一种木质复合磁性板材及其制备方法与流程

本发明涉及磁性板材制造技术领域，具体涉及一种木质复合磁性板材及其制备方法。

背景技术：

随着移动电话、局域网或家庭机器人等无线电子设备应用的快速增长，人们的日常生活和生产受到电磁波的影响日益严重，因此迫切需要具有重量轻、厚度薄、有效频率宽、吸收能力强等特点的吸波装饰材料。

磁性板材作为一种生物质复合材料，保留了木材原有的纹理和低比重、容易加工成型的优点，还由于四氧化三铁等磁性材料的加入而具有其他特殊的性质及应用。

目前的磁性板材制造工艺仍然停留在先制备磁性纳米颗粒，再通过浸渍法、粉体法以及涂布法等将磁性纳米颗粒与木纤维或者实木板复合。中国专利cn105082314a公开了一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板及其制备方法，中国专利cn103144361a公开了一种三明治复合材料板材及其制造方法。这两种方法虽然都可以使得板材获得较好的磁特性，但在实际生产应用中具有一定的局限性：1、前期工艺复杂，制造成本受磁性颗粒生产企业的影响较大，且多涉及高温、高压等苛刻的制备条件；2、通过胶黏剂将木材与磁性纳米颗粒两种不同相直接胶黏形成磁性纤维板，其产品机械强度较差；3、磁性颗粒通过胶黏剂分散在木纤维周围，容易受胶黏剂影响而自身发生团聚，影响其再产品中的均匀分散，从而影响纤维板不同部位的电磁波吸收性能的均一性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种木质复合磁性板材及其制备方法，它不仅能保证制备得到磁性颗粒均匀分散、磁性纤维板力学性能好、强重比高，同时还具有电磁波屏蔽特性，可实现产品磁性和电磁波屏蔽性能在一定程度上可控。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种木质复合磁性板材，包括实木板和磁性纤维板芯材，所述磁性纤维板芯材通过热塑性胶黏剂胶结于实木板之间。

一种上述木质复合磁性板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过原位浸渍共沉淀法制备磁性纤维，磁性纤维的制备方法如下：

步骤a：将含水率为3～5％木纤维超声震荡洗涤后，置于干燥箱中干燥；

步骤b：将三价铁盐和二价铁盐溶于含有去离子水的烧杯中，得到铁盐溶液；

步骤c：将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育24～72h；

步骤d：取出浸渍铁盐溶液后的木纤维，使用去离子水冲洗，再置于真空干燥箱中干燥12～18h，之后将木纤维浸入氨水溶液中孵育；

步骤e：取出浸渍氨水溶液后的木纤维，再使用去离子水洗涤木纤维表面，之后置于真空干燥箱中干燥12～18h，即得到磁性纤维；

(2)将磁性纤维与热塑性聚合物混合制备磁性纤维板芯材；

(3)通过热塑性胶黏剂将磁性纤维板芯材与实木板交联，得到木质复合磁性板材。

进一步地，步骤a中所述木纤维的长度为1～2mm，超声震荡洗涤时间为1～5h，干燥箱的温度为60～80℃；

步骤d和步骤e中真空干燥箱的温度均为60～80℃，且所述氨水溶液的质量分数为20～25％。

进一步地，上述(2)中磁性纤维板芯材的制备方法如下：

步骤1：向上述干燥后的磁性纤维上喷洒异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀后得到压板原料；

步骤2：将压板原料均匀铺放在垫板上，进行压制，压制后的纤维板密度为0.85～0.90g/cm³；

步骤3：将上述纤维板依次进行预压、热压操作后，即得到磁性纤维板芯材。

其中步骤1中异氰酸酯胶黏剂的占压板原料总重量的7.5～14％；

步骤3中预压温度为20～30℃，预压时间为10～20min，预压压力为2～4mpa；热压温度为115～135℃，热压时间为1min/1mm板厚度；热压压力为35mpa。

