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摘要：本文介绍了一种磷酰化阻燃型碳纤维复合地板制备方法及其性能，其主要过程为：将普通地板进行碱液浸没预处理，溶剂苯浸没，进行蒸汽干燥，抽真空，用阻燃水剂浸没，加压；然后卸压、卸阻燃剂，抽真空，再加入溶剂苯浸没，蒸汽干燥，加入用溶剂稀释的磷酸盐溶液将木板浸没，进行磷酰化反应，反应结束后，排出液体，抽真空，加入溶剂苯浸没后，蒸汽干燥、抽真空，然后与碳纤维进行胶粘，可得到磷酰化阻燃型碳纤维复合地板。复合地板样品经性能检测，平均耐火时间>120min，氧指数>45％，烟密度<40kg／m3，顺纹抗压强度>100MPa，抗弯强度>200MPa，端面硬度>10000N。完全达到了防腐、阻燃、机械强度高的要求，是一种理想的可长期使用的地板。

关键词：磷酰化，阻燃，碳纤维，地板

0 引言

近年来，我国经济快速发展和城市化水平的提高，复合地板产品的需求量逐年增大，随着我国政府对弹性基复合地板发展的关心和扶持力度明显增强。我国弹性基复合地板行业的发展在国际上取得了显著成绩，不仅国内供不应求，更远销海外，但复合地板行业高能耗、高成本、低品质及智能化程度低等难题日益突出，且行业环保、高效、阻燃、耐磨等关键减损技术匮乏，目前复合地板产业亟须转型升级。

随着弹性基复合地板走向市场，市场需求量与日俱增，为了维持地板表面天然纹理的良好视觉效果，提高其耐磨性及解决消费者使用过程中出现的面层开裂及变形等问题，国内外学者相继就如何提高多层复合地板表面质量展开了研究。澳大利亚墨尔本大学的Barbara Ozarska博士和美国普度大学的Daniel Cassens、Yuelong Leng、George McCabe等对复合地板表面裂纹产生原因和发展规律进行了研究。国内学者路则光认为复合地板面板开裂是地板涂饰表面裂纹产生的主要原因，提出了在单板背面划刀痕的措施，释放含水率变化产生的应力，减小地板整体变形，提高地板表面漆膜质量。[1]

此外，早在1999年时君友等就研制了以多异氰酸酯为交联剂，聚乙烯醇与橡胶乳液的复合共混制备复合地板用无醛胶粘剂。我国目前有的地板生产也采用水性异氰酸酯（EPI）等无醛胶粘剂，但成本相对较高，主要用于出口地板。王海田等还探讨了单组分聚氨脂（PUR）用于制造复合地板的优势，认为能够简化生产工艺，减少废品率，降低综合成本。

中国林科院木材工业研究所工程师程献宝与巴洛克木业有限公司的朱德成等人合作研究，对多层复合地板在生产及使用过程中地板变形、开裂、胶层剥离的原因进行了分析，并就如何控制生产中各工序提出了相应的处理措施，为企业改进多层复合地板生产工艺，提高产品质量提供参考。此外，还研究了热处理巧木单板作为地板面板制备复合地板的技术，分析了热处理工艺对复合地板用面板的影响。[2]

随着工业4.0的到来，数字化，信息化大潮涌动，对于传统复合地板企业，搭建基于大数据的智能制造管理系统迫在眉睫。同时，随着木材等资源大量消耗，用户对于安全，绿色等产品的要求越来越高，基于环保为核心的研发、生产更是发展趋势。此外，根据市场的反馈，阻燃、耐磨等性能也亟须提升。本研究希望能通过应用生产的工业化理念，优化和改造传统的产业相关，使企业通过信息化、数字化的逐步提升进而早日实现智能化。

1 实验和方法

1.1实验原料

普通地板，磷酸盐溶液，苯，阻燃水剂，碳纤维，阻燃胶粘剂

1.2仪器设备

QY—RE20A旋转蒸发仪，qB30—100实验型均质机，GsH系列一上出料型高压釜，czF～3水平垂直燃烧仪，IF一3数显氧指数测定仪，木材拉力测试仪，真空干燥箱。

1.3实验方法

（A）将尺寸为100cm×10cm×5cm的普通地板放入反应釜中，并加入苯溶剂将其完全浸没15min，在120℃下进行蒸汽干燥，抽真空至100Pa，得到含水量为8％～12％的地板：

（B）采用浓度15％的阻燃剂浸没上续得到的地板，加压至1MPa，维持30min，卸压、卸阻燃剂，抽真空至100Pa，再加入苯溶剂至将地板完全浸没15min，在120℃下进行蒸汽干燥，抽真空至100Pa，得到含水量为5％～10％的地板；

（C）采用溶剂苯稀释磷酸盐溶液，得到浓度为10％～60％的磷酸盐溶液，采用浸泡的方式，加到步骤（B）所得的地板中，在1MPa、130℃下反应16h，反应结束后，排出液体．抽真空至100Pa，得到含水量为5％～8％的地板：

