本發(fā)明涉及木材技術領域，尤其是涉及一種高硬度輕比重木材材料。

背景技術：

裝飾材料分為兩大部分：一部分為室外材料，一部分為室內(nèi)材料。室內(nèi)材料再分為實材，板材、片材、型材、線材五個類型。實材也就是原材，上要是指原木及原木制成。常用的原木有杉木、紅松、榆木、水曲柳，香樟、椴木，比較貴重的有花梨木、櫸木、橡木等。在裝修中所用木方主要由杉木制成，其他木材主要用于配套家具和雕花配件。傳統(tǒng)的裝飾材料需要消耗大量的木材和金屬材料，而且存在著怕水怕火、有放射性污染、甲醛含量超標、安裝施工繁瑣、裝飾效果差、保養(yǎng)困難、壽命短、價格高等問題，已經(jīng)逐漸被淘汰出市場。

木塑復合材料是由木質(zhì)或其他纖維素材料和熱塑性塑料統(tǒng)配溫成型加工制成的復合材料，雖然其優(yōu)點眾多，但中國的木塑產(chǎn)品在應用方面仍存在一定的局限性和缺陷。木塑產(chǎn)品在使用過程中存在力學強度不夠、耐熱性能不佳，及熱膨脹系數(shù)大等缺陷，作為地面鋪板等用材時，材料的摩擦學性能尚不理想。為改善上述局限性并彌補缺陷，同時擴大替代木制產(chǎn)品的優(yōu)勢，研發(fā)高填充量植物纖維、高性能木塑復合材料產(chǎn)品將是企業(yè)和市場的主導方向。

目前，玻璃纖維在木塑復合材料中的研究和應用較少，有關其性能的研究報迫尚不多見，而結合材料的實際工況進行的相關研究報道更為鮮見。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種采用玻璃纖維的高硬度輕比重木材材料，本發(fā)明具有硬度高、比重輕的特點，抗壓、抗彎、耐沖擊等性能優(yōu)于天然木材，經(jīng)久耐磨，不易受損，由于添加一定比例的纖維，比重更輕，使用更方便，具有環(huán)保、阻燃、防潮、防蟲蛀、不變形、硬度高，不怕水浸、易保養(yǎng)，耐磨度高，使用壽命更長等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術方案為：一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板，所述芯板的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：22-34份；

竹炭粉：16-29份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：11-19份；

聚烯烴彈性體：4-9份；

辣椒素9-16份；

玄武巖纖維：16-23份；

甘露醇：17-21份；

硅烷偶聯(lián)劑7-15份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為100-150微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為250-450微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為120-160微米；

所述辣椒素為粉末顆粒，顆粒度大小為500-750um。

進一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：25-28份；

竹炭粉：18-22份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：13-16份；

聚烯烴彈性體：5-7份；

辣椒素11-14份；

玄武巖纖維：19-21份；

甘露醇：17-20份；

硅烷偶聯(lián)劑9-11份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為120-140微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為280-350微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為130-150微米；

所述辣椒素為粉末顆粒，顆粒度大小為550-650um。

更進一步的，所述芯板的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：27份；

竹炭粉：20份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：15份；

聚烯烴彈性體：6份；

辣椒素12份；

玄武巖纖維：20份；

甘露醇：19份；

硅烷偶聯(lián)劑10份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為130微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為320微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為135微米；

所述辣椒素為粉末顆粒，顆粒度大小為600um。

本發(fā)明中，采用的辣椒素((反式)8-甲基-n-香草基-6-壬烯酰胺)是辣椒的活性成分辣椒素和與其相關一些的化合物并稱為辣椒元，它們是辣椒產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，可能為了對草食動物形成威懾。純辣椒素是一種斥水親脂、無色無嗅的結晶或蠟狀化合物。

