一种印制板垫板用高导热纤维板及其制备方法

本发明属于功能人造板生产，具体涉及一种印制板垫板用高导热纤维板及其制备方法。背景技术：1、纤维板可以由小径材、枝桠材以及农作物秸秆等原料制备得到，在其性能优异且生产利用环节符合绿色循环经济理念的双重推动下，广泛应用在建筑装修等领域。然而，因为木质基纤维的导热性能不佳，传统纤维板在制备过程中存在导热效率不高的问题，对纤维板生产加工中的降本增效以及产品性能提升，功能优化均产生了极大的制约。2、具体而言，在热压过程中，板坯厚度方向上的温度梯度导致板坯中心层的压缩和胶合效果最弱，限制了产品物理力学性能的综合提升。在一些特殊的应用场合，如导热地板基材、印制电路板垫板等，普通纤维板的导热性能无法满足产品的功能化需求。此外，产品生产过程中的传热效率与随之产生的高能耗也与我国提出的“双碳”目标相悖。3、将石墨材料添加入纤维板基材中能够有效提升热压过程中的导热效率，然而，天然石墨材料为无机质，与木质基纤维的结合较难实现，为兼顾所制成的功能纤维板的导热性能与力学性能，需对石墨材料进行必要的活化处理。由于天然石墨为多层结构，层间距较小，改性试剂很难进入层间，对石墨材料的活化程度有限，与木质基纤维间结合能力的提高亦有限。4、基于此，本发明旨在提供一种印制板垫板用高导热纤维板及其制备方法，在提升纤维板综合物理力学性能的基础上，赋予其优异的功能化属性，提升产品附加值，拓宽产品的应用领域的同时优化生产工艺，为企业降本增效。技术实现思路1、本发明的第一目的在于提供一种印制板垫板用高导热纤维板；本发明的第二目的在于提供所述高导热纤维板的制备方法。2、本发明的第一目的是这样实现的：所述印制板垫板用高导热纤维板，由上表层、下表层及芯层组成，三层相应的厚度比为1~2：6~8：1~2；上表层、下表层及芯层均由木质基纤维、改性石墨材料和胶黏剂组成；其中，上表层及下表层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的0.70~1.20%，芯层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的0.90~1.40%；改性石墨材料是将石墨材料在氮气的保护下，于30~110℃，用电弧等离子体处理4~6min，然后加入体积比8:1~1:1的30%双氧水和冰醋酸混合液，混合液用量为石墨材料质量的10~100%，处理3~6min后获得。3、本发明的第二目的是这样实现的：所述高导热纤维板的制备方法，包括石墨材料改性、组分混配、板坯铺装及热压成型工序，具体包括：4、a、石墨材料改性：将不同粒径的石墨材料按设定配比混合，然后在氮气的保护下，于30~110℃，用电弧等离子体处理4~6min，再加入体积比8:1~1:1的30%双氧水和冰醋酸混合液，混合液用量为石墨材料质量的10~100%，处理3~6min。5、b、组分混配：按上表层、下表层及芯层各自的组分配比分别备料与混配，首先将改性石墨材料用气流磨加入木质基纤维中，所述气流磨的计量泵压力为0.4~0.6mpa，将改性石墨材料送入孔径为3~7mm的喷嘴，同时送入0.7~1.2mpa的压缩空气，使改性石墨材料与木质基纤维充分混合；再将分散有改性石墨材料的木质基纤维与胶黏剂、石墨材料改性处理回收液混配，得到用于不同部位的铺装料。6、c、板坯铺装：将上一步获得的铺装料按其预设部位铺装为板坯。7、d、热压成型：将上一步获得的板坯在140~152℃，2.5~3.5mpa，热压5.5~7.0min，即得目标高导热纤维板。8、本发明所述技术方案与现有技术相比，在以下几方面具有突出的实质性特点和显著的进步：9、1、对石墨材料中不同尺度石墨基粒的配比和添加量进行了优化设计，木质基纤维的天然多级孔隙结构能使中、小粒径的石墨材料均匀地分布于其中，石墨以片层形式贴附于小孔隙如纹孔腔的壁面，大粒径的石墨则沉积于木质基纤维中大孔隙例如细胞腔的表面，改性后的石墨材料散布于木质基纤维的各级孔隙中，形成了较好的连续性，促进高效导热通路的形成。10、2、天然石墨材料为多层结构，层间距较小，如鳞片石墨层间距大约为3.40å，对石墨材料进行活化处理时，改性试剂很难进入层间。利用电弧等离子体，产生高能电子进入石墨层间域，在高能电子作用下，层间域增大，改性剂（双氧水和冰醋酸混合液）可以深入石墨材料层间，使石墨材料表层、内层间都产生羟基，活化位点更为丰富和均匀。11、3、经电弧等离子体处理，双氧水与冰醋酸混合液活化改性后的石墨材料，增加了活性基的数量，改性石墨材料在木质基纤维的分级孔隙中分散时，能够形成更多的氢键结合位点，无需使用偶联剂，节约了试剂成本，同时使纤维板的物理力学性能更为优异。此外，冰醋酸提供的酸性环境还可以促进热压时胶黏剂的固化，无需再添加固化剂，节省了生产成本且无废液产生。12、4、组分混配时，采用气流磨将改性石墨材料分散入木质基纤维中，改善了石墨材料的分散性，解决混配加料时石墨材料的团聚问题。改性石墨材料与木质基纤维间形成的氢键结合，能够在一定程度上改变组分混合时石墨材料分布的取向与均匀性。避免在纤维板内形成微孔等结构缺陷，消除了板坯内的应力集中，提升了板材的整体力学性能。此外，所选择的加料方式不会破坏改性石墨材料的基础结构，保证了石墨材料的导热性能不被削弱。13、5、改性石墨材料、木质基纤维、胶黏剂间形成的高密度交联的导热网络有三个作用。其一，交联网络自身的高传热能力，对提升沿板坯厚度方向的热量传递效率有较大贡献；其二，改性石墨材料与木质基纤维间的界面热阻经由氢键结合及交联作用得到有效降低，让填料与基材间的固-固接触热阻不再是热传导的瓶颈。其三，所制备的高导热纤维板中，负载于木质基纤维各级孔隙表面的石墨材料形成的连续导热网络，在热压成板后仍能够满足功能性人造板，如印制板垫板等产品对导热功能的需求。