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基于凹凸棒石粘土的麦秸木质陶瓷制备与性能表征

吴文涛

  20世纪90年代以来,在高新技术材料的研究中出现了一个新的研究领域,即“环境材料”。环境材料要求传统材料具有更优良的环境适应性,也包括直接改善环境的材料。环境材料的典型特点是其先进性、环境协调性以及舒适性。由日本青森工业实验场开发出的木质陶瓷完全具备了这三大特点,是一种典型的环境材料。木质陶瓷是一种采用木材(或其它木质材料)浸渍热固性树脂后真空(或氮气保护)碳化而成的一种新型多孔质碳素材料,其中的木质材料在烧结后形成软质无定形碳,树脂生成硬质玻璃碳。 目前,木质陶瓷研究仍然存在不少问题:品种单一,对原木的使用不利于环境保护,对麦秸等植物残渣研究很少;技术路线比较单一,还过多的局限于浸渍成型上;木质陶瓷力学性能不佳,特别是抗弯强度偏低,极大的制约了木质陶瓷的应用等。用麦秸等植物残渣制备木质陶瓷,进一步开发出各种新型的环境材料,同时实现固体废弃物资源化,改进制备工艺以及通过与其他材料复合来提高并强化木质陶瓷的强度正越来越引起人们的兴趣与关注,也成为近年来材料科学研究的热点之一 论文以麦秸、甘蔗渣等为原料,以酚醛树脂、羧甲基纤维素为粘结剂,混合后采用热压再烧结的全新工艺制备木质陶瓷,实验制备出了各温度点下的材料,并对其密度、气孔率、强度、电阻率等性能进行了测试,对其性能特征、形成机理及规律进行了系统分析和研究,初步明确了原料配比、酚醛树脂浓度、温度等参数对整个制备过程及木质陶瓷性能的影响。实验结果证明了通过该工艺用麦秸或甘蔗渣制备木质陶瓷的可行性,同时也表明粘结剂和烧结温度对木质陶瓷性能影响很大,实验为麦秸、甘蔗渣等植物残渣的利用开辟了新的途径,为木质陶瓷的研究开辟了新的方向和空间。 论文对传统的升温模式进行了改进,实验并分析了升温模式对木质陶瓷残碳率、密度、气孔率、抗弯强度、电阻率等性能的影响。结果表明,降低升温速率并在关键温度点保温烧结,木质陶瓷的真密度、气孔率、抗弯强度明显提高,电阻率略有下降,尤其是残碳率提高显著。 论文选择了氯化锌、碳酸钾、磷酸氢二氨、硼砂为木质陶瓷原料的化学添加剂,实验并分忻了化学添加剂对木质陶瓷残碳率及抗弯强度等性能的影响。结果表明,与对照组比较,添加适量的化学添加剂后,在两种升温模式下,木质陶瓷的残碳率分别提高了大约6%和10%,而其抗弯强度、密度、显气孔率及电阻率等性能没有受到影响,氯化锌、碳酸钾、磷酸氢二氨以及硼砂等化学添加剂对木质陶瓷残碳率提高有良好效果。 论文还进一步以麦秸、甘蔗渣以及凹凸棒石为原料制备出凹凸棒石改性木质陶瓷材料,并对其真密度、体积密度、显气孔率、抗弯强度、电阻率等性能进行了测试,对其形成机理及规律进行了分析。结果证明了凹凸棒石的良好改性,特别是坯体在700-800℃保护气氛下烧结可大大提高传统木质陶瓷的强度且不影响木质陶瓷电阻率等。……   
[关键词]:凹凸棒石;麦秸;甘蔗渣;酚醛树脂;羧甲基纤维素;木质陶瓷;环境材料;升温模式;性能;化学添加剂
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:合肥工业大学2010年