水泥刨花板快速固化添加剂的选择研究--氯化钙、硅酸钠等7种添加剂的添加效果

浙江林学院学报2002，10(1):5~8Journal of Zhejiang Forestry Colege文章编号: 1000-5692 2002 )01-0005-04水泥刨花板快速固化添加剂的选择研究氯化钙、硅酸钠等7种添加剂的添加效果叶良明,金永明，傅深渊,李延军(浙江林学院林产工业系,浙江临安311300)摘要:通过热压法制水泥刨花板的试验,研究了在3种添加量条件下,氯化钙、硅酸钠等7种添加剂的添加效果。结果表明:①7种添加剂中添加效果最好的是氯化钙,其次为硅酸钠,但后者的成板性优于前者, 对金属无腐蚀作用,作为水泥刨花板快速固化的添加剂是合适的;②在研究的范围内,添加剂用量对水泥刨花板的性能也有一定 影响,但因种类而异应当通过进-步的研究来选择硅酸钠的合适添加量;③后期处理方式对水泥刨花板性能的影响因添加剂的种类而异。浸水处理会使添加氯化钙的水泥刨花板性能显著提高。表1参6关键词:水泥刨花板;热压法;快速固化;助剂;添加剂效应中图分类号: TS653文献标识码: A水泥刨花板的生产已有30a以上的历史1。由于综合了木材与水泥二者的特性,水泥刨花板自质量轻,强度高,刚性好,尺寸稳定,而且耐水、耐火、隔音、耐腐,有良好的机械加工性能,不含甲醛等有害物质12] ,具有良好的长期性能3] ,是一种环保节能型的轻质建筑材料。近10 a来,国际上除用传统的半干法工艺生产水泥刨花板外,正在大力研究水泥刨花板快速固化的工艺技术，如1989年芬兰Rauma-Repola公司和匈牙利Falo 公司合作发明的二氧化碳气体喷射法生产水泥刨花板24]。国内也曾开展了这方面的研究41和热压法水泥刨花板生产的实验研究5]。本研究则使用普通热压机热压法,探讨添加不同的添加剂后热压法制水泥刨花板的可能性,并通过性能测试选择适用的添加剂。.1材料和设 备1.1 材料水泥: 525号普通硅酸盐水泥,取自浙江省第一建筑工程公司。刨花:杉木Cunninghamia lanceolata机床(开榫机)刨花,厚0.2~0.5 mm,长20~ 38 mm,宽2~4 mm ,堆积密度很低,极为蓬松。含水率16% ~ 17.40取白杭州木林厂添加剂: CaCl2 , NaHCO3 , Na2Si03 , MgCl2 , Al(SC中国煤化工剂商店，分析纯。此外,还有钙基膨润土和钠基膨润土(临安膨润土矿)FYHCNMHG”收稿日期: 2001-09-13;修回日期: 20-11-23基金项目”九五”浙江省科学技术厅重点资助项目( 962102065 )作者简分月嫂撼1942- ),男,浙江温岭人,教授,从事人造板工艺与改性研究。浙江林学院学报2002年3月1.2 设备QD-100型试验压机, MW_4型木材万能力学试验机。2试验方法2.1 流程实验室制板到板材性能测试的流程如下:刨花设备- >拌合-→拌合-→拌合→人工铺装-→热压→后期处理-→ 试件锯割-→性能测试。添加剂水泥将秤量好的刨花加入定量的添加剂用人工拌合均匀后,加入定量的水泥,再用人工拌合均匀。然后加入定量的自来水进行拌合至均匀为止。拌合均匀的混合物料用手工在铺装框内铺装成板坯,并装入热压机热压成型。热压成型的水泥刨花板在室温条件下自然堆放养护,并按要求进行后期处理后,锯成不同规格的试件进行物理力学性能测试。2.2 原料用量的计算水泥和木质材料的用量参照经验公式6] :m。=[o d(1 + 1.25 p)]x 1.10m。=P.m。其中:v为板的体积,d 为板材的设计密度,P为水泥/刨花的比值取2.6 ,m。 为绝干刨花的质量.m。 为水泥的质量。p为水/水泥的比值取0.6。2.3设计参数板材厚度9mm,设计密度1.10gcm-3,幅面300mmx300mmo.添加剂的加入量取3个水平,分别为水泥质量的1.33% , 3%和5%。热压工艺参数:热压温度100~110 C ,热压时间15 min,热压压力3.0 MPa ,卸压时间4 mino2.4 后期处理后期处理分2种方法: -是热压卸板自然养护至一定时间后干燥至一定含水率。二是先自然养护一定时间 , 再在水中养护一定时间后干燥至-定含水率。2.5 性能测试参照试验当时的刨花板国家标准GB/T4897-1992 ,结合板材的幅面锯取试件,测试板材的含水率、密度、吸水厚度膨胀率、抗弯弹性模量、静曲强度和平面抗拉强度。各试验做2次,结果取平均值。.3结果和分析试验结果如表1所示。3.1 密度由表1可见,试制的水泥刨花板的密度与设计密度有-定的差距,且相互间也有一定差距。 但不同的添加剂与不同的添加量对密度的影响并不十分明显。