14、6、根据板坯传热效率沿厚度方向非匀速递减的特点，改变表层和芯层中改性石墨材料的添加量，能显著减小板坯厚度上的温度梯度，让中心层快速升温，促进胶黏剂同步固化，解决了木质基纤维自身热传导效率低下，板坯芯层升温过缓导致的芯层纤维不易压缩，板坯沿厚度方向胶黏剂固化速差明显，纤维板内结合强度低的技术问题。15、7、优化组分配比后，对热压工艺进行了适应性调整，所制备的高导热纤维板的物理力学性能优异，内结合强度≥0.85mpa，弹性模量≥3000 mpa，静曲强度≥22 mpa，24h吸水厚度膨胀率≤15.0%，导热系数≥0.285w/m·k。此外，由于改性石墨材料对纤维板热压时导热性能的改善，显著提高了热压效率，降低了生产能耗，为企业降本增效。技术特征：1.一种印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于，所述高导热纤维板由上表层、下表层及芯层组成，三层相应的厚度比为1~2：6~8：1~2；上表层、下表层及芯层均由木质基纤维、改性石墨材料和胶黏剂组成；其中，上表层及下表层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的0.70~1.20%，芯层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的0.90~1.40%；改性石墨材料是将石墨材料在氮气的保护下，于30~110℃，用电弧等离子体处理4~6min，然后加入体积比8:1~1:1的30%双氧水和冰醋酸混合液，混合液用量为石墨材料质量的10~100%，处理3~6min后获得。2.根据权利要求1所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于上表层、下表层及芯层中，所述石墨材料为天然石墨、石墨烯、合成石墨中的任一种或几种。3.根据权利要求2所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于上表层、下表层及芯层中，所述石墨材料由粒径分别为300~350目、1000~1500目、1800~2200目的基粒按质量比0.7~1.2：1：0.7~1.2组成。4.根据权利要求1所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于上表层及下表层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的0.80~1.10%。5.根据权利要求1所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于芯层中改性石墨材料的添加量为木质基纤维质量的1.00~1.30%。6.根据权利要求1所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于所述高导热纤维板的内结合强度≥0.85mpa，弹性模量≥3000 mpa，静曲强度≥22 mpa，24h吸水厚度膨胀率≤15.0%，导热系数≥0.285w/m·k。7.根据权利要求1~6任一项所述的印制板垫板用高导热纤维板，其特征在于所述高导热纤维板是通过下述工序制备的：第一步为石墨材料改性，将不同粒径的石墨材料按设定配比混合，然后在氮气的保护下，于30~110℃，用电弧等离子体处理4~6min，再加入体积比8:1~1:1的30%双氧水和冰醋酸混合液，混合液用量为石墨材料质量的10~100%，处理3~6min；第二步为组分混配，按上表层、下表层及芯层各自的组分配比分别备料与混配，首先将改性石墨材料用气流磨加入木质基纤维中，所述气流磨的计量泵压力为0.4~0.6mpa，将改性石墨材料送入孔径为3~7mm的喷嘴，同时送入0.7~1.2mpa的压缩空气，使改性石墨材料与木质基纤维充分混合；再将分散有改性石墨材料的木质基纤维与胶黏剂、石墨材料改性处理回收液混配，得到用于不同部位的铺装料；第三步为板坯铺装，将上一步获得的铺装料按其预设部位铺装为板坯；第四步为热压成型，将上一步获得的板坯在140~152℃，2.5~3.5mpa，热压5.5~7.0min，即得目标高导热纤维板。8.一种权利要求1~6任一项所述的印制板垫板用高导热纤维板的制备方法，其特征在于包括石墨材料改性、组分混配、板坯铺装及热压成型工序，具体包括：9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于热压成型工序中，所述热压温度为145℃，热压压力为3.0mpa，所述热压时间为6.0min。技术总结本发明公开了一种印制板垫板用高导热纤维板及其制备方法，属于功能人造板生产技术领域。所述高导热纤维板上、下表层及芯层由木质基纤维、改性石墨和胶黏剂组成。上、下表层及芯层改性石墨添加量分别为木质基纤维质量的0.70~1.20%和0.90~1.40%。制备时将不同粒径的石墨混合，在氮气保护下于30~110℃用电弧等离子体处理4~6min，加入体积8:1~1:1的30%双氧水和冰醋酸混合液处理3~6min，用量为石墨质量的10~100%。按上、下表层及芯层各自的组分配比备料与混配，将改性石墨用气流磨加入木质基纤维，再与胶黏剂、石墨改性处理回收液混配得到铺装料。按预设部位铺装为板坯后，在140~152℃，2.5~3.5MPa，热压5.5~7.0min。所制备的纤维板物理力学性能优异，导热系数≥0.285W/m·K，降低了能耗，减少了试剂使用，极具推广应用价值。技术研发人员：汤正捷,梁杰培,张世球,王军锋,李如恩,容弟超,田珩,雷福娟,罗蓓,王冠昌受保护的技术使用者：西南林业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20