软木复合矿质塑合材料地板生产工艺研究

付晓霞，魏松艳，陈 玲，刘 冰，崔铁花，李继平，董晓刚，张晓光，于海媛,暴 风

(吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033)

软木复合矿质塑合材料地板生产工艺研究

付晓霞，魏松艳，陈 玲，刘 冰，崔铁花，李继平，董晓刚，张晓光，于海媛,暴 风

(吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033)

以玉米秸秆粉替代栓皮栎木栓质软木材料，研制软木复合矿质塑合材料地板生产技术，结果表明：玉米秸秆粉完全可替代木栓质软木材料来生产软木复合材料，秸秆粉添加量为3 %时，按工艺生产的软木复合矿质塑合材料地板技术指标达到最理想效果，板材静曲强度≥15 MPa，弹性模量≥1 500 MPa，24 h吸水厚度膨胀率≤1 %，甲醛释放量达到E0级≤0.2 mg·L-1国际标准。

软木；矿质塑合材料；地板；生产工艺；玉米秸秆粉

软木原料为栓皮栎(QuercusvariabilisBl.)树皮木栓层，软木具密度低、可压缩性良好、吸音、隔音、防潮、绝缘及耐磨等优良特性。由于栓皮栎生长范围和产量有限，属珍稀资源。近几年，随着珍贵木材资源进一步短缺，消费者对木地板的高要求和国际先进制造技术不断出现，软木复合矿质塑合材料地板应运而生,因其健康环保、自然舒适、价格适中，越来越被消费者接受，逐渐进入人们居室之中，已经成为装饰材料市场中销售最旺的产品之一，有非常广阔的市场发展空间[1,2]。为解决软木产品需求量大、价格飙升与资源紧缺问题，在保证软木产品性能前提下，利用其他材料替代部分软木，以满足软木复合地板生产的需求。本项研究所研发的软木复合矿质塑合材料地板，既防水又解决了软木(栓皮栎木栓质)替代资源问题，处于领先水平。

1 试验材料、仪器设备与方法

1.1试验材料

基材试验材料见表1。

1.2试验仪器设备

试验仪器设备见表2。

表1 试验用主要原料

表2 试验仪器设备

1.3生产工艺及流程

1.3.1 矿质塑合基材加工

1.3.1.1 工艺流程[3]

矿质塑合材加工工艺流程如图1所示。

1.3.1.2 基材生产工艺简述

①将玉米秸秆粉在100 ℃下干燥3 h，含水率控制在5 %左右。

②将处理好的玉米秸秆粉与PVC、矿石粉、热稳定剂、助剂等在高速混合机中混合8～12 min，并在115 ℃时放料到冷却锅中冷却至45～50 ℃，备用(玉米秸秆粉添加量是指占玉米秸秆粉和矿石粉总量百分比，玉米秸秆粉和矿石粉添加量约占原料总量50 %，下同)。

③双螺杆挤出机在160～175 ℃下挤出成型，通过调节模头温度与挤出速度来控制机头压力，电流为40±5 A.

④挤出成型的塑合材料在真空定型模中进行水冷却，待材料冷却至常温时，再通过切断机切割成规定尺寸。

⑤砂光(三砂架定厚砂光机)：基材毛坯两面定尺砂光。

1.3.2 软木复合矿质塑合材料地板加工

1.3.2.1 工艺流程

软木复合矿质塑合材料地板加工工艺流程[4]如图2所示。

图1 矿质塑合材加工工艺流程

图2 软木复合矿质塑合材料地板加工工艺流程

1.3.2.2 生产工艺简述

①以软木皮为表板，施PUR胶复合于矿质塑合基材表面。涂胶量80～100 g·m-2，环境温度不低于23 ℃，湿度不能低于40 %。

②冷压：粘贴好软木皮的基材进行冷压2 h，冷压压力为0.3～0.5 MPa·cm-2。

③成型加工：软木复合地板开榫成型加工之前，需要将多出基材的软木边角裁掉后进行开榫加工。

④涂饰：采用紫外光固化丙烯酸醋类清漆(简称UV漆)作表面涂饰。

⑤成品检验：按国家标准检验产品。

⑥包装：使用捆扎机、塑封机包装检验合格的产品。

2 结果与分析

2.1 软木复合矿质塑合材料地板静曲强度和弹性模量检测

图3和图4是玉米秸秆粉添加量与复合材料力学性能之间的关系。

图3 玉米秸秆粉添加量对板材静曲强度的影响Fig.3 The effect of cornstalk powder additive amount on static bending intensity of panel

图4 秸秆粉添加量对板材弹性模量的影响Fig.4 The effect of cornstalk powder additive amount on elasticity modulus of panel

从图3和图4中可以看出，玉米秸秆粉添加量在0 %～5 %时，复合材料静曲强度有不同程度增高，添加量为3 %时，静曲强度≥15 MPa；添加量为5 %时，静曲强度达到最高；添加量超过5 %时，板材静曲强度开始下降；当添加量为10 %时，板材静曲强度性能要低于未加入秸秆粉的板材；当添加量达到15 %时，几乎没有任何抗弯曲强度。这说明适度秸秆粉能略微提高板材抗弯曲性能，改善板材脆性，但过多秸秆粉又会使板材变脆，降低其抗弯曲性能。同时，板材弹性模量随秸秆粉用量增加而降低，用量越大，下降幅度越大，添加量为3 %时，弹性模量≥1 500 MPa；添加量超过10%后拉伸强度则迅速下降。这表明玉米秸秆粉添加量多少对板材力学性能影响显著。