更进一步地，上述(3)中木质磁性板材的制备方法如下：

步骤一：将经干燥处理后的实木板单面涂抹热塑性胶黏剂；

步骤二：在实木板的涂胶面铺上上述磁性纤维板芯材；

步骤三：重复步骤一，将另一块单面涂胶的实木板盖在磁性纤维板芯材的另一面；

步骤四：对板坯进行热压，之后在空气中冷却至室温，即可得到三层木质复合磁性板材。

其中步骤一中实木板的含水率为6～8％，单面涂胶量为100～130g/m²；

步骤四中热压温度为115～135℃，热压压力为3～5mpa，热压时间为1.5min/1cm板厚度。

上述技术方案中提供的一种木质复合磁性板材的制备方法，没有直接使用具有电磁屏蔽效果的材料与木纤维胶黏形成纤维板，而是通过铁盐、碱液浸渍的方法在木纤维内部原位共沉淀合成具有电磁屏蔽效果的四氧化三铁磁性材料，这样既能保证木纤维外围表面木材本身的物化性质，又不影响后期纤维板制造工艺和产品的力学性能，同时还能保证磁性颗粒在纤维板中均匀分散，使纤维板具有电磁屏蔽功能，进而保证了以该种磁性纤维板作为芯材得到的木质复合磁性板材具有电磁屏蔽功能。

将磁性纤维制成磁性纤维板芯材，两种同相材料相胶结，能有效增强产品的机械强度；磁性纤维和异氰酸酯胶黏剂均匀混合，进过后续预压、热压等操作能使磁性颗粒均匀分散，以达到木质复合磁性板材的电磁波吸收性能均一。

其次，本发明解决了传统木质电磁屏蔽材料，对不同频率波段的电磁波没有针对性，电磁屏蔽性能不能根据实际应用要求进行调节的缺陷，本发明制备得到木质复合磁性板材可以通过控制磁性纤维制备过程中铁盐浸渍的时间，木质复合磁性板材的层数以及其中磁性纤维板的厚度、层数调节产品的磁性能，进而调节产品的电磁波吸收性能。

最后，传统木质电磁屏蔽材料的密度在3g/cm³以上，本发明所述的具有电磁屏蔽功能的木质复合磁性板材的密度在0.6～1.1g/cm³之间，基本保持了木材质量轻的特点，并通过表层为单板的设计使得产品更具有木材的自然属性。

附图说明

图1为三层木质复合磁性板材的结构示意图；

图2为铁盐浸渍时间相同情况下三层木质复合磁性板材电磁波吸收性能与芯材厚度关系数据图；

图3为在磁性纤维板厚度相同情况下三层木质复合磁性板材电磁波吸收性能与铁盐混合溶液浸渍时间关系数据图；

图4为磁性纤维板芯材厚度和铁盐浸渍时间相同情况下，三层、五层、七层木质复合磁性板材电磁波吸收性能数据图。

图中：1、实木板；2、热塑性胶黏剂；3、磁性纤维板芯材。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的技术方案如图1所示，一种木质复合磁性板材，包括实木板和磁性纤维板芯材，所述磁性纤维板芯材通过热塑性胶黏剂胶结于实木板之间。

实施例1

一种上述木质复合磁性板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过原位浸渍共沉淀法制备磁性纤维，磁性纤维的制备方法如下：

步骤a：将含水率为3％木纤维超声震荡洗涤后，置于鼓风干燥箱中干燥；

步骤b：将三价铁盐和二价铁盐溶于含有去离子水的烧杯中，得到铁盐溶液；

步骤c：将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育24h；

步骤d：取出浸渍铁盐溶液后的木纤维，使用去离子水冲洗，再置于真空干燥箱中干燥12h，之后将木纤维浸入氨水溶液中孵育；

步骤e：取出浸渍氨水溶液后的木纤维，再使用去离子水洗涤木纤维表面，之后置于真空干燥箱中干燥12h，即得到磁性纤维；

(2)将磁性纤维与热塑性聚合物混合制备磁性纤维板芯材；

(3)通过热塑性胶黏剂将磁性纤维板芯材与实木板交联，得到木质复合磁性板材。

其中步骤a中所述木纤维的长度为1mm，超声震荡洗涤时间为1h，鼓风干燥箱的温度为60℃；

步骤b中混合溶液中三价铁和二价铁的摩尔浓度比为2:1；

步骤d和步骤e中真空干燥箱的温度均为60℃，

其中氨水溶液的质量分数为20％。

上述磁性纤维板芯材的制备方法如下：

步骤1：向上述干燥后的磁性纤维上喷洒异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀后得到压板原料；

