肖 瑞 龔迎春 李曉平 吳章康

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

水泥對工業(yè)大麻稈纖維板性能的影響

肖 瑞 龔迎春 李曉平 吳章康

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

利用工業(yè)大麻稈制備纖維板，分析不同水泥添加量和工業(yè)大麻稈不同部位對其制備纖維板性能的影響。結(jié)果表明：隨著水泥添加量的增加，工業(yè)大麻稈纖維板的內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)均降低，而吸水厚度膨脹率(TS)得到較大改善；大麻稈芯制備的纖維板力學(xué)性能優(yōu)于大麻稈皮部。

工業(yè)大麻稈；水泥；中密度纖維板；板材性能

大麻(CannabissativaL.)俗稱火麻，為大麻科大麻屬1年生草本植物，是一種古老的栽培植物，世界各地均有廣泛栽培[1-2]。云南省為消除毒品隱患，發(fā)展地方經(jīng)濟，1989年開始進行無毒工業(yè)用大麻栽培繁育研究，培育出四氫大麻酚 (THC) 含量低于0.3%的工業(yè)用大麻新品種“云麻一號”[3]。目前，工業(yè)大麻稈的利用率很低，通常被焚燒，不僅浪費資源而且污染環(huán)境。為綜合利用工業(yè)大麻稈，筆者采用“云麻一號”工業(yè)大麻稈為原料，水泥為添加劑，通過熱壓法制備出工業(yè)大麻稈纖維板(包括工業(yè)大麻稈皮纖維板和工業(yè)大麻稈芯纖維板)。水泥作為一種添加劑其主要作用是在保證纖維板基本力學(xué)性能的情況下，減少纖維板的水分吸收，并進一步改善纖維板其他性能，如提高阻燃、防腐性能等[4]。國內(nèi)學(xué)者研究表明，水泥纖維板具有較優(yōu)異的綜合阻燃性能，適合用于對防火性能要求較高的場所；與普通建材相比具有良好的防火、阻燃性能，同時也具有較高的耐水、耐侯特性和防腐、防蟲等耐久性[5-8]。本研究通過分析不同水泥添加量和大麻稈不同部位對工業(yè)大麻稈纖維板物理力學(xué)性能的影響，為制備多功能型大麻稈纖維板提供實踐數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

工業(yè)大麻：大麻稈取自云南工業(yè)大麻股份有限公司的“云麻一號”，纖維自制。

膠黏劑：取自昆明新飛林人造板有限公司的脲醛樹脂膠黏劑，黏度為30～32 Pa·s(涂四杯，常溫)，pH為9.0，固體含量為60%～61%，游離甲醛含量為0.25%。

NH4Cl：為脲醛樹脂膠固化劑，分析純，市購。

水泥：強度等級為32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，作為添加劑。

1.2 板材制備

纖維制備：工業(yè)大麻稈含水率40%～50%，將工業(yè)大麻稈破碎成長度為10～20 mm的碎料，然后將碎料置于100～110 ℃條件下蒸煮2～3 h，對蒸煮軟化后的碎料進行熱磨，磨盤間隙為0.5～0.8 mm，得到工業(yè)大麻稈纖維，纖維干燥至含水率為10%左右。

熱壓參數(shù)：板材幅面350 mm×350 mm，目標(biāo)厚度10 mm，目標(biāo)密度0.75 g/cm3，施膠量12%，熱壓溫度200 ℃，熱壓時間60 s/mm，熱壓壓力3.5 MPa。同一工藝條件下重復(fù)2次進行。

試驗設(shè)備：平板硫化機，青島鑫城一鳴橡膠機械有限公司生產(chǎn)，熱壓溫度為常溫～300 ℃，表壓力為0～30 MPa；萬能力學(xué)實驗機，日本島津公司生產(chǎn)，可以測試塑料、金屬、木材等產(chǎn)品的抗彎、抗拉、拉伸、抗剪、抗壓等各項力學(xué)性能。

1.3 試驗方案

采用大麻稈皮為原料，水泥添加量分別設(shè)定為0、10%、20%，以纖維的絕干質(zhì)量為基準(zhǔn)；采用大麻稈芯為原料，水泥添加量分別設(shè)定為0、10%、20%。

1.4 性能測試

參照GB/T 17657—1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》，測試板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)和吸水厚度膨脹率(TS)。每種試樣取3塊板材，重復(fù)測試12組，取平均值。

