本發(fā)明涉及纖維板技術領域，尤其涉及一種硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板及其制備方法。
背景技術：
隨著材料科學的高速發(fā)展,功能型復合材料越來越受到各國學者的關注。其中,具有高性能、高附加值的木質(zhì)復合材料逐漸成為了這一領域的研究熱點。為滿足人們對木質(zhì)材料的多方面性能要求,碳纖維木質(zhì)復合材料應運而生。復合材料的最顯著特點是其微觀結(jié)構(gòu)的可設計性,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)域間導電效果差異大,整體力學性能不穩(wěn)定等問題。如何通過科學手段將板材的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能有機地結(jié)合起來,從而改進板材的制造工藝,提高原料混合的均勻化程度成為亟待解決的問題?！短祭w維木質(zhì)復合材料SEM圖像分割與性能微觀表征研究》首先通過板材熱壓工藝完成碳纖維木質(zhì)復合板材的制備,并對樣板板材的宏觀性能進行測試,包括導電性能(表面電阻率)、力學性能(密度、內(nèi)結(jié)合強度、靜曲強度、彈性模量及吸水膨脹率)、電磁屏蔽性能,對測試數(shù)據(jù)進行分析,把握不同制備工藝條件下短切碳纖維木質(zhì)復合材料特性變化規(guī)律,研究復合材料微觀均勻化程度對宏觀性能的影響特征；然后結(jié)合最大方差法與數(shù)學形態(tài)學的圖像處理技術對樣板電子顯微圖像進行處理,從圖像中準確完整的獲取碳纖維圖像,以其作為碳纖維在復合板材中均勻程度的重要依據(jù)；最后對提取出的碳纖維圖像進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際應用價值與改善制造工藝的重要依據(jù)。
通過該文的研究,碳纖維的加入量為木纖維質(zhì)量的20%時，復合材料的內(nèi)結(jié)合強度為0.88MPa、靜曲強度36.8MPa、彈性模量達到5447MPa，各項指標強于普通中密度纖維板，隨著碳纖維的添加量繼續(xù)增大，各項性能下降。碳纖維的加入量為木纖維質(zhì)量的20%時，沒有達到30dBm，不具有有效的電磁屏蔽效能。要想使得纖維板同時具有更好的力學性能和電磁屏蔽效能，需要對材料進行改性。而且隨著生活水平的提高，纖維板的阻燃性、耐水性、強度、防輻射性、保溫隔熱性、抗彎折性等性能也需要改進和提高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板，由下列重量份的原料制成：木纖維100-110、脲醛樹脂膠粘劑10-11、納米鎳10-11、無水乙醇適量、5-8mm短切碳纖維33-35、丙酮1.7-1.9、異氰酸樹脂膠黏劑3.3-3.5、氯化銨5.6-5.9、納米二氧化鈦2.5-3、介孔鋁酸鈷2.5-3、介孔分子篩2.2-2.5、硼酸鋅2-2.3。
所述硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板的制備方法，包括以下步驟：
（1）將納米鎳加入無水乙醇中，配制成4-4.3wt%的分散液，再加入介孔鋁酸鈷、介孔分子篩、硼酸鋅，攪拌均勻，得到納米鎳分散液；將木纖維在熱壓機內(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）將丙酮與異氰酸樹脂膠黏劑混合均勻，再與碳纖維混合，得到改性碳纖維；
（3）將其他剩余成分混合均勻，與改性木纖維、改性碳纖維混合均勻，進行鋪裝，在170-175℃下進行熱壓20-25s/mm，即得。
本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明使用納米鎳分散液對木纖維進行浸漬，使得納米鎳進入木纖維的孔隙，提高了纖維的密度、硬度、靜曲強度和彈性模量，還提高了木纖維的防腐蝕性；同時與碳纖維配合，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)域間導電效果差異大,整體力學性能不穩(wěn)定問題；通過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。通過使用介孔鋁酸鈷、介孔分子篩、硼酸鋅，滲透至木纖維內(nèi)部，能夠增加木纖維強度，提高板材的彎曲強度、彎曲模量、沖擊強度，同時能夠吸附有害物質(zhì)，還能提高阻燃性能。
具體實施方式
一種硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板，由下列重量份（公斤）的原料制成：木纖維100、脲醛樹脂膠粘劑10、納米鎳10、無水乙醇適量、5mm短切碳纖維33、丙酮1.7、異氰酸樹脂膠黏劑3.3、氯化銨5.6、納米二氧化鈦2.5、介孔鋁酸鈷2.5、介孔分子篩2.2、硼酸鋅2。
所述硼酸鋅改性碳纖維木質(zhì)復合纖維板的制備方法，包括以下步驟：
（1）將納米鎳加入無水乙醇中，配制成4wt%的分散液，再加入介孔鋁酸鈷、介孔分子篩、硼酸鋅，攪拌均勻，得到納米鎳分散液；將木纖維在熱壓機內(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）將丙酮與異氰酸樹脂膠黏劑混合均勻，再與碳纖維混合，得到改性碳纖維；
（3）將其他剩余成分混合均勻，與改性木纖維、改性碳纖維混合均勻，進行鋪裝，在170℃下進行熱壓20s/mm，即得。
對本實施例纖維板進行檢測，密度為0.735g/cm3，靜曲強度為39.9MPa、彈性模量為5891MPa、內(nèi)結(jié)合強度為1.35MPa、吸水厚度膨脹率為8.79%。在頻率為5×108Hz以上時電磁屏蔽效能達到50dBm以上。