CN100410038C - 阻燃型竹材结构层积材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃型竹材结构层积材及其制造方法，其制造方法是：1)将竹材剖解成竹篾；2)将竹篾浸入温度60～90℃的阻燃剂溶液中加热15～60min；3)捞出并迅速投入到相同阻燃剂的常温溶液中，冷却浸渍10～60min；4)沥干，并干燥至含水率8%以下；5)将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入胶粘剂中浸泡5～60min；6)沥干，干燥至含水率8～15%；7)将竹篾组坯送入热压机中，热压温度100～200℃，热压时间0.1～1.5min/mm，热压压力1.0～6.0MPa，热压定型成层积材；8)取出送入冷压机中，冷压温度10～60℃，冷压压力1.0～5MPa，冷压时间10～150s/mm；9)取出裁边、锯解处理，成品收集。阻燃型竹材结构层积材是由上述制造方法制得的竹材结构层积材。
Description
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，尤其涉及一种阻燃型竹材结构层积材及其制造方法。
背景技术
单板层积材是一种充分利用木材纵向高力学性能制成的一种复合材料，主要用作建筑承重梁或其他建筑覆盖材料等用途。是在世界大径级木材可利用量越来越少、而速生材性能又不能满足结构材用途的基础上开发出来的性能卓越的结构材料，用于制造木质房屋的各种构件是一个很有前途的发展方向。我国木材资源相对贫乏，但竹材资源非常丰富，并且竹材有生长周期短，可再生能力强的优点，大力开发利用竹材资源运用在建筑、包装、家具、装修等领域，实现了资源的合理配置和优化使用，符合生态环境的可持续发展。
同时，木材和竹材作为主要的建筑结构材料和室内装修装饰的重要材料，它们都是天然木质纤维材料，属于可燃材料，一旦火灾发生将带来巨大灾难。为了降低它们潜在的火灾威胁，阻燃处理是是一个必要的步骤。国家为人民的安全和财产着想专门设定了阻燃法规，对材料进行阻燃于国于民都是不可忽视的一个重大课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃型竹材结构层积材及其制造方法，它是利用木质可再生材料——竹材经阻燃处理后制成的一种具有一定阻燃性能的结构层积材，该制造方法制得的竹材结构层积材作为建筑结构梁或者其它构件，在使用中如遇到火灾情况时，能提供较长的安全撤离时间。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种阻燃型竹材结构层积材制造方法，其制造方法步骤如下：
1)将竹材剖解成竹篾；
2)将竹篾浸入60～90℃的阻燃剂溶液中加热15～60min；
3)捞出并迅速投入到相同常温阻燃剂溶液中，冷却10～60min；
4)沥干后干燥至含水率8％以下；
5)将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入胶粘剂中浸泡5～60min；
6)沥干，干燥至含水率8～15％；
7)热压，将竹篾组坯送入热压机中，热压温度100～200℃，热压时间0.1～1.5min/mm，热压压力1.0～6.0Mpa，将竹材热压定型成层积材；
8)冷压，将热压机中取出的层积材送入冷压机中，冷压温度10～60℃，冷压压力1.0～5.0MPa，冷压时间10～150s/mm；
9)裁边、锯解处理，成品收集。
所述的阻燃剂溶液中所含组分及其重量百分比为可以是：
1)聚磷酸铵5～20％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
亦可是：
2)聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂2～10％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
3)聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺1～10％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
4)聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐1～15％，余量为水。
在上述的阻燃剂中还可加入0.5～1.0％的季戊四醇、三聚氰胺等其他具有协效性的化学试剂。
所述的胶粘剂常采用改性处理的酚醛胶粘剂，胶粘剂固含量25～40％；也可以
采用三聚氰胺甲醛树脂，胶粘剂固含量25～50％。
一种阻燃型竹材结构层积材，其是由上述制造方法制得的竹材结构层积材。
本发明的优点是：物理、力学性能良好，其不仅能达到建筑结构用材性能，且通过阻燃工艺处理后，其最高放热峰值、平均放热速率、总热释放量、失重速率都比未经阻燃处理的竹材层积材至少低1/3，点燃时间延长2/3，可达到难燃建筑材料级别B1级。
具体实施方式
本发明技术方案的实现方法是将竹材通过阻燃处理工艺用“冷热槽”法(是指在容器中的高温溶液中加热就是“热槽”，迅速放入常温或者更低温度容器中就是“冷槽”，经过由“热槽”到“冷槽”的处理过程称之为“冷热槽”法)浸入含有磷、氮、硼等元素的阻燃剂，并利用竹材纵向的高强度层积制成产品，采用本发明方法制成的阻燃型竹材结构层积材，可广泛用于建筑构件、包装等材料领域，是一种较为理想的阻燃成型竹材。
本发明具体实施方式是：a、将竹材剖解成竹篾，竹篾尺寸要求是宽1.5～3.0cm，厚0.8～1.2cm；b、将竹篾浸入60～90℃阻燃剂溶液中加热15～60min，捞出迅速投入到相同常温阻燃剂溶液中冷却10～60min，沥干后干燥至含水率8％以下；c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入胶粘剂中浸泡5～60min，再经过沥干、干燥至含水率8～15％；d、按设定密度将竹篾组坯送入热压机中，按照一定热压参数(热压温度100～200℃，热压时间0.1～1.5min/mm，热压压力1.0～6.0Mpa)将竹材板坯热压定型；e、取出热压层积材送入冷压机中，冷压温度10～60℃，冷压压力1.0～5.0Mpa，冷压时间10～150s/mm，冷却后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
