一種紅衣陶木復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種紅衣陶木復(fù)合材料，屬于木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。紅衣陶木復(fù)合材料的主要成分是紅衣陶土和木纖維，在大約800℃的溫度下，以無(wú)氧氣氛燒制而成，具有表面質(zhì)地均勻，平整光滑，陶木面光澤感強(qiáng)，折射指數(shù)高，色彩艷麗等特點(diǎn)。最終制得的成品具備陶土材料的強(qiáng)度、色彩及質(zhì)地，同時(shí)也具有木纖維輕便、抗拉伸變形的產(chǎn)品特性，是醫(yī)用、家用及工業(yè)用材的良好選擇。
【專利說(shuō)明】
一種紅衣陶木復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種紅衣陶木復(fù)合材料，屬于木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，陶土與木纖維復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)外已有一定的研究，陶土是指含有鐵質(zhì)而帶黃褐、灰白、紅紫等色調(diào)，并具有良好可塑性的黏土，礦物組成以蒙脫石、高嶺土為主。陶土化學(xué)組成的通式為Al4(Si4Ow) (OH)8,具有多種工藝性能，是一種重要的礦物資源，被廣泛地應(yīng)用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料、油漆等多種產(chǎn)業(yè)部門，主要作用為低級(jí)補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑，使體積和重量增大，從而達(dá)到降低成本并改善制品制作工藝性能的目的。日本的Saka等(Saka et al.1992)首先用溶膠一凝膠法(sol-gel)法制備木材/無(wú)機(jī)復(fù)合材料，并成功制備T1jP S1 2木材/無(wú)機(jī)復(fù)合材，有較好的尺寸穩(wěn)定性、阻燃性及力學(xué)性質(zhì)。Yamaguchi (Yamaguchi H, 1994)用娃酸單體溶液處理日本柳杉，娃酸單體在木材組織內(nèi)部形成三維立體聚合物，使木材具有良好的尺寸穩(wěn)定性和一定的抗彎強(qiáng)度。日本(Okadaetal，1987)用插層法制備了尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，在少量蒙脫土的添加下，尼龍6的力學(xué)、熱學(xué)等性能得到了很大提高。在我國(guó)，漆宗能、李強(qiáng)等發(fā)明了“一步法”制備Nylon 6/蒙脫土納米復(fù)合材料(nc-PA6)。劉立敏和漆宗能等人制備出Nylon 6/蒙脫土納米復(fù)合材料。王鵬等人利用乳液聚合法制備了 DBSA摻雜的聚苯胺/蒙脫土(PAN1-DBSA/MMt)納米復(fù)合物，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。梁玉蓉等人采用熔體插層法制備有機(jī)蒙脫土(OMMt)/IIR納米復(fù)合材料，隨著OMMt用量的增大，0MMT/IIR納米復(fù)合材料的物理性能明顯提高，與無(wú)機(jī)粘土/IIR微米復(fù)合材料和IIR相比，OMMt/IIR納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理性能。復(fù)合材料最大的特點(diǎn)就是不僅能保持原單一組分材料各自的特性，而且可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成具有優(yōu)異性能的新材料，使材料擁有新的性能特點(diǎn)，即材料的復(fù)合效應(yīng)。
[0003]本研究在此基礎(chǔ)之上，將陶土與木纖維進(jìn)行制陶燒結(jié)工藝處理尚屬首次，制備出了新型木質(zhì)復(fù)合材料，得出了復(fù)合的配方，考查了陶土與木纖維的添加量問題，并制備了紅衣陶木復(fù)合材料樣品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]紅衣陶木復(fù)合材料是一種木材與陶土復(fù)合的產(chǎn)物，其產(chǎn)品兼具有木材和陶土兩種材料的共同屬性，結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn):(I)顏色呈現(xiàn)微紅色。(2)具有較強(qiáng)的硬度和抗壓力，可以進(jìn)行各種塑型。(3)具有較好的耐腐性。(4)具有較好的密封性。(5)在大約800°C的溫度下，以氧化氣氛焙燒燒成，陶木表面質(zhì)地均勻，平整光滑，陶木面光澤感強(qiáng)，折射指數(shù)高，色彩艷麗有很強(qiáng)的藝術(shù)性。
