一種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明以鋸末、秸稈、木屑等生物質(zhì)為原料，在一定的溫度與壓力下，經(jīng)過機械擠壓模具壓制，使原料顆粒重新排列，原料纖維緊密黏結(jié)，形成具有一定形狀的棒材。生物質(zhì)固化壓制而成的機制棒與廢舊塑料相融合，在炭化爐中經(jīng)過干燥、預(yù)炭化、炭化、保溫后，形成一種具有連通孔結(jié)構(gòu)的多孔碳素材料——木質(zhì)陶瓷，將木質(zhì)陶瓷應(yīng)用于樹脂基復(fù)合材料制成樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。本發(fā)明將木質(zhì)陶瓷用于樹脂基復(fù)合材料，樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料既保留了木質(zhì)陶瓷的特點，又通過復(fù)合效應(yīng)形成了具有透明效果且具有吸附功能與凈化功能的新型裝飾材料，它同時具備植物纖維和高分子材料的優(yōu)點。
【專利說明】-種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法，屬于新型裝飾設(shè)計材料技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當今，工業(yè)化高速發(fā)展的今天，一方面人類對自然的開發(fā)利用達到前所未有的程 度；另一方面是將地球上的各種資源W能源和材料的形式不斷無節(jié)制地消耗，同時將大量 使用過的廢棄物排放到環(huán)境中造成污染，形成惡性循環(huán)。因此生產(chǎn)環(huán)境友好型樹脂基木質(zhì) 陶瓷復(fù)合材料是當今發(fā)展的一個方向。
[0003] 自日本青森工業(yè)實驗場的岡部敏敢博±等人于1990年采用木質(zhì)廢棄物如廢紙、 木屑等首次成功開發(fā)出碳木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料W后，木質(zhì)陶瓷的研究就引起了世人的普遍關(guān) 注?；痑o等采用雞糞和酷酵樹脂、在80(TC炭化制備得到了雞糞基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。
[0004] Iizuka等W中密度纖維板與酷酵樹脂為原料，將浸潰酷酵樹脂的中密度纖維板于 135C進行干燥處理1化后，在300- 280(TC氮氣保護下制備了中密度纖維板基木質(zhì)陶瓷復(fù) 合材料。
[0005] 吳文濤W麥枯、酷酵樹脂、酒精、固化劑為原料，將原料按照一定比例混合后制成 逐體然后炭化制備麥枯木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，同時分析溫度升溫變化對材料性能的影響。
[0006] 涂建華、張利波、彭金輝等采用煙草廢棄物煙桿與酷酵樹脂為原料，在500-150(TC下炭化制備了煙桿基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。
[0007] 錢軍民、金志浩等W酷酵樹脂和極木木粉為原料，將浸潰酷酵樹脂的極木木粉經(jīng) 過預(yù)固化后，在真空電阻爐中800- 170(TC下真空炭化制得了極木基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。
[0008] 宋強、王洪等W枯桿纖維為基體，W不鎊鋼纖維和碳纖維為增強體，W酷酵樹脂為 粘合劑，采用非織造加工工藝使枯桿纖維體與不鎊鋼纖維、碳纖維相互融合與交織，制備了 枯桿纖維基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，并進行了性能測試。
[0009] 1932年樹脂基復(fù)合材料首先誕生于美國。美國1940年首次W熱固性樹脂為基體， 玻璃纖維為增強材料，通過采用手糊工藝制備了軍用雷達罩和飛機油箱，開辟了樹脂基復(fù) 合材料在軍事工業(yè)中的應(yīng)用先河。