本發(fā)明中，采用的poe分子結構與三元乙丙橡膠(epdm)相似，因此poe也會具有耐老化、耐臭氧、耐化學介質(zhì)等優(yōu)異性能，通過對poe進行交聯(lián)，材料的耐熱溫度被提高，永久變形減小，拉伸強度、撕裂強度等主要力學性能都有很大程度的提高。多用途的poe彈性體能夠超過pvc、eva、sbr、ema和epdm，今后poe可能取代傳統(tǒng)的epdm。由于poe的優(yōu)異性能使其在汽車行業(yè)、電線電纜護套、塑料增韌劑等方面里都獲得了廣泛應用。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為5-8mm，直徑為13-18um。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至140-150℃，投入溫度為2-3℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫2-5min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述竹子的預燒溫度為450-530℃，時間為1-1.5h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為920-1050℃，時間為55-70min。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案，所述木紋圖案是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層。本發(fā)明中，水性聚氨酯(wpu)涂膜有優(yōu)良的耐磨性及粘附性，但其亦受限于耐水性和光澤度不佳等缺點。丙烯酸酯(pa)具有優(yōu)良的光學性能、力學性能及耐介質(zhì)性等優(yōu)點，但其柔韌性和耐磨性較差。本發(fā)明通過原位無皂乳液聚合制備了wpua復合乳液，該體系綜合了pu和pa兩者的優(yōu)點。氧化石墨烯(go)由于特殊的二維結構，其表面含氧基團在聚合過程中會與pu分子鏈間發(fā)生化學鍵合，形成相容性較好的雜化材料，提升復合材料的性能。通過研究發(fā)現(xiàn)go與wpu間形成的共價鍵可使復合材料的耐水性、熱性能、力學性能均有不同程度提升。當go的質(zhì)量分數(shù)超過1．5%時，go會發(fā)生團聚，材料的性能下降。本發(fā)明采用原位聚合法制備了系列水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯(wpua/go)復合乳液，通過改進現(xiàn)有技術中的hummers法制備出氧化程度高、分散性較好的go；wpua/go乳液粒徑隨著go含量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;當go的質(zhì)量分數(shù)為0．5%時，涂層的熱穩(wěn)定性提高了140℃，耐鹽霧時間比純wpua延長了10d，腐蝕電流密度減小了1個數(shù)量級；具有優(yōu)異的防腐性能。

在眾多植物中，竹材的生長周期短且資源豐富，而四川地區(qū)的竹資源尤為豐富。竹材性能優(yōu)異，但由于其特殊的生長結構，利用率不高。將竹材運用于木塑復合材料中，不僅可以替代木材并提高其利用率，高填充量的竹纖維連可以進一步地降低木塑復合材料的成本。

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，具有耐高溫、機械強度高且硬度大等特點，選擇玻璃纖維作為木塑復合材料的改性填料，一方面在于纖維材料對復合材料的增強效果比顆粒狀無機填料的好；另一方面是希望能利用玻璃纖維的特性彌補木塑復合材料在應用過程中易于出現(xiàn)的缺陷，使復合材料在具有良好性能的同時，降低材料的生產(chǎn)成本。此外，根據(jù)纖維的增強原理，只有纖維長度在臨界長度以上時才能充分發(fā)揮纖維的增強作用。在成型工藝允許的條件下，選擇較長的玻璃纖維增強復合材料時，增強效果更為明顯。

本發(fā)明中，所述芯板可采用本領域中冷壓、熱壓、擠出等任一現(xiàn)有技術加工方式或其組合得到。本發(fā)明通過蛇紋木粉、竹炭粉、低浮纖無堿性短切玻璃纖維的協(xié)效復配作用，形成高強度的空間排布結構以及規(guī)則層狀結構，再通過甘露醇、硅烷偶聯(lián)劑、辣椒素的作用增強其連接強度。通過對本發(fā)明斷面形貌的觀察，各組分的相界面模糊，存在包裹與被包裹的連接方式，同時還存在部分孔洞，說明甘露醇、硅烷偶聯(lián)劑、辣椒素共同協(xié)效可有效改善蛇紋木粉與竹炭粉、低浮纖無堿性短切玻璃纖維之間的界面結合，但粒徑較大的纖維之間容易搭橋，使得纖維與纖維之間以及纖維與基體之間易產(chǎn)生孔隙，進而減弱了結合力的作用，因此本發(fā)明中通過采用不同粒徑的纖維搭配，避免材料在受力時產(chǎn)生應力集中的現(xiàn)象。

本發(fā)明提供一種采用玻璃纖維的高硬度輕比重木材材料，本發(fā)明能夠具備有良好的耐磨性能，而且還能具備有較高的強度，結構簡單，使用壽命長。

本發(fā)明采用的蛇紋木又名蛇桑，?？苖oracea蛇桑屬。蛇紋木為小樹冠喬木，無板根，高25m，主干15m，直徑30—50bm；木材密度重且強度高，氣干密度1.20-1.36g/cm3，堪稱是世界上密度最大的木材，心材極耐腐、抗蟲駐，切面光滑，拋光性好。平均抗彎強度14599-21599psi，平均抗壓強度900kg/cm2，半徑收縮6%，切向收縮9%，端面易現(xiàn)裂痕。本發(fā)明采用的是蛇紋木制造工藝品時的下腳料，或者采用無法制備成工藝品的蛇桑樹的外皮、枝干部分，使得原材料成本較低，有利于推廣應用。

本發(fā)明采用煅燒后的竹炭粉末、辣椒素與蛇紋木粉末配合，可以避開其易開裂、出油、易溶、受溫度濕度影響大的缺點，更好的發(fā)揮蛇紋木的性能優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：27份；

