一种高强度矿物木质纤维板及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维板技术领域，尤其涉及一种高强度矿物木质纤维板及其制备方法。

背景技术

SPC石塑板是由聚氯乙烯(PVC)粉、石粉、稳定剂、增塑剂、润滑剂、填充料等原材料按一定次序投料混合，加入双螺杆机挤出压延成型，表面贴合PVC彩膜装饰层，作为装饰板以其防水的特点应用于各类场合的一种板材。但是，SPC石塑板存在保温隔热性能差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度矿物木质纤维板及其制备方法，本发明制备的高强度矿物木质纤维板在确保防水性能的基础上，具有良好的隔热保温性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高强度木质纤维板，包括纤维板层；所述纤维板层包括以下重量份的制备原料：

轻烧氧化镁15～30份、硫酸镁10～20份、滑石粉5～10份、植物纤维60～80份、磷酸盐1～2份、硫酸2～5份和水5～10份；所述硫酸的质量分数为50～60％。

优选的，还包括装饰层和封闭层，所述装饰层、纤维板层和封闭层通过三聚氰胺树脂依次层叠粘合接触。

优选的，所述封闭层包括以下重量份的制备原料：钛白纸40～55份、油墨1～2份和三聚氰胺树脂40～60份。

优选的，所述装饰层包括以下重量份的制备原料：钛白纸30～40份、油墨1～2份、三氧化二铝15～60份和三聚氰胺树脂20～45份。

优选的，所述磷酸盐包括正磷酸盐或缩聚磷酸盐。

优选的，所述正磷酸盐包括磷酸钠、磷酸钙、磷酸镁、磷酸钾或磷酸铁；所述缩聚磷酸盐包括六偏磷酸钠或三聚磷酸钠。

优选的，以质量百分含量计，所述植物纤维包括：20～30％的长度为3～10mm的植物纤维、40～60％的长度为1～3mm的植物纤维和20～40％的粒径为100～500目的木粉。

本发明提供了上述方案所述高强度木质纤维板的制备方法，包括以下步骤：

将所述纤维板层的制备原料混合，得到混合料；

将所述混合料铺装成板坯，压实后，得到单层板；

将所述单层板堆叠至模具中，进行模压，拆除模具，将所得板材依次进行干燥、砂光和养生，形成纤维板层，得到高强度木质纤维板。

优选的，当所述高强度木质纤维板还包括封闭层和装饰层时，还包括以下步骤：

用油墨在钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将三氧化二铝和三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面第一涂布部分浸渍树脂，第一干燥后，第二涂布剩余浸渍树脂，第二干燥后得到装饰层；

用油墨在钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面第三涂布部分三聚氰胺树脂，第三干燥后，第三涂布剩余三聚氰胺树脂，第四干燥后得到封闭层；

将所述装饰层、纤维板层和封闭层依次进行层叠，热压固化后，得到高强度木质纤维板。

优选的，所述模压的压力为5～15MPa，保压时间为100～120h。。

本发明提供了一种高强度木质纤维板，包括纤维板层；所述纤维板层包括以下重量份的制备原料：轻烧氧化镁15～30份、硫酸镁10～20份、滑石粉5～10份、植物纤维60～80份、磷酸盐1～2份、硫酸2～5份和水5～10份；所述硫酸的质量分数为50～60％。

本发明提供的高强度木质纤维板中，纤维板层的组成成分主要为氧化镁、植物纤维和无机盐，氧化镁和无机盐具有良好的防水效果，植物纤维具有良好的隔热保温性能。

进一步的，本发明通过控制磷酸盐的配比和植物纤维的级配，使得纤维板具有高强度。

更进一步的，本发明通过在纤维板层的表面两侧粘合装饰层和封闭层，装饰层和封闭层的表面为三聚氰胺树脂，与传统的SPC石塑板相比，提高了高强度木质纤维板的耐磨耐刮耐污性能。

此外，本发明的高强度木质纤维板无需设置玻璃纤维层即能满足强度要求，本发明的纤维板层不含盐酸盐，含水率稳定，不易吸水变形，因而具有良好的尺寸稳定性，同时避免了返卤返潮的问题。而且，本发明的纤维板层采用植物纤维为主要原料，完全可降解。

具体实施方式

本发明提供了一种高强度木质纤维板，包括纤维板层；所述纤维板层包括以下重量份的制备原料：

轻烧氧化镁15～30份、硫酸镁10～20份、滑石粉5～10份、植物纤维60～80份、磷酸盐1～2份、硫酸2～5份和水5～10份；所述硫酸的质量分数为50～60％。