[0010] 我國樹脂基復(fù)合材料的研究利用始于20世紀60年代，通過采用手糊工藝制備了 樹脂基復(fù)合材料漁船，同時通過采用層壓和卷制工藝制備了樹脂基復(fù)合材料板材等產(chǎn)品。 同時隨著材料科學技術(shù)W及相關(guān)學科的發(fā)展，一些新型產(chǎn)品應(yīng)運而生如碳纖維片材補強建 筑結(jié)構(gòu)、拉擠復(fù)合材料口窗、RTM制品等。
[0011] 廢棄的木料、紙、農(nóng)作物枯桿等，若不經(jīng)適當處理，就會給環(huán)境帶來負擔；但若將其 制成復(fù)合材料，不僅對減少環(huán)境污染具有重要的意義，而且可W開發(fā)出新型環(huán)境友好型樹 脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，且具有很多優(yōu)異的性能，如良好的電學性能、高比表面積、消聲性 能和耐腐蝕性能等。因此，在許多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如用作吸附劑、催化劑載 體、隔熱材料、自潤滑材料、溫度和濕度傳感器、阻尼材料、電磁屏蔽材料等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 為了有效利用現(xiàn)有資源，解決資源浪費與環(huán)境污染的問題，本發(fā)明提供了一種樹 脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法，利用該方法制備的樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料可用于各 種建筑及裝飾。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 它的設(shè)計要點是：本發(fā)明W銀末、枯桿、木屑等生物質(zhì)為原料，在一定的溫度與壓力下， 經(jīng)過機械擠壓模具壓制，使原料顆粒重新排列，原料纖維緊密黏結(jié)，形成具有一定形狀的棒 材。生物質(zhì)固化壓制而成的機制棒與廢舊塑料相融合，在炭化爐中經(jīng)過干燥、預(yù)炭化、炭化、 保溫后，形成一種具有連通孔結(jié)構(gòu)的多孔碳素材料一木質(zhì)陶瓷，將木質(zhì)陶瓷應(yīng)用于樹脂 基復(fù)合材料制成樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。
[0014] 制備過程如下： 1. 1生物質(zhì)壓縮成型工藝流程： (1) 物料收集：收集銀末、枯桿、木屑等生物質(zhì)； (2) 物料粉碎；運用鍵片式粉碎機對收集的物料進行粉碎處理，一般需要將90%左右的 物料粉碎至2mm W下，而尺寸較大的樹皮、木材廢料等，第一次粉碎只能將原料破碎至20mm 左右，經(jīng)過二次粉碎才能將原料粉碎到5mm W下，有時需要進行H次或多次粉碎來完成。對 于較粗大的木材廢料，一般先用木材切片機切成小片，再用鍵片式粉碎機將其粉碎； (3) 干燥；運用立式氣流干燥機對物料進行干燥，因生物質(zhì)原料含水量過低或過高時， 生物質(zhì)原料均不易成型。銀末、枯桿、木屑等物料當含水率范圍為6% -10%時會產(chǎn)生良好的 擠壓效果； (4) 加熱；螺旋擠壓成型機溫度設(shè)定；1區(qū)245°C、2區(qū)255°C、3區(qū)265°C、4區(qū)265C、機 頭 265 C ; (5) 保型；螺旋擠壓成型機工作過程是：將粉碎的物料經(jīng)干燥后，從料斗連續(xù)加入，由 螺旋推擠入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒，成品連續(xù)從成型套筒中擠出?？輻U機制棒 由切割機按一定長度切斷，溫度由控制器控制，達到設(shè)定溫度時可自動斷電。
[0015] 1.2木質(zhì)陶瓷的制備 (1) 試驗原料：選用高為5cm，外直徑7cm六邊圓柱體木棒六塊、細沙、駿甲基纖維素與 水調(diào)配溶液，其駿甲基纖維素與水的比例為1:10、廢舊塑料袋、防火租；試驗設(shè)備：塑料袋； 防火租；25 X 25 X IOcm鐵盒；H段式親道塞； (2) 鐵盒中每個塑料袋包裹一根木棒，上鋪防火租，0 - 27CTC時間控制在Ih，27(TC保 溫她斷電，在H段式親道塞中保溫至第二天；0-38(TC時間控制在3.化；38(TC保溫她斷 電，保溫至第二天取出。