这-方面是由于手工铺装不均匀,而且板的含水率也有差异,另一方面是由于卸压后板的初始强度,尤其是内结合的强度很低,不足以克服卸压时的回弹力, 因而板材的厚度回弹较大,导致密度下降。这就说明,在热压法制水泥刨花板的过程中,保证板坯铺装的均匀性,并采取相应的工艺技术措施,提高卸压后板材的初始强度,尤其是内结合强度,从而减少板材卸压后的回弹,对于保证板的密中国煤化工是十分重要的。应当指出的是,板材在卸压后产生较大的回弹与刨.CHCN MH Q中使用的刨花结构形态上板为蓬松,不可能对回弹没有影响。因此,刨花的结构形态对十板材卸压后回弹的影响也是不容忽视的。.3.2 线性膨胀率和厚度膨胀率由水泥刨药板的物理力学性能可以看出,不同的添加剂对板的厚度膨胀率有较大的影响,而对线第19卷第1期叶良明等:水泥刨花板快速固化添加剂的选择研究7性膨胀率则无明显的影响。7种表1水泥刨花板的物理力学性能添加剂中添加CaCl2 ，Na2Si0, ,Table 1 Phys-mechanical properties of cement-bonded wood chipboardMgCl,的厚度膨胀率较小，其余添加剂密度/含水线性厚度弹性模量静曲强.平面抗膨胀膨胀拉强4种则较大。实际上,从厚度膨及处理(g cm-3)率/%率/%率/%( x10 )MPa 度/MPa度/MPa胀率的大小可以间接判断使用不AIA1.2111.40.212.630.784.30.11同添加剂的板材的内结合强度等1.1811.60.151.14.150.10的大小。厚度膨胀率大的,内结AI01.1712.30.231.44.1.094.80.131.161.570.740.14合强度等就小。如添加钠基膨润All1.1513.81.361.766.8土、钙基膨润土和Al, (SO4》+15.90.161.23.56Ca( 0H) , NaHCO3的水泥刨花BI^1.1912.70.192.390.82.1B1.220.89.88板，其厚度膨胀率较之添加BII “1.242.290.964.00.08CaCl、Na2Si03 和MgCl2的明显14.10.121.13.760.07要大得多,因而后者的内结合强13.00.173.800.9913.91.900.79.0度等就明显的较前4种添加剂的CI4.100.753.60.06为大。C14.83.090.862.30.04随着添加量的增加,制得的CIl.11.53.630.3.0.0311.92.82.861.5水泥刨花板的线性膨胀率和厚度11.20.204.23).623.1膨胀率的变化则因添加剂而异。CIll4.如添加CaCl2 , Na2Si03和MgCl2DI12.60.182.61.602.50.04 .的水泥刨花板,随添加剂量增D13.30.222.52.572.DII42.700.950.05 .加,板的线性膨胀率和厚度膨胀DII13.10.582.6率减少,钙基膨润土、钠基膨润2.380.492.660.66土却有相反的趋势。这主要是添I^1.870.37加剂本身的性能不同之故。对于EI3.50.05不同的后期处理,也表现出相同Ell “1.59).86Ell0.730.643.0的现象,即不同的处理对线性膨GI'13.73.690.88胀率和厚度膨胀率的影响也因添cI1.1214.63.750.87加剂种类的不同而有不同的结13.53.391.373.7GII14.72.911.325.0果。CIl a2.411.283.3 静曲强度和弹性模量3.063.2静曲强度( MOR )和弹性模HI 01.920.700.80量( MOE)是衡量水泥刨花板性HI1.2012.01.103.4H I41.711.05能的重要指标。由表1数据可以15.11.80看出添加剂的种类对板的静曲强HIA2.210.945.2度和弹性模量有显著的影响。在Hll14.40.15.1.075.70.09研究的7种添加剂的添加量范围说明: A为CaCl2 , B为钠基膨润土, c为钙基膨润土, D为NaHCO3, E为MgCl2, G为Ab(S04) +Ca( 0H)2 , H为Na2SiO, ;△表示板坯经水中养护内,以添加CaCl的水泥刨花板MOR最好, MOE最高,其次为Na2SiO3 和Ab(SO4) +中国煤化工添加量的大小对MOR和MOE的影响,与对线性膨YHCNMHG-样,因添加剂的种类而异。在研究的范围内,随CaCl2添加量的增加, MOR与MOE明显提高。对Na2Si03和Al2(SO, )而言,则随其添加量的增加, MOR与MOE亦有提高,但不如CaCl2。