水泥对工业大麻秆纤维板性能的影响

肖 瑞 龚迎春 李晓平 吴章康

(西南林业大学材料工程学院，云南 昆明 650224)

水泥对工业大麻秆纤维板性能的影响

肖 瑞 龚迎春 李晓平 吴章康

(西南林业大学材料工程学院，云南 昆明 650224)

利用工业大麻秆制备纤维板，分析不同水泥添加量和工业大麻秆不同部位对其制备纤维板性能的影响。结果表明：随着水泥添加量的增加，工业大麻秆纤维板的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)均降低，而吸水厚度膨胀率(TS)得到较大改善；大麻秆芯制备的纤维板力学性能优于大麻秆皮部。

工业大麻秆；水泥；中密度纤维板；板材性能

大麻(CannabissativaL.)俗称火麻，为大麻科大麻属1年生草本植物，是一种古老的栽培植物，世界各地均有广泛栽培[1-2]。云南省为消除毒品隐患，发展地方经济，1989年开始进行无毒工业用大麻栽培繁育研究，培育出四氢大麻酚 (THC) 含量低于0.3%的工业用大麻新品种“云麻一号”[3]。目前，工业大麻秆的利用率很低，通常被焚烧，不仅浪费资源而且污染环境。为综合利用工业大麻秆，笔者采用“云麻一号”工业大麻秆为原料，水泥为添加剂，通过热压法制备出工业大麻秆纤维板(包括工业大麻秆皮纤维板和工业大麻秆芯纤维板)。水泥作为一种添加剂其主要作用是在保证纤维板基本力学性能的情况下，减少纤维板的水分吸收，并进一步改善纤维板其他性能，如提高阻燃、防腐性能等[4]。国内学者研究表明，水泥纤维板具有较优异的综合阻燃性能，适合用于对防火性能要求较高的场所；与普通建材相比具有良好的防火、阻燃性能，同时也具有较高的耐水、耐侯特性和防腐、防虫等耐久性[5-8]。本研究通过分析不同水泥添加量和大麻秆不同部位对工业大麻秆纤维板物理力学性能的影响，为制备多功能型大麻秆纤维板提供实践数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

工业大麻：大麻秆取自云南工业大麻股份有限公司的“云麻一号”，纤维自制。

胶黏剂：取自昆明新飞林人造板有限公司的脲醛树脂胶黏剂，黏度为30～32 Pa·s(涂四杯，常温)，pH为9.0，固体含量为60%～61%，游离甲醛含量为0.25%。

NH4Cl：为脲醛树脂胶固化剂，分析纯，市购。

水泥：强度等级为32.5 MPa的普通硅酸盐水泥，作为添加剂。

1.2 板材制备

纤维制备：工业大麻秆含水率40%～50%，将工业大麻秆破碎成长度为10～20 mm的碎料，然后将碎料置于100～110 ℃条件下蒸煮2～3 h，对蒸煮软化后的碎料进行热磨，磨盘间隙为0.5～0.8 mm，得到工业大麻秆纤维，纤维干燥至含水率为10%左右。

热压参数：板材幅面350 mm×350 mm，目标厚度10 mm，目标密度0.75 g/cm3，施胶量12%，热压温度200 ℃，热压时间60 s/mm，热压压力3.5 MPa。同一工艺条件下重复2次进行。

试验设备：平板硫化机，青岛鑫城一鸣橡胶机械有限公司生产，热压温度为常温～300 ℃，表压力为0～30 MPa；万能力学实验机，日本岛津公司生产，可以测试塑料、金属、木材等产品的抗弯、抗拉、拉伸、抗剪、抗压等各项力学性能。

1.3 试验方案

采用大麻秆皮为原料，水泥添加量分别设定为0、10%、20%，以纤维的绝干质量为基准；采用大麻秆芯为原料，水泥添加量分别设定为0、10%、20%。

1.4 性能测试

参照GB/T 17657—1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，测试板材的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和吸水厚度膨胀率(TS)。每种试样取3块板材，重复测试12组，取平均值。

2 结果与分析

不同水泥添加量大麻秆皮纤维板和大麻秆芯纤维板的物理力学性能测试结果见图1。

2.1 水泥对大麻秆皮纤维板性能的影响

由图1可知，随着水泥添加量的增加，工业大麻秆皮纤维板的力学性能呈现下降趋势，吸水厚度膨胀率得到较大改善。当水泥添加量从0增加到20%时，板材的内结合强度(IB)减少22%，静曲强度(MOR)减少12%，弹性模量(MOE)减少14%，吸水厚度膨胀率(TS)减小34%。其中，当水泥添加量小于10%时，板材的内结合强度(IB)和弹性模量(MOE)能够同时满足GB/T 11718—2009《中密度纤维板》中普通型中密度纤维板性能要求。

