稀土鋁酸鍶發(fā)光材料與刨花熱壓成型工藝研究

周亞菲　呂蕾　張倩　王齊

摘要：? 采用定向刨花板生產(chǎn)工藝，把稀土鋁酸鍶長余輝發(fā)光材料按不同方式、不同比例加入刨花中，通過熱壓成型，測試加入稀土鋁酸鍶發(fā)光材料的刨花板材發(fā)光性能、力學(xué)性能，研究刨花-稀土鋁酸鍶復(fù)合發(fā)光材料的成型技術(shù)。結(jié)果表明：稀土鋁酸鍶與刨花最優(yōu)混合比例為1∶15；測試成型后的稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板物理力學(xué)性能優(yōu)于GB/T 41715—2022中干燥狀態(tài)下非承載型定向刨花板；稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板的發(fā)光強(qiáng)度在黑暗環(huán)境下由高到低再到穩(wěn)定狀態(tài)，初步余暉試驗在日照3小時后在黑暗環(huán)境下余暉效應(yīng)能達(dá)到12小時以上，滿足稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板在室內(nèi)外建筑及各使用領(lǐng)域中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：? 定向刨花板；? 稀土鋁酸鍶發(fā)光材料；? 力學(xué)性能；? 發(fā)光性能

中圖分類號：? ?TS 612 + . 1? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０24）03 － 0058 － 04

Ｓtudy on a Process of Strontium Aluminate and Shavings Press Forming

ZHOU Yafei LYU Lei ZHANG Qian WANG Qi**

（Heilongjiang Wood Science Research Institute，? Heilongjiang Harbin 150081）

Abstract Using the oriented particleboard production process， the rare earth strontium aluminate luminescent material was added into the shavings in different ways and in different proportions. The luminescence and mechanical properties of the shavings board with rare earth strontium aluminate luminescent material were tested. The molding technology of shavings and rare earth strontium aluminate composite luminescent material was studied. The results show that the optimal mixing ratio of strontium aluminate and shavings is 1：15. The physical and mechanical properties of the rare earth strontium aluminate light-emitting particleboard after testing are better than those of the non-load-bearing oriented particleboard in the dry state of GB/T 41715-2022. The luminous intensity of rare earth strontium aluminate luminous particleboard in the dark environment from high to low and then to a stable state， the initial afterglow test after 3 hours of sunshine in the dark environment afterglow effect can reach more than 12 hours， to meet the application effect of rare earth strontium aluminate luminous particleboard in indoor and outdoor buildings and various fields of use.

Key words oriented strand board; rare earth strontium aluminate luminescent material; luminescence properties；mechanical properties

近些年，隨著定制家居的迅猛發(fā)展，刨花板也隨之被大量應(yīng)用到家居市場，刨花板產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展比較良好，作為以國內(nèi)市場消費為主、出口為輔的產(chǎn)業(yè)，我國刨花板產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了疫情沖擊的情況下，仍保持高速增長。我國在多種類刨花板上有很大的進(jìn)展，如中南林科技大學(xué)研究制造的硅酸鹽水泥刨花板；中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所研究制造的中草藥釋香型刨花板；另外還有一些加入不同材料分別制成具有防火、阻燃以及抗霉防潮等功能性刨花板[ 1 - 5 ]。在刨花板發(fā)展的這些大背景下，把稀土鋁酸鍶發(fā)光材料與刨花結(jié)合熱壓成新型刨花板，豐富了刨花板的功能性，增加了人造板的種類，為人造板的高附加值利用拓寬了有效的途徑。在此基礎(chǔ)上刨花板產(chǎn)品多樣性發(fā)展勢在必行，本研究在原有刨花板基礎(chǔ)上加入稀土鋁酸鍶發(fā)光材料，該材料近些年已廣泛應(yīng)用在塑料、橡膠、和纖維中，在服裝、玩具、標(biāo)識、深海照明研究及竹塑發(fā)光材料等各領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛，本研究方法是在刨花板原有產(chǎn)品上進(jìn)行改性研究，稀土發(fā)光刨花板利用稀土鋁酸鍶發(fā)光材料吸收能量轉(zhuǎn)化為光的形式輻射出去，這種特殊發(fā)光材料吸光至光的原理，為刨花板材注入稀土發(fā)光材料研究奠定了基礎(chǔ)，也為刨花板生產(chǎn)企業(yè)提供新產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)，同時為木質(zhì)復(fù)合材料與稀土發(fā)光材料結(jié)合應(yīng)用提供理論依據(jù)，此研究的進(jìn)行對刨花板產(chǎn)品拓展產(chǎn)品性能具有很重要的科學(xué)意義，對刨花板產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展具有一定的科學(xué)指導(dǎo)[ 5 - 9 ]。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料及設(shè)備

