超低密度阻燃纤维板工业化生产技术及阻燃性能研究

摘要

环保超低密度人造板的开发及应用是适应市场发展新需求的重要举措，超低密度阻燃纤维板被用于替代一些高密度的木质面板作为非结构性家具和装饰板，将大量减少木材的使用量，对目前国内木材供需的矛盾起到缓解作用，符合我国经济发展的基本战略。然而，超低密度纤维板由于密度小造成了力学强度低、潜在甲醛释放量高和易燃等问题，阻碍了其在人造板行业的发展及其在装饰等领域的应用。因此，轻质高强、阻燃、环保型超低密度纤维板产品已成为人造板行业的重点发展方向之一。本研究以桉木纤维为主要原料，使用三聚氰胺改性的E1级胶黏剂、异氰酸酯(PMDI)和改性豆粕胶黏剂，结合现有纤维板连续生产线的工艺技术条件，在优化超低密度纤维板制造工艺、优选阻燃剂的基础上，分别对阻燃剂及其所对应的阻燃板进行热重分析，对板材燃烧过程的热量、烟量及CO、CO2的释放进行了系统的研究;分析了阻燃剂的分布及板材直观的燃烧情况。通过分析阻燃板物理力学性能和阻燃性能，对阻燃超低密度纤维板在压制过程中各阶段的工艺参数进行了优化。探讨了阻燃剂对超低密度纤维板的阻燃机理、密度对产品阻燃特性的影响规律，得出主要结论如下:　　(1)超低密度纤维板生产工艺参数的优化。使用MUF胶黏剂生产，最佳生产工艺参数为:板坯含水率17％、热压时间390s、热压温度190℃、热压最高压力5.5MPa、压机闭合时间40s、施胶量13.1％;使用PMDI胶黏剂生产，经过分析优选工艺为:热压温度190℃、热压时间390s、施胶量4.O％。通过上述两种工艺生产的板材性能可以满足标准LY/T1718-2017《低密度和超低密度纤维板》中规定的要求。在使用MUF胶黏剂生产时，纤维含水率对其性能影响比较大。当含水率从11％增大至21％时，MOR和MOE均呈逐渐减小趋势，IB呈先增大后降低趋势，2hTS和甲醛释放量影响不明显。　　(2)优选出性价比高的粉状阻燃剂。试验用磷氮硼复配阻燃剂、磷氮系阻燃剂和硼系阻燃剂都具有优良的热稳定性。制备成板材检测，其氧指数由25.5％提高至32.5％～33.5％。添加阻燃剂后，板材燃烧的热释放速率和热释放总量相对未施加阻燃剂的对照样明显降低，表明阻燃剂的阻燃性能优良。但与普通板的物理力学性能相比，添加阻燃剂后，板材的各项性能均受到了不同程度的影响，均有下降的趋势。在3种阻燃剂中，硼系阻燃剂对板材的物理力学性能影响最大，压制后板材的性能达不到标准要求。磷氮硼复配阻燃剂和磷氮系阻燃剂所压制的板材性能均能满足标准要求。综合分析，磷氮硼复配阻燃剂压制的阻燃板有成本优势，物理力学性能和阻燃性能也能达到预计的要求，故优选最佳阻燃剂为磷氮硼复配阻燃剂。　　(3)超低密度阻燃纤维板生产工艺优化。生产过程中使用的胶粘剂对板材影响有一个共同点，当施胶量由低到高时，板材的各项性能指标都得到优化，但是氧指数却无明显变化。当MUF胶的施胶量为13.5％、PMDI为4.0％、豆粕胶为3.5％时，板材各项性能均能满足标准要求。随着热压温度升高、热压时间延长，前两者胶黏剂压制的板材IB、MOR及MOE均呈现上升趋势，24hTS略有下降。最佳工艺参数为:热压温度190℃、热压时间20s/mm。随着阻燃剂施加量的增加，3种胶黏剂压制的板材性能均下降。最佳工艺参数分别为:阻燃剂施加量S6％、茎6％和茎7％。当阻燃剂施加量由2％增加至8％，与对照样相比，PMDI改性的豆粕胶所压制的板材甲醛释放量下降4.0％～28.0％，氧指数增加8.3％～30.8％，热释放速率、总热释放量及CO2产率表现出逐渐降低后趋于平稳的趋势，总烟释放产量先减少后增加，最后趋于稳定。　　(4)超低密度阻燃纤维板的阻燃机理。通过热重分析和锥形量热仪等测试结果，并结合现有的阻燃机理研究结果表明，磷氮硼复配阻燃剂主要是通过催化木材成炭以及释放氨气、水蒸气等稀释气体来发挥阻燃效应。随着阻燃纤维板的密度由430kg/m3增加至590kg/m3，其氧指数由30.5％增加至34.3％，热释放速率和总热释放量表现为燃烧前期减小而燃烧后期保持平稳，产烟量和CO2产率逐渐增加，CO产量的变化首先降低然后趋于稳定。板材的密度大于520kg/m3时，试样IB、MOR和24hTS均符合标准的要求。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状及发展趋势

