水泥刨花板发展现状及模压法工艺

1、水泥刨花板发展现状及模压法工艺水泥刨花板与纤维水泥板、水泥型硅钙板等均属纤维增强型水泥板材系列，是建设部1998年发布关于推广应用住宅建设新技术新产品的公告中所推荐的品种，也是国家建材局2000年新型建材发展导向目录中所推荐的轻板品种。水泥刨花板就其表面形态可分为普通型(平板)和模压型(雕花板)两种。模压型板是指在常规的生产工艺过程中使用了带凹凸图案的模板，从而板坯经压制和表面涂饰后，最终形成了外观图案逼真，色彩丰富的建筑用板材。主要用作外墙材料。这种板材不仅具有普通水泥刨花板的所有优异性能，而且由于工艺上的改进，使其在尺寸稳定性和密度等方面比普通板有明显改进，更适应建筑施工的要求，已在国外，

2、特别是日本得到广泛应用。随着我国在建筑技术中框架结构体系的推广应用，对外墙用轻板材料的需求也将不断增加，这将为模压型水泥刨花板在我国的应用提供一个十分有利的市场条件。为此，现仅就水泥刨花板的发展现状、性能特点和模压法工艺作一概略介绍，供有关业内人士参考。一、水泥刨花板的发展现状作为水泥刨花板的工艺基础一半干法技术是在1962年由美国Elmondof公司发明并申请了专利，到1968年由瑞士Durisol公司采用和改进后，正式建成了一条小规模的示范生产线，这才真正揭开了水泥刨花板在世界范围内的发展历史。随着这种板的特点逐渐被建筑界认识和接受，从七十年代开始一批有较大生产规模的工厂相继建成。据198

3、8年至今发布的有关信息统计，目前全世界共有18个国家生产这种板材，见表1。表1  世界水泥刨花板生产线分布情况 序号洲别国别企业名称序号洲别国别企业名称1欧洲德国Eternit,FulguritSchw orer-Haust等10欧洲俄罗斯Glavmosstroy等18家公司2英国C,P,Boards Ltd,Pyrok等2家11亚洲日本Nichiha,Mitsui,Daikin等五家公司3法国Seribo12土耳其Tepe4瑞士Burisol13马来西亚Cemboard5意大利14伊朗6比利时15中国吉林天成、山东鲁中、湖北钟祥7匈牙利Falco Fkombint16美洲墨西哥Gr

4、upo8芬兰Metsa serla17阿根廷9捷克18美国American Cemwood,L-p在世界范围内，欧洲的水泥刨花板建材数量虽然最多，但是从应用规模和效果来看，以日本在这方面的成效最为突出。从1975年开始日本水泥系列板材销量逐年大幅上升，1996年呈最高峰，达到1.3亿（详见新型建材信息2000.11期第31页图1）。这个统计值包括各种纤维水泥板，硅钙板，加气混凝土平板和水泥刨花板，其中水泥刨花板销量约4500万占总量的35左右，是世界上使用水泥刨花板数量最多的国家。在日本，模压水泥板材的应用比重也逐年上升（详见新型建材信息2000.11期第31页图2）。在1991年普通平板型板

5、材销售占有80以上的市场份额，发展到1999年模压型的高档板材已与普通平板型平分市场份额，这点也是在世界上最为突出的。目前在日本住宅建筑中外墙材料已大量采用模压法制成的各种水泥板材，其应用比重已从1983年的17发展到1996年的62左右（详见新型建材信息2000.11期第32页图3）。日本住宅的外墙断面结构，最外层的模压水泥刨花板固定在间距为455mm的木方上，其内侧与外墙封板间构成一个通气层，用以阻断外界热气和排除湿气，是日本建筑结构上的一个特点，可为人们构筑适宜的居住环境；同时这种外观精美的模压水泥刨花板还往往被应用于室内的装饰，可营造十分温馨的休闲氛围。水泥刨花板和其他水泥系列板材在日