浸胶后的竹篾应按顺向排列组坯，目标密度设定在0.80～1.10g/cm3，以使压制得到的成品的结构材力学性能能满足建筑梁强度要求。
所述阻燃剂溶液的组分主要是对人体、环境危害较小的膨胀型阻燃剂，如：聚磷酸铵、磷酸二氢胺、硼酸或硼砂、脒基脲磷酸盐等；同时还可加入协效剂季戊四醇、三聚氰胺等以促使生成膨胀多孔炭层物质。
所用胶粘剂常采用经过改性处理的酚醛胶粘剂，改性是为了配合阻燃剂的化学特性，固含量25～40％；考虑到色泽也可以利用耐候性的三聚氢胺甲醛树脂。
采用“冷热槽”法，可利用温度梯度使浸渍量提高。
本发明阻燃型竹材结构层积材经力学性能测定达到结构用材标准；用锥形量热仪测定其最高放热峰值比未经阻燃同样材料低1/3以上，可达到B1级难燃性建筑材料标准。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
a、先将竹材的竹青层去除，再将剩下的竹黄剖片成宽为2.5cm，厚为1.0cm的竹篾；
b、将竹篾浸入含聚磷酸铵10％、硼酸5％的80℃的阻燃剂溶液中加热30min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却30min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入弱碱性酚醛胶粘剂中浸泡30min，再经过沥干、干燥至含水率12％。
d、按目标密度0.85g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度160℃，热压时间0.8min/mm，热压压力5MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压机中，冷压温度30℃，冷压压力3.0MPa，冷压时间10s/mm。冷却后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。经测试，按此工艺生产的竹篾层积材力学性能超过JAS SE-11“结构单板层积材”相关性能，阻燃性能达B1级。
实施例2：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽2.0cm，厚0.8cm的竹篾；
b、将竹篾浸入浓度20％的聚磷酸铵高温(80℃)阻燃剂溶液中加热10min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率6％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入弱酸性酚醛胶粘剂中浸泡15min，再经过沥干、干燥至含水率14％。
d、按目标密度0.80g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度150℃，热压时间0.5min/mm，热压压力4MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例3：
a、购买宽厚合适的竹篾，将其浸入含6％的脒基脲磷酸盐、2％硼酸的高温阻燃剂溶液中加热40min，捞出迅速投入到同种室温阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％以下后，再重复本次工序；
b、将干燥后的竹篾浸入三聚氰胺甲醛树脂中浸泡10min，沥干、干燥至含水率12％。
c、按设定密度0.95g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度140℃，热压时间30s/mm，热压压力5MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
d、取出热压层积材送入冷压机中冷却10min后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例4：
a、按照前面所述工艺步骤，采用的是含聚磷酸铵3％，磷酸氢二铵4％，硼酸1％的阻燃溶液，温度控制在70～80℃间。
b、经过阻燃处理后的竹篾在固含量20％的酚醛胶粘剂中浸渍20min，沥干后干燥至含水率13％。
c、将目标密度设定在1.00g/cm3，竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度170℃，热压时间20min/mm，热压压力6MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
d、取出竹材层积材送入冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
a、购买宽厚合适的竹篾，将其浸入含6％的脒基脲磷酸盐、2％硼酸的高温阻燃剂溶液中加热40min，捞出迅速投入到同种室温阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％以下后，再重复本次工序；
b、将干燥后的竹篾浸入三聚氰胺甲醛树脂中浸泡10min，沥干、干燥至含水率12％。
c、按设定密度0.95g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度140℃，热压时间30s/mm，热压压力5MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
d、取出热压层积材送入冷压机中冷却10min后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例5：
a、按照前面所述工艺步骤，采用的是含聚磷酸铵10％，磷酸氢二铵10％的阻燃溶液，温度控制在70～80℃间。
b、经过阻燃处理后的竹篾在固含量20％的改性处理的酚醛胶粘剂中浸渍60min，沥干后干燥至含水率15％。
c、将目标密度设定在1.10g/cm3，竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度170℃，热压时间20min/mm，热压压力6MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
d、取出竹材层积材送入冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例6：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽2.0cm，厚0.8cm的竹篾；
