改性木陶瓷去除水中氨氮性能的实验研究

旨在对改性木陶瓷去除水中氨氮性能进行研究。改性木陶瓷是以松木为木材原料,蒙脱石和氯化镁为改性剂,在氮气保护下煅烧而成的碳-碳复合材料。采用正交实验设计,分析了各个实验参数对改性木陶瓷氨氮的吸附量影响,并确定了影响氨氮吸附量的显著因素。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、比表面积等测试手段对改性木陶瓷的结构和性能进行了表征。结果表明,填充重量、酚醛树脂与无水乙醇的质量比、蒙脱石与无水乙醇质量比、升温速率、碳化温度、碳化时间对样品的氨氮去除量影响较大,为显著变量。改性木陶瓷对氨氮的吸附符合准二级动力学模型。Freundlich等温线能较好地拟合改性木陶瓷吸附行为,制备的改性木陶瓷的开口孔隙率为77.4%,孔径以介孔为主,比表面积为12.56 m^(2)/g。实验表明改性木陶瓷能够有效去除水中的氨氮。

汽车木陶瓷制动衬片热弹性耦合分析

提出了一种以木陶瓷为原料的汽车制动衬片,建立了木陶瓷制动衬片的盘式制动器三维模型,模拟多种工况制动时木陶瓷制动衬片作用下盘式制动器的热弹性耦合特性,并基于Archard磨损模型及ABAQUS软件中的UMESHMOTION子程序实现木陶瓷制动衬片磨损深度的数值模拟。结果表明:以木陶瓷材料作为汽车制动摩擦材料,制动过程中制动盘温度峰值为254.25℃,相较于传统金属型制动衬片制动盘温度峰值低9.91℃,应力分布均匀,有利于减少制动盘热裂纹的产生,同时降低制动盘“热衰退”效应对车辆制动效能稳定性的影响。木陶瓷制动衬片制动过程中温度最高可达281.41℃,远低于木陶瓷材料热分解温度,具备良好的可靠性。以木陶瓷作为制动衬片摩擦材料,单次高速紧急制动磨损深度最大不超过2.11μm,具备良好的耐磨性。

木陶瓷的研究进展

介绍了木陶瓷从选料到机械加工的制备工艺,特别对碳木材陶瓷、氧化物木陶瓷、SiC木陶瓷的制备作了较为详尽的阐述,并且对碳木材陶瓷的一些特性也作了归纳。最后对木陶瓷的开发和环保意义进行了评述。

木陶瓷的制造(Ⅰ)——实木陶瓷

以大青杨 (Populusussuriensis)木材为原料 ,浸渍酚醛树脂后经 80 0℃隔氧烧结 ,制得实木陶瓷 ,分析了样品在质量和体积上的变化。研究发现 ,试样经过高温烧结后 ,相对酚醛树脂处理前、后绝干试样的炭得率、体积剩余及木陶瓷产品密度与树脂质量分数呈正相关 ,树脂处理使木材样品炭化时弦、径。

生物形态新材料——木陶瓷的研究现状

介绍了国内外利用生物质材料制造木陶瓷的研究现状,阐述了制备木陶瓷的基本原理,木陶瓷制备方法的发展历程及以往成果.介绍了利用合金或硅等材料制备复合型木陶瓷、SiC陶瓷等新工艺,分析了木陶瓷的基本性能和用途,展望了该领域未来的发展趋势.

Fe、Zn粉末强化木陶瓷的制备

以木纤维为原料,对其进行酚醛树脂浸渍处理,与强化材料Fe或Zn粉末复合,然后高温烧结,制造强化木陶瓷。强化材料的添加使产品保留率增加。添加木纤维质量18%的Fe金属粉末,产品的硬度由8.45MPa提高到了13.60MPa。采用Zn金属粉末时,产品的硬度提高到9.80MPa。耐磨性及电磁屏蔽性能均有明显提高,而抗拉强度、抗压强度提高不明显,甚至有些下降。采用不同金属粉末复合有不同的效果。微观结构分析表明,添加的Fe元素大部分以较大的颗粒状存在于样品中,未能均匀分布。

木陶瓷的制造(Ⅱ)——中密度纤维板木陶瓷

针对实木木陶瓷易出现开裂和变形的问题 ,改以中密度纤维板为原料制造木陶瓷 ,研究了制造过程中质量和体积等变化受浸渍树脂质量分数的影响规律。结果表明 :中密度纤维板在进行树脂浸渍和高温烧结过程中 ,其主要质量和体积变化规律与以大青杨木材为原料的情况基本相同 。

