棉秆制造生物陶瓷材料的研究

摘要

本文详细分析了国内外以木材为原料制备木陶瓷和以非木材植物为原料制备植物基陶瓷的研究现状,提出了用新的植物原料-农作物废弃物棉秆为原料制备生物陶瓷的可行性并进行了系统的试验研究。研究采用棉秆粉末与酚醛树脂混合热压成型和氮气保护真空烧结的技术路线,分析了原料性质、成型工艺、烧结温度、原料配比对棉秆陶瓷炭得率、体积收缩率、力学性能、石墨化程度等的影响,并与杨木陶瓷进行了平行对比,探讨了棉秆陶瓷制备的工艺特点、产品性能和可能的用途。
　　 通过原料的热重分析表明,作为制造植物基陶瓷材料的基本原料,棉秆与杨木有着类似的性能和制作条件,酚醛树脂胶的失重率比棉秆要低得多,树脂在植物基陶瓷材料的制造中占有重要的作用。
　　 通过成型和烧结试验证实,采用棉秆粉末制备生物陶瓷在工艺上是可行的,制品的基本性能及其影响因素与普通木材的相近。试验证实,烧结温度是影响棉秆陶瓷炭得率的重要因素,温度越高,炭得率就越低。但是在到达一定温度后,炭得率变化减小。在原料比相同的条件下,随温度升高,棉秆陶瓷的体积收缩率会减小,其真密度增加；在相同温度条件下,随酚醛树脂胶量增加,其体积收缩率会降低,真密度增加。棉秆陶瓷静曲强度随含胶量的增加和烧结温度的升高而提高。
　　 通过X射线衍射图谱分析,随着炭化温度的升高,棉秆陶瓷中石墨微晶平均层间距d002减小,石墨化程度增强,其结构趋于规整；提高酚醛树脂胶量,棉秆陶瓷中石墨微晶平均层间距d002减小,也会增强石墨化程度,但没有炭化温度影响的那么明显。
　　 本研究不仅为天然植物材料特别是农作物秸秆制造功能性环保材料探讨了新的途径,同时研究中所采用的一些新的工艺路线、工艺参数及基础分析,也为整个生物质陶瓷的研究与开发提供了参考和依据。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 木材的性质与热分解

1.2.1 细胞壁的结构组成

1.2.2 木材的特点

1.2.3 木材的化学组成

1.2.4 木材的热分解

1.3 木陶瓷的来源与发展

1.3.1 木陶瓷的发展

1.4 木陶瓷的研究现状

1.4.1 木陶瓷在国内的发展现状

1.4.2 木陶瓷在国外的发展现状

1.5 木陶瓷的应用及发展趋势

1.5.1 木陶瓷具有优越的性能

1.5.2 木陶瓷的应用以及发展趋势

1.6 课题的提出及研究意义

1.6.1 植物基陶瓷在国内的发展现状

1.6.2 植物基陶瓷在国外的发展现状

1.6.3 课题的研究意义

1.6.4 课题的创新点

1.7 课题所涉及到的相关试验

2 试验材料基本性能与热重分析

2.1 试验材料

2.1.1 棉秆

2.1.2 酚醛树脂

2.2 棉秆的热重分析

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验样品

2.2.3 试验方法

2.2.4 结果与分析

2.3 本章小结

3 棉秆粉末陶瓷坯体的成型试验

3.1 棉秆粉末陶瓷坯体的制备工艺

3.1.1 制备棉秆粉末

3.1.2 酚醛树脂胶

3.1.3 混合并搅拌

3.1.4 干燥

3.1.5 热压成型

3.2 板坯的力学性能检测

3.2.1 试验设备

3.2.2 试验样品

3.2.3 试验方法

3.2.4 试验结果

3.3 本章小结

4 棉秆粉末陶瓷的烧结试验

4.1 制定炭化工艺

4.1.1 制备烧结的试件

4.1.2 试件的放置

4.1.3 设定烧结温度曲线

4.2 结果与分析

4.3 本章小结

5 棉秆陶瓷的性能与影响因素分析

5.1 主要的仪器设备

5.2 试验样品

5.3 棉秆陶瓷性能的检测

5.3.1 炭得率

5.3.2 体积收缩率

5.3.3 真密度的测定

5.3.4 静曲强度和弹性模量的测定

5.3.5 棉秆陶瓷的石墨化程度XRD分析

5.4 影响因素分析

5.4.1 棉秆陶瓷炭得率

5.4.2 棉秆陶瓷体积收缩率

5.4.3 棉秆陶瓷的真密度

5.4.4 棉秆陶瓷的力学性能

5.4.5 棉秆陶瓷的石墨化程度XRD分析

5.5 本章小结

6 结论与建议

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

致谢