6、本之所以得到广泛应用是有其一定的社会原因。首先日本是多地震国家，建筑上早已大量采用木结构框架房屋，在建筑习惯上为轻质板材的应用打下坚固基础；其次历史上在日本曾发生几次大地震，并由此引起大面积火灾，使政府对建筑防火问题高度重视，在1971年日本政府就颁布了强制性的建筑防火规范，使水泥系列板材的不燃性或难燃性特点得以充分显示的机会；第三是日本劳动力成本高，缩短建筑施工周期，减少湿法作业工作量的需求比较迫切；第四是日本国民消费水平较高，住宅建设量发展很快，为水泥外墙板材提供了很大的市场；最后也应归结于日本水泥系列板材制造业在质量、技术和服务上坚持不懈地追求精益求精，赢得了消费者的信任。早在1977年

7、欧洲就已开始生产模压型水泥刨花板，但是限于当时模板的制造技术比较落后，只能使用木质材料制作模板，后因寿命太短改用铝和钢，又受型面加工技术的限制，只能生产简单直线条纹图案，如砖砌墙面；而且图案平淡，缺乏真实感，其外观感受比较单调；加上小幅面板材构成的多接缝墙面在观感上也不符合欧洲建筑风格，故未能在欧洲市场得到推广。随着技术的进步，首先是模板材料改用树酯型材料，采用铸模法制造，使各种复杂型面的图案均可得以再现；其次由日本开发成功的计算机控制多色涂饰技术，可为产品提供丰富逼真的色彩，从而使模压产品的外观给人以赏心悦目之感，其真实感甚至可达到以假乱真的地步；此外在制板工艺上，施工配套技术上，涂饰材料等

8、多方面均使模压板更切合实际建筑施工要求。所有这一切均构成了九十年代以来日本模压水泥刨花板应用飞速发展的技术基础。我国对水泥刨花板工艺的研究起始于七十年代，并在1980年末由中国林科院木工所和北京市建材局合作建成了第一条生产线；八十年代中期又由江西省建材设计研究院提供技术在江西、浙江、福建、湖南和湖北等省建成了一批小型生产厂。这批企业生产规模较小，生产过程使用的设备比较简单，人工参与量大，产品质量满足市场要求有一定差距，使销量未能扩展，部分厂目前已被迫停产。1993年吉林浑江市天成公司引进了一条年产3万自动化程度达到八十年代水平的普通型水泥刨花板生产线，对推动我国这方面的技术进步起了很大作用。1

9、996年山东沂源鲁中公司也建成了一条机械化程度较高的小型普通板生产线，并曾试验以麦秸为原料代替木材制造水泥刨花板，后因技术原因失败，目前仍以木材为原料进行正常生产。目前据粗略统计，我国水泥刨花板的总体销量仅4万左右，人均耗量仅相当于英国的1.2，日本的0.75，而且模压型水泥刨花板仍属空白，由此可看出水泥刨花板在我国的市场发展还有很大空间。据了解在九十年代牡丹江市、芜湖市和江西樟树市就曾有企业拟引进国外技术生产水泥刨花板，后因资金方面原因而告停止。1999年江苏南京长征公司在充分调研的基础上，决定投资建设我国第一条模压水泥刨花板生产线，得到了国家经贸委和南京市的支持，计划在2001年试产，希望

10、由此揭开我国水泥刨花板发展的篇章。进入21世纪，“保护环境，节约资源，实现可持续发展”是我国建筑界面临的重大任务。国民经济的良性发展也为建筑业提供了极好的市场条件。我们应不失时机地抓住机遇，努力工作去开拓轻质板材发展的新局面。二、水泥刨花板的性能特点水泥刨花板在日本之所以被广泛应用正是由于其所具有的许多性能特点，可简单归结于以下五个方面：1、属防火难燃级材料基于可燃的木质刨花在水泥刨花板生产过程中首先被不燃的硅酸盐溶液浸覆，后又被水泥包裹，并在受压状态下固化，形成比较致密的组织，因此经世界各国多方测定均认定为难燃级材料。美国按ASTME119标准对水泥刨花板和矿棉绝热材料构成的120mm厚复合