碳化工艺对木陶瓷性能影响的研究

利用冷杉砂光木粉浸渍酚醛树脂制造木陶瓷预制件，在真空条件下碳化处理制备了多孔木陶瓷。采用差示扫描量热法（DSC）研究了木粉和酚醛树脂的热解特性，根据原料的热解特性制定了木陶瓷的碳化工艺，并讨论了碳化过程中升温速率和最高碳化温度对木陶瓷尺寸收缩、碳得率、尺寸稳定性、力学性能、耐磨性、电磁屏蔽性能和微观结构的影响。结果表明，木陶瓷碳化初始阶段（室温～120℃）快速升温至120℃，120℃以上升温速率为2～5℃／min时，木陶瓷的碳得率较高，尺寸稳定性较好；碳化温度在800℃时可以制得尺寸稳定的木陶瓷，但随着碳化温度的升高，木陶瓷的尺寸收缩增加不大，碳得率降低，抗压和抗弯强度增大，耐磨性和电磁屏蔽效能增大；烧结温度达到1400℃时，木陶瓷出现了石墨化倾向。

不同材料制造木陶瓷得炭率和硬度的比较

以杉木、刨花板、胶合板和中密度纤维板为原料 经浸渍树脂后高温烧结,制得木陶瓷 分析比较烧结前后试样 结果表明:试样的炭得率和硬度随升温速度升高而减小 材质不同,硬度差异显著

木陶瓷的孔隙结构研究

经40%酚醛树脂处理的中密度板样品炭化物简称木陶瓷(WCS),是一种低成本而性能优异的新型多孔炭材料;添加阻燃剂及20%酚醛树脂处理的中密度板样品炭化物简称P 木陶瓷(P WCS)。本研究采用低温氮吸附法对比木炭研究了木陶瓷的孔隙结构。结果表明,由于样品未经活化,因而吸附能力较差,且以木炭为最差。木陶瓷的微孔面积为314.16m2/g,微孔容积为0.1262mL/g,大于P WCS,且远远大于木炭。木陶瓷的平均孔径为1.598nm,小于P 木陶瓷,远远小于木炭。说明酚醛树脂为木陶瓷引入了较多的微孔,使其吸附性能远高于传统的木炭。

纳米α-Fe/木陶瓷复合材料的结构表征与性能研究

在呋喃树脂中加入不同质量百分数的纳米γ-Fe_2O_3,然后与毛竹竹粉混合、压制成型、高温烧结制备出纳米α-Fe/木陶瓷复合材料。分别采用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对纳米α-Fe/木陶瓷复合材料的物相组成与成分分布与进行了表征,并对其抗弯强度与导电性能进行了研究。结果表明:(1)复合材料中存在的主要晶体相有石墨、α-Fe与Fe_3C;(2)纳米α-Fe颗粒多数呈球形分散于木陶瓷基体中,当γ-Fe_2O_3添加量大于15%时,生成的α-Fe粒子发生了比较明显的团聚;(3)纳米α-Fe/木陶瓷复合材料的抗弯强度随烧结温度的提高而增大,随纳米γ-Fe_2O_3添加量的增大先增加后减小,抗弯强度最大值为13.31 MPa;(4)纳米α-Fe/木陶瓷复合材料的导电性随烧结温度的提高而增大,随纳米γ-Fe_2O_3添加量的增大而增强。

杨木纤维／PF树脂制取木陶瓷的研究

采用XRD、SEM等技术,对以杨木纤维/PF树脂为基材制备的木陶瓷进行了研究,结果表明:木陶瓷呈三维网状结构,保持了木材结构的部分特征,随着烧结温度的升高有可石墨化倾向;随着树脂含量的增加和烧结温度的升高,木陶瓷的抗压强度、弹性模量以及耐磨性能增强,表观密度和显气孔率升高,而体积电阻率迅速降低。

木陶瓷的耐磨性及其他力学性质

通过对新型炭材料——木陶瓷制品的耐磨性、表面硬度及其他力学性质的试验与分析,及SEM观察PF树脂和阻燃剂处理的作用,结果表明:PF树脂处理对提高烧结产品耐磨性有明显作用;表面硬度随处理树脂质量分数的增高而增大,随烧结温度增高而略有增加;抗弯强度和弹性模量随树脂质量分数的提高而增大;断面抗压强度随树脂质量分数升高而增加,随烧结温度的提高而增加。阻燃剂处理能提高成炭率,但不能提高产品的力学性质。

甘蔗渣基木陶瓷的结构及性能试验

应用不同质量比的甘蔗渣和环氧树脂进行复合、热压,经真空烧结后,制得甘蔗渣基木陶瓷.利用TG-DSC对甘蔗渣基木陶瓷的热分解行为进行初步分析,利用XRD,SEM表征了所制备的木陶瓷的相组成和微观结构,研究了甘蔗渣用量对开口气孔率及摩擦性能的影响.结果表明:甘蔗渣基木陶瓷具有生物管状的多孔结构;随着甘蔗渣用量的降低,木陶瓷的石墨化程度略有提高;木陶瓷的开口气孔率随甘蔗渣用量减少而减小;摩擦系数随转速的增加而增大,随载荷的增大而减小.当甘蔗渣/环氧树脂质量比为1∶1时,木陶瓷的开口气孔率为35.12%,摩擦性能最好.