在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。

本发明提供的高强度木质纤维板包括纤维板层。在本发明中，所述纤维板层的厚度优选为6～15mm，更优选为8～12mm，进一步优选为9～11mm。

以重量份数计，所述纤维板层的制备原料包括轻烧氧化镁15～30份，优选为18～27份，更优选为20～25份。在本发明中，所述轻烧氧化镁具有良好的防水性能。

以所述轻烧氧化镁的重量份数为基准，所述纤维板层的制备原料包括硫酸镁10～20份，优选为12～18份，更优选为14～16份。

以所述轻烧氧化镁的重量份数为基准，所述纤维板层的制备原料包括滑石粉5～10份，优选为6～9份，更优选为7～8份。

以所述轻烧氧化镁的重量份数为基准，所述纤维板层的制备原料包括植物纤维60～80份，优选为65～75份，更优选为68～72份。在本发明中，以质量百分含量计，所述植物纤维优选包括：20～30％的长度为3～10mm的植物纤维、40～60％的长度为1～3mm的植物纤维和20～40％的粒径为100～500目的木粉。本发明对不同级配的植物纤维的种类没有特殊要求，本领域熟知的植物纤维均可，具体的可以为松木纤维、杨木纤维。本发明通过采用上述级配的植物纤维，有利于提升板材的密实度和植物纤维之间拉力，进而提升高强度木质纤维板的强度。

以所述轻烧氧化镁的重量份数为基准，所述纤维板层的制备原料包括磷酸盐1～2份，优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。在本发明中，所述磷酸盐优选包括正磷酸盐或缩聚磷酸盐；所述正磷酸盐优选包括磷酸钠、磷酸钙、磷酸镁、磷酸钾或磷酸铁；所述缩聚磷酸盐优选包括六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。在本发明中，所述磷酸盐的作用是提升纤维板内部结合力，提升板材强度、加强防水性能。

以所述轻烧氧化镁的重量份数为基准，所述纤维板层的制备原料包括硫酸2～5份，优选为2.5～4.5份，更优选为3～4份。在本发明中，所述硫酸的质量分数优选为50～60％，更优选为52～58％。在本发明中，所述硫酸的作用是促进各组分充分反应。

作为进一步优选的方案，本发明提供的高强度木质纤维板还包括装饰层和封闭层，所述装饰层、纤维板层和封闭层通过三聚氰胺树脂依次层叠粘合接触。在本发明中，所述装饰层的厚度优选为0.1～4.0mm；所述封闭层的厚度优选为0.1～0.3mm。

在本发明中，以封闭层作为一个整体，所述封闭层优选包括以下重量份的制备原料：钛白纸40～55份、油墨1～2份和三聚氰胺树脂40～60份。

本发明对所述钛白纸、油墨和三聚氰胺树脂没有特殊的限定，采用本领域熟知的钛白纸、油墨和三聚氰胺树脂即可。在本发明中，所述三聚氰胺树脂的质量分数优选为55～65％；所述三聚氰胺树脂的溶剂优选为甲醇或甲醛。

在本发明中，所述钛白纸的重量份数优选为45～50份；所述油墨的重量份数优选为1.3～1.7份；所述三聚氰胺树脂的重量份数优选为44～55份。本发明采用上述原料制备封闭层，有利于防潮防水。本发明所述三聚氰胺树脂的重量份数指的是三聚氰胺纯物质与溶剂重量份数的总和。

在本发明中，以装饰层作为一个整体，所述装饰层优选包括以下重量份的制备原料：钛白纸30～40份、油墨1～2份、三氧化二铝15～60份和三聚氰胺树脂20～45份。

以重量份数计，所述装饰层的制备原料包括钛白纸30～40份，优选为32～38份，更优选为34～36份。

以所述钛白纸的重量份数为基准，所述装饰层的制备原料包括油墨1～2份，优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。

以所述钛白纸的重量份数为基准，所述装饰层的制备原料包括三氧化二铝15～60份，优选为20～55份，更优选为30～50份。

以所述钛白纸的重量份数为基准，所述装饰层的制备原料包括三聚氰胺树脂20～45份，优选为25～40份，更优选为28～35份。在本发明中，制备装饰层时所用三聚氰胺树脂的质量分数优选为55～65％；所述三聚氰胺树脂的溶剂优选为甲醇或甲醛。本发明所述三聚氰胺树脂的重量份数指的是三聚氰胺纯物质与溶剂重量份数的总和。

