甘蔗渣木材陶瓷化研究

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1、甘蔗渣木材陶瓷化研究摘要报道了以甘蔗渣为原料，采用全新工艺制备木材陶瓷的研究，并对其性能进行了测试，对其形成机理及规律进行了分析，展示了工艺参数对制备过程及木材陶瓷性能的影响。实验结果证明了通过该工艺用甘蔗渣制备木材陶瓷的可行性，为甘蔗渣等植物残渣的综合利用及木材陶瓷的研究开辟了新的方向和空间。参考：http://www.taocihai.com关键词甘蔗渣酚醛树脂环境材料20世纪90年代以来，在高新技术材料的研究中，出现了一个新的研究领域，即“环境材料”(Ecomaterials)。环境材料要求传统材料具有更优良的环境适应性，也包括直接改善环

2、境的材料[1]。环境材料的典型特点是其先进性、环境协调性以及舒适性。由日本青森工业实验场开发出的木材陶瓷完全具备了这三大特点，是一种典型的环境材料[2]。木材陶瓷是一种采用木材(或其它木质材料)浸渍热固性树脂后真空(或氮气保护)碳化而成的一种新型多孔质碳素材料，其中的木质材料在烧结后形成软质无定形碳，树脂生成硬质玻璃碳[3]。在制备木材陶瓷的选料上，日本学者普遍使用的是原木和五合板，也有人用竹子等做过实验。本文首次以甘蔗渣为原料，采用混合后热压成型等工艺制备木材陶瓷，测定并研究了其主要性能及规律[4]。一、实验（一）选料甘蔗渣的主要化学成分与木

3、材相同，表1所列，完全可以代替原木制备木材陶瓷，减少了对原木的使用，实现了废物资源化。甘蔗渣用植物粉碎机破碎。实验所用树脂为热固型酚醛树脂。表1甘蔗渣与部分木质材料主要成分表原料名称多缩戊糖（%）纤维素（%）木质素（%）灰分（%）甘蔗渣25.6～29.148.2～55.618～202～4稻壳16～2235.5～4521～2611.4～22棉杆20.7641.4223.169.47毛竹21.1245.5030.671.10白杨19.559.020.60.52桦木24.953.522.51.17（二）试样制备与烧结将甘蔗渣分成2组，配料及其单位分别

4、为:甘蔗渣，g；酚醛树脂，mL；酒精，mL；固化剂，mL。第1组按甘蔗渣∶酚醛树脂∶酒精∶固化剂=100∶50∶50∶25的比例混合均匀，自然晾干后热压成100mm×50mm×5mm的试样。混合时加酒精的目的是为了稀释树脂，使得树脂与甘蔗渣充分浸润混合。将第2组按甘蔗渣∶酚醛树脂∶酒精∶固化剂=100∶70∶30∶20的比例混合均匀后压制成试样，并与第1组所得试样的尺寸相同。将热压成型的2组试样放入真空炉中，在氮气保护气氛中以5℃/min的速度分别升温至300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，并在每一温度保温4h后随炉冷却。

5、二、性能测试及结果分析（一）残碳率残碳率为木材陶瓷的一个重要指标，计算方法为:残碳率=(试样烧结后的质量÷试样烧结前的质量)×100%。图1所示为残碳率与温度变化的曲线图。由图1可见，在2种不同配比条件下，其残碳率总体都随温度的升高及分解产物的不断逸出而降低。曲线1在400℃以前的残碳率明显低于曲线2，这主要是第1组的配比中甘蔗渣含量较高，而蔗渣在100℃左右有一个失重，苷蔗渣的热分析图(图3所示)也证明了这一点；400℃以后，第2组的残碳率低于第1组，因为第2组的配比中酚醛树脂含量较高，而酚醛树脂的失重主要发生在400℃左右，这可从酚醛树脂的

6、MTA曲线图(图2所示)中得到证明，700℃以后，曲线渐趋平缓，因为甘蔗渣和酚醛树脂的主要反应已经结束。第2组残碳率(%)70605040302010300400500600700800第1组）800图1两组试样残碳率与温度变化关系图温度/℃温度/℃1．质量曲线2．热流曲线图2酚醛树脂的MTA曲线图图3甘蔗渣TG—DSC曲线图（二）显气孔率2组烧结试样的密度与显气孔率数据见表2所列。由表2可见，2组试样的体积密度和真密度渍可阻碍木质材料的收缩而导致气孔增多，另一方面，树脂的填充又消除木质材料部分气孔。表22组烧结试样的密度与显气孔率数据原料烧结

7、温度（℃）真密度（g/cm3）体积密度(g/cm3)显气孔率（%）甘蔗渣/7：3酚醛树脂溶液5001.391.04256001.481.02317001.611.08338001.621.0834甘蔗渣/5：5酚醛树脂溶液5001.510.88426001.450.81447001.630.91448001.750.9347（三）抗弯强度图4所示为温度与抗弯强度关系曲线图。由图4可看见，在500℃以下的低温区间，随温度升高，2组试样的抗弯强度呈降低趋势，于500℃达最低值。然后随温度升高，抗弯强度又逐渐上升，这种变化趋势同国外用浸渍法制备的木材

8、陶瓷的性能变化是一致的。木材陶瓷的抗弯强度随温度的变化趋势是其烧结过程中反应机理的表现。于500℃以后试样物质逐渐稳定，随温度升高，碳化程度完全及玻璃