11、墙板进行测试，耐火极限最高达2小时。这意味1010的火焰对2.7m见方的试件喷烧2小时后，未将板烧穿，且使板另一侧的温度未上升到棉织品的燃点温度。我国四川消防科研所也按我国GB9978标准对10mm水泥刨花板构成的80mm厚中空复合墙板进行了测定，其耐火极限为0.75小时。可见水泥刨花板按GBJ1687建筑设计防火规范的要求，可以满足耐火等级为三级的建筑非承重外墙，和耐火等级为一级的建筑房间隔墙的要求。这正是美国、日本等过去习惯使用木质材料作建筑构件的国家愈来愈多采用水泥刨花板的原因之一。2、具有适应外墙用材的耐水性良好的耐水性是水泥刨花板相对石膏板和木质人造板的一项十分突出的特点，并由此决定

12、它可以被应用于建筑物的外墙。反映材料耐水性的指标主要是浸水24小时后的抗折强度和厚度膨胀率。从表2所示几种板材耐水性指标对比情况中，可见水泥刨花板耐水性的优良。表2  几种板材耐水性指标对比水泥刨花板纸面石膏板木质刨花板（尿醛胶)室外防水型中纤板定向刨花板（酚醛胶）标准要求60%浸水24h后，抗折强度下降率<40%<20%浸水24h后，厚度膨胀率=<2%<1.6%浸水24h后8%8-10%12-13%此外，日本对耐水性要求，在日本JIS A5422标准中对外墙用的水泥板材还规定了在浸水3小时后，再经80干燥1.5小时后320mm×150mm试件的平面

13、变形量不得大于3mm的要求，这实际反映的是对板材因受潮而产生永久变形程度的要求。对于吸水性，该标准规定的要求相当于24小时吸水量不应大于1g/c.这些要求在日本产水泥刨花外墙板上均能实现，从而保证建筑外墙的质量。3、十分突出的耐久性建筑材料的耐久性是指用此材料制成的建筑构件在一个规定时限内保持其可利用程度的能力。是建筑业在选材时高度关注的问题。从六十年代开始世界上就对水泥刨花板的耐久性先后作了大量试验。英国建筑研究院Dinwoodle先生花费了15年时间进行了测定，于1990年公布了他对产自8个国家10种牌号水泥刨花板耐久性测定结果。图五和图六均为水泥刨花板与其他几种板抗蠕变性能的对比情况。所

14、不同的是图五反映的是在相对湿度65，负载应力为该材料极限应力30时的蠕变量；而图六反映的是在相对湿度90，负载水平与上相同时的相对蠕变量。(注：相对蠕变量为最终蠕变值和初始变形值之差与初始变形值之比)表3为对水泥刨花板进行加速老化测试的结果。(详见新型建材信息2000.11第34页）此外，日本对耐水性要求，在日本JIS A5422标准中对外墙用的水泥板材还规定了在浸水3小时后，再经80干燥1.5小时后320mm×150mm试件的平面变形量不得大于3mm的要求，这实际反映的是对板材因受潮而产生永久变形程度的要求。对于吸水性，该标准规定的要求相当于24小时吸水量不应大于1g/c.这些要求

15、在日本产水泥刨花外墙板上均能实现，从而保证建筑外墙的质量。3、十分突出的耐久性建筑材料的耐久性是指用此材料制成的建筑构件在一个规定时限内保持其可利用程度的能力。是建筑业在选材时高度关注的问题。从六十年代开始世界上就对水泥刨花板的耐久性先后作了大量试验。英国建筑研究院Dinwoodle先生花费了15年时间进行了测定，于1990年公布了他对产自8个国家10种牌号水泥刨花板耐久性测定结果。图五和图六均为水泥刨花板与其他几种板抗蠕变性能的对比情况。所不同的是图五反映的是在相对湿度65，负载应力为该材料极限应力30时的蠕变量；而图六反映的是在相对湿度90，负载水平与上相同时的相对蠕变量。(注：相对蠕变量