本发明采用上述原料制备装饰层，起到耐磨耐刮、防潮防水、防火阻燃、纹理逼真、装饰性强的效果。

本发明通过在纤维板层的表面两侧粘合装饰层和封闭层，由于装饰层和封闭层的表面为三聚氰胺树脂，与传统的SPC石塑板相比，提高了高强度木质纤维板的耐磨耐刮耐污性能。

本发明提供了上述方案所述高强度木质纤维板的制备方法，包括以下步骤：

将所述纤维板层的制备原料混合，得到混合料；

将所述混合料铺装成板坯，压实后，得到单层板；

将所述单层板堆叠至模具中，进行模压，拆除模具，将所得板材依次进行干燥、砂光和养生，形成纤维板层，得到高强度木质纤维板。

本发明将所述纤维板层的制备原料混合，得到混合料。本发明对所述混合的过程没有特殊要求，能够将各制备原料混合均匀即可。在本发明的实施例中，具体是采用拌料设备搅拌40～60分钟。

得到混合料后，本发明将所述混合料铺装成板坯，压实后，得到单层板。本发明优选将所述混合料传送经过自动铺料设备，通过自动上料斗在整幅宽度上均匀铺装成型的板坯。在本发明中，所述板坯的厚度优选为40～85mm。在本发明中，所述压实优选采用3200T压机，压力优选为10～15MPa，保压时间优选为20～25s。

得到单层板后，本发明将所述单层板堆叠至模具中，进行模压，拆除模具，将所得板材依次进行干燥、砂光和养生，形成纤维板层，得到高强度木质纤维板。

在本发明中，单个模具中所述堆叠的层数优选不超过30张，本领域技术根据目标厚度进行调整即可。在本发明中，所述模压的压力优选为5～15MPa，更优选为6～12MPa；保压时间优选为100～120h，更优选为112～117h。在本发明中，所述干燥优选在烘道中进行，烘道风速优选为20～35m/s，入口温度优选为130～150℃，出口温度优选为60～70℃。本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，以干燥后纤维板含水率在8～10％为宜。

本发明对所述砂光的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的砂光过程即可。本发明优选将干燥后的板材按照要求规格定尺裁切，传送至自动砂光机根据板面要求用80目和150目砂纸进行砂光处理；砂光后的板材优选经过风道和刷灰设备进行除尘工序。

在本发明中，所述养生优选在水分平衡窑中进行，所述养生优选包括：将砂光后的板材在水分平衡窑中放置48～72小时。在本发明中，所述水分平衡窑的湿度优选为20～30％RH。本发明利用养生进一步平衡板材边缘和中间含水率。在本发明中，养生后所得纤维板层的含水率为5～15％。

在本发明中，当所述高强度木质纤维板还包括封闭层和装饰层时，本发明优选还包括以下步骤：

用油墨在钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将三氧化二铝和三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面第一涂布部分浸渍树脂，第一干燥后，第二涂布剩余浸渍树脂，第二干燥后得到装饰层；

用油墨在钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面第三涂布部分三聚氰胺树脂，第三干燥后，第三涂布剩余三聚氰胺树脂，第四干燥后得到封闭层；

将所述装饰层、纤维板层和封闭层依次进行层叠，热压固化后，得到高强度木质纤维板。

本发明用油墨在钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将三氧化二铝和三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面第一涂布部分浸渍树脂，第一干燥后，第二涂布剩余浸渍树脂，第二干燥后得到装饰层。

在本发明中，所述第一涂布的生产线速度优选为27～30m/min；所述第二涂布的生产线速度优选为36～60m/min。在本发明中，所述部分浸渍树脂的质量优选占浸渍树脂总质量的55～65％。在本发明中，所述浸渍树脂的质量分数优选为55～65％。在本发明中，所述第一干燥和第二干燥的方式优选为红外线干燥。本发明利用第一涂布先使浸渍树脂渗透到装饰层原纸内部，利用第二涂布使浸渍树脂包裹到装饰层原纸表面。

本发明用油墨在钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面第三涂布部分三聚氰胺树脂，第三干燥后，第三涂布剩余三聚氰胺树脂，第四干燥后得到封闭层。在本发明中，所述部分三聚氰胺树脂的质量优选占制备封闭层所用三聚氰胺总质量的55～65％；所述第三涂布的生产线速度优选为25～30m/min；所述第四涂布的生产线速度优选为30～60m/min。所述第三干燥和第四干燥的方式优选为红外干燥。

