半干法水泥纤维板的生产工艺与性能研究

半干法水泥纤维板的生产工艺和性能研究郝聪杰2011届硕士中国林业科学研究院分类号密级UDC学位论文半干法水泥纤维板的生产工艺与性能研究TheStudyOnTheProductionTechnologyandPropertiesofCement-basedFiberboardbySemi-dryProcessing郝聪杰指导教师姓名龙玲副研究员申请学位级别工学硕士专业名称木基复合材料科学与工程研究方向水泥纤维板论文提交日期2011年5月论文答辩日期2011年6月学位授予日期2011年7月答辩委员会主席评阅人北京·中国林业科学研究院公开TS653.6学位论文半干法水泥纤维板的生产工艺与性能研究中国·北京学位论文作者郝聪杰指导教师姓名龙玲副研究员申请学位级别工学硕士专业名称木基复合材料科学与工程研究方向水泥纤维板论文答辩日期2011年6月DissertationfortheDegreeTheStudyOnTheProductionTechnologyandPropertiesofCement-basedFiberboardbySemi-dryProcessingCandidate:HaoCongjieSupervisor:Prof.LongLingAcademicDegreeAppliedfor:Master’sDegreeSpeciality:Wood-basedcompositescienceandengineeringDateofDefence:2011.07Degree-Conferring-Institution:ChineseAcademyofForestryI独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国林业科学研究院有关保留、使用学位论文的规定，中国林业科学研究院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国林业科学研究院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日学位论文作者毕业联系方式工作单位：联系电话：电子邮件：通讯地址、邮编：II摘要水泥纤维板是以水泥为胶凝材料，用纤维作为填充增强材料制成的新型建筑墙体材料，它兼有水泥和木材的双重优点，如强度高、自重轻、防火、隔音等，可广泛用于非承重内外墙板、天花板、活动房等领域。水泥纤维板作为一种理想的建筑材料，在国外已应用的相当普遍，但我国对水泥纤维板的研究起步较晚，还没有得到广泛应用。本研究选用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，探讨利用桉树化学木浆纤维、竹浆纤维、杨树热磨木纤维等作为增强材料，采用半干法工艺制备纤维增强水泥复合板，并比较各增强纤维水泥复合材料的板材物理性能和分析各工艺因素对板材物理力学性能的影响情况，得出较好的生产工艺参数，为我国水泥纤维板的工业化生产提供参考数据；并借助扫描电子显微镜，探索纤维增强水泥复合材料的增强机理。研究结论如下：1．通过纤维形态分析，木浆纤维的纤维长度范围为2.03-2.97mm.，竹浆纤维的纤维长度范围为1.08-2.60mm，热磨木纤维的纤维长度范围为1.01-1.98mm，根据纤维分级标准木浆纤维属于长纤维，竹浆纤维和热磨木纤维均属于中等长度的纤维。2．木浆、竹浆和热磨木纤维三种纤维冷水抽出物中的总糖含量分别为11.38mg/g、36.55mg/g及62.96mg/g；木浆纤维中综纤维素含量为93.69%，竹浆纤维和热磨木纤维中的综纤维素含量分别为74.86%、73.69%；木浆纤维中冷水、热水、1%NaOH抽出物含量分别为4.75%、4.93%、6.26%，竹浆纤维中冷水、热水、1%NaOH抽出物含量分别为7.16%、7.70%、12.63%，热磨木纤维中冷水、热水、1%NaOH抽出物含量分别为8.85%、10.02%和26.76%。3．木浆纤维与水泥具有较好的相适性，可直接用于纤维水泥板的制备。竹浆纤维和热磨木纤维均对水泥有阻凝作用，其中，热磨木纤维最为严重。化学添加剂可以加快水泥的凝结硬化，减缓纤维中的抽出物和糖分等对水泥水化的不利影响，并且随着添加剂量的增加，促凝作用愈加明显；本研究选用硫酸铝作为促凝剂，且用量为水泥用量的1%时较适于水泥纤维板的制备。4．利用半干法制备木浆纤维增强水泥板是可行的。木灰比和水灰比均对板材的物理力学性能有显著的影响。本研究试验条件下，较佳的制板工艺参数为：木灰比为0.22，水灰比为0.42，目标密度为1.3g/cm3。在此条件下，压制出的板材的静曲强度可达III10~14MPa，弹性模量可达3200~3900MPa，内结合强度为0.81~0.94MPa，24h吸水厚度膨胀率为0.41%~1.26%，均达到水泥刨花板标准（GB/T24312-2009）优等品的要求。5．制备竹浆纤维水泥板时须添加化学助剂，利用半干法可以压制出成型的竹浆纤维水泥板，板材的弹性模量、内结合强度及24h吸水厚度膨胀率等物理力学性能均达到GB/T24312-2009《水泥刨花板》和JC/T411-2007《水泥木屑板》的要求。竹灰比和水灰比均对竹浆纤维水泥板的物理力学性能有显著的影响。本研究中板材的静曲强度最大为8.76MPa，尚未达到合格要求，须对各原料的配比作进一步的试验。6．在制备木浆纤维增强水泥板的较佳工艺参数条件下，向木浆纤维中掺入热磨木纤维仍可以制备出满足标准要求的木浆-热磨木纤维增强水泥板，在满足标准要求的前提下，热磨木纤维在总纤维中的含量比例最大可以达到30%。7．通过利用实体显微镜和扫描电镜对制备的纤维增强水泥复合板材的微观结构及纤维在水泥基体中的分布状况进行了观察。