16、为最终蠕变值和初始变形值之差与初始变形值之比)表3为对水泥刨花板进行加速老化测试的结果。(详见新型建材信息2000.11第34页）表3  水泥刨花板加速老化试验结果 加速老化试验方法试验结果1试件先在20水浸48h后，再作50次24h冻融循环试验（-20冻16h,+20融8h)MOR保持率为90%2将试件在60水中浸泡6个月MOR MOE保持率在66-83%3按法国V313刨花板标准规定进行三次冻融循环试验（-12冻24h,+20融72h,70烘72h)厚度膨胀率为0.2-1.0% IB保持率为55-80%4按欧洲水泥刨花板CEN标准规定进行70次冻融循环试验（-20冻3h，+20融

17、3h)MOR保持率为89%通过以上一系列严格的试验，不难发现其突出的耐久性特点，完全可满足建筑业对非承载墙体的需要。4、符合生态建材的发展要求根据生态建材的要求可从以下几个方面说明水泥刨花板在21世纪应属鼓励发展的板种。水泥刨花板的原料可以利用部分含硅工业废料，如：电除尘粉煤灰、水淬炼钢炉渣等。其掺入量应根据板材性能要求而定。据最新研究可达原料总量的35，这已达到国家对利用工业废料的优惠条件。在生产制造过程中由于采用半干法，不仅节约了用水，也降低了能耗，更无废水污染的危害。裁边等固体废料允许经处理后大部分回用，最终排放量可控制在1左右，大大减轻了环境的负荷。水泥刨花板不存在游离甲醛、放射性和光

18、幅射对人体健康有害的因素；而其优良的隔热和隔声性能可为人类提供节能和舒适的居住环境。日本Nichiha公司所产模压水泥刨花板的导热系数在0.180.21W/m·k左右，其保温性能是砂浆粘土砖砌体的4倍。隔音性能方面厚18板可阻断34dB(A)100HZ的噪声；荷兰Eltomation公司提供了12厚板构成的100厚复合墙板可阻断45dB(A)噪声的测试结果，说明完全可满足分户隔墙的隔声要求。鉴于近几年我国饱受水灾、沙暴和土地沙化的危害，全国上下对保护森林资源重要性认识大大深化，可能有人会对水泥刨花板仍要使用木质材料而对其发展前景产生凝问。首先必须认识党中央和国务院关于实施天然林保护工

19、程的重大决策是十分英明和及时的；进而在了解森林对保护生态环境方面重要作用的同时，还不应忽视森林是人类生活和生产的重要资源，而且是世界上四大基本材料钢铁、水泥、塑料和木材中唯一可再生的资源；是开发利用中消耗能源最少的一种材料，仅为水泥的1/10，钢铁的1/20；同时又是废弃后可以降解，处理比较方便的材料。在当前地球上钢铁、石油资源也同样面临枯竭危险的情况下，尽量利用可再生资源无疑是战略之举。进一步说，对森林资源的保护和利用既对立又统一的关系，保护也是为了更好地利用，利用又为保护提供资金和人们观念上的保障。当前我国在江苏、山东、河北等省由于通过利用实现了人工林的巨大经济价值，从而更激发了植树造林的

20、热情，人工林面积每年以1520的速度递增，形成了可持续发展的平原森林地带，是上述两者统一关系的最好例证。水泥刨花板的木质原料正是这些人工种植的速生树种，所以无需担心发展水泥刨花板会违背森林资源保护的要求。5、强度和易施工性较好地得到统一作为建筑用板材不仅应在机械性能方面满足构件所承受的载荷要求；也应充分考虑施工作业过程的方便性。水泥刨花板综合了水泥和木材的各自特性，一方面水泥使具有足够的机械强度，如抗折强度，一般在915MPa范围内，可以承受55kg/的风压，相当于140km/h风速的热带风暴对墙体造成的风载；也具有一定的抗冲击强度，曾对12mm水泥刨花板构成的120mm厚复合墙板，以也具有一

21、定的抗冲击强度，曾对12mm水泥刨花板构成的120mm厚复合墙板，以10kg砂袋在1m高度落下连续冲击10次，未发生破坏现象。另一方面又发挥了木质刨花的特性，克服了水泥板材通常存在的脆性和难加工性。使其可采取类似木质板材的施工方法作业，如锯、钻和砂磨，甚至允许不打预钻孔，直接钉铁钉，给施工带来很多方便。从日本Nichiha公司针对水泥刨花板不同的用途，分别提出了不同的性能要求中可能得到一些启示(参见表4)。表4  Nichiha 公司产品性能要求用途厚度密度抗折破坏荷重抗冲击性能握钉力逆钉头外墙挂板18mm980kg/>885N500g重锤，1.7m落差钉头5.51568N屋面