竹炭粉：20份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：15份；

聚烯烴彈性體：6份；

辣椒素12份；

玄武巖纖維：20份；

甘露醇：19份；

硅烷偶聯(lián)劑10份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為130微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為320微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為135微米；

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為6mm，直徑為15um。

進一步的所述竹子的預燒溫度為480℃，時間為1.2h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為970℃，時間為62min。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至145℃，投入溫度為2.5℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫4min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層（未標注）。

本發(fā)明制備得到密度為1g/cm²、厚度為25mm的木材，其彈性模量為34390mpa，靜曲強度165mpa、煮沸內(nèi)結合強度0.30mpa。

所述水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層的防腐性能通過現(xiàn)有技術中的國家標準進行耐鹽霧實驗，實驗結果如表1所示。

表1

實施例2

一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：22份；

竹炭粉：29份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：11份；

聚烯烴彈性體：9份；

辣椒素9份；

玄武巖纖維：16份；

甘露醇：21份；

硅烷偶聯(lián)劑7份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為150微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為450微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為160微米；

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為8mm，直徑為18um。

進一步的所述竹子的預燒溫度為530℃，時間為1.5h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1050℃，時間為70min。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至140℃，投入溫度為2℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫5min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層（未標注）。

將本發(fā)明制備得到密度為1g/cm²、厚度為25mm的木材，彈性模量為25780mpa，靜曲強度126mpa、煮沸內(nèi)結合強度0.35mpa。

實施例3

一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：34份；

竹炭粉：16份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：19份；

聚烯烴彈性體：4份；

辣椒素16份；

玄武巖纖維：16份；

甘露醇：21份；

硅烷偶聯(lián)劑7份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為100微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為250微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為120微米；

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為5mm，直徑為13um。

進一步的所述竹子的預燒溫度為450℃，時間為1h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為920℃，時間為55min。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至150℃，投入溫度為3℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫2min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層（未標注）。

將本發(fā)明制備得到密度為1g/cm²、厚度為25mm的木材，彈性模量為28120mpa，靜曲強度138mpa、煮沸內(nèi)結合強度0.40mpa。

實施例4

一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：25份；

竹炭粉：18份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：13份；

聚烯烴彈性體：5份；

辣椒素11份；

玄武巖纖維：19份；

甘露醇：17份；

硅烷偶聯(lián)劑9份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為140微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為350微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為150微米；

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為8mm，直徑為18um。

進一步的所述竹子的預燒溫度為490℃，時間為1.2h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1000℃，時間為68min。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至148℃，投入溫度為2.2℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫3.5min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層（未標注）。

將本發(fā)明制備得到密度為1g/cm²、厚度為25mm的木材，彈性模量為30910mpa，靜曲強度181mpa、煮沸內(nèi)結合強度0.20mpa。

實施例5

一種高硬度輕比重木材材料，包括芯板1，所述芯板1的原料及各原料的重量份數(shù)為：

蛇紋木粉：28份；

竹炭粉：22份；

低浮纖無堿性短切玻璃纖維：16份；

聚烯烴彈性體：7份；

辣椒素14份；

玄武巖纖維：21份；

甘露醇：20份；

硅烷偶聯(lián)劑11份；

所述蛇紋木粉為蛇紋木制造產(chǎn)品時的下腳料研磨成的粉末，顆粒度大小為120微米；

所述竹炭粉為竹子經(jīng)預燒、研磨、酸洗、煅燒后得到的粉末，顆粒度大小為280微米；

所述玄武巖纖維的顆粒度大小為130微米；

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的長度為5mm，直徑為13um。

進一步的所述竹子的預燒溫度為490℃，時間為1.2h；酸洗為采用醋酸浸泡；煅燒的溫度為1000℃，時間為68min。

進一步的，所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維的制備方法為將無堿連續(xù)玻纖加熱至142℃，投入溫度為2.7℃的過氧化氫中，加入氯化鉀，保溫4.5min，干燥后獲得所述低浮纖無堿性短切玻璃纖維。

進一步的，所述芯板的表面設有木紋圖案2，所述木紋圖案2是通過特制的滾花機在經(jīng)過表面處理的板材表面高溫壓制出一層由凹槽和凹坑組對稱排布設置組成的木紋圖案2。

進一步的，所述芯板的表面設有水性聚氨酯丙烯酸酯/氧化石墨烯防腐涂層（未標注）。

將本發(fā)明制備得到密度為1g/cm²、厚度為25mm的木材，彈性模量為29290mpa，靜曲強度176mpa、煮沸內(nèi)結合強度0.20mpa。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。需注意的是，本發(fā)明中所未詳細描述的技術特征，均可以通過任一現(xiàn)有技術實現(xiàn)。