得到装饰层和封闭层后，本发明将所述装饰层、纤维板层和封闭层依次进行层叠，热压固化后，得到高强度木质纤维板。

本发明对所述热压固化的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的热压过厚条件即可。本发明在热压过程中，三聚氰胺树脂凝结固化粘合。

下面结合实施例对本发明提供的高强度矿物木质纤维板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

1、原料混合：轻烧氧化镁15份、硫酸镁12份、滑石粉5份、磷酸镁1.5份、硫酸2份(质量分数为52％)；将以上成分加水6份，搅拌至均匀；然后加入3～10mm松木纤维12份、1～3mm杨木纤维28份、100～200目的木粉25份，拌料设备搅拌45分钟，得到混合料；

2、板坯铺装：将所述混合料传送经过自动铺料设备，通过自动上料斗在整幅宽度上均匀铺装成型的板坯，铺设厚度40mm；

3、初步压结：放入3200T压机压实固结，压力15MPa，保持20s，得到单层板；

4、结晶固化：将所述单层板堆叠至压力模具，一个模具堆叠层数25张，压力模具加压至15MPa，保持100h；

5、拆除模具：检测板材强度指标达标后取出板材，锯切四周不密实部分；

6、烘道干燥：烘道风速27m/s，入口温度130℃，出口温度70℃；

7、裁切砂光：烘干后的板材按照要求规格定尺裁切，传送至自动砂光机用80目粗砂第一遍砂光处理、用180目砂纸进行二道砂光处理；砂光后的板材需要经过风道和刷灰设备进行除尘工序；

8、养生：砂光好的板材进入水分平衡窑放置48小时养生，进一步平衡板材边缘和中间含水率，得到纤维板层(含水率为5％)；

9、制备装饰层和封闭层：用2份油墨在35份钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将20份三氧化二铝和43份三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面涂布部分浸渍树脂(占总浸渍树脂质量的55％)，生产线速度为30m/min，红外线干燥后，涂布剩余浸渍树脂，生产线速度为45m/min，红外线干燥后得到装饰层；

用1份油墨在40份钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面涂布部分三聚氰胺树脂(占总三聚氰胺树脂质量的55％，制备封闭层总三聚氰胺树脂为59份)，生产线速度为30m/min，红外线干燥后，涂布剩余三聚氰胺树脂，生产线速度为45m/min，红外线干燥后得到封闭层；

10、热压固化：将装饰层、纤维板与封闭层依次层叠放入热压机中，高温热压固化贴合成型，得到高强度木质纤维板，其中，装饰层厚度为0.3mm，纤维板层厚度为10mm，封闭层厚度为0.1mm。

实施例2

1、原料混合：轻烧氧化镁18份、硫酸镁15份、滑石粉6份、磷酸钙2份、硫酸3份(质量分数为55％)；将以上成分加水5份，搅拌至均匀；然后加入3～10mm秸秆纤维15份、1～3mm秸秆纤维25份、100～200目的木粉25份，拌料设备搅拌40分钟，得到混合料；

2、板坯铺装：将所述混合料传送经过自动铺料设备，通过自动上料斗在整幅宽度上均匀铺装成型的板坯，铺设厚度60mm；

3、初步压结：放入3200T压机压实固结，压力12MPa，保持25s，得到单层板；

4、结晶固化：将所述单层板堆叠至压力模具，一个模具堆叠层数20张，压力模具加压至10MPa，保持115h；

5、拆除模具：检测板材强度指标达标后取出板材，锯切四周不密实部分；

6、烘道干燥：烘道风速20m/s，入口温度140℃，出口温度60℃；

7、裁切砂光：烘干后的板材按照要求规格定尺裁切，传送至自动砂光机用60目粗砂第一遍砂光处理、用120目砂纸进行二道砂光处理；砂光后的板材需要经过风道和刷灰设备进行除尘工序；

8、养生：砂光好的板材进入水分平衡窑放置72小时养生，进一步平衡板材边缘和中间含水率，得到纤维板层(含水率为8％)；

9、制备装饰层和封闭层：用2份油墨在35份钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将30份三氧化二铝和33份三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面涂布部分浸渍树脂(占总浸渍树脂质量的60％)，生产线速度为27m/min，红外线干燥，涂布剩余浸渍树脂，生产线速度为35m/min，红外线干燥后得到装饰层；

