[發(fā)明專利]一種具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高強纖維素/木素復(fù)合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107042559B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方志強;陳港;劉宇;況宇迪;張俊奇
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: D21F13/00
• 分類號: D21F13/00;D21J1/18;D21C3/06;B27N3/14;B27K5/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高強纖維素/木素復(fù)合材料及其制備方法。該制備方法包括如下步驟：（1）將木材切成所需特定形狀的木片；（2）將木片浸泡在含有亞硫酸鈉、氫氧化鈉和甲醇蒸煮液的反應(yīng)釜中，蒸煮；（3）將蒸煮后的木片用清水洗滌，除去殘余蒸煮液后，加壓干燥，得到所述具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高強纖維素/木素復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗張強度最高達810MPa，是原始木片的20倍。本發(fā)明制備方法工藝簡單，制備過程中不需要添加任何難生物降解和對環(huán)境有害的物質(zhì)，是一種高效率、環(huán)境友好的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物基材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高強纖維素/木素復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高強復(fù)合材料在航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但是，目前由于石油危機與環(huán)境問題等全球性問題，大量的研究旨在用生物材料來替代不可再生石油基材料制備高強復(fù)合材料，以實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。木材是最廣泛使用的生物材料，主要由定向排列的纖維素纖維、木素和半纖維素構(gòu)成，具有機械性能優(yōu)異、儲量大、可再生以及可生物降解等優(yōu)點，是一種環(huán)境友好型材料，在家具制造、房屋建筑和造船等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。木材表現(xiàn)出的優(yōu)異機械性能，主要來源于木材微孔的結(jié)構(gòu)、木質(zhì)纖維的層次結(jié)構(gòu)以及纖維與木素和半纖維之間的相互作用(Gibson L J.The hierarchical structure andmechanics of plant materials[J].Journal of the Royal Society Interface,2012,9(76):2749-2766)。纖維素纖維細胞壁由薄的初級壁和三個次級層(S1，S2和S3)組成。每層主要由納米纖維素纖維組成，并被半纖維素和木質(zhì)素組成的無定形基質(zhì)包圍。纖維素分子鏈通過氫鍵平行排列成基原纖，其通過自主裝定向排列成為原纖聚集體，原先聚合體進一步通過氫鍵組裝成木質(zhì)纖維的細胞壁。木質(zhì)纖維的層級結(jié)構(gòu)賦予木材優(yōu)異的力學性能。此外，木質(zhì)素和半纖維素分布于纖維的細胞壁中，起到填充和粘結(jié)的作用，能以物理和化學的方式使纖維素纖維之間粘結(jié)和加固，維持木材的剛性。此外，木素能夠在木材體內(nèi)形成一層疏水外殼，保證水分的正常運輸。因此，利用木材的微孔結(jié)構(gòu)，纖維素纖維的層級結(jié)構(gòu)以及木素的抗水和粘結(jié)特性，制備天然高強度復(fù)合材料具有重要社會和經(jīng)濟價值。