本發(fā)明涉及纖維板技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著材料科學(xué)的高速發(fā)展,功能型復(fù)合材料越來(lái)越受到各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。其中,具有高性能、高附加值的木質(zhì)復(fù)合材料逐漸成為了這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為滿足人們對(duì)木質(zhì)材料的多方面性能要求,碳纖維木質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。復(fù)合材料的最顯著特點(diǎn)是其微觀結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性,材料的微觀結(jié)構(gòu)將決定其宏觀性能。但由于板材在加工過(guò)程中因碳纖維質(zhì)輕、表面光滑而難以與木質(zhì)纖維及膠混合均勻且碳纖維導(dǎo)電具有方向性。因而容易造成板材局部電阻高,不同區(qū)域間導(dǎo)電效果差異大,整體力學(xué)性能不穩(wěn)定等問(wèn)題。如何通過(guò)科學(xué)手段將板材的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能有機(jī)地結(jié)合起來(lái),從而改進(jìn)板材的制造工藝,提高原料混合的均勻化程度成為亟待解決的問(wèn)題?！短祭w維木質(zhì)復(fù)合材料SEM圖像分割與性能微觀表征研究》首先通過(guò)板材熱壓工藝完成碳纖維木質(zhì)復(fù)合板材的制備,并對(duì)樣板板材的宏觀性能進(jìn)行測(cè)試,包括導(dǎo)電性能(表面電阻率)、力學(xué)性能(密度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量及吸水膨脹率)、電磁屏蔽性能,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,把握不同制備工藝條件下短切碳纖維木質(zhì)復(fù)合材料特性變化規(guī)律,研究復(fù)合材料微觀均勻化程度對(duì)宏觀性能的影響特征；然后結(jié)合最大方差法與數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像處理技術(shù)對(duì)樣板電子顯微圖像進(jìn)行處理,從圖像中準(zhǔn)確完整的獲取碳纖維圖像,以其作為碳纖維在復(fù)合板材中均勻程度的重要依據(jù)；最后對(duì)提取出的碳纖維圖像進(jìn)行能夠表征碳纖維均勻化的特征提取,所選取的特征量為面積比、平均寬度和長(zhǎng)寬比等,目的是將板材的微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀物理性能相結(jié)合,并以此作為分析樣板實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與改善制造工藝的重要依據(jù)。
通過(guò)該文的研究,碳纖維的加入量為木纖維質(zhì)量的20%時(shí)，復(fù)合材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為0.88MPa、靜曲強(qiáng)度36.8MPa、彈性模量達(dá)到5447MPa，各項(xiàng)指標(biāo)強(qiáng)于普通中密度纖維板，隨著碳纖維的添加量繼續(xù)增大，各項(xiàng)性能下降。碳纖維的加入量為木纖維質(zhì)量的20%時(shí)，沒(méi)有達(dá)到30dBm，不具有有效的電磁屏蔽效能。要想使得纖維板同時(shí)具有更好的力學(xué)性能和電磁屏蔽效能，需要對(duì)材料進(jìn)行改性。而且隨著生活水平的提高，纖維板的阻燃性、耐水性、強(qiáng)度、防輻射性、保溫隔熱性、抗彎折性等性能也需要改進(jìn)和提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板及其制備方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板，由下列重量份的原料制成：木纖維100-110、脲醛樹(shù)脂膠粘劑10-11、納米鎳10-11、無(wú)水乙醇適量、5-8mm短切碳纖維33-35、丙酮1.7-1.9、異氰酸樹(shù)脂膠黏劑3.3-3.5、氯化銨5.6-5.9、納米二氧化鈦2.5-3、天青石粉3-4、400-500 目絨毛粉0.5-0.7、固含量為10-15% 的氧化鋯溶膠1.2-1.6。