1．2．1低密度纤维板生产技术

1．2．2阻燃纤维板生产技术

1．2．3无醛胶黏剂纤维板生产技术

1．3研究目标和主要研究内容

1．3．1关键的科学问题

1．3．2研究目标及意义

1．3．3主要研究内容

1．4研究技术路线

1．5创新点

第二章超低密度纤维板生产工艺

2．1引言

2．2试验材料与方法

2．2．1试验材料

2．2．2试验设备

2．2．3试验方法

2．3结果与分析

2．3．1 MUF超低密度纤维板

2．3．2 PMDI超低密度纤维板

2．3．3豆粕胶黏剂制备超低密度纤维板工艺

2．4小结

第三章超低密度纤维板用阻燃剂的优选

3．1引言

3．2试验材料与方法

3．2．1试验材料

3．2．2试验设备

3．2．3试验方法

3．3试验结果与分析

3．3．1阻燃剂的热分解特性

3．3．2阻燃剂对物理力学性能的影响

3．3．3阻燃剂对阻燃性能的影响

3．3．4阻燃剂对胶黏剂热稳定性的影响

3．3．5阻燃剂对胶黏剂流变行为的影响

3．4小结

第四章磷氮硼复配阻燃剂对胶黏剂的影响

4．1引言

4．2试验材料与方法

4．2．1试验材料

4．2．2试验设备

4．2．3试验方法

4．3试验结果与分析

4．3．1 MUF超低密度阻燃纤维板

4．3．2 PMDI超低密度阻燃纤维板

4．3．3 PMDI改性豆粕胶黏剂超低密度阻燃纤维板

4．3．4磷氮硼阻燃剂对豆粕胶黏剂热稳定性的影响

4．3．5磷氮硼阻燃剂对豆粕胶黏剂流变行为的影响

4．3．6 PMDI对豆粕胶黏剂流变行为的影响

4．4小结

第五章超低密度阻燃纤维板工艺优化

5．1引言

5．2试验材料与方法

5．2．1试验材料

5．2．2试验设备

5．2．3试验方法

5．3试验结果与分析

5．3．1MUF超低密度阻燃纤维板生产工艺

5．3．2 PMDI超低密度阻燃纤维板生产工艺

5．3．3 PMDI/豆粕胶黏剂超低密度阻燃纤维板生产工艺

5．4小结

6．1引言

6．2试验材料与方法

6．2．1试验材料

6．2．2试验设备

6．2．3试验方法

6．3试验结果与分析

6．3．1阻燃剂的阻燃机理分析

6．3．2阻燃纤维板密度对性能的影响

6．4小结

第七章超低密度阻燃板工业化生产技术及经济分析

7．1引言

7．2超低密度阻燃纤维板工业化生产技术分析

7．3经济效益分析方法

7．4超低密度阻燃板市场应用分析

7．5超低密度阻燃纤维板经济效应分析

第八章结论与建议

8．1结论

8．2展望与建议

参考文献

在读期间的学术研究

致谢