[發明專利]一種木質素陶瓷的制造方法

無效

• 申請號: 200610010303.7
• 申請日: 2006-07-20
• 公開（公告）號: CN101108772A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 李淑君;李堅;陶毓博;劉一星;劉芳
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 榮玲

技術領域

本發明涉及一種木陶瓷的制造工藝，特別是涉及一種以工業木質素為原料，方法簡單而產品強度較高的木陶瓷制造工藝。

背景技術

隨著人們對環境的重視，新型生態環境材料成為世人關注的焦點。利用廢棄可再生的生物資源制備高性能的新材料，逐步減少不可再生資源的消耗，對于保護地球環境具有重大意義。木陶瓷就是基于“利用廢棄可再生材料，創生高性能新材料”的思想而開發出的一種新型炭材料。木陶瓷是日本學者岡部敏弘(Toshihiro?Okabe)等于1990年提出的，將木質材料經酚醛樹脂浸漬處理、干燥固化后在真空(或氮氣保護)下高溫燒結而成的新型多孔炭材料。原材料價格低廉，來源廣泛，廢紙、廢棄木材等都可作為其原料，加工制造過程中沒有環境污染，且強重比高，在力學、熱學、電磁學和摩擦學等方面具有優異的特性，經加工后可廣泛用作電極、發熱體、電機炭刷、剎車襯里、耐腐蝕材料、絕熱材料、過濾材料等，是21世紀某些不可再生材料的理想替代品，具有廣闊的應用前景。

正是由于木陶瓷是一種高效利用木材“三剩物”制得的具備多種優異性能的新材料，近些年引起了科研人員越來越多的重視，如：西安交通大學的馬榮等曾采用白松、樺木、青岡木與五合板為原料，浸漬酚醛樹脂乙醇溶液，經樹脂固化后，放入真空爐中，在N₂保護氣氛中以5℃/min的速度分別升溫至預定溫度，保溫4h后隨爐冷卻制得木陶瓷。根據其研究結果，不同樹種的木陶瓷性能存在著較大差異。試樣的各種性能一般在400℃～600℃左右出現較大轉折，如密度、強度、硬度最低，氣孔率最高，電阻率的下降從此變緩。這與木材和樹脂在此溫度區間發生劇烈反應而引起的物理、化學變化是相一致的。超過此溫度后，各項性能都將趨于穩定。他認為，浸漬能有效地改善木陶瓷的性能，但彎曲強度、維氏硬度等性能有反常現象，說明樹脂加入后有雙向影響，即：樹脂對氣孔的填充與封閉并存、加強固定與限制削弱并存。具體表現為：因產生、消除封閉氣孔，影響了密度，從而削弱了試樣強度，增加了缺陷的產生。合肥工業大學的吳文濤等以甘蔗渣為原料，采用混合后熱壓再燒結的工藝制備木陶瓷，并對其密度、氣孔率、強度、電阻率等性能進行了測試，對其性能特征、形成機理及規律進行了分析，初步展示了原料配比、酚醛樹脂濃度、溫度等參數對整個制備過程及木陶瓷性能的影響，實驗結果證明了通過該工藝用甘蔗渣制備木陶瓷的可行性。上海交通大學的謝賢清等曾研究木陶瓷形態特征與阻尼性質，以及兩者之間的關系，木陶瓷具有較大的阻尼值，在振幅和振動頻率較高時更大。申請者曾針對木陶瓷的制造工藝、木陶瓷的耐磨性和力學強度、以及木陶瓷的孔隙結構等進行了系列的研究。研究采用酚醛樹脂浸漬木質材料，經過高溫燒結制得木陶瓷產品，產品得率、性能和炭材料組成等受樹脂濃度和燒結溫度影響較大。通過低溫氮吸附法分析木陶瓷的孔隙結構，發現普通炭化物樣品吸附能力很差，酚醛樹脂處理為炭化物引入較多的微孔，吸附能力得到改善。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，酚醛樹脂對木材細胞壁有潤脹、填充作用，從而增強細胞壁，很多樹脂填充于交錯纖維間的空隙中，增強了纖維與纖維間的結合。

日本學者在證明了木陶瓷有優異的耐磨、電磁屏蔽等特性后，研究開始轉向木陶瓷在應用過程的一些相關性質，如Takahiro?Fujino等研究了在100～800℃及壓力高達100MPa的條件下熱水處理時炭化木質材料的行為和穩定性，研究表明，由于高溫和熱水的侵蝕，木質材料表現出了明顯的重量損失，在500℃以上，樣品侵蝕更嚴重。Yasuko?Oishi等還研究了木陶瓷在不同氧濃度下的熱性質。另外，為了得到更加環境友好的木陶瓷，Takashi?Hirose等用液化木材代替酚醛樹脂浸漬廢棄木質材料，并研究了炭化溫度和炭化速率對該木陶瓷化學結構的影響。