b、将竹篾浸入浓度20％的聚磷酸铵、0.6％的季戊四醇高温(80℃)阻燃剂溶液中加热30min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却40min，沥干后干燥至含水率6％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入弱酸性酚醛胶粘剂中浸泡15min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度0.80g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度150℃，热压时间0.5min/mm，热压压力4MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力3Mpa的冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例7：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽2.0cm，厚0.8cm的竹篾；
b、将竹篾浸入浓度10％的硼砂、0.6％的三聚氰胺(60℃)阻燃剂溶液中加热50min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却40min，沥干后干燥至含水率6％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入弱酸性酚醛胶粘剂中浸泡15min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度150℃，热压时间0.5min/mm，热压压力4MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力2Mpa的冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例8：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入浓度2％的聚磷酸铵、8％的硼砂、10％的脒基脲磷酸盐、1.0％的季戊四醇高温(80℃)阻燃剂溶液中加热30min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却40min，沥干后干燥至含水率6％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入弱酸性酚醛胶粘剂中浸泡15min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度0.80g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度150℃，热压时间0.5min/mm，热压压力4MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力4Mpa的冷压机中冷却50s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例9：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入15％聚磷酸铵、2％硼酸硼砂，2％磷酸氢二胺，4％脒基脲磷酸盐、1.0％的季戊四醇高温(80℃)阻燃剂溶液中加热60min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却60min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入40％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡60min，再经过沥干、干燥至含水率15％。
d、按目标密度1.0g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度200℃，热压时间1.5min/mm，热压压力6MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力5Mpa的冷压机中冷却150s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例10：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入20％聚磷酸铵、1.0％的三聚氰胺高温(70℃)阻燃剂溶液中加热15min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入25％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡20min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度100℃，热压时间0.1min/mm，热压压力1MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压机中冷却10s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例11：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入10％磷酸氢二胺、0.5％的三聚氰胺高温(70℃)阻燃剂溶液中加热15min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入25％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡20min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度100℃，热压时间0.1min/mm，热压压力1MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力3Mpa的冷压机中冷却10s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例12：