用1份油墨在50份钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面涂布部分三聚氰胺树脂(占总三聚氰胺树脂质量的60％，制备封闭层总三聚氰胺树脂为49份)，生产线速度为27m/min，红外线干燥后，涂布剩余三聚氰胺树脂，生产线速度为35m/min，红外线干燥后得到封闭层；

10、热压固化：将装饰层、纤维板与封闭层依次层叠放入热压机中，高温热压固化贴合成型，得到高强度木质纤维板，其中，装饰层厚度为0.2mm，纤维板层厚度为12mm，封闭层厚度为0.2mm。

实施例3

1、原料混合：轻烧氧化镁12份、硫酸镁7份、滑石粉5份、磷酸镁2份、硫酸4份(质量分数为57％)；将以上成分加水10份，搅拌至均匀；加入3～10mm秸秆纤维20份、1～3mm松木纤维35份、100～200目的木粉15份，拌料设备搅拌60分钟，得到混合料；

2、板坯铺装：将所述混合料传送经过自动铺料设备，通过自动上料斗在整幅宽度上均匀铺装成型的板坯，厚度根据需要铺设75mm；

3、初步压结：放入3200T压机压实固结，压力15MPa，保持25s；

4、结晶固化：将初步压结的板堆叠至压力模具，一个模具堆叠层数15张，压力模具加压至15MPa，保持120h；

5、拆除模具：检测板材强度指标达标后取出板材，板材取出后常温晾放24小时后放入烘道；

6、烘道干燥：烘道风速35m/s，入口温度170℃，出口温度80℃；烘干后纤维板含水率8％；

7、裁切砂光：烘干后的板材按照要求规格定尺裁切，传送至自动砂光机根据板面要求用100目的砂纸进行砂光；砂光后的板材通过静电刷灰除尘；

8、二次养生：砂光好的板材进入水分平衡窑放置24小时养生，采用加湿法加速边缘水分平衡速度，得到纤维板层(含水率为12％)；

9、制备装饰层和封闭层：用2份油墨在40份钛白纸上印刷，得到装饰层原纸；将20份三氧化二铝和38份三聚氰胺树脂混合，得到浸渍树脂；在所述装饰层原纸表面涂布部分浸渍树脂(占总浸渍树脂质量的65％)，生产线速度为25m/min，红外线干燥，涂布剩余浸渍树脂，生产线速度为30m/min，红外线干燥后得到装饰层；

用1份油墨在55份钛白纸上印刷，得到封闭层原纸，在所述封闭层原纸表面涂布部分三聚氰胺树脂(占总三聚氰胺树脂质量的65％，制备封闭层总三聚氰胺树脂为44份)，生产线速度为25m/min，红外线干燥后，涂布剩余三聚氰胺树脂，生产线速度为30m/min，红外线干燥后得到封闭层；

10、热压固化：将装饰层、纤维板与封闭层依次层叠放入热压机中，高温热压固化贴合成型，得到高强度木质纤维板，其中，装饰层厚度为2mm，纤维板层厚度为10mm，封闭层厚度为0.3mm。

性能测试：

1、对实施例1～3制备的高强度木质纤维板进行防水性能测试：

试验方法：ASTM D1037-12第23节方法B，测试结果见表1。

表1实施例1～3的防水性能

2、对实施例1～3制备的高强度木质纤维板进行隔热性能测试，试验方法：ASTME648-17a使用辐射热源的地板覆盖系统临界辐射通量的标准试验方法，测试结果显示，实施例1～3的临界辐射量为1.09W/cm

3、对实施例1～3制备的高强度木质纤维板进行结合力强度测试：

测试方法参照EN 622-2:2004&EN 10871:1995&EN 319:1993，测试结果显示，实施例1～3的结合强度分别为2.20N/mm

4、对实施例1～3制备的高强度木质纤维板进行耐磨性能测试，测试标准为：EN13329:2016+A1:2017Annex E，测试结果见表2。

表2实施例1～3的耐磨性能

由表1的结果可知，本发明制备的高强度木质纤维板耐磨性能满足AC5等级。注：等级越高，耐磨性越好，最高等级为AC6。AC1、AC2、AC3、AC4、AC5和AC6的IP值(r)分别为≥500、≥1000、≥2000、≥4000、≥6000和>8500。

5、对实施例1～3制备的高强度木质纤维板进行尺寸稳定性测试，测试标准参照：ASTM F2199-20。测试结果见表3。

表3实施例1～3的尺寸稳定性

由表3的结果可知，本发明制备的高强度木质纤维板具有良好的尺寸稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。