步骤2：将压板原料均匀铺放在垫板上，进行压制，压制后的纤维板密度为0.85g/cm³；

步骤3：将上述纤维板依次进行预压、热压后，即得到磁性纤维板芯材。

本实施例中磁性纤维板芯材的厚度为2mm。

其中步骤1中异氰酸酯胶黏剂的占压板原料总重量的7.5％；

步骤3中预压温度为20℃，预压时间为10min，预压压力为2mpa；热压温度为115℃，热压时间为2min；热压压力为35mpa。

上述木质磁性板材的制备方法如下：

步骤一：将经干燥处理后的实木板单面涂抹热塑性胶黏剂，其中热塑性胶黏剂为酚醛树脂或脲醛树脂，本实施例中采用酚醛树脂涂抹；

步骤二：在实木板的涂胶面铺上上述磁性纤维板芯材；

步骤三：重复步骤一，将另一块单面涂胶的实木板盖在磁性纤维板芯材的另一面；

步骤四：对板坯进行热压，之后在空气中冷却至室温，即可得到如图3所示三层木质复合磁性板材。

其中步骤一中实木板的含水率为6％，单面涂胶量为100g/m²；

步骤四中热压温度为115℃，热压压力为3mpa，热压时间为3min。

另外，将步骤三中单面涂胶的实木板的未施胶的一面进行涂胶，再铺上上述磁性纤维板芯材，之后再重复步骤三、步骤四，即得到五层木质复合磁性板材。

将步骤三中单面涂胶的实木板的未施胶的一面进行涂胶，再铺上上述磁性纤维板芯材，之后两次重复步骤三、步骤四，即得到七层木质复合磁性板材。

实施例2

本实施例除以下特征外均与实施例1相同：本实施例中磁性纤维板芯材的厚度为3mm；步骤3中热压时间为3min；步骤四中热压时间为4.5min。

实施例3

本实施例除以下特征外均与实施例1相同：本实施例中磁性纤维板芯材的厚度为4mm；步骤3中热压时间为4min；步骤四中热压时间为6min。

实施例4

本实施例除以下特征外均与实施例1相同：本实施例中磁性纤维板芯材的厚度为5mm；步骤3中热压时间为5min；步骤四中热压时间为7.5min。

实施例5

一种上述木质复合磁性板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过原位浸渍共沉淀法制备磁性纤维，磁性纤维的制备方法如下：

步骤a：将含水率为4％木纤维超声震荡洗涤后，置于鼓风干燥箱中干燥；

步骤b：将三价铁盐和二价铁盐溶于含有去离子水的烧杯中，得到铁盐溶液；

步骤c：将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育24h；

步骤d：取出浸渍铁盐溶液后的木纤维，使用去离子水冲洗，再置于真空干燥箱中干燥15h，之后将木纤维浸入氨水溶液中孵育；

步骤e：取出浸渍氨水溶液后的木纤维，再使用去离子水洗涤木纤维表面，之后置于真空干燥箱中干燥15h，即得到磁性纤维；

(2)将磁性纤维与热塑性聚合物混合制备磁性纤维板芯材；

(3)通过热塑性胶黏剂将磁性纤维板芯材与实木板交联，得到木质复合磁性板材。

其中步骤a中所述木纤维的长度为2mm，超声震荡洗涤时间为3h，鼓风干燥箱的温度为70℃；

步骤b中混合溶液中三价铁和二价铁的摩尔浓度比为2:1；

步骤d和步骤e中真空干燥箱的温度均为70℃，

其中氨水溶液的质量分数为23％。

上述磁性纤维板芯材的制备方法如下：

步骤1：向上述干燥后的磁性纤维上喷洒异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀后得到压板原料；