2 結(jié)果與分析

不同水泥添加量大麻稈皮纖維板和大麻稈芯纖維板的物理力學(xué)性能測試結(jié)果見圖1。

2.1 水泥對大麻稈皮纖維板性能的影響

由圖1可知，隨著水泥添加量的增加，工業(yè)大麻稈皮纖維板的力學(xué)性能呈現(xiàn)下降趨勢，吸水厚度膨脹率得到較大改善。當(dāng)水泥添加量從0增加到20%時，板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)減少22%，靜曲強度(MOR)減少12%，彈性模量(MOE)減少14%，吸水厚度膨脹率(TS)減小34%。其中，當(dāng)水泥添加量小于10%時，板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)和彈性模量(MOE)能夠同時滿足GB/T 11718—2009《中密度纖維板》中普通型中密度纖維板性能要求。

2.2 水泥對大麻稈芯纖維板性能的影響

由圖1可知，隨著水泥添加量的增加，工業(yè)大麻稈芯纖維板的力學(xué)性能呈現(xiàn)下降趨勢，吸水厚度膨脹率得到較大改善。當(dāng)水泥添加量從0增加到20%時，板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)減少30%，靜曲強度(MOR)減少27%，彈性模量(MOE)減少25%，吸水厚度膨脹率(TS)減小26%。其中，當(dāng)水泥添加量小于10%時，板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)和彈性模量(MOE)能夠同時滿足GB/T 11718—2009《中密度纖維板》中普通型中密度纖維板性能要求。

2.3 工業(yè)大麻稈不同部位對其制備纖維板性能的影響

由圖1可知，工業(yè)大麻稈不同部位對其制備的纖維板性能影響較為明顯。當(dāng)水泥添加量相同時，以大麻稈芯纖維為原料制得的板材的內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)和吸水厚度膨脹率(TS)均優(yōu)于大麻稈皮纖維。一方面是因為大麻稈皮纖維為長纖維，制作工程中容易發(fā)生卷曲和相互纏繞，不利于施膠，從而影響了纖維板的性能[9]；另一方面是與韌皮部纖維(纖維長度16～18 mm)相比較，工業(yè)大麻稈芯纖維具有長度短(長度范圍0.15～0.86 mm，平均長度0.43 mm)、強度高(細胞壁彈性模量4.03 GPa，硬度0.41 GPa)、物理化學(xué)性能和木質(zhì)材料接近等特點(微纖絲角10.6°，相對結(jié)晶度50%，各化學(xué)成分與木質(zhì)材料相似并不含有SiO2)。因此，工業(yè)大麻稈芯是一種優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)原料，可用于制備纖維板。

3 結(jié) 論

1) 添加一定量的水泥能夠基本保證工業(yè)大麻稈纖維板的力學(xué)性能，并且較大地改善纖維板的吸水厚度膨脹率(TS)。當(dāng)水泥添加量小于10%時，工業(yè)大麻稈皮纖維板的IB、MOE性能以及工業(yè)大麻稈芯纖維板的IB、MOR、MOE性能均能同時滿足GB/T 11718—2009《中密度纖維板》中普通型中密度纖維板性能要求。

2) 當(dāng)水泥添加量相同時，以大麻稈芯纖維為原料制得的中密度纖維板的內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)和吸水厚度膨脹率(TS)均優(yōu)于以大麻稈皮纖維為原料制得的板材，工業(yè)大麻稈芯是一種優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)原料，可用于制備纖維板。

[1] 曹彥．漢麻的開發(fā)及前景[J]．黑龍江科學(xué)，2013，4(4)：14-15．

[2] 張建春，張華．工業(yè)用大麻纖維綜合開發(fā)研究[J]．中國麻業(yè)科學(xué)，2007，29(S1)：63-65, 67．

[3] 郭鴻彥，楊明，謝曉慧，等．云南工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景廣闊[J]．中國麻業(yè)，2002，24(4)：46-49．

[4] 張宜生，汪華福．無機膠合人造板發(fā)展機遇和對策[J]．木材工業(yè)，1998，12(1)：15-18．

[5] 李大江，俞友明．木灰比對水泥纖維板燃燒性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2010，2(2)：62-64．

[6] 俞友明．輕質(zhì)水泥刨花板的研究[D]．南京：南京林業(yè)大學(xué)，2006：1-112．

[7] 李堅，吳玉章．無機質(zhì)復(fù)合木材與復(fù)合人造板[J]．北京木材工業(yè)，1995(2)：15-17．

[8] 龔迎春，李曉平，吳章康，等.工業(yè)大麻桿結(jié)構(gòu)材的力學(xué)性能研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，33(6)：102-106.

[9] 湯芬．劍麻連續(xù)長纖維增強聚丙烯復(fù)合材料的研究[D]．武漢：武漢紡織大學(xué)，2011：1-51．

(責(zé)任編輯 曹 龍)

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

國家自然科學(xué)基金項目(31200437，31060098)資助；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(2010CD064)資助；云南省教育廳重點項目(2013Z085)資助。

李曉平(1980—)，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：生物質(zhì)復(fù)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，碩士生。研究方向：生物質(zhì)復(fù)合材料。Email：40978135@qq.com。