[0016] 1. 3樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備 (1) 試驗原料；試驗W不飽和聚醋作為主要原材料，W異辛酸鉆為催化劑，W過氧化甲 己麗為固化劑，W枯桿末為輔助材料； (2) 第一層；5〇1111不飽和聚醋溶液+0.51111異辛酸鉆溶液+0.51111過氧化甲己麗溶液，不 飽和聚醋與異辛酸鉆溶液的攬拌時間控制在40-60min，目的是達到溶液的均勻，不飽和聚 醋與異辛酸鉆配比溶液中加入過氧化甲己麗溶液后的攬拌時間控制在8 - IOmin ; (3) 第二層：木質(zhì)陶瓷炭塊浸濕3次，底層粘貼在第一層溶液上； (4) 第H層；350ml不飽和聚醋溶液+3. 5ml異辛酸鉆溶液+3. 5ml過氧化甲己麗溶液； (5) 加入Ig的枯桿末，制得半透明的樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，保持了生物質(zhì)的質(zhì)樸 效果。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將木質(zhì)陶瓷用于樹脂基復(fù)合材料，樹脂基木質(zhì)陶瓷 復(fù)合材料既保留了木質(zhì)陶瓷的特點，又通過復(fù)合效應(yīng)形成了具有透明效果且具有吸附功能 與凈化功能的新型裝飾材料。此新型裝飾材料同時具備植物纖維和高分子材料的優(yōu)點，解 決了塑料、農(nóng)業(yè)廢棄資源的再生利用問題。
[001引
【專利附圖】
【附圖說明】： 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0019] 圖1為螺旋擠壓成型機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為枯桿機制棒。
[0021] 圖3為枯桿機制棒切片。
[0022] 圖4為不飽和聚醋溶液。
[0023] 圖5為不飽和聚醋溶液中加入2%的異辛酸鉆溶液。
[0024] 圖6為加入枯桿屑的半透明效果樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料。
【具體實施方式】
[00巧]一種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備過程如下： 1.1生物質(zhì)壓縮成型工藝流程： (1) 物料收集：收集銀末、枯桿、木屑等生物質(zhì)； (2) 物料粉碎；運用鍵片式粉碎機對收集的物料進行粉碎處理，一般需要將90%左右的 物料粉碎至2mm W下，而尺寸較大的樹皮、木材廢料等，第一次粉碎只能將原料破碎至20mm 左右，經(jīng)過二次粉碎才能將原料粉碎到5mm W下，有時需要進行H次或多次粉碎來完成。對 于較粗大的木材廢料，一般先用木材切片機切成小片，再用鍵片式粉碎機將其粉碎。
[0026] (3)干燥；運用立式氣流干燥機對物料進行干燥，因生物質(zhì)原料含水量過低或過高 時，生物質(zhì)原料均不易成型。銀末、枯桿、木屑等物料當含水率范圍為6% -10%時會產(chǎn)生良 好的擠壓效果； (4) 加熱；螺旋擠壓成型機溫度設(shè)定；1區(qū)245°C、2區(qū)255°C、3區(qū)265°C、4區(qū)265C、機 頭 265 C ; (5) 保型；螺旋擠壓成型機工作過程是：將粉碎的物料經(jīng)干燥后，從料斗連續(xù)加入，由 螺旋推擠入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒，成品連續(xù)從成型套筒中擠出?？輻U機制棒 由切割機按一定長度切斷，溫度由控制器控制，達到設(shè)定溫度時可自動斷電。
[0027] 1. 2木質(zhì)陶瓷的制備 (1) 試驗原料：選用高為5cm，外直徑7cm六邊圓柱體木棒六塊、細沙、駿甲基纖維素與 水調(diào)配溶液、廢舊塑料袋、防火租；試驗設(shè)備：塑料袋；防火租；25X25X IOcm鐵盒；H段式 親道塞； (2) 鐵盒中每個塑料袋包裹一根木棒，上鋪防火租，0 -27(TC時間控制在Ih，27(TC保 溫她斷電，在H段式親道塞中保溫至第二天；0-38(TC時間控制在3.化；38(TC保溫她斷 電，保溫至第二天取出； 1. 3樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備 (1) 試驗原料；試驗W不飽和聚醋作為主要原材料，W異辛酸鉆為催化劑，W過氧化甲 己麗為固化劑，W枯桿末為輔助材料； (2) 第一層；5〇1111不飽和聚醋溶液+0.51111異辛酸鉆溶液+0.51111過氧化甲己麗溶液，不 飽和聚醋與異辛酸鉆溶液的攬拌時間控制在40-60min，目的是達到溶液的均勻，不飽和聚 醋與異辛酸鉆配比溶液中加入過氧化甲己麗溶液后的攬拌時間控制在8 - IOmin ; (3) 第二層：木質(zhì)陶瓷炭塊浸濕3次，底層粘貼在第一層溶液上； (4) 第H層；350ml不飽和聚醋溶液+3. 5ml異辛酸鉆溶液+3. 5ml過氧化甲己麗溶液； (5) 加入Ig的枯桿末，制得半透明的樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，保持了生物質(zhì)的質(zhì)樸 效果。
[002引 1. 4正交試驗 試驗方案采用正交設(shè)計軟件，W不飽和聚醋、異辛酸鉆、過氧化甲己麗、枯桿末為因素， 每個因素采用H個不同的水平設(shè)計正交實驗方案。
[0029] 表1正交試驗因素水平表
【權(quán)利要求】
1. 一種樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：其制備過程如下： 1. 1生物質(zhì)壓縮成型工藝流程： (1) 物料收集：收集鋸末、秸桿、木屑等生物質(zhì)； (2) 物料粉碎：運用錘片式粉碎機對收集的物料進行粉碎處理，一般需要將90%左右的 物料粉碎至2mm以下，而尺寸較大的樹皮、木材廢料等，第一次粉碎只能將原料破碎至20_ 左右，經(jīng)過二次粉碎才能將原料粉碎到5_以下，有時需要進行三次或多次粉碎來完成；對 于較粗大的木材廢料，一般先用木材切片機切成小片，再用錘片式粉碎機將其粉碎； (3) 干燥：運用立式氣流干燥機對物料進行干燥，因生物質(zhì)原料含水量過低或過高時， 生物質(zhì)原料均不易成型，鋸末、秸桿、木屑等物料當含水率范圍為6% -10%時會產(chǎn)生良好的 擠壓效果； (4) 加熱：螺旋擠壓成型機溫度設(shè)定：1區(qū)245°C、2區(qū)255°C、3區(qū)265°C、4區(qū)265°C、機 頭 265°C ; (5) 保型：螺旋擠壓成型機工作過程是：將粉碎的物料經(jīng)干燥后，從料斗連續(xù)加入，由 螺旋推擠入成型套筒中，并經(jīng)螺桿壓成帶孔的棒，成品連續(xù)從成型套筒中擠出；秸桿機制棒 由切割機按一定長度切斷，溫度由控制器控制，達到設(shè)定溫度時可自動斷電； 1. 2木質(zhì)陶瓷的制備 (1) 試驗原料：選用高為5cm，外直徑7cm六邊圓柱體木棒六塊、細沙、羧甲基纖維素與 水調(diào)配溶液，其羧甲基纖維素與水的比例為1:10、廢舊塑料袋、防火氈；試驗設(shè)備：塑料袋； 防火氈；25X25 X 10cm鐵盒；三段式輥道窯； (2) 鐵盒中每個塑料袋包裹一根木棒，上鋪防火氈，0-270°C時間控制在lh，270°C保 溫8h斷電，在三段式輥道窯中保溫至第二天；0-380°C時間控制在3. 5h ;380°C保溫8h斷 電，保溫至第二天取出； 1. 3樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備 (1) 試驗原料：試驗以不飽和聚酯作為主要原材料，以異辛酸鈷為催化劑，以過氧化甲 乙酮為固化劑，以秸桿末為輔助材料； (2) 第一層：50ml不飽和聚酯溶液+0. 5ml異辛酸鈷溶液+0. 5ml過氧化甲乙酮溶液，不 飽和聚酯與異辛酸鈷溶液的攪拌時間控制在40-60min，目的是達到溶液的均勻，不飽和聚 酯與異辛酸鈷配比溶液中加入過氧化甲乙酮溶液后的攪拌時間控制在8 - lOmin ; (3) 第二層：木質(zhì)陶瓷炭塊浸濕3次，底層粘貼在第一層溶液上； (4) 第三層：350ml不飽和聚酯溶液+3. 5ml異辛酸鈷溶液+3. 5ml過氧化甲乙酮溶液； (5) 加入lg的秸桿末，制得半透明的樹脂基木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料，保持了生物質(zhì)的質(zhì)樸 效果。
【文檔編號】C04B35/524GK104261869SQ201410507716
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】崔昊, 李慶德, 鹿飛, 于洋, 滕菲 申請人:齊齊哈爾大學