步骤2：将压板原料均匀铺放在垫板上，进行压制，压制后的纤维板密度为0.88g/cm³；

步骤3：将上述纤维板依次进行预压、热压后，即得到磁性纤维板芯材。

本实施例中磁性纤维板芯材的厚度3mm。

其中步骤1中异氰酸酯胶黏剂的占压板原料总重量的10％；

步骤3中预压温度为25℃，预压时间为15min，预压压力为3mpa；热压温度为125℃，热压时间为3min；热压压力为35mpa。

上述木质磁性板材的制备方法如下：

步骤一：将经干燥处理后的实木板单面涂抹热塑性胶黏剂，其中热塑性胶黏剂为酚醛树脂或脲醛树脂，本实施例中采用酚醛树脂涂抹；

步骤二：在实木板的涂胶面铺上上述磁性纤维板芯材；

步骤三：重复步骤一，将另一块单面涂胶的实木板盖在磁性纤维板芯材的另一面；

步骤四：对板坯进行热压，之后在空气中冷却至室温，即可得到如图3所示三层木质复合磁性板材。

其中步骤一中实木板的含水率为7％，单面涂胶量为120g/m²；

步骤四中热压温度为125℃，热压压力为4mpa，热压时间为4.5min。

实施例6

本实施例除以下特征外均与实施例1相同：步骤c中将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育48h。

实施例7

本实施例除以下特征外均与实施例1相同：步骤c中将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育72h。

实施例8

一种上述木质复合磁性板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过原位浸渍共沉淀法制备磁性纤维，磁性纤维的制备方法如下：

步骤a：将含水率为5％木纤维超声震荡洗涤后，置于鼓风干燥箱中干燥；

步骤b：将三价铁盐和二价铁盐溶于含有去离子水的烧杯中，得到铁盐溶液；

步骤c：将木纤维浸入上述铁盐溶液中，在氮气环境下孵育72h；

步骤d：取出浸渍铁盐溶液后的木纤维，使用去离子水冲洗，再置于真空干燥箱中干燥18h，之后将木纤维浸入氨水溶液中孵育；

步骤e：取出浸渍氨水溶液后的木纤维，再使用去离子水洗涤木纤维表面，之后置于真空干燥箱中干燥18h，即得到磁性纤维；

(2)将磁性纤维与热塑性聚合物混合制备磁性纤维板芯材；

(3)通过热塑性胶黏剂将磁性纤维板芯材与实木板交联，得到木质复合磁性板材。

其中步骤a中所述木纤维的长度为2mm，超声震荡洗涤时间为5h，鼓风干燥箱的温度为80℃；

步骤b中混合溶液中三价铁和二价铁的摩尔浓度比为2:1；

步骤d和步骤e中真空干燥箱的温度均为80℃，

其中氨水溶液的质量分数为25％。

上述磁性纤维板芯材的制备方法如下：

步骤1：向上述干燥后的磁性纤维上喷洒异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀后得到压板原料；

