一种高硬度轻比重木材材料的制作方法

本发明涉及木材技术领域，尤其是涉及一种高硬度轻比重木材材料。

背景技术：

装饰材料分为两大部分：一部分为室外材料，一部分为室内材料。室内材料再分为实材，板材、片材、型材、线材五个类型。实材也就是原材，上要是指原木及原木制成。常用的原木有杉木、红松、榆木、水曲柳，香樟、椴木，比较贵重的有花梨木、榉木、橡木等。在装修中所用木方主要由杉木制成，其他木材主要用于配套家具和雕花配件。传统的装饰材料需要消耗大量的木材和金属材料，而且存在着怕水怕火、有放射性污染、甲醛含量超标、安装施工繁琐、装饰效果差、保养困难、寿命短、价格高等问题，已经逐渐被淘汰出市场。

木塑复合材料是由木质或其他纤维素材料和热塑性塑料统配温成型加工制成的复合材料，虽然其优点众多，但中国的木塑产品在应用方面仍存在一定的局限性和缺陷。木塑产品在使用过程中存在力学强度不够、耐热性能不佳，及热膨胀系数大等缺陷，作为地面铺板等用材时，材料的摩擦学性能尚不理想。为改善上述局限性并弥补缺陷，同时扩大替代木制产品的优势，研发高填充量植物纤维、高性能木塑复合材料产品将是企业和市场的主导方向。

目前，玻璃纤维在木塑复合材料中的研究和应用较少，有关其性能的研究报迫尚不多见，而结合材料的实际工况进行的相关研究报道更为鲜见。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种采用玻璃纤维的高硬度轻比重木材材料，本发明具有硬度高、比重轻的特点，抗压、抗弯、耐冲击等性能优于天然木材，经久耐磨，不易受损，由于添加一定比例的纤维，比重更轻，使用更方便，具有环保、阻燃、防潮、防虫蛀、不变形、硬度高，不怕水浸、易保养，耐磨度高，使用寿命更长等优点。

本发明的技术方案为：一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板，所述芯板的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：22-34份；

竹炭粉：16-29份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：11-19份；

聚烯烃弹性体：4-9份；

辣椒素9-16份；

玄武岩纤维：16-23份；

甘露醇：17-21份；

硅烷偶联剂7-15份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为100-150微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为250-450微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为120-160微米；

所述辣椒素为粉末颗粒，颗粒度大小为500-750um。

进一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：25-28份；

竹炭粉：18-22份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：13-16份；

聚烯烃弹性体：5-7份；

辣椒素11-14份；

玄武岩纤维：19-21份；

甘露醇：17-20份；

硅烷偶联剂9-11份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为120-140微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为280-350微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为130-150微米；

所述辣椒素为粉末颗粒，颗粒度大小为550-650um。

更进一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：27份；

竹炭粉：20份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：15份；

聚烯烃弹性体：6份；

辣椒素12份；

玄武岩纤维：20份；

甘露醇：19份；

硅烷偶联剂10份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为130微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为320微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为135微米；

所述辣椒素为粉末颗粒，颗粒度大小为600um。

本发明中，采用的辣椒素((反式)8-甲基-n-香草基-6-壬烯酰胺)是辣椒的活性成分辣椒素和与其相关一些的化合物并称为辣椒元，它们是辣椒产生的次级代谢产物，可能为了对草食动物形成威慑。纯辣椒素是一种斥水亲脂、无色无嗅的结晶或蜡状化合物。