所述天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板的制備方法，包括以下步驟：
（1）將納米鎳加入無(wú)水乙醇中，配制成4-4.3wt%的分散液，將木纖維在熱壓機(jī)內(nèi)，在70-75℃下壓縮，壓縮率為30-35%，立即放入納米鎳的分散液中，浸泡120-140分鐘，取出，在60-65℃下干燥至含水率為12-15%，得到改性木纖維；
（2）將天青石粉、固含量為10-15% 的氧化鋯溶膠混合均勻，再加入400-500 目絨毛粉混合均勻，得到改性天青石粉；
（3）將丙酮與異氰酸樹(shù)脂膠黏劑混合均勻，加入改性納米鎳、納米WS2加入無(wú)，混合均勻，再與碳纖維混合，得到改性碳纖維；
（4）將其他剩余成分混合均勻，與改性天青石粉、改性木纖維、改性碳纖維混合均勻，進(jìn)行鋪裝，在170-175℃下進(jìn)行熱壓20-25s/mm，即得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明使用納米鎳分散液對(duì)木纖維進(jìn)行浸漬，使得納米鎳進(jìn)入木纖維的孔隙，提高了纖維的密度、硬度、靜曲強(qiáng)度和彈性模量，還提高了木纖維的防腐蝕性；同時(shí)與碳纖維配合，使得電磁波形成多次反射，提高了電磁屏蔽效能，解決了碳纖維容易造成板材局部電阻高,不同區(qū)域間導(dǎo)電效果差異大,整體力學(xué)性能不穩(wěn)定問(wèn)題；通過(guò)在膠黏劑中加入納米二氧化鈦，能夠減緩納米鎳的氧化，保持持久的電磁屏蔽性，還提高了板材的抗老化性。通過(guò)用絨毛粉、氧化鋯溶膠對(duì)天青石粉進(jìn)行改性，在天青石粉表面粘附了絨毛，提高了天青石粉與木纖維的粘結(jié)強(qiáng)度，提高板材的強(qiáng)度；中間層形成了氧化鋯粉，提高了板材的耐熱性。天青石粉能夠吸收γ射線，提高人居環(huán)境的安全性，提高板材的光澤度。
具體實(shí)施方式
一種天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板，由下列重量份（公斤）的原料制成：木纖維100、脲醛樹(shù)脂膠粘劑10、納米鎳10、無(wú)水乙醇適量、5mm短切碳纖維33、丙酮1.7、異氰酸樹(shù)脂膠黏劑3.3、氯化銨5.6、納米二氧化鈦2.5、天青石粉3、400 目絨毛粉0.5、固含量為10% 的氧化鋯溶膠1.2。
所述天青石粉改性碳纖維木質(zhì)復(fù)合纖維板的制備方法，包括以下步驟：
（1）將納米鎳加入無(wú)水乙醇中，配制成4wt%的分散液，將木纖維在熱壓機(jī)內(nèi)，在70℃下壓縮，壓縮率為30%，立即放入納米鎳的分散液中，浸泡120分鐘，取出，在60℃下干燥至含水率為12%，得到改性木纖維；
（2）將天青石粉、固含量為10% 的氧化鋯溶膠混合均勻，再加入400 目絨毛粉混合均勻，得到改性天青石粉；
（3）將丙酮與異氰酸樹(shù)脂膠黏劑混合均勻，加入改性納米鎳、納米WS2加入無(wú)，混合均勻，再與碳纖維混合，得到改性碳纖維；
（4）將其他剩余成分混合均勻，與改性天青石粉、改性木纖維、改性碳纖維混合均勻，進(jìn)行鋪裝，在170℃下進(jìn)行熱壓20s/mm，即得。
對(duì)本實(shí)施例纖維板進(jìn)行檢測(cè)，密度為0.751g/cm3，靜曲強(qiáng)度為41.5MPa、彈性模量為5812MPa、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為1.51MPa、吸水厚度膨脹率為8.88%。在頻率為5×108Hz以上時(shí)電磁屏蔽效能達(dá)到60dBm以上。