無機生物質纖維復合裝飾材料研究與應用

劉星雪

摘? ? 要：隨著節能、環保在我國的深入，國家對禁止脲醛樹脂、酚醛樹脂為膠黏劑的人造板進入市場也作出強制性的規定。根除室內裝修環境污染源，創造清潔、舒適、美好的室內環境是居住者的渴望，是廣大科學工作者的的夙愿，是當前建筑、裝飾業未來發展的必然趨勢。北京冠山博源建筑工程檢測有限公司最新發明的鎂質硫鋁硅水泥做結合劑與竹纖維膠合生產無機膠合竹纖維防火板，用天然無機鎂質膠凝材料做結合劑與竹纖維膠合，添加工、農業廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的新型無極鎂質硫鋁硅水泥膠合竹纖維（包括秸稈、木屑、等生物質纖維）復合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質、可訂、可鋸、可刨、可二次加工、綠色環保;完全可用來代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機膠合人造板做室內裝修材料，實現室內裝修后環境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患。

關鍵詞：無機生物;纖維復合裝飾材料;研究與應用

1? 緒論

現代化建筑和精美的裝修給我們帶來舒適、方便和享受的同時背后可能存在著隱患，相關統計顯示：90%的新居裝修及家具甲醛測試超標。因為這些裝修材料，（除純木外）大都用密度板、大芯板、刨花板穿上各種各樣華麗的外衣（飾面）制作的，這些人造板所用的膠黏劑有：脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、間苯二酚樹脂、環氧樹脂、聚醋酸乙烯樹脂、水性高分子異氰酸酯樹脂等。其中用得較多的是脲醛樹脂、酚醛樹脂，而這些樹脂含有大量的游離甲醛，苯、氨、這些有毒物質慢慢分解釋放出來（釋放期可長達3-15年），充斥著我們生活的空間，特別是晚上由于門窗緊閉，釋放出來的有毒物質深度比白天高數倍，這些物質有強烈的致癌作用，從而帶來劇大的健康隱患，尤其對孕婦和兒童危害更是不容忽。隨著節能、環保在我國的深入，禁止脲醛樹脂、酚醛樹脂為膠黏劑的人造板進入市場也作出強制性的規定。盡管其它的有機膠黏劑生產的人造板有毒物質釋放較少，但存在不防火、易老化的缺陷，在使用范圍上有很大的局限性。根除室內裝修環境污染源，創造清潔、舒適、美好的室內環境是居住者的渴望，因此，發展應用無毒、無味、防火、環保綠色新型裝飾材料是民生大計。

2? 無機膠合纖維復合防火綠色裝飾建材的應用

利用無機膠凝材料做結合劑代替有機樹脂結合劑，與生物質纖維（包括;秸稈、木屑、木絲、竹絲等）復合，生產綠色無機環保材料，替代有機膠合裝飾材料，代替木材等多種用途的合成巖復合新型生態環保材料，用于室內裝修，是綠色建筑、裝飾、建材發展方向。目前采用無機膠合纖維制作的人造板有兩種;（1）利用波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）做結合劑制作的有，水泥木纖維板（生產復雜，板材昂貴）、水泥復合纖維壓力板（容重大，不易釘釘）;（2）利用鎂水泥做結合劑的放火板有;氯氧鎂水泥復合纖維（生物質纖維）防火板、硫氧鎂水泥纖維（生物質纖維）防火板、鎂質硫鋁硅水泥復合竹纖維防火板;

和硅酸鹽水泥相比，鎂水泥有著強度高、堿度低和與生物質纖維復合能力強的性能。充分利用鎂水泥的性能，生產輕質、高強、高韌、防火、防水、無毒、無味、環保綠色建材，尤其是用最新發明的鎂質硫鋁硅水泥做結合劑與竹纖維膠合生產無機膠合竹纖維防火板，是裝修、家具最佳選擇材料。充分利用鎂水泥的性能[1]，生產輕質、高強、高韌、防火、防水、無毒、無味、環保綠色建材，尤其是用最新發明的鎂質硫鋁硅水泥做結合劑與竹纖維膠合生產無機膠合竹纖維防火板，是裝修、家具最佳選擇材料。

天然無機鎂質膠凝材料做結合劑與竹纖維膠合[2]，添加工、農業廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的一種新型復合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質、綠色環保。

