導(dǎo)電木炭粉的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、過去木炭主要被用作燃料和冶煉的原材料，利用價值較低，近年來關(guān)于利用木炭制備新型材料的研究開發(fā)十分活躍。導(dǎo)電木炭粉是以人工林木材和木材廢棄物為原料，經(jīng)高溫炭化處理制得的一種炭材料，具有原料資源豐富、制備工藝簡單、導(dǎo)電性能好等特點，可用于制備電磁屏蔽材料、電極材料、抗靜電材料等新型功能材料。導(dǎo)電木炭粉的開發(fā)為人工林木材和木材廢棄物的高效利用開辟了新的途徑，是提高木質(zhì)材料附加值的有效手段。
　　本論文以人工林木材為原料，添加一定量的金屬

2、氧化物，經(jīng)高溫炭化處理制備導(dǎo)電木炭粉，并對導(dǎo)電木炭粉的應(yīng)用進行了探索研究。重點分析了樹種、催化劑、炭化溫度及炭化時間對導(dǎo)電木炭粉性能的影響，確定了導(dǎo)電木炭粉較佳的制備工藝；并采用顯微共焦拉曼光譜儀、X射線粉末衍射儀、高分辨透射電子顯微鏡對導(dǎo)電木炭粉進行結(jié)構(gòu)表征，分析了炭化溫度及催化劑對導(dǎo)電木炭粉石墨化度和微晶有序度的影響，探討了導(dǎo)電木炭粉的導(dǎo)電機理；最后，將導(dǎo)電木炭粉與酚醛樹脂膠黏劑復(fù)合，經(jīng)熱壓成型制備木炭基功能薄板。本研究主要得出以下

3、結(jié)論：
　　（1）采用加壓法測試導(dǎo)電木炭粉電阻率的方法可行，測試不同工藝條件下制備的導(dǎo)電木炭粉的電阻率時，合適的壓力值為3.75~7.50MPa。
　?。?）樹種及炭化溫度對導(dǎo)電木炭粉的電阻率有極顯著影響，炭化時間對電阻率有顯著影響。與毛白楊和杉木相比，以馬尾松為原料制備的導(dǎo)電木炭粉的電阻率較低；炭化溫度由900℃升至1500℃時，導(dǎo)電木炭粉的電阻率降低；炭化時間由0.5h延長至1.5h時，導(dǎo)電木炭粉的電阻率緩慢降低。

4、>　?。?）催化劑種類及催化劑添加量對導(dǎo)電木炭粉的電阻率均有極顯著影響。添加Fe2O3和NiO催化劑可降低導(dǎo)電木炭粉的電阻率，且隨著Fe2O3催化劑添加量增加，導(dǎo)電木炭粉的電阻率降低。炭化溫度為1200℃時，未添加催化劑、添加Fe2O3催化劑（4％）、添加 NiO催化劑（4%）制備的導(dǎo)電木炭粉的電阻率分別為0.1043?·cm、0.0711?·cm、0.0655?·cm；炭化溫度為1500℃時，未添加催化劑、添加 Fe2O3催化劑（4%

5、）、添加NiO催化劑（4%）制備的導(dǎo)電木炭粉的電阻率分別為0.0905?·cm、0.0523?·cm、0.0515?·cm。炭化溫度為1500℃時，F(xiàn)e2O3催化劑添加量由0增至10%時，導(dǎo)電木炭粉的電阻率由0.0905?·cm降為0.0408?·cm。
　　（4）以導(dǎo)電性能為主要評價指標，確定導(dǎo)電木炭粉較佳的制備工藝為：炭化溫度1500℃，炭化時間1.5h，催化劑Fe2O3，催化劑添加量6%。以較佳工藝制備的導(dǎo)電木炭粉的電阻率為

6、0.0460?·cm，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
　　（5）綜合拉曼光譜分析、X射線衍射分析及高分辨透射電子顯微鏡分析可知，導(dǎo)電木炭粉的導(dǎo)電機理主要是石墨化導(dǎo)電，導(dǎo)電木炭粉微晶結(jié)構(gòu)的石墨化度增大，其電阻率降低，導(dǎo)電性能提高。隨著炭化溫度升高，導(dǎo)電木炭粉的無序化度減小，（002）晶面層間距減小，石墨化度增大，石墨狀微晶的含量及處于石墨狀微晶邊緣的碳原子數(shù)量不斷增加，石墨狀微晶片層數(shù)增加，層與層之間的排列更趨于規(guī)整。在相同炭化溫度下，與未添

7、加催化劑相比，添加Fe2O3和NiO催化劑制備的導(dǎo)電木炭粉的無序化度減小，（002）晶面層間距減小，石墨化度增大，石墨狀微晶尺寸和石墨狀微晶含量增加，石墨狀微晶片層之間的排列更規(guī)則；且隨著Fe2O3催化劑添加量增加，導(dǎo)電木炭粉的無序化度減小，石墨化度增大。
　　（6）將導(dǎo)電木炭粉與酚醛樹脂膠黏劑混合，經(jīng)熱壓成型制備木炭基功能薄板的工藝可行。采用電阻率較低的導(dǎo)電木炭粉制備的木炭基功能薄板的電磁屏蔽效能較高；木炭基功能薄板的電磁屏蔽效