2.2 水泥对大麻秆芯纤维板性能的影响

由图1可知，随着水泥添加量的增加，工业大麻秆芯纤维板的力学性能呈现下降趋势，吸水厚度膨胀率得到较大改善。当水泥添加量从0增加到20%时，板材的内结合强度(IB)减少30%，静曲强度(MOR)减少27%，弹性模量(MOE)减少25%，吸水厚度膨胀率(TS)减小26%。其中，当水泥添加量小于10%时，板材的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)能够同时满足GB/T 11718—2009《中密度纤维板》中普通型中密度纤维板性能要求。

2.3 工业大麻秆不同部位对其制备纤维板性能的影响

由图1可知，工业大麻秆不同部位对其制备的纤维板性能影响较为明显。当水泥添加量相同时，以大麻秆芯纤维为原料制得的板材的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和吸水厚度膨胀率(TS)均优于大麻秆皮纤维。一方面是因为大麻秆皮纤维为长纤维，制作工程中容易发生卷曲和相互缠绕，不利于施胶，从而影响了纤维板的性能[9]；另一方面是与韧皮部纤维(纤维长度16～18 mm)相比较，工业大麻秆芯纤维具有长度短(长度范围0.15～0.86 mm，平均长度0.43 mm)、强度高(细胞壁弹性模量4.03 GPa，硬度0.41 GPa)、物理化学性能和木质材料接近等特点(微纤丝角10.6°，相对结晶度50%，各化学成分与木质材料相似并不含有SiO2)。因此，工业大麻秆芯是一种优质的木质原料，可用于制备纤维板。

3 结 论

1) 添加一定量的水泥能够基本保证工业大麻秆纤维板的力学性能，并且较大地改善纤维板的吸水厚度膨胀率(TS)。当水泥添加量小于10%时，工业大麻秆皮纤维板的IB、MOE性能以及工业大麻秆芯纤维板的IB、MOR、MOE性能均能同时满足GB/T 11718—2009《中密度纤维板》中普通型中密度纤维板性能要求。

2) 当水泥添加量相同时，以大麻秆芯纤维为原料制得的中密度纤维板的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和吸水厚度膨胀率(TS)均优于以大麻秆皮纤维为原料制得的板材，工业大麻秆芯是一种优质的木质原料，可用于制备纤维板。

[1] 曹彦．汉麻的开发及前景[J]．黑龙江科学，2013，4(4)：14-15．

[2] 张建春，张华．工业用大麻纤维综合开发研究[J]．中国麻业科学，2007，29(S1)：63-65, 67．

[3] 郭鸿彦，杨明，谢晓慧，等．云南工业大麻产业化发展前景广阔[J]．中国麻业，2002，24(4)：46-49．

[4] 张宜生，汪华福．无机胶合人造板发展机遇和对策[J]．木材工业，1998，12(1)：15-18．

[5] 李大江，俞友明．木灰比对水泥纤维板燃烧性能的影响[J]．混凝土与水泥制品，2010，2(2)：62-64．

[6] 俞友明．轻质水泥刨花板的研究[D]．南京：南京林业大学，2006：1-112．

[7] 李坚，吴玉章．无机质复合木材与复合人造板[J]．北京木材工业，1995(2)：15-17．

[8] 龚迎春，李晓平，吴章康，等.工业大麻杆结构材的力学性能研究[J].西南林业大学学报，2013，33(6)：102-106.

[9] 汤芬．剑麻连续长纤维增强聚丙烯复合材料的研究[D]．武汉：武汉纺织大学，2011：1-51．

(责任编辑 曹 龙)

Influence of Concrete on the Properties of Industrial Hemp Stalk Based Fiberboard

XIAO Rui, GONG Ying-chun, LI Xiao-ping, WU Zhang-kang

(College of Materials Engineering, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan 650224, China)

The hemp stalk based fiberboard panels were manufacturing and the influence of different concrete additive amount and the different parts of industrial hemp stalk on the properties of industrial hemp stalk based fiberboard panels was studied. The results showed that, as increasing of concrete additive amount, the mechanical properties including IB、MOR、MOE of industrial hemp stalk based fiberboard were decreased, while the TS of industrial hemp fiberboard were greatly improved. Moreover, the properties of hemp stalk core based fiberboard panels were better than those of the hemp bast fiber based fiberboard panels.

industrial hemp; cement; medium density fiberboard; properties of panels

2014-04-23

国家自然科学基金项目(31200437，31060098)资助；云南省应用基础研究项目(2010CD064)资助；云南省教育厅重点项目(2013Z085)资助。

李晓平(1980—)，女，博士，副教授，硕士生导师。研究方向：生物质复合材料。Email：lxp810525@163.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.018

S784

A

2095-1914(2014)06-0104-03

第1作者：肖瑞(1987—)，男，硕士生。研究方向：生物质复合材料。Email：40978135@qq.com。