22、望板18mm1050kg/m²>2107N1000g重锤，4m落差钉杆3.5>1470N按表中规定折算的外墙挂板抗折强度仅4Mpa，屋面望板也仅9.5Mpa。实际上水泥刨花板只需适当调整配方和工艺，完全可很容易超过这些要求，但他们认为从使用要求看，这项强度指标已经足够，如进一步提高强度也将影响施工的方便性，这是两者平衡协调的结果。另外对不同用途提出不同的握钉力要求也完全是从实际施工需要出发，由于墙板是被钉固定在木衬条上，因此无需握钉力要求，但应有板材逆钉头被拔脱的要求；而屋面望板则是其他构件要固定在其上，所以要求握钉力。日本公司这种从实际出发的科学态度是很值得学习的。所有

23、事物均存在两面性。与其他品种建筑用轻板相比，水泥刨花板存在尺寸稳定性较差的弱点(参见表5)，这在很大程度上影响了水泥刨花板在墙上的应用。表5  几种无机粘结人造板尺寸稳定性对比表 纸面石膏板石膏纤维板石膏刨花板纤维水泥板硅酸钙板水泥刨花板23RH50%-90%线性变化率mm/m自然固化压蒸固化压蒸固化自然固化世界各国均在致力研究改进方法。目前日本主要采用添加含硅材料并经压蒸处理的方法予以改进；欧洲则主要研究新型涂料使板材内部与空气严密隔绝的方法，均取得了明显的效果。相信随着科技的发展，水泥刨花板在性能上将不断克服弱点，使其许多突出的优点得以更多发挥。三、模压型水泥刨花板的工艺和装备由

24、苏福马股份有限公司在国内多家科研院所支持下自行研制开发的年产3万模压型水泥刨花板生产线的工艺流程。该生产线在充分吸取普通型板生产工艺技术的基础上，溶入了许多90年代国际最新技术，使之能适应模压法工艺要求，具有明显的技术创新特点。1、工艺配方作了重大改进新配方在主要原料中使用了占总量30以上的工业含硅废渣，如电除尘粉煤灰和水淬炼钢炉渣等。其主要目的是为了使水泥水化过程生成的CaO可以和SiO2进一步反应生成硅酸钙水化物CSH    SiO2+CaO+H2O CaO SiO2PAN>H2O从而减少水泥水化过程生成的钙矾石对板材尺寸稳定性的不利影响；同时也有利降低

25、板材的PH值，减少碱性物质对木刨花的侵蚀作用。而利用工业废料不仅可降低原料成本，更符合国家鼓励发展的财税优惠政策，可谓一举多得。在工艺配方中还着重研究以人工速生树种，包括：杨木、杉木和马尾松等作为木质原料的技术可行性，这符合国家保护天然林、发展人工林的产业政策，为人工林资源的综合利用和增值提供了新途径。2、采用三层结构的板坯断面形式模压型板为保证凹凸型面的外观质量，在表层结构细密度和表层厚度上均比普通型要求更高，采用三层结构比渐变结构要有利于工艺上适应变化的需要。此外板材轻量化的要求也可通过对芯层材料的专门处理加以实现，这在渐变结构中实现就比较困难。特别是在当前型面仿真程度更高，型面深度加大的

26、发展趋势下，三层结构在国际上被普遍采用。三层结构板坯要求工艺布局上安排两套搅拌系统和三个铺装头，分别担负。表、芯层料的拌合和铺装。这也使设备的初投资稍有增加。3、全新的板坯铺装系统板坯铺装系统是生产线的关键主机，关系到成形后板材的厚度精度、密度均匀度，模压型面的外观质量，生产线的工艺柔性和前后工序的协调性等。过去我国水泥刨花板生产厂主要沿用木质刨花板生产技术，采用气流铺装系统，板坯误差较大，12mm板要达±1.0mm，有的厂28mm板甚至高达±3.0mm；因此不得不通过砂光来校正厚度误差，这势必加大生产成本。国外普通型板一般只有需作表面贴面装饰的板材出厂前才作轻微砂光，砂光