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入10％磷酸氢二胺、1.0％的三聚氰胺高温(70℃)阻燃剂溶液中加热15min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入25％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡20min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度100℃，热压时间0.1min/mm，热压压力1MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力4Mpa的冷压机中冷却10s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例13：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入15％脒基脲磷酸盐、0.8％的季戊四醇高温(70℃)阻燃剂溶液中加热15min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却20min，沥干后干燥至含水率8％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入25％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡20min，再经过沥干、干燥至含水率10％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度100℃，热压时间0.1min/mm，热压压力1MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力2Mpa的冷压机中冷却10s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
实施例14：
a、去除竹材的竹青层，再将剩下的竹黄剖成宽3.0cm，厚1.2cm的竹篾；
b、将竹篾浸入8％聚磷酸铵、10％磷酸氢二胺、8％脒基脲磷酸盐、0.8％的季戊四醇高温(70℃)阻燃剂溶液中加热35min，捞出迅速投入到室温下同种阻燃剂溶液中冷却40min，沥干后干燥至含水率7％；
c、将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入25％三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂中浸泡40min，再经过沥干、干燥至含水率12％。
d、按目标密度1.10g/cm3将竹篾组坯送入热压机中，按照热压温度150℃，热压时间0.8min/mm，热压压力3MPa的热压参数将竹材板坯热压定型；
e、取出热压层积材送入冷压压力3Mpa的冷压机中冷却70s/mm后取出，经裁边、锯解等处理后成最终产品。
Claims (10)
1. 一种阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于制造方法步骤如下：
1)将竹材剖解成竹篾；
2)将竹篾浸入60～90℃的阻燃剂溶液中加热15～60min；
3)捞出并迅速投入到相同常温阻燃剂溶液中，冷却10～60min；
4)沥干后干燥至含水率8％以下；
5)将干燥后含有阻燃剂的竹篾浸入胶粘剂中浸泡5～60min；
6)沥干，干燥至含水率8～15％；
7)热压，将竹篾组坯送入热压机中，热压温度100～200℃，热压时间0.1～1.5min/mm，热压压力1.0～6.0Mpa，将竹材热压定型成热压层积材；
8)冷压，送入冷压机中，冷压温度10～60℃，冷压压力1.0～5.0MPa，冷压时间10～150s/mm；
9)裁边、锯解处理，成品收集。
2. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于所述的阻燃剂溶液中所含组分及其重量百分比为：聚磷酸铵5～20％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
3. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于所述的阻燃剂溶液中所含组分及其重量百分比为：聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂2～10％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
4. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于所述的阻燃剂溶液中所含组分及其重量百分比为：聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺1～10％，脒基脲磷酸盐0～10％，余量为水。
5. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于所述的阻燃剂溶液中所含组分及其重量百分比为：聚磷酸铵0～15％，硼酸或硼砂0～5％，磷酸氢二胺0～5％，脒基脲磷酸盐1～15％，余量为水。
6. 根据权利要求2～5之一所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于：所述的阻燃剂溶液中含0.5～1.0％的季戊四醇或三聚氰胺协效剂。
7. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于：所述的胶粘剂采用改性处理的酚醛胶粘剂，胶粘剂固含量25～40％；或者是三聚氰胺改性的脲醛胶粘剂，胶粘剂固含量20～50％。
8. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于：所述的竹篾尺寸为宽1.5～3.0cm，厚0.8～1.2cm。
9. 根据权利要求1所述的阻燃型竹材结构层积材制造方法，其特征在于：方法步骤7)中所述的组坯是将竹篾按纵向层积排列，材料密度在0.80～1.10g/cm3。
10. 一种阻燃型竹材结构层积材，其特征在于：是由权利要求1所述制造方法制得的竹材结构层积材。
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