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烟杆基木质陶瓷的制备及表征

涂建华  
【摘要】:社会进步和经济生活水平提高的同时带来了环境的巨大破坏,如何在节约资源和能源的基础上处理并有效利用废弃物,已成为当前社会进步和经济发展的拦路虎。因此,开发具有较高资源利用率、对环境无副作用和良好使用性能的环境材料已成为研究热点。而木质陶瓷作为一种新型环境材料,其优异的导电性、耐磨性、耐腐蚀性、高强度、低密度、多孔和电磁屏蔽性等特性,使得它在许多工业领域具有巨大的应用潜力。但是,当前在木质陶瓷研究领域存在的原料昂贵、结构各向异性等问题一直悬而未决,阻碍了木质陶瓷的发展和应用领域的拓展。为此,本文在详细分析国内外木质陶瓷的研究现状后,针对目前木质陶瓷制备过程中存在原料和酚醛树脂浸渍木材的不均匀性及产品的各向异性等问题,提出了一种制备木质陶瓷的新方法,即以农业废弃物——烟杆为原料制备了木质陶瓷。研究了以烟杆为原料,经低温炭化后,加入酚醛树脂作粘结剂,充分混合后固化并热压成型,然后在氮气保护下进行炭化制备木质陶瓷的方法。在对原料进行热重分析后,详细考察了炭化温度、酚醛树脂含量和保温时间对木质陶瓷性能和结构的影响,并结合X射线衍射、喇曼光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜对木质陶瓷的结构进行了研究。 实验中采用热重分析对烟杆、酚醛树脂和烟杆炭/酚醛树脂复合材料的热分解过程进行了研究。通过考察不同升温速率下烟杆和酚醛树脂的热分解过程,确定了制备木质陶瓷时烟杆的炭化温度,并对烟杆炭/酚醛树脂复合材料的热分解过程进行了详细的研究。随升温速率的升高,各试样分解速率变快,但分解反应则滞后;同时还发现烟杆炭/酚醛树脂复合材料的热分解过程比烟杆和酚醛树脂单独热解要复杂得多。 制备条件对木质陶瓷性能有很大的影响。随炭化温度的升高,试样的失重率、体积收缩率都是增加的,表观密度表现为先减小后增加,开口气孔率则与表观密度相反,而体积电阻率下降了7个数量级,抗弯强度则在一开始增加很快,炭化温度为1373K后增加速度变缓;随着酚醛树脂含量的增加,试样的失重率和体积收缩率都有明显的下降,表观密度和抗弯强度有明显的增加,开口气孔率表现出相反的规律,体积电阻率减小;保温时间越长其失重率和体积收缩率越大,开口气孔率和抗弯强度也越大,而表观密度和体积电阻率越小。 通过X射线衍射表征了不同条件下木质陶瓷的结构,结果发现以烟杆和酚醛


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