步骤2：将压板原料均匀铺放在垫板上，进行压制，压制后的纤维板密度为0.90g/cm³；

步骤3：将上述纤维板依次进行预压、热压后，即得到磁性纤维板芯材。

本实施例中磁性纤维板芯材的厚度为3mm。

其中步骤1中异氰酸酯胶黏剂的占压板原料总重量的14％；

步骤3中预压温度为30℃，预压时间为20min，预压压力为4mpa；热压温度为135℃，热压时间为3min；热压压力为35mpa。

上述木质磁性板材的制备方法如下：

步骤一：将经干燥处理后的实木板单面涂抹热塑性胶黏剂，其中热塑性胶黏剂为酚醛树脂或脲醛树脂，本实施例中采用酚醛树脂涂抹；

步骤二：在实木板的涂胶面铺上上述磁性纤维板芯材；

步骤三：重复步骤一，将另一块单面涂胶的实木板盖在磁性纤维板芯材的另一面；

步骤四：对板坯进行热压，之后在空气中冷却至室温，即可得到如图3所示三层木质复合磁性板材。

其中步骤一中实木板的含水率为8％，单面涂胶量为130g/m²；

步骤四中热压温度为135℃，热压压力为5mpa，热压时间为4.5min。

另外，将步骤三中单面涂胶的实木板的未施胶的一面进行涂胶，再铺上上述磁性纤维板芯材，之后再重复步骤三、步骤四，即得到五层木质复合磁性板材。

将步骤三中单面涂胶的实木板的未施胶的一面进行涂胶，再铺上上述磁性纤维板芯材，之后两次重复步骤三、步骤四，即得到七层木质复合磁性板材。

如图2所示，即将实施例1至4制备的木质复合磁性板材进行比较，当铁盐浸渍时间相同，均为铁盐浸渍24h时，通过调节制备得到的三层木质复合磁性板材中磁性纤维板芯材的厚度，可以实现对木质复合磁性板材对电磁波屏蔽性能的调节。图2中可以看出，2mm厚磁性纤维板作为芯材的三层木质复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为13.48ghz，最大屏蔽强度为16.31db，有效电磁波屏蔽频率范围为11.88ghz～15.76ghz。3mm厚磁性纤维板作为芯材的三层木质复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为8.64ghz，最大屏蔽强度为14.14db，有效电磁波屏蔽频率范围为8.04ghz～10.20ghz。4mm厚磁性纤维板作为芯材的三层木质复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为6.52ghz，最大屏蔽强度为16.91db，有效电磁波屏蔽频率范围为5.76ghz～7.48ghz。5mm厚磁性纤维板作为芯材的三层木质复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为5.16ghz，最大屏蔽强度为17.81db，有效电磁波屏蔽频率范围为4.60ghz～6.00ghz。

分析图2可知，通过调节制备得到的三层木质复合磁性板材中磁性纤维板芯材的厚度，该种木质复合磁性板材对电磁波屏蔽的最大值没有明显变化，但是针对的电磁波频率有效屏蔽范围却不一样，即能够达到调节电磁波屏蔽性能的效果。

如图3所示，即将实施例5至7制备的木质复合磁性板材进行比较，图3为在磁性纤维板芯材厚度相同、均为3mm的情况下，三层木质复合磁性板材电磁波吸收性能与铁盐混合溶液浸渍时间关系数据图。从图3中可以看出，通过铁盐浸渍24h后得到的磁性纤维制备得到的磁性纤维板作为芯材，其最终三层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为8.64ghz，最大屏蔽强度为14.14db，有效电磁波屏蔽频率范围为8.04ghz～10.20ghz。通过铁盐浸渍48h后得到的磁性纤维制备得到的磁性纤维板作为芯材，其最终三层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为7.68ghz，最大屏蔽强度为28.28db，有效电磁波屏蔽频率范围为6.76ghz～8.64ghz。通过铁盐浸渍72h后得到的磁性纤维制备得到的磁性纤维板作为芯材，其最终三层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为7.08ghz，最大屏蔽强度为51.01db，有效电磁波屏蔽频率范围为6.12ghz～8.12ghz。

分析图3可知，通过调节三层木质复合磁性板材中磁性纤维板芯材制备过程中的铁盐浸渍时间，本发明木质复合磁性板材对电磁波屏蔽的最大值和针对的电磁波频率有效屏蔽范围均发生了变化，并且随着铁盐浸渍时间的增加，其电磁波屏蔽能力也逐渐增强，从而达到了调节电磁波屏蔽性能的效果。

如图4所示，按照实施例8制备的三层、五层、七层木质复合磁性板材进行比较，在相同磁性纤维板芯材厚度(3mm)和相同铁盐浸渍时间(72h)情况下，图4为三层、五层、七层木质复合磁性板材的电磁波吸收性能数据图。从图4中可以看出，在其他条件不变的情况下，三层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为7.08ghz，最大屏蔽强度为51.01db，有效电磁波屏蔽频率范围为6.12ghz～8.12ghz；五层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为5.92ghz，最大屏蔽强度为58.65db，有效电磁波屏蔽频率范围为5.04ghz～10.16ghz；七层复合磁性板材的电磁波最大屏蔽强度对应的电磁波频率为9.60ghz，最大屏蔽强度为60.16db，有效电磁波屏蔽频率范围为8.52ghz～10.80ghz。

分析图4可知，通过调节制备得到的多层木质复合磁性板材中磁性纤维板芯材的层数以及组坯方式，本发明木质复合磁性板材对电磁波屏蔽的最大值没有明显变化，但是针对的电磁波频率有效屏蔽范围却不一样，达到了调节电磁波屏蔽性能的效果。

按照实施例8制备的木质复合磁性板材，其力学性能如表1所示。

表1木质复合磁性板材的力学性能表

从表1中可以看出，本发明木质复合磁性板材具有很好的力学性能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。