27、板数量仅为总产量的20。另外当进行深型模铺装机时还会产生“阴角缺陷”，这些都是在设计模压板生产用铺装机时必需考虑的问题。新设计的铺装机吸取了国外九十年代的最新经验，在结构上作了重大改进，包括采用机械式铺装头，铺装速度与铺装下料量的反馈联锁增加料仓称重系统等，可使厚度精度提高到国外九十年代水平，无需砂光就可满足建筑施工要求。铺装后的板坯还将逐张进行自动称重检验，以随时剔除超标产品，可保证板材密度均匀性。新的铺装系统采用下模板布置方式，既可适应模压型板的生产，也可适应普通板的生产；既可适应浅型模压板生产，也可适应深型模压板生产，具有很广的工艺柔性。钢质垫板和玻璃钢模板是构成铺装系统的必要部份。由于

28、采用冷压法工艺，垫、模板的生产循环周期较长，因此为保证一定的日产量，所需备用的垫、模板数量较大，而且对垫板的平整度，模板型面的图案新颖性，在循环的压力和热负荷作用下抗变形能力都要求很高，这是保证产品质量不容忽视的因素。4、加大了成形压力与普通型板工艺相比，工艺上仍采用冷压法，但模压型板的工艺要求将面压由原3.0Mpa提高到5.5Mpa。这是为保证型面轮廓更清晰的需要，同样也由于原料配方变化的原因，可有助于改进产品的尺寸稳定性。为此，压机的推力t位由原1300t增大至3000t。工艺上在成形压制前还比普通板工艺增加了一道预压工序，其目的一方面，是为了协调生产节拍的需要，另一方面也有利于增加板坯强

29、度和产品表面的成型质量。5、增加了饱和蒸汽养护工序这首先是为了改进板材的尺寸稳定性，因为要使前述的硅钙进行反应，其条件必需是0.85Mpa以上压力的饱和蒸汽以提供高温和高湿的环境条件。日本生产经验证明，通过这项处理，板材线性收缩率或膨胀率均可减少近50。其次生产周期也将比自然养护法缩短约2/3。虽然由此将增加设备投资和热能消耗，但是产品质量的提高，综合利用等可为企业生产运营带来的效益将很快使投资得以回报。6、二次加工的延伸完善了生产的成套性在普通型板生产中过去一般以素板形式推向市场，对于模压型板，若不经过二次加工则无法形成“商品”推向市场。二次加工包括将大幅面素板裁成建筑所需的幅面规格；在其侧

30、边加工联结用榫头和对表面进行涂饰等作业。在裁边和裁板工序模压型板加工的基准必须依据型面的线条走向，而不能和普通板一样有较大的任意性。这是在设计制造裁板机时首先应考虑的问题。榫头加工可使用类似于木材加工中常用的设备，但其刀具和主轴的设计应充分考虑加工含水泥质材料的特殊性。表面涂饰是二次加工中最复杂、投资最大的工序。通过涂饰可进一步改善板材的尺寸稳定性。目前在国外既便是普通型板，当用于构筑墙体时也都至少涂12层密封用底漆后才出厂销售，就是从这方面考虑的原因。进而通过涂饰更可显现模压型板的外观魅力，特别是随着型面图案仿真要求不断提高，色彩由单色向多色发展，而多色涂饰只能在工厂完成，使二次加工线成为模压型板生产线不可缺少的组成部分。涂饰工序一般包括预热、涂布、干燥和冷却等过程。如需多道涂饰则应相应增加涂布和干燥的工位；冷却工位的长度直接取决于对生产率的要求。涂饰工序的设计当然也与所选用的涂料型号相关，这直接关系涂层的耐久性、光泽性和成本等因素。目前在日本使用丙烯酸涂料的产品一般在78年后必须重新涂饰，而使用氟碳树酯涂料的产品可保证2