此次試驗用定向刨花板作為發(fā)光刨花板基材，故選用楊木刨片，刨片由山東金利刨片機(jī)廠提供，刨片長13～14 cm，寬3～4 cm（圖1）。膠黏劑選用脲醛純膠粉（RF-B02），采自哈爾濱誠豐膠黏劑有限公司。稀土鋁酸鍶發(fā)光材料采自杭州質(zhì)誠科技開發(fā)有限公司。

試驗設(shè)備：KUHPD-1515型熱壓機(jī)（圖2），產(chǎn)地日本；MW-4型木材萬能力學(xué)試驗機(jī)，產(chǎn)地日本；CS871型熱風(fēng)循環(huán)干燥箱，產(chǎn)地中國吳江；IA-61型恒溫恒濕箱；Meilen電子天平，精度0.01 g；（UNI-T）UT382照度計。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 選材備用

預(yù)設(shè)預(yù)壓刨花板密度0.7 g/cm3，選用刨片以及稀土鋁酸鍶發(fā)光材料兩者按照質(zhì)量比為1 500∶100的比例進(jìn)行選料；將選中刨片放進(jìn)熱風(fēng)循環(huán)干燥箱，在103 ℃烘干5 h后放在塑封袋中備用，用烘干法測定刨片終含水率為3%±0.5%；脲醛樹脂膠粉按照55%固含量調(diào)制備用。

1. 2. 2 拌膠及鋪裝

將計量后的刨片放入拌膠機(jī)中，啟動拌膠機(jī)，按照7%膠含量噴脲醛樹脂膠黏劑，混合5 min左右按照1%含量加入液體石蠟，繼續(xù)混合10 min后將刨片移出進(jìn)行手工鋪裝，選用制備尺寸為400 mm×400 mm×12 mm模具按照一定方向鋪裝刨片（圖3），鋪裝中需平整密實，在最后一層鋪裝完畢后用噴膠槍噴涂混有膠黏劑的稀土鋁酸鍶發(fā)光材料后準(zhǔn)備熱壓（圖4、圖5）。

1. 2. 3 熱 壓

刨花板的熱壓參數(shù)設(shè)定為：熱壓溫度150 ℃，預(yù)壓壓力1 MPa，預(yù)壓時間30 s；熱壓壓力4 MPa，熱壓時間10 min。熱壓10 min后逐步泄壓保持冷卻后卸板，準(zhǔn)備檢測（圖6、圖7）。

2 結(jié)果與分析

2. 1 稀土鋁酸鍶刨花板力學(xué)分析

按照GB/T 41715—2022《定向刨花板》的規(guī)定測試3張試板的密度、含水率、靜曲強(qiáng)度、彈性模量、24 h吸水厚度膨脹率等物理力學(xué)性能；經(jīng)測試稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板試板的平均物理性能優(yōu)于GB/T 41715—2022中干燥狀態(tài)下非承載型定向刨花板（表1）。

稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板輕質(zhì)高強(qiáng)，力學(xué)性能優(yōu)異，加工性能良好，可用做室內(nèi)外裝飾裝修材料，主要物理性能為：最終密度在0.70 g/cm3以下，與預(yù)設(shè)的密度有小幅度的偏差，主要原因是制備稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板的過程中計量和鋪裝都是由實驗室人員人工完成；平均含水率為4.5%，原材料刨片的干燥程度和膠黏劑的用量決定了板材的含水率，原材料刨片的干燥程度是相似的，刨片的初含水率是3%±0.5%，由此得出，膠黏劑對板材的含水率有一定的影響；靜曲強(qiáng)度—主向超過18.0 MPa，預(yù)設(shè)密度是保證足夠量的刨片能在壓力的作用下形成內(nèi)部結(jié)合的重要保障，也是決定試板靜曲強(qiáng)度的主要因素。稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板防潮性能好，24h吸水厚度膨脹率達(dá)到14%，優(yōu)于GB/T 41715—2022中干燥狀態(tài)下非承載型定向刨花板的要求（≤20%），可用于衛(wèi)生間、廚房等環(huán)境使用。