这可能如3.2节所述,与添加剂本身的性能有关,另-方面也可能与添加量的添加范围有关。后期处理对MOR和MOE的影响也有类似的现象浙江林学院学报2002:年3月3.4 平面抗拉强度平面抗拉强度(IB)反映了水泥刨花板内部的结合强度,是水泥刨花板的又-项重要的性能指标。从实验数据可见,添加剂的种类对IB的影响是显著的。7种添加剂中以CaCl,和Na2Si0,的效果最佳。这与课题组对亲和性研究的结果是--致的。后期处理与添加量大小对IB的影响并不明显。这可能与试制的水泥刨花板的回弹较大有关。最后要指出的是从热压后板坯的成板性来看，以Na2SiO3为添加剂的水泥刨花板的初期刚性最好,因而在生产中便于运输。这主要是NaSiO,不仅有改善亲和性的作用,而且具有促进水泥快凝的作用,能在木质材料表面形成膜状物,从而阻止木质材料中可溶物的析出。4结论通过上述分析可得出以下结论:①7种添加剂添加效果最好的是CaCl ,其次为Na2SiO。但后者的成板性优于前者对金属无腐蚀作用,作为水泥刨花板快速固化的添加剂是合适的。②在研究的范围内,添加剂的用量对水泥刨花板的性能也有一定影响 ,但因种类而异,应当通过进一步的研 究来选择Na,Si0,的合适添加量。③后期处理方式对水泥刨花板性能的影响因添加剂的种类而异。浸水处理会使添加CaCl2 的水泥刨花板性能显著提高。参考文献:[1] Molemi A A. Part 2 university of idahos confarence on wood-mineral boards[J] Wood Based Panel's Int ,1989 , 9(3):37-40.[2]涂平涛.论水泥刨花板生产工艺技术与装备的选择[J]林产工业, 1997 ,24(1): 1-4.[3]周贤康.水泥刨花板长期性能的研究J]林产工业, 1993, 20(6): 1-3.[4]刘义海, 陈士英.水泥刨花板快速固化工艺的研究J]木材工业, 1997 , 11(4):3-7.[5]卢晓宁,张洋,洪中立.热压水泥刨花板工艺的研究J]木材工业, 1991 ,5(3): 1-5.[6]涂平涛.水泥刨花板生产中的几个问题J].林产工业, 1994, 21(2): 19- 22.Selection of chemical additives with function of fast curingfor cement particle boardYE Liang ming, JIN Yong ming, FU Shen-Yuan, LI Yan-jun .( Department of Forest Product Industry , Zhejiang Forestry College , Lin'an 311300 , Zhejiang , China )Abstract : The effect of 7 additives such as CaCl2 , Na2Si03 and so on are studied through hot pressing cementparticle board with 3 addition amount. The results showed :①The best additive is CaCl2. The next is Na2 SiO3 inmat-forming , and has no erosive effect on metal. So it is a suitable fast curing additive for cement particle board.②Addition amount influences cement particle board properties differently according to additive kinds. A furtherstudy is needed on appropriate Na2 SiO3 amount.③Post-treatments influenced cement particle board propertiesdifferently according to additive kinds. It can improve performances of cement particle board added with CaCl2 afterit is soaked in water.中国煤化工MHCNMHGKey words : cement particle board ; hot pressing ; fast curing ; additive ; effect of additive