（D）向步骤（C）所得的地板中添加溶剂苯，浸没15min，再在120℃下进行蒸汽干燥，抽真空至100Pa，得到含水量为3％～7％的地板；

（E）在常温常压下，采用一般性阻燃胶粘剂将步骤（D）得到的地板的其中一面与片状的碳纤维胶粘，压合即得到磷酰化阻燃型碳纤维复合地板。工艺流程图见图3。

2 阻燃特性和力学性能分析

按国标（GB／T 12441—2005）模拟大板燃烧法测试磷酰化阻燃型碳纤维复合地板的阻燃性能，国标（GB／T 8627—2007）测试复合地板的烟密度，国标（GB／T 15104—2006）等方法测试复合地板的力学性能嘲，六次测定平均计算得到结果。[3][4]

地板首先要进行干燥和预处理。实验发现，地板细胞壁中的水分，有利于反应介质对地材的渗透；但含水率过高，会导致反应介质的损失。工业生产中，一般需要将新伐生材或部分干燥的木材先抽真空，

再用汽蒸预处理，将木材干燥至含水率3％～7％，以改善木材的渗透性。阻燃剂可以加人到盛有木材的处理罐内，加压到1MP，反应（30—60）min，阻燃剂已基本渗入到木材组织中。磷酰化之前，需要

将木材在苯等有机溶剂保护下以防其形变，通入蒸汽干燥．以改善木材的渗透性。在反应罐中添加一定量的磷酸盐溶液浸泡木材，然后加热至（100—140）℃，加压至1MP，（10—16）h。浸泡和反应时间愈长，木材增重率愈大，性能改善越显著。

磷酰化反应完成后，需回收反应罐中残留的磷酸盐溶液。可通过对罐体抽真空，同时加热至（120一130）℃；也可用清水漂洗，随后再干燥木材。磷酰化木材中的羟基数量减少，故木材的平衡含水率和纤维饱和点皆降低，尺寸稳定性改善。磷酰化木材的生物耐久性显著提高，且随磷酰化木材增重率的增加，其耐腐性进一步提高。其原因是磷酰化木材的含水率很低，且细胞壁的微孔被堵塞，因此不易受腐朽真菌侵袭。[5]

力学性能研究：与对照材相比，磷酰化木材的MOR和MOE增减幅度在8％以内时，磷酰化处理对木材力学强度无显著影响。耐气候性研究：磷酰化可改善木材在室外的颜色稳定性，减少木材的光照发黄；但磷酰化的光保护效果，随改性材暴露时间延长而下降。加高分子材料和木材进行多层复合，以增加厚度，提高木材的力学强度。木材的强度增强通过碳纤维复合等技术解决，实验发现高分子材料、复合层数等因素对木材的力学强度和阻燃性能都有影响。得到磷酰化阻燃型碳纤维复合木板。经性能检测，平均耐火时间>120min，氧指数>45％，烟密度<40kg/m3，顺纹抗压强度>100MPa，抗弯强度>200MPa，端面硬度>10000N。

3 结论

我国作为世界木材消费大国，木材的对外依存率高达47%。随着国民经济水平的提高，我国对于木材的需求量每年都在逐步的上涨。多年以来，因为我国对于木材的需求较大，而且存在着大量的滥砍滥伐现象，所以我国的森林被严重采伐，森林资源可以供给且存蓄的数量骤减，同时面对全球严峻的能源与环境挑战以及我国劳动力成本的上升，复合地板加工行业竞争加剧。[6]

“绿水青山就是金山银山”，随着社会经济的持续发展，人民群众对环境保护的要求也越来越高，打造环保阻燃型复合地板，正是切合的绿色无公害的要求。本项目的研究不仅使得企业在专业技术进步、人才培养环境、生产流程的规范性、产品质量和品质、现代高新技术改造传统产业上等方面有所提升和收获，也希望能以此项目的成果为我省苏北地区的同类企业，在应用高新技术和标准改造传统产业给予示范，对加快苏北经济建设、提升传统地板业市场核心竞争力具有推动作用。

参考文献

[1]陈柏帆. 一体化木/碳纤维增强复合材料夹芯板抗弯性能和热工性能研究[D]. 西南科技大学， 2022. DOI：10.27415/d.cnki.gxngc.2022.000250

[2]韩巧丽，李汪灏，邢为特等. E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料拉伸与模态特性分析 [J]. 太阳能学报， 2020， 41 （01）： 210-216. DOI：10.19912/j.0254-0096.2020.01.031

[3]谢文博，丁叶蔚，王正等. 现代木建筑梁柱与软木板防火复合结构的研发与应用 [J]. 家具， 2019， 40 （02）： 1-7. DOI：10.16610/j.cnki.jiaju.2019.02.001

[4]蒋瞻，谢文博，王正等. 软木复合结构建筑柱体耐火性能研究 [J]. 西南林业大学学报（自然科学）， 2018， 38 （04）： 161-166.

[5]熊伟，李大纲，饶鑫等. 湿热条件对塑木复合板材色及抗弯性能的影响 [J]. 林业机械与木工设备， 2010， 38 （10）： 18-21.

[6]赵御静. 不同胶粘剂对软木聚结材料性能的影响[D]. 西北农林科技大学， 2008.

基金项目：环保阻燃型弹性基复合地板高效加工技术集成与应用（江苏省科技项目——苏北科技专项（SZ-SQ2021045））