b组分两者的比例为1:4。
实施例12
与实施例1的区别仅在于，在本实施例提供的复合板芯板中，纤维素类物质为纳米纤维素且为a组分和b组分的组合，其中a组分的直径为6-20nm，d90为12nm，长径比360-400，b组分的直径为30-230nm，d10为110nm，长径比为70-180，两者的比例为4:1。
实施例13
与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中干燥方式为鼓风干燥和红外干燥相结合，干燥温度43℃，干燥时间75h。
实施例14
与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中干燥方式为鼓风干燥，干燥温度140℃，干燥时间15h。
实施例15
一种复合板芯板，由55wt％的纤维素类物质和45wt％的填料组成。
其中，纤维素类物质为含有木质素的纳米纤维素，其直径为20-180nm，直径d10为100nm，长径比为10-300；填料为石墨烯、蔗糖渣和木粉按质量比1:1:2组成的组合物。
制备方法如下：
(1)将填料加入浓度为10wt％的纤维类物质浆料中混合，填料的添加量为纤维类物质浆料中固含量的1.2倍；
(2)将步骤(1)得到的混合料采用抽滤的方式浓缩至含水量为50％，然后在15mpa的压力下模压成型，最后在150℃红外干燥5h，得到复合板芯板。
实施例16
一种复合板芯板，由70wt％的纤维素类物质和30wt％的填料组成。
其中，纤维素类物质为含有木质素的纳米纤维素，其直径为10-180nm，直径d10为100nm，长径比为10-100；填料为秸秆粉、锯末和膨润土按质量比1:3:2组成的组合物。
制备方法如下：
(1)将填料加入浓度为8wt％的纤维类物质浆料中混合，填料的添加量为纤维类物质浆料中固含量的2.3倍；
(2)将步骤(1)得到的混合料采用抽滤的方式浓缩至含水量为30％，然后在2mpa的压力下模压成型，最后在20℃红外干燥96h，得到复合板芯板。
实施例17
一种复合板芯板，由30wt％的纤维素类物质和70wt％的填料组成。
其中，纤维素类物质为含有木质素的纳米纤维素，其直径为10-180nm，直径d10为100nm，长径比为30-200；填料为蒙脱土。
制备方法如下：
(1)将填料加入浓度为1wt％的纤维类物质浆料中混合，填料的添加量为纤维类物质浆料中固含量的0.43倍；
(2)将步骤(1)得到的混合料采用抽滤的方式浓缩至含水量为45％，然后在10mpa的压力下模压成型，最后在100℃红外干燥20h，得到复合板芯板。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，在本对比例提供的复合板芯板仅包括填料。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，在本对比例提供的复合板芯板中，将纤维素类物质替换为聚乙烯醇。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，本对比例提供的纤维素类物质为纤维素类物质为直径为100-500nm，d10为300nm，长径比为10-30的纳米纤维素。
性能测试
对实施例1-17和对比例1-3提供的复合板芯板进行性能测试：
(1)复合板芯板的力学性能：测试方法参照《gb/t17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，测试结果见表1：
表1
由实施例和性能测试可知，本发明提供的复合板芯板具有较高的强度，静曲强度达到40mpa以上，最高可达到93mpa，静曲模量达到4291mpa，最高可达到9010mpa；由实施例1-2和实施例3-7的对比可知，当本发明选择20-80wt％的纤维素类物质，优选40-60wt％时，本发明得到的复合板芯板具有更好的力学性能；由实施例1和实施例8-12的对比可知，当本发明选择的纤维素类物质为a组分和b组分以一定的质量比组成的组合时，本发明最后得到的复合板芯板具有更好的力学性能；由实施例1和实施例13-14的对比可知，当对于复合板芯板的干燥方式为本发明的优选范围内时，最后得到的复合板芯板具有更好的静曲强度和静曲模量。由实施例1和对比例1的对比可知，本发明选用纤维素类物质和填料制备复合板芯板力学性能较佳，并且安全无污染，可以满足各种复合板的应用要求；由实施例1和对比例2的对比可知，本发明选用纤维素类物质和填料相互配合，使得本发明最后得到的复合板芯板具有较好的力学性能；由实施例1和对比例3的对比可知，本发明只有在选择直径为2-300nm，长径比为50-400纳米纤维素才可以满足制备复合板芯板的应用要求，不在此范围内时，得到的复合板芯板的力学性能极大降低，无法应用。
应用例1
一种复合板，由底板、实施例1提供的复合板芯板和面板组成。
其中，底板为橡胶板。
应用例2
一种复合板，由底板、实施例2提供的复合板芯板和面板组成。
其中，底板为金属板。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的复合板芯板及其制备方法、包含其的复合板和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。