2.2 软木复合矿质塑合材料地板吸水厚度膨胀率检测

玉米秸秆粉添加量与板材吸水厚度膨胀率之间的关系如图5所示。

图5 秸秆粉添加量对板材吸水厚度膨胀率的影响Fig.5 The effect of cornstalk powder additive amount on elasticity modulus of panel

从图5中可以看出，板材24 h吸水厚度膨胀率随玉米秸秆粉添加量增多而升高，添加量为3 %时，24 h吸水厚度膨胀率≤1 %；添加量为8 %时，24 h吸水厚度膨胀率开始明显增加，并始终呈上升状态。由此可见，复合材料中加入秸秆粉越多，板材吸湿性能越好，因为玉米秸秆是多孔性材料易于吸收水分，所以板材中秸秆粉越多，尺寸稳定性越差。

2.3 软木复合矿质塑合材料地板甲醛释放量检测

玉米秸秆粉添加量与复合材料甲醛释放量之间的关系见图6。

图6 秸秆粉添加量对板材甲醛释放量的影响Fig.6 The effect of cornstalk powder additive amount on formaldehyde emission of panel

从图6中可以看出，板材的甲醛释放量高于未添加玉米秸秆粉的板材，这是因为秸秆自身就释放甲醛；秸秆粉添加量越多，板材甲醛释放量越高。添加量为3 %时，释放量≤0.2 mg·L-1；添加量为15 %时，板材甲醛释放量达到峰值，是未加入秸秆粉板材甲醛释放量2倍多。

图7 添加秸秆粉为3 %时的复合材料Fig.7 The composite with 3 % cornstalk powder additive amount

图8 添加秸秆粉为5 %时的复合材料Fig.8 The composite with 5 % cornstalk powder additive amount

2.4 板材的扫描电镜检测

PVC将玉米秸秆粉和矿石粉两者结合在一起形成复合材料，必定也形成一定的界面。玉米秸秆粉和矿石粉与树脂基体界面形成分两个阶段，首先是熔融态树脂与玉米秸秆粉和矿石粉的接触与浸润；其次是PVC树脂冷却成型过程，这时玉米秸秆粉和矿石粉与PVC之间必然形成一个新的界面区域。为了观察复合材料的微观结构，对其拍摄扫描电镜照片，如图7、图8所示(秸秆粉不同添加量复合材料的SEM照片)。

从图7、8中可以看出，当秸秆粉加入量较少时，在SEM图片中秸秆粉颗粒较少，随着秸秆粉加入量增多，秸秆粉颗粒增多，能清楚地观察到秸秆粉颗粒，秸秆粉颗粒与PVC之间相容较好。要提高秸秆粉矿质塑合材料的性能，必须提高秸秆粉和矿石粉与PVC的相容性，否则，其复合材料性能不能得到改善。

3 结论与讨论

以玉米秸秆粉替代栓皮栎木栓质软木材料，研制软木复合矿质塑合材料地板生产技术，试验数据表明，玉米秸秆粉完全可替代木栓质软木材料来生产软木复合材料。当添加量为3 %时，按工艺生产的软木复合矿质塑合材料地板技术指标达到最理想效果，板材静曲强度≥15 MPa，弹性模量≥1 500 MPa，24 h吸水厚度膨胀率≤1 %，甲醛释放量达到E0级≤0.2 mg·L-1国际标准。

以玉米秸秆粉替代栓皮栎木栓质软木材料具有重要现实意义，首先，解决了珍稀生产原料替代材料来源问题，使该项新技术具有实际推广使用价值，并达到长期应用目的；其次，解决了秸秆焚烧污染大气问题，这是非常重要的，对保护环境、促进我国生态文明建设具有重要战略意义。

[1]陆全济，雷亚芳，郑林义. 弹性漆改善软木地板漆膜性能的研究[J].热带农业科学, 2015,35(9): 73-77.

[2]陆全济,雷亚芳,张保健,等.软木地板生产工艺研究[J]. 西北林学院学报,2011, 26(6):145-148.

[3]陈玲,马立军,李志国,等.玉米秸秆粉矿质塑合材微观构造及红外光谱分析[J].木材加工机械,2015,26(3):28-30.

[4]郑万友, 李月, 付静.软木地板分类及其生产工艺[J].林业机械与木工设备，2010,38(9):47-48.

Production technology study of cork wood recombination mineral plastic alloy material floor

FU Xiaoxia, WEI Songyan, CHEN Ling, LIU Bing, CUI Tiehua, LI Jiping, DONG Xiaogang, ZHANG Xiaoguang, YU Haiyuan，BAO Feng

(Jilin Provincial Academy of Forestry Science, Changchun 130033, China)

The cork wood recombination mineral plastic alloy material floor production technology was researched by using cornstalk powder for the substitution ofQuercusvariabilissuberin cork wood. The result showed that the cornstalk powder can be used asQuercusvariabilissuberin cork wood. The technical index of cork wood recombination mineral plastic alloy material floor with craft production by 3 % of additive amount. The static bending intensity of panel was more than 15 MPa. The elasticity modulus was more than 1 500 MPa. The 24 h expansion rate of water absorption was less than 1 %. The formaldehyde emission was E0level less than 0.2 mg·L-1conformed international standard.

cork wood; mineral plastic composites; floor; manufacturing technique; cornstalk powder

2017-08-29

付晓霞(1967—)，女，吉林长春人，高级工程师，主要从事林产工业方面的研究工作.

崔铁花(1972—),女，吉林长春人，工程师，主要从事林产工业方面的研究工作.

10.16115/j.cnki.issn.1005-7129.2018.01.007

1005-7129(2018)01-0021-05

TS653.3

A

(本篇专家编审：李永生)