[發明專利]一種用碳纖維增強層狀木材陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201410322827.4
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104072183A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 孫德林;余先純
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/622
• 代理公司: 岳陽市大正專利事務所 43103
• 代理人: 龔正初

技術領域

本發明涉及一種木材陶瓷制造技術領域中用碳纖維增強制備層狀木材陶瓷的方法。

背景技術

木材陶瓷（woodceramics），也簡稱木陶瓷，1990年，首先由日本學者將浸漬了酚醛樹脂的木材經真空碳化而成。隨后，將由浸漬了熱固性樹脂的生物質材料燒結而成的多孔碳材料稱為木材陶瓷。木材陶瓷質量輕、密度低、比強度高，結構特性介于傳統的炭和碳纖維或石墨之間，不僅具有良好的熱學、電磁學和摩擦學特性，而且還因為能夠部分保存生物質材料原始的形態和結構而受到關注。經一系列處理和加工后可廣泛用作超級儲能材料、輕質裝甲材料、電磁屏蔽材料、耐腐蝕材料、耐磨材料、隔熱材料、高溫過濾材料以及中子吸收材料等，具有廣闊的開發應用前景。

近年來，木材陶瓷的研究基本上都集中在用實木、中密度纖維板（MDF）浸漬酚醛樹脂（PF）后燒結，或是將木粉、植物殘渣等材料浸漬PF樹脂、環氧樹脂（EP）后熱壓、燒結。

木材陶瓷作為一種環保型材料（Ecomaterials），目前，國內外學者對此開展了一些研究工作。

在國外，T.?Hirose等研究了燒結溫度和升溫速度對以MDF浸漬液化木材為原料所制備的木材陶瓷結構變化的影響：加快燒結速度，失重率增加，可導致高比表面積，當溫度超過650℃后，（002）晶間距減小，木材陶瓷出現亂層結構；T.?Suda等研究了以MDF為基材浸漬PF樹脂的木材陶瓷的導電特性，發現木材陶瓷的電阻率與溫度呈線性關系，其負溫度效應類似于半導體的特性；T.?Akagaki等研究了用MDF制備的木材陶瓷在有水和油潤滑條件下的摩擦性能，發現摩擦系數幾乎與摩擦速度無關；H.?Iizuka等研究了以MDF為基材制備的木材陶瓷的力學性能，發現木材陶瓷的抗彎強度在500℃時最低，在500℃-800℃之間迅速增加，在1200℃附近達到最高，隨后有降低的趨勢。此外，T.?Hirose還研究了碳化溫度對利用液化木材和碳化竹纖維制備木材陶瓷基本性能的影響。

在國內，主要集中在上海交大、西安交大、東北林業大學和北京林業大學等高等院校：T.?X.?Fan等研究了所使用的原材料（纖維素、木質素）對木材陶瓷比表面積的影響，在研究中發現，木材陶瓷的比表面積在超過650℃之后迅速增加，平均孔徑小于2nm；B.?Y.?Zhao等研究了以木粉和PF樹脂為原材料所制備的木材陶瓷的微觀形貌、導電性能和比表面積，研究表明，木材液化產物完全能夠代替PF樹脂用于制備木材陶瓷；錢軍民等研究了PF樹脂/椴木木粉復合材料經高溫真空碳化制成的木材陶瓷，并探討了碳化溫度和PF樹脂/木粉質量比對木材陶瓷物相、微觀結構和物理化學結構變化的影響；李淑君、陶毓博、孫德林等對以楊木、杉木等速生木材為基材的木材陶瓷進行了研究與表征。同時，程曉農、王萍、潘建梅等還以環氧樹脂、木粉和蔗渣為原料所制備的木材陶瓷；史鐵鈞、王于剛等則研究了聚芳基乙炔樹脂／杉木粉木材陶瓷；張利波、彭金輝等研究了煙桿基木材陶瓷的基本性能。

從目前國內外對層狀木材陶瓷的研究來看，除了本人所發布的有關使用山毛櫸薄木與酚醛樹脂所制備的層狀結構木材陶瓷的研究成果外，再就是西安交大的馬榮等學者曾研究過用五合板燒制的木材陶瓷，除此之外暫未發現相關的報道。

但本人和馬榮的研究與本發明完全不同：本人已經發布的研究成果主要是將山毛櫸等薄木浸漬酚醛樹脂，熱壓后燒結而成；而馬榮的則是燒結浸漬了酚醛樹脂的膠合板。

一些學者研究了以木材陶瓷為模板制備SiC/C、TiC/C、TiN/C等木材陶瓷復合材料。如北京林業大學的高建民教授正在研究高性能防彈碳化硅木陶瓷的制備；G.?Y.?Hou等研究了以木材陶瓷為模板制備具有生物結構特征的SiC，用SEM和XRD技術對其物相和結構進行了表征，發現所生成的主要是β-SiC；錢軍民等研究了以橡木為模板，采用氣相反應型滲入法制備具有生物結構特征的SiC陶瓷材料；P.?Greil等則采用液相滲硅制備SiC陶瓷材料，從縱向、徑向和弦向等三個方向研究了其基本力學性能，發現縱向的抗彎強度最大；張荻等選用以白松、黑胡桃木和水曲柳等木材為模板，預處理后經與有機硅樹脂和鈦酸丁酯等的浸漬與耦合處理，制備了具有保持植物纖維原始形態的多孔碳化物遺態材料。此外，T.?Fey,?Z.?T.?Liu等學者對以木材為模板制備具有生物結構特征的SiC陶瓷進行了研究，研究結果表明：制備的遺態材料均為多孔材料，其組織特征繼承了所選用的天然植物模板材料的原有組織形態，具有不同尺寸層次的孔徑分布結構。

問題與不足

在木材陶瓷制造方面，上述研究中所涉及的方法與工藝均存在著一些不足：