2. 2 稀土鋁酸鍶刨花板發(fā)光強(qiáng)度與余暉分析

稀土鋁酸鍶發(fā)光材料是鍶、鋁、氧的化合物，其化學(xué)式是SrAl2O4，晶體結(jié)構(gòu)為四面體晶系，具有良好的光、電、熱等性能，耐高溫、無毒、無味是一種常用環(huán)保材料[ 11 ]。利用稀土鋁酸鍶發(fā)光材料吸光致光的特殊性質(zhì)，此次試驗用稀土鋁酸鍶發(fā)光材料和刨花熱壓成型是首次嘗試研究，對壓制的發(fā)光板材也進(jìn)行了初步的發(fā)光和余暉測試。通過對3張試板在黑暗環(huán)境中進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度和余暉時長分別進(jìn)行測試，結(jié)果顯示通過日照（A10點-P13點）固定點位光照后，用照度計測試板材在黑暗處的發(fā)光強(qiáng)度，隨著時間的推移強(qiáng)度逐漸下降（表2），通過圖10可以看出下降的速度比較緩慢；試板-稀土鋁酸鍶發(fā)光板材能在日照3 h后在黑暗環(huán)境中余暉時間大于12 h以上，滿足裝飾板材在黑暗或黑夜中發(fā)光的裝飾效果。

3 結(jié) 論

針對稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板力學(xué)性能穩(wěn)定、余暉效果長久等特點，在現(xiàn)行定向刨花板生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化刨花制備、干燥、施膠、刨片鋪裝及熱壓工藝參數(shù)，探索了稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板的生產(chǎn)工藝，制得的稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板，物理力學(xué)性能優(yōu)于GB/T 41715—2022中干燥狀態(tài)下非承載型定向刨花板的要求，且還具有夜晚發(fā)揮余暉的特殊紋理效果，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，表明通過加工工藝使稀土鋁酸鍶發(fā)光材料和刨花板熱壓成型制造稀土鋁酸鍶發(fā)光刨花板是可行的，其產(chǎn)品可應(yīng)用于家具制造、室內(nèi)裝飾裝修等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

［1］ 賈東宇，? 付躍進(jìn)，? 蘇治，? 等.? 杉木細(xì)表面定向刨花板生產(chǎn)工藝探討［J］. 中國人造板， 2023， 30（11）： 17 - 20.

［2］ 尹江蘋，? 常亮，? 郭文靜，? 等.? 2022年中國刨花板進(jìn)出口貿(mào)易狀況及國際競爭力分析［J］. 中國人造板， 2023， 30（10）： 1 - 7.

［3］ 李宏藝， 李長貴， 馬玉珍， 等. 大片刨花形態(tài)對可飾面定向刨花板力學(xué)性能的影響［J］. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2023， 51（12）： 39 - 48.

［4］ 李東虎，? 李萬兆，? 梅長彤.? 定向刨花板抗彎性能、形變及剖面密度梯度的相關(guān)性［J］. 林業(yè)工程學(xué)報， 2023， 8（3）： 52 - 57.

［5］ 張玉萍，? 呂斌.? 我國定向刨花板創(chuàng)新技術(shù)簡析［J］. 中國人造板， 2022， 29（12）： 24 - 28.

［6］ 李萬兆，? 李東虎，? 陳超意，? 等. 定向刨花板和細(xì)表面定向刨花板抗彎性能及應(yīng)變分布比較［J］. 林業(yè)工程學(xué)報， 2022， 7（6）： 61 - 66.

［7］ 王銘婕，? 萬倩，? 何正斌，? 等.? 稀土鋁酸鍶對木基復(fù)合材料儲熱過程的影響及模擬［J］. 功能材料， 2023， 54（3）： 3201 - 3207.

［8］ 史慕楊.? 稀土鋁酸鍶的表面憎水改性及在夜光纖維上的應(yīng)用［D］. 無錫： 江南大學(xué)， 2021.

［9］ 謝锏輝，? 戚佩瑤，? 胡紹峰， 等. 深海水下作業(yè)用稀土鋁酸鍶發(fā)光聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展［J］. 化學(xué)工業(yè)與工程， 2022， 39（2）： 61 - 68.

［10］ 張永威，? 魏新，? 朱亞楠，? 等. 稀土鋁酸鍶/PET復(fù)合材料的制備及性能［J］. 塑料， 2021， 50（3）： 1 - 5.

［11］ 沈修宇，? 朱亞楠，? 葛明橋.? SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+/TPE發(fā)光材料的制備及其光學(xué)性能［J］. 材料科學(xué)與工程學(xué)報， 2021， 39（1）： 106 - 110 + 123.

［12］ 孔振興.? 聚合物基稀土長余輝發(fā)光復(fù)合材料制備關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用. 廣東省稀有金屬研究所， 2019 - 09 - 18.

［13］ 史晨.? 長余輝發(fā)光再生纖維素纖維的制備及性能研究［D］. 無錫： 江南大學(xué)， 2017.

［14］ GEM， GUO X， YAN Y. Preparation and study on the structure and properties of rare-earth luminescent fiber［J］. Testile Research Joumal， 2012， 82（7）： 667 - 684.