竹粉/呋喃树脂制备木陶瓷的研究

本文以呋喃树脂与竹粉为原料制备了木陶瓷,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术分别对木陶瓷的微观结构与物相进行了表征,研究了呋喃树脂含量对木陶瓷的炭得率、尺寸收缩率、密度与体积电阻率的影响。结果表明,木陶瓷是由竹炭与玻璃炭构成的复合炭材料,呋喃树脂含量对木陶瓷结晶性影响不大。呋喃树脂含量越高,木陶瓷的炭得率、密度越大,尺寸收缩率与体积电阻率越小。

工业木质素用于制造木陶瓷

以工业木质素为原料制造新型多孔炭材料木陶瓷,并对产品得率、强度及微观结构形态进行了研究。结果表明,随着酚醛树脂用量的增加,木质素陶瓷的质量得率和体积得率略有增加,抗弯强度大大提高,抗压强度也提高明显。当木质素与酚醛树脂质量比为1．33∶1时,木质素陶瓷的抗弯强度为1．88MPa,抗压强度达3．86kN/cm^2。微观结构分析表明,在木质素—酚醛树脂复合板中有团块状木质素夹杂出现,高温烧结后样品孔隙结构增多。高温烧结前后样品的比表面积分别为0．2448m^2/g和0．9742m^2/g。

氧化铝木陶瓷的制备与性能研究

以木粉、硅溶胶、纳米氧化铝为原料,制备出了氧化铝木陶瓷,利用TG-DSC对橡胶木粉、硅溶胶的热分解过程进行了研究,通过扫描电镜、EDS能谱、红外光谱仪(FT-IR)对样品的形貌及结构进行了表征,研究了不同烧结温度及不同氧化铝添加量对木陶瓷残炭率的影响。实验结果表明,在烧结温度为1000℃,木粉∶硅溶胶∶氧化铝质量比为1∶2∶08时,得到了含有晶须状莫来石结构的氧化铝木陶瓷。

烧结温度和树脂含量对木陶瓷的物相及结构的影响

为了探讨浸渍用酚醛(PF)树脂的分子量、树脂含量和烧结温度对木陶瓷的物相及微观结构的影响,采用低分子量PF树脂、常压浸渍杨木纤维制备木陶瓷,使用XRD、SEM等技术研究了PF树脂的分子量、树脂含量和烧结温度与木陶瓷的物相构成和形貌特征之间的关系。XRD分析表明:提高烧结温度,木陶瓷(002)晶面的Bragg衍射角右移,衍射峰变窄、变强,石墨烯片层堆积厚度和微晶胸径增加,晶面间距减小,微晶层的排列趋于规整、有序,有石墨特征的析出相出现,可石墨化倾向增加;但PF树脂含量对物相构成的影响较小,且PF树脂分子量的大小与物相构成无明显关系。SEM分析表明:木陶瓷保持了木材作为天然生物体的部分结构特征,其微观结构与烧结温度、树脂含量和杨木纤维的结构及分布情况有关。PF树脂含量的增加有助于木陶瓷形成三维网状结构,但会使表观密度增加和显气孔率降低;而提高烧结温度将会导致木陶瓷显气孔率的增加。当烧结温度为1 000℃、PF树脂含量为130%时,木陶瓷的显气孔率和表观密度分别为39.3%和0.77 g/cm3。

木粉/呋喃树脂木陶瓷的制备与性能表征

以呋喃树脂与木粉为原料制备了木陶瓷,利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术分别对木陶瓷的形成机理、微观结构与物相进行了表征。TGA结果表明,呋喃树脂的得炭率远高于木粉的得炭率。XRD结果表明,木陶瓷具有乱层石墨结构,提高炭化温度有利于提高木陶瓷中石墨结构的完善性与石墨微晶的生长。研究了炭化温度与呋喃树脂含量对木陶瓷的得炭率、尺寸收缩率与体积电阻率的影响。结果表明:随着炭化温度的升高,木陶瓷的得炭率与体积电阻率减小,尺寸收缩率增大;随着呋喃树脂含量的增大,木陶瓷的得炭率增大,体积电阻率与尺寸收缩率减小。

冷杉木陶瓷表面孔隙尺寸分布及分形维数的表征研究

对酚醛树脂含量不同的木陶瓷试样进行电镜扫描处理，在采用数盒子法对电镜扫描图片进行网格化处理的基础上，通过数据统计得到木陶瓷平均孔隙面积盒子数与平均孔隙周长盒子数，研究不同酚醛树脂的含量对木陶瓷平均孔隙面积盒子数、平均孔隙周长盒子数、分形维数D。的变化趋势的影响。结果表明，当酚醛树脂含量在50％～70％范围内，随着酚醛树脂含量的增加，平均孔隙面积盒子数增加、平均孔隙周长盒子数增加、分形维数D0下降，实验证明了随着酚醛树脂含量的增加，木陶瓷表面孔隙边界的复杂程度降低，为研究冷杉木陶瓷表面摩擦系数的图像识别提供了参考。