[0005]1、紅衣陶木復(fù)合材料的配方
[0006]紅衣陶木復(fù)合材料的配方成分為:13.01%的氧化鐵，0.30%的氧化鎂，0.01%的氧化鈣，0.23%的氧化銻，6.74%的氧化鋁和37.2%的氧化硅的陶土，以及加入陶土中的42.51%的木纖維。
[0007]2、紅衣陶木復(fù)合材料樣品焙燒工藝
[0008]紅衣陶木復(fù)合材料焙燒工藝流程為:先將原料按成分比例進(jìn)行配置、攪拌、成型，然后把樣品胚體放在陰涼處晾干；對(duì)成型的樣品進(jìn)行打磨，在胚體光滑之后，再把已經(jīng)研磨均勻的紅色顏料例如赤鐵礦粉末，涂、繪于其上，或者直接在樣品攪拌時(shí)即加入一定量的的氧化鐵作為上色顏料；最后將制成的樣品放入爐中燒結(jié)，焙燒，顏料在燒到高溫后向陶木體內(nèi)滲透，并為陶木制品或顏料中助熔成分所熔解后附著其上，燒制過(guò)程經(jīng)過(guò)順溫升溫與降溫，最終得到紅衣陶木復(fù)合材料。
[0009]需要強(qiáng)調(diào)的是，紅衣陶木復(fù)合材料的燒制在原料上對(duì)氧化鐵的含量有一定的要求。在實(shí)驗(yàn)中控制原料的成分比例和燒結(jié)溫度進(jìn)行多次樣品燒制方可得到好的顏色效果。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為木纖維
[0011]圖2為陶土
[0012]圖3為真空練泥機(jī)
[0013]圖4為電爐
[0014]圖5為電爐溫度控制器
[0015]圖6為器皿燒制溫度-時(shí)間曲線圖
[0016]圖7為全自動(dòng)白度儀
[0017]圖8為燒制成型的紅衣陶木復(fù)合材料
【具體實(shí)施方式】
[0018]1、主要原料
[0019]木纖維:以硬木纖維為主，優(yōu)選野核桃殼粉，先經(jīng)粉碎機(jī)粉碎加工，然后篩選出40g<h<60目木纖維并置于干燥箱中，在(103±2)°C條件下干燥至含水率低于3%，如圖1所示。
[0020]陶土在取土地點(diǎn)(齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)大民屯東0.5公里處東土崗上)取回后，先去除雜質(zhì)后放入桶中，并向陶土中加入一定量的水浸泡24小時(shí)。24小時(shí)以后，將陶土放入練泥機(jī)中進(jìn)行練制，如圖3所示。使陶泥達(dá)到應(yīng)有的韌勁，大約煉制8遍。煉制完成后將陶土浸泡于水中進(jìn)行省一周的處理，使得陶土具有更好的可塑性。將練制完成的陶泥進(jìn)行晾干、碾磨處理，在用80目的篩子進(jìn)行篩分，然后將篩過(guò)的陶土放入塑料袋中密封備用，如圖2所示。在制備陶土?xí)r應(yīng)注意的事項(xiàng):①加入的水不能過(guò)多，否則會(huì)破壞陶土的可塑性；②在處理陶土的時(shí)候，保證器具的整潔以免陶土受污染而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0021]2、配方制備
[0022]將處置過(guò)的陶土與木纖維混合，并在其混合物中按照配方加入一定量的氧化鐵等成分。具體配制方法及步驟如下:
[0023]①稱量4千克的陶土放入桶中，加入陶土總量3%的氧化鐵，使其到13.01%，陶土中其他金屬含量經(jīng)檢測(cè)以達(dá)到配方標(biāo)準(zhǔn)，并向桶中加入一定量的水浸泡24小時(shí)。
[0024]②24小時(shí)以后，將泥土放入練泥機(jī)中進(jìn)行練制，使陶泥達(dá)到應(yīng)有的韌勁，每次攪拌5個(gè)小時(shí)左右，間隔不少于I個(gè)小時(shí)，繼續(xù)攪拌，連續(xù)煉制8遍。
[0025]③將煉制后的混合物浸泡于水中進(jìn)行省一周，使其具有更好的可塑性。
[0026]④然后將16千克的木粉放入桶中，與省好的混合物進(jìn)行攪拌，攪拌5個(gè)小時(shí)左右，放置24小時(shí)自然干燥。
[0027]⑤將練制完成的混合物放入塑料袋中省24小時(shí)備用，然后采用拉坯等方法將混合材料成型。
[0028]⑥將成型的制品晾干，晾干時(shí)間為48小時(shí)左右
[0029]⑦將晾干后的制品近放入電爐中燒制，如圖4所示。燒制時(shí)間控制在48小時(shí)以上，不能使溫度升溫過(guò)快，以免器皿發(fā)生破裂。
[0030]⑧在制備原料時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng):1)加入的水不能過(guò)多，否則會(huì)破壞陶土的可塑性，也會(huì)使木纖維吸水過(guò)多，影響兩種材質(zhì)的膠粘效果。2)在處理材料的時(shí)候，保證器具的整潔以免配比不準(zhǔn)確而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0031]3、樣品制備