本发明中，采用的poe分子结构与三元乙丙橡胶(epdm)相似，因此poe也会具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，通过对poe进行交联，材料的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。多用途的poe弹性体能够超过pvc、eva、sbr、ema和epdm，今后poe可能取代传统的epdm。由于poe的优异性能使其在汽车行业、电线电缆护套、塑料增韧剂等方面里都获得了广泛应用。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为5-8mm，直径为13-18um。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至140-150℃，投入温度为2-3℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温2-5min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述竹子的预烧温度为450-530℃，时间为1-1.5h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为920-1050℃，时间为55-70min。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案，所述木纹图案是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层。本发明中，水性聚氨酯(wpu)涂膜有优良的耐磨性及粘附性，但其亦受限于耐水性和光泽度不佳等缺点。丙烯酸酯(pa)具有优良的光学性能、力学性能及耐介质性等优点，但其柔韧性和耐磨性较差。本发明通过原位无皂乳液聚合制备了wpua复合乳液，该体系综合了pu和pa两者的优点。氧化石墨烯(go)由于特殊的二维结构，其表面含氧基团在聚合过程中会与pu分子链间发生化学键合，形成相容性较好的杂化材料，提升复合材料的性能。通过研究发现go与wpu间形成的共价键可使复合材料的耐水性、热性能、力学性能均有不同程度提升。当go的质量分数超过1．5%时，go会发生团聚，材料的性能下降。本发明采用原位聚合法制备了系列水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯(wpua/go)复合乳液，通过改进现有技术中的hummers法制备出氧化程度高、分散性较好的go；wpua/go乳液粒径随着go含量的增加呈现先增大后减小的趋势;当go的质量分数为0．5%时，涂层的热稳定性提高了140℃，耐盐雾时间比纯wpua延长了10d，腐蚀电流密度减小了1个数量级；具有优异的防腐性能。

在众多植物中，竹材的生长周期短且资源丰富，而四川地区的竹资源尤为丰富。竹材性能优异，但由于其特殊的生长结构，利用率不高。将竹材运用于木塑复合材料中，不仅可以替代木材并提高其利用率，高填充量的竹纤维连可以进一步地降低木塑复合材料的成本。

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有耐高温、机械强度高且硬度大等特点，选择玻璃纤维作为木塑复合材料的改性填料，一方面在于纤维材料对复合材料的增强效果比颗粒状无机填料的好；另一方面是希望能利用玻璃纤维的特性弥补木塑复合材料在应用过程中易于出现的缺陷，使复合材料在具有良好性能的同时，降低材料的生产成本。此外，根据纤维的增强原理，只有纤维长度在临界长度以上时才能充分发挥纤维的增强作用。在成型工艺允许的条件下，选择较长的玻璃纤维增强复合材料时，增强效果更为明显。

本发明中，所述芯板可采用本领域中冷压、热压、挤出等任一现有技术加工方式或其组合得到。本发明通过蛇纹木粉、竹炭粉、低浮纤无碱性短切玻璃纤维的协效复配作用，形成高强度的空间排布结构以及规则层状结构，再通过甘露醇、硅烷偶联剂、辣椒素的作用增强其连接强度。通过对本发明断面形貌的观察，各组分的相界面模糊，存在包裹与被包裹的连接方式，同时还存在部分孔洞，说明甘露醇、硅烷偶联剂、辣椒素共同协效可有效改善蛇纹木粉与竹炭粉、低浮纤无碱性短切玻璃纤维之间的界面结合，但粒径较大的纤维之间容易搭桥，使得纤维与纤维之间以及纤维与基体之间易产生孔隙，进而减弱了结合力的作用，因此本发明中通过采用不同粒径的纤维搭配，避免材料在受力时产生应力集中的现象。

本发明提供一种采用玻璃纤维的高硬度轻比重木材材料，本发明能够具备有良好的耐磨性能，而且还能具备有较高的强度，结构简单，使用寿命长。

本发明采用的蛇纹木又名蛇桑，桑科moracea蛇桑属。蛇纹木为小树冠乔木，无板根，高25m，主干15m，直径30—50bm；木材密度重且强度高，气干密度1.20-1.36g/cm3，堪称是世界上密度最大的木材，心材极耐腐、抗虫驻，切面光滑，抛光性好。平均抗弯强度14599-21599psi，平均抗压强度900kg/cm2，半径收缩6%，切向收缩9%，端面易现裂痕。本发明采用的是蛇纹木制造工艺品时的下脚料，或者采用无法制备成工艺品的蛇桑树的外皮、枝干部分，使得原材料成本较低，有利于推广应用。

本发明采用煅烧后的竹炭粉末、辣椒素与蛇纹木粉末配合，可以避开其易开裂、出油、易溶、受温度湿度影响大的缺点，更好的发挥蛇纹木的性能优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：27份；