3? 無機膠合生物質人造板的復合原理

傳統的復合材料理論是以經典的混合律（law of mixture）為主要依據。而實踐的結果卻突破了當今理論認為不可能出現的結果，這就證明還有其他理論存在。開發無機膠合生物質（包括新型鎂質硫鋁硅水泥復合竹纖維防火生態環保板），如何將生物質纖維長度應力與鎂水泥復合產生最佳力學性能，是解決的問題的關鍵，只有找到理論依據，才能解決目前低彈性模量的生物質纖維增強高彈性模量鎂水泥基復合材料不變形難題，這些規律是生產不同性能人造板的的重要依據。

假設纖維與水泥產生相同的應變值，假設連續的長纖維沿著應力方向排列、黏結良好、泊松比為0，那么纖維增強水泥基復合材料在彈性變形階段演變后，（演變方程省略）最終可得出：生物質物纖維與水泥基材的彈模比為：[n=Ef/Em<1]，這樣復合材料承受的應力就要低于水泥基材承受的應力，復合材料中的低彈性模量纖維就不存在增強作用。

很明顯，如果將經典混合律用于研究無機膠合生物質人造板，那么在理論上就要失去方向。經典混合律無法實現低彈性模量生物質纖維增強高彈性模量鎂水泥基生產無機膠合人造板，而實驗結果卻完全相反，從而證明還有其他理論存在。

由于生物質纖維材料在力學上屬于柔索類，只承受拉應力，很少承受壓應力。因此，在大量使用生物質纖維時，在承受彎曲應力時就會出現受壓區破壞，因而板材的抗彎強度較低。采用鎂水泥進行膠合，不但依靠化學粘合和機械互鎖使薄板坯粘結牢固，重要的是提高了板材的抗壓強度，進而提高板材的抗彎強度。

膠合生物質生態板人造板，力學性能表現為各向異性，生物質纖維成二維正交分布，纖維的取向系數基本上是[12]，纖維的利用率較高，板材的力學性能較好，產品創新 該板材是利用交融串聯復合理論，將農作生物質（秸稈、竹、木屑等）纖維，通過特殊工藝、熱壓成型，更由于生物質纖維在生態板中占的比例較大，表現出的生物質性能較強，尤其是熱阻比鋼材、混凝土、磚大得多，由于成型工藝特殊，與目前生產的冷壓成型的無機膠合竹、木、纖維板、玻鎂板等有很大區別，它是無極膠凝漿料滲透到生物質細胞組織中通過化學鍵粘合和機械互鎖形成的聚合結晶體，結合非常牢固，由于生物質纖維在熱壓作用下自膠結和鎂水泥無機膠粘迅速實現不反彈、不變形、有強度、可脫模，節約勞動時間、縮短生產周期;另一方面有利于熱壓機中厚度規控制板材容重，生產出不同使用要求的人造板。

若無極交合生物質建材用于墻體材料，裝修材料、家具材料，最佳選擇的生物質纖維是竹纖維。

竹材的力學性能：竹子是生長迅速的禾草類植物。竹子的種類較多，有毛竹、慈竹、斑竹、楠竹等。在非木材植物中，竹材與其它非木材植物相比較，竹材的纖維細胞含量和纖維的長寬比高于麥秸、稻草、高粱秸、玉米秸等。例如：毛竹的纖維細胞含量為68.8%、纖維的長寬比為123，而麥秸的纖維細胞含量只有62.1%、纖維的長寬比為102。纖維細胞含量和纖維長寬比決定了纖維的力學性能。

竹材的抗拉強度和彈性模量：由于竹材的纖維細胞含量和纖維的長寬比高，竹材的抗拉強度也就高，以毛竹的竹纖維為例，抗拉強度可達180MPa～220MPa，高于農作物秸稈抗拉強度;同樣，由于竹材的灰分含量低，竹材的彈性模量高，以毛竹為例，彈性模量可達8200MPa～11000MPa，高于農作物秸稈彈性模量。抗拉強度和彈性模量高有利于提高竹纖維増強鎂水泥制品的抗彎強度和剛度。