水泥水化可形成大量的C-S-H凝胶，纤维与水泥基材料充分混合，在水泥浆中形成多项分布的网络支撑体系，降低了水泥在塑形收缩及冷冻时形成的张力，改善了板材的结构和性能。8．本研究的纤维增强水泥复合板实际密度均为1.3g/cm3左右，属轻质板材，适用于非承重的内墙板、天花板、地板等领域。关键词：木浆纤维，纤维形态，化学组成，木灰比，半干法，纤维增强水泥板，SEMIVAbstractCementfiberboardisakindofnewbuildingwallmaterial,whichthecementisthebinderfilledwithfiberasreinforcingmaterial.Itcombinesthedualbenefitsofcementandtimber,suchashighstrength,lightweight,fireprotection,soundproofing,andsoon.Itcanbeusedfornon-loadbearingexternalwallpanels,ceiling,activityroomsorotherfields.Asidealconstructionmaterial,thecement-basedfiberboardhasbeenappliedquitecommoninforeigncountries.However,ourstudyaboutcementfiberboardhasbeenrecentlystarted.Ithasnotbeenusedwidely.Inthisstudy,theordinaryPortlandcementwasusedasthecementationsmaterial,andthewood-pulpfiber,bamboofiberandhot-millfiberwereusedasreinforcedmaterial.Thesemi-dryprocesswasappliedtoproducecement-basedfiberboard,andthenthephysicalpropertiesofthecompositeboardsandcomparedofvariousprocessfactorsonthephysicalandmechanicalpropertiesoffiberboardwereanalyzed,soastoobtainbetterproductionparameters.Thisstudycanprovidereferencedatafortheindustrialproductionofcementfiberboard.Attheend,thescanningelectronmicroscopywasusedtoexplorereinforcedcementcompositereinforcementmechanism.Theresultswereasfollows:1.Thoughthefibermorphologicalanalysis,thefiberlengthrangeofwood-pulpfiberis2.03~2.97mm,bamboofiberis1.08~2.60mm,hot-millfiberis1.01~1.98mm.Basedonfiberclassficationstandard,thewood-pulpfibersarelongfibers,bamboofiberandhot-millfiberarebelongedtothemiddlelengthfibers.2.Thetotalsugarcontentsofcoldwaterextractsinthewood-pulpfiber,bamboofiberandhot-millfiberwere11.38mg/g,36.55mg/g,62.96mg/g.Theholocellulosecontentsofwood-pulpfiberwas99.69%,theholocellulosecontentsofbamboofiberandhot-millfiberwere74.86%and73.69%.Thecoldwaterextract,hotwaterextract,1%NaOHextractfromthewood-pulpfiberwere4.75%,4.93%,6.26%.Thecoldwaterextract,hotwaterextract,1%NaOHextractfromthebamboofiberwere7.16%,7.70%,12.63%.Thecoldwaterextract,hotwaterextract,1%NaOHextractfromthehot-millfiberwere8.85%,10.02%and26.76%.3.Wood-pulpfiberandcementhasbettercompatibility.ItcanbedirectlyusedforVproductionofcementfiberboard.Thebamboofiberandhot-millfiberbothhaveblockingcoagulation,inwhichthehot-millfiberisthemostserious.Thechemicaladditivescanacceleratethecoagulationofcementhardening,slowtheadverseeffectsoncementhydrationfromtheextractandsugarinfiber.Andwiththeincreaseintheamountofadditives,themoreobvio