中国是农业大国,农作物秸秆分布广、产量大、种类多,是一种普遍的资源。虽然近些年我国对秸秆的利用有很大提升,但依然存在30％的秸秆废弃,秸秆资源的再利用依然任重道远。木质陶瓷(Woodceramics)是一种新型多孔碳素材料,具有很好的应用特性,它由热固性树脂浸渍后的木材再在高温炉中真空炭化而成,可以减少环境污染。本文使用麦秸秆(油菜秸秆)进行粉碎,再加入凹凸棒石、酚醛树脂、酒精和固化剂,并按照不同的配比麦:石=6:1、麦:石=5:1、麦:石=4:1、麦:石=3:1、麦:石=2:1、麦:石=1:1、麦:石=1:2、油:石=2:1、油:石=1:1、油:石=1:2进行热压成型,然后分别在600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃进行烧结制备出木质陶瓷/凹凸棒石复合材料。
首先对麦秸基木质陶瓷/凹凸棒石复合材料从气孔率、残炭率、抗弯强度、体积密度、真密度和电阻率六个指标来进行测试,并对其形成机理,性能特征进行分析,了解各个组分及温度的变化对其制备产生的影响。当原料配比为麦:石=2:1时(麦秸/g:凹凸棒石/g:酚醛树脂/g:酒精/ml:固化剂/g=100:50:75:75:37.5),烧结温度为700~800℃时材料的各物理性能较为理想。得出各组分发生的变化:麦秸秆在高温烧结时炭化发生脱水,纤维素先是解聚形成新的碳氢化合物结构,随着烧结温度增高,纤维素开始炭化,生成的物质既存在石墨晶体又存在无定形组分;酚醛树脂在高温烧结下先发生解聚,后渐渐炭化生成玻璃化的硬炭;凹凸棒石具有很高的热活性、烧结后体积改变不大,随着烧结温度升高晶体结构塌陷。
然后用油菜秸秆基木质陶瓷/凹凸棒石复合材料(油:石=2:1、油:石=1:1、油:石=1:2)和麦秸基木质陶瓷/凹凸棒石复合材料(麦:石=2:1、麦:石=1:1、麦:石=1:2)相比较在配比相同,烧结温度相同,原料不同的情况下,六个指标的变化差异。得出配比油:石=1:2(油菜秸秆/g:凹凸棒石/g:酚醛树脂/g:酒精/ml:固化剂/g=100:200:150:150:75)的样品性能最为理想,各项性能的规律性也最好。并初步了解,添加油菜秆或是秸秆对材料的残碳率、抗弯强度影响几乎没有;添加麦秸秆材料的气孔率、体积密度略大于添加油菜秆,真密度略小于添加油菜秆;添加油菜秆的导电率略好。
并且使用x射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其的微观结构进行分析。得出木质陶瓷/凹凸棒石复合材料是多孔非晶态碳材料。并了解复合材料在炭化后依然具有类似木材的孔洞,并且随炭化温度的升高,成分的变化。

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    关键词：
    复合材料 木质陶瓷 凹凸棒石 热压成型 微观结构 性能特征
    作者：
    谭方良
    学位授予单位：
    合肥工业大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    环境工程
    导师姓名：
    吴文涛
    学位年度：
    2013
    语种：
    中文
    分类号：
    TB332
    在线出版日期：
    2014年03月31日