竹纖維對鎂水泥制品的増強作用：提高了基體材料的抗拉強度和彈性模量，就常用的濕料法輥壓成型工藝制作的板材而言，板材承受彎曲應力時彎曲拉應力由玻璃纖維布和基體材料共同承擔，而彎強壓應力由基體材料承擔（玻璃纖維作為柔性材料只能承受拉應力）。玻璃纖維布和基體材料共同承受彎曲拉應力，就需要基體材料抗拉強度高：提高板材的抗彎強度，由于玻璃纖維布増強鎂水泥與竹纖維復合基的彈性模量得到提高，承受彎曲應力時，板材的力學中性軸就要向受拉區移動。這樣，受拉區的竹纖維和布罝在板材最大彎曲拉應力處的玻璃纖維布的抗拉強度就要發揮到最佳狀態，因而同等玻璃纖維布摻量的板材，鎂水泥與竹纖維復合構成的鎂水泥復合基的板材比鎂水泥與秸稈碎料或木屑復合構成的鎂水泥復合基的板材抗彎強度高。抗彎強度是板材的主要力學性能，檢測抗彎強度時一般都是檢測強度極限范圍內的抗彎強度。板材的抗彎強度高證明板材能承受較大的彎曲應力，板材的力學性能好。用天然無機鎂質膠凝材料做結合劑與竹纖維膠合，添加工、農業廢棄物、配以專用外加劑，用特殊工藝制造出來的新型無極鎂質硫鋁硅水泥膠合竹纖維（包括秸稈、木屑、等生物質纖維）復合材料，材料具有氣硬、水硬兼有性能，材料的防水性好，強度高、韌性好、防火（A級）、防蛀、防腐、防靜電、隔音、保溫、無毒、無放射性物質、綠色環保;完全可用來代替木材、大芯板、密度板、膠合板、等有機膠合人造板做室內裝修材料，實現室內裝修后環境清潔化、鏟除裝修材料污染源、消除健康隱患指日可待。

4? 發展無極鎂質膠合生物質纖維綠色建材的意義和前景

我國是一個農業大國，每年有7億噸秸稈等待利用，如果解決了利用秸稈制作人造板，也就為我國秸稈的綜合利用找到了出路。要在全國范圍內解決農作物秸稈的綜合利用，其根本出路在于農作物秸稈的工業化利用，其中秸稈制人造板是秸稈工業化利用中最具市場發展潛力和產業化前景的技術。發展秸稈人造板不僅可提高秸稈消耗率和利用率、節約木材資源、保護生態環境，而且還可促進農業和農村經濟的發展、擴大城鄉就業、增加農民收入。

我國不僅農作物秸稈資源豐富，而且也是竹資源最豐富的國家，被謄為“竹子王國”，竹林面積520多萬公頃。毛竹產地散布著星羅棋布的竹材加工廠，這些竹材加工廠生產出竹席、竹家具等產品后，邊角余料堆集如山，雖然竹材的邊角余料可以自然降解、回歸大自然，但如果合理利用，則可提高資源的利用率。因此，合理利用這些生產廢物，就擴大了資源的有效利用范圍。

工業和信息化部、住房和城鄉建設部聯合發布和印發的《促進綠色建材生產和應用行動方案》第十二條指出：“支持利用農作物秸稈、竹纖維、木屑等發展生物質建材，優先發展和使用生物質纖維増強的木塑、新型鎂質建材等圍護用和裝飾裝修產品。”在裝配式建筑和鋼建構建筑日益發展的今天，和秸稈、木屑一樣，竹纖維在増強新型鎂質建材中的應用，已放在十分重要的位置。充分利用我國我國鎂資源儲量大、品位高，竹資源豐富（加工后廢料）有利條件，將這些竹材加工廠廢物作為新的生產要素投入使用，加工成綠色環保材料，用于裝修、建筑，既解決裝修污染問題，又變廢為寶，對促進我國循環經濟的發展具有重要意義。

5? 結語

鎂水泥能與生物質纖維直接復合的性能，提高了生物質資源的利用率。可以因地制宜選用生物質的廢棄物進行生產無極膠合生物質纖維板，不僅使各種生產廢棄物得到合理利用，提高附加值，同時對環境保護也可以作出貢獻，為建筑、裝修、家具制造，提供綠色環保、安全高性能材料，徹底杜絕室內污染源，讓我國人民生活在夢寐以求的清潔、舒適、安全的環境中，永遠健康、快樂！

參考文獻：

[1] 溫玉泉，諶萌，熊榮生.技術進步中的鎂水泥[J].中國菱鎂，2012（2）.

[2] 諶萌，席凱原.無機膠合中密度纖維板復合原理和關鍵工藝分析[J].中國建材科技，2013（2）.