木質材料-酚醛樹脂燒結制造網(wǎng)絡形態(tài)木陶瓷的研究.pdf

1、本文從木材加工剩余物高效利用的角度出發(fā)，選擇砂光木粉作為制造木陶瓷的主要原料，通過浸漬酚醛樹脂，熱壓成型后在真空環(huán)境下經(jīng)高溫碳化制造了具有網(wǎng)絡形態(tài)的碳/碳復合材料——木陶瓷。研究中首次直接使用木材加工剩余物制造木陶瓷，在常溫常壓條件下浸漬木粉，制得了性能較好的木陶瓷。利用這種工藝，根據(jù)制品的形狀設計模具，可以制造各種形狀的產(chǎn)品，尤其是在浸漬工藝方面，不需要專用的浸漬設備。分析了升溫速率、燒結溫度、原料配比等因素對木陶瓷力學性能、耐磨性、

2、電磁屏蔽性能的影響，研究了燒結溫度、原料配比對木陶瓷化學組成、微觀形態(tài)和結構的影響，著重討論了在空氣中木陶瓷處于高溫環(huán)境下的耐熱性。 研究發(fā)現(xiàn)燒結溫度對木陶瓷的力學性能有明顯影響。當木質材料與酚醛樹脂的質量比為60：40時，隨著燒結溫度的升高，木陶瓷的抗彎強度逐漸增大，木陶瓷的表觀密度增大。在650℃以上燒結制得的木陶瓷具有較好的耐磨性。隨著燒結溫度的升高，木陶瓷的耐磨性有所提高，隨著摩擦轉數(shù)的增加，各種溫度下燒結制得的木陶瓷的

3、磨耗量都呈遞增趨勢，隨著木陶瓷中酚醛樹脂用量的增加，木陶瓷的耐磨性顯著提高。 在碳化溫度為650～1000℃條件下制備的木陶瓷在頻率為1.4GHz時都具有較好的電磁波吸收性(約40dB)；隨著碳化溫度的升高，電磁波屏蔽效能略有提高。木質材料和酚醛樹脂的質量比為50：50時，在9KHz～1500MHz范圍內，木陶瓷具有中等屏蔽效果(40～50)dB，可以用作高溫環(huán)境下電氣設備的電磁屏蔽材料。 研究通過FTIR分析，與未碳化

4、木粉對比，發(fā)現(xiàn)木陶瓷碳化過程中，化學結構發(fā)生了很大變化，芳香族結構更加明顯。利用TG-DSC聯(lián)機分析研究了木陶瓷作為一種碳材料的抗氧化性能，在350℃以下，木陶瓷熱失重在10％以下，主要源于木陶瓷中水等小分子物質的排除。在氮氣環(huán)境下，加熱到700℃，木陶瓷的質量損失為9.13％，說明在惰性氣氛下，木陶瓷具有較好的耐熱性。但在空氣中達到一定的溫度，木陶瓷會發(fā)生氧化反應，釋放出CO和C02氣體。木陶瓷制造過程的燒結溫度是影響木陶瓷抗氧化性的

5、重要因素。隨著燒結溫度的升高，木陶瓷熱降解的起始溫度增大，800℃燒結的木陶瓷在400～430℃之間的失重速率加大；1000℃燒結的木陶瓷在565～600℃之間的失重速率加大；1400℃燒結的木陶瓷在6400～670℃之間失重速率加大。三種溫度下燒結制造的木陶瓷在空氣中到達700℃時熱失重都沒有結束，經(jīng)過快速熱分解的溫度階段后，三種木陶瓷熱分解速率趨于一致。隨著燒結溫度的升高，木陶瓷快速熱分解的起始溫度向高溫方向移動。因此，800℃燒結

6、的木陶瓷(木質材料：酚醛樹脂=40：60)如果長期在300℃以下的環(huán)境中使用，不會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生較大影響。同時，木陶瓷也可以用于瞬間高溫的環(huán)境中，提高木陶瓷制造過程中的燒結溫度，還能夠進一步提高木陶瓷耐瞬間高溫的性能。在800℃下燒結制得的木陶瓷，隨著酚醛樹脂用量的增加，在空氣中加熱到700℃，木陶瓷的熱失重略為增大。隨著酚醛樹脂用量增加，木陶瓷的抗氧化性下降，木陶瓷熱分解的放熱量增加，反應進行得較快。 研究發(fā)現(xiàn)，木陶瓷中的碳

7、含量隨燒結溫度升高而增大，H、0、N等元素含量逐漸降低，但即使燒結溫度提高到1400℃，木陶瓷的碳含量也未達到100％。在各種燒結溫度下制備的木陶瓷中均為檢測出s元素，但燒結溫度為1400℃時，木陶瓷中未檢測出氮元素。說明隨著燒結溫度的升高，木陶瓷中少量的含氮化學結構可以完全脫除。木陶瓷中酚醛樹脂的用量對木陶瓷的元素組成也有一定影響，在燒結溫度一定的條件下，木陶瓷中的碳和氫元素隨酚醛樹脂用量的增加而減少，氧所占的百分比隨酚醛樹脂用量的增

8、加而增加。 由SEM分析可見，木陶瓷是由木粉生成的無定形碳、酚醛樹脂生成的玻璃碳和孔隙組成的網(wǎng)絡形態(tài)的碳——碳復合材料。木材陶瓷具有多孔結構，碳化木粉保持了木粉的管胞結構；酚醛樹脂生成的玻璃態(tài)碳覆蓋于碳化木粉表面及其孔道壁表面。隨著碳化溫度的升高，木陶瓷的石墨化程度增大。隨著樹脂含量的增加，木陶瓷的結構更加均勻，玻璃碳和無定形之間能夠形成較好的網(wǎng)絡形態(tài)。 通過XRD分析，800℃、1000℃、1400℃獲得的木材陶瓷的X