竹炭粉：20份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：15份；

聚烯烃弹性体：6份；

辣椒素12份；

玄武岩纤维：20份；

甘露醇：19份；

硅烷偶联剂10份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为130微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为320微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为135微米；

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为6mm，直径为15um。

进一步的所述竹子的预烧温度为480℃，时间为1.2h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为970℃，时间为62min。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至145℃，投入温度为2.5℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温4min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案2，所述木纹图案2是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案2。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层（未标注）。

本发明制备得到密度为1g/cm²、厚度为25mm的木材，其弹性模量为34390mpa，静曲强度165mpa、煮沸内结合强度0.30mpa。

所述水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层的防腐性能通过现有技术中的国家标准进行耐盐雾实验，实验结果如表1所示。

表1

实施例2

一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：22份；

竹炭粉：29份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：11份；

聚烯烃弹性体：9份；

辣椒素9份；

玄武岩纤维：16份；

甘露醇：21份；

硅烷偶联剂7份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为150微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为450微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为160微米；

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为8mm，直径为18um。

进一步的所述竹子的预烧温度为530℃，时间为1.5h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为1050℃，时间为70min。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至140℃，投入温度为2℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温5min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案2，所述木纹图案2是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案2。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层（未标注）。

将本发明制备得到密度为1g/cm²、厚度为25mm的木材，弹性模量为25780mpa，静曲强度126mpa、煮沸内结合强度0.35mpa。

实施例3

一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：34份；

竹炭粉：16份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：19份；

聚烯烃弹性体：4份；

辣椒素16份；

玄武岩纤维：16份；

甘露醇：21份；

硅烷偶联剂7份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为100微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为250微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为120微米；

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为5mm，直径为13um。

进一步的所述竹子的预烧温度为450℃，时间为1h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为920℃，时间为55min。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至150℃，投入温度为3℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温2min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案2，所述木纹图案2是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案2。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层（未标注）。

将本发明制备得到密度为1g/cm²、厚度为25mm的木材，弹性模量为28120mpa，静曲强度138mpa、煮沸内结合强度0.40mpa。

实施例4

一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：25份；

竹炭粉：18份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：13份；

聚烯烃弹性体：5份；

辣椒素11份；

玄武岩纤维：19份；

甘露醇：17份；

硅烷偶联剂9份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为140微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为350微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为150微米；

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为8mm，直径为18um。

进一步的所述竹子的预烧温度为490℃，时间为1.2h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为1000℃，时间为68min。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至148℃，投入温度为2.2℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温3.5min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案2，所述木纹图案2是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案2。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层（未标注）。

将本发明制备得到密度为1g/cm²、厚度为25mm的木材，弹性模量为30910mpa，静曲强度181mpa、煮沸内结合强度0.20mpa。

实施例5

一种高硬度轻比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份数为：

蛇纹木粉：28份；

竹炭粉：22份；

低浮纤无碱性短切玻璃纤维：16份；

聚烯烃弹性体：7份；

辣椒素14份；

玄武岩纤维：21份；

甘露醇：20份；

硅烷偶联剂11份；

所述蛇纹木粉为蛇纹木制造产品时的下脚料研磨成的粉末，颗粒度大小为120微米；

所述竹炭粉为竹子经预烧、研磨、酸洗、煅烧后得到的粉末，颗粒度大小为280微米；

所述玄武岩纤维的颗粒度大小为130微米；

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的长度为5mm，直径为13um。

进一步的所述竹子的预烧温度为490℃，时间为1.2h；酸洗为采用醋酸浸泡；煅烧的温度为1000℃，时间为68min。

进一步的，所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维的制备方法为将无碱连续玻纤加热至142℃，投入温度为2.7℃的过氧化氢中，加入氯化钾，保温4.5min，干燥后获得所述低浮纤无碱性短切玻璃纤维。

进一步的，所述芯板的表面设有木纹图案2，所述木纹图案2是通过特制的滚花机在经过表面处理的板材表面高温压制出一层由凹槽和凹坑组对称排布设置组成的木纹图案2。

进一步的，所述芯板的表面设有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂层（未标注）。

将本发明制备得到密度为1g/cm²、厚度为25mm的木材，弹性模量为29290mpa，静曲强度176mpa、煮沸内结合强度0.20mpa。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。