[0032]樣品制備步驟:①將配制好的紅衣陶木復(fù)合材料揉制成泥團(tuán)。②將泥團(tuán)放在拉胚機(jī)的圓心部位，然后用雙手用力將泥團(tuán)扶正反復(fù)推泥，壓泥3-4次用于控制泥團(tuán)在轆轤圓心部位及調(diào)整泥胚的可塑性。③運(yùn)用手掌，拇指，食指，中指可對(duì)復(fù)合材料塑型。④借助塑料薄膜、雕塑刀或動(dòng)物皮等工具可使成型更加漂亮美觀。注意制作造型時(shí)移動(dòng)的速度力量對(duì)造型的影響，力度要謹(jǐn)慎掌握。
[0033]4、樣品焙燒工藝
[0034]將已經(jīng)陰干的樣品放入電爐中，然后啟動(dòng)電爐，利用電爐溫度控制器控制電爐內(nèi)的溫度，如圖5所示。間歇式焙燒到800°C即可。在焙燒的過(guò)程中，必須時(shí)刻觀察溫度的變化。溫度達(dá)到300°C時(shí)，關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源繼續(xù)燒窯。溫度達(dá)到600°C時(shí)，再次關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源繼續(xù)燒窯。溫度達(dá)到800°C時(shí)，又一次關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源燒至800°C就大功告成了，樣品燒制時(shí)間曲線如圖6所示。這樣做是以免爐內(nèi)樣品發(fā)生裂紋和爆裂，而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
[0035]5、燒制成型
[0036]將經(jīng)過(guò)將近十二個(gè)小時(shí)焙燒的紅衣陶木樣品放置在電爐中自然冷卻，等溫度降到室溫，將爐門打開，慢慢地取出樣品，將樣品移到實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)用全自動(dòng)白度儀進(jìn)行色度檢測(cè)和圖像的拍攝，如圖7所示。得到如圖8所示的顏色亮麗、鮮艷的紅衣陶木復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紅衣陶木復(fù)合材料，其由陶土和木纖維組成。2.權(quán)利要求1所述的紅衣陶木復(fù)合材料，其中陶土為含有13.0l %的氧化鐵，0.30%的氧化鎂，0.01%的氧化鈣，0.23%的氧化銻，6.74%的氧化鋁和37.2%的氧化硅的陶土，木纖維的含量為42.51%。3.權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中木纖維為硬木纖維，例如野核桃殼粉。4.一種權(quán)利要求1或2中所述紅衣陶木復(fù)合材料的燒結(jié)制備方法，其包括如下步驟， ①稱量陶土放入桶中，加入一定量的氧化鐵，使其含量達(dá)到13.01%，同時(shí)調(diào)整陶土中其它金屬含量以達(dá)到配方標(biāo)準(zhǔn)，然后向桶中加入一定量的水浸泡24小時(shí)； ②將泥土放入練泥機(jī)中煉制，使陶泥達(dá)到應(yīng)有的韌勁； ③將煉制后的混合物浸泡于水中進(jìn)行省一周，使其具有更好的可塑性； ④將木纖維放入桶中，與省好的混合物攪拌5個(gè)小時(shí)左右，放置24小時(shí)自然干燥； ⑤將煉制完成的混合物放入塑料袋中省24小時(shí)備用，然后采用拉坯等方法將混合材料成型； ⑥將成型的制品晾干，晾干時(shí)間為48小時(shí)左右； ⑦將晾干后的制品放入電爐中燒制48小時(shí)以上，即得紅衣陶木復(fù)合材料。5.權(quán)利要求3所述的制備方法，步驟②中每次煉制的時(shí)間為5個(gè)小時(shí)左右，間隔不少于I個(gè)小時(shí)，繼續(xù)攪拌，連續(xù)煉制8遍。6.權(quán)利要求3所述的制備方法，其中木纖維采用如下的方法進(jìn)行預(yù)處理，先經(jīng)粉碎機(jī)粉碎加工，然后篩選出4060目木纖維并置于干燥箱中，在(103±2)°C條件下干燥至含水率低于3%。7.權(quán)利要求2所述的燒結(jié)制備方法，步驟⑦中所述的燒制步驟的具體操作如下，溫度達(dá)到300°C時(shí)，關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源繼續(xù)燒窯，溫度達(dá)到600°C時(shí)，再次關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源繼續(xù)燒窯，溫度達(dá)到800°C時(shí)，又一次關(guān)閉電源20分鐘，然后再打開電源燒至800 °C。
【文檔編號(hào)】C08K3/22GK105859247SQ201510027883
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日
【發(fā)明人】程萬(wàn)里, 李慶德, 高珣, 任麗敏
【申請(qǐng)人】東北林業(yè)大學(xué), 程萬(wàn)里