專利名稱：短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種用短切碳纖維作為增強體的功能型木質(zhì)復合材料及其制備方法， 屬于功能復合材料領域。
背景技術：
當今世界正面臨著森林資源日益減少所帶來的環(huán)保和生態(tài)問題，為保護人類共同生存的地球，世界上大多數(shù)國家對森林資源(特別是天然林)都采取了限伐政策。包括中國在內(nèi)的一些缺材國家依賴進口材以彌補不足的情況將日益受到制約。如何最大限度地利用好現(xiàn)有木材資源，發(fā)揮和擴展其應用功能(低質(zhì)材的優(yōu)化利用、木材的綜合利用、木材廢棄物的再利用、提升木材利用功能等)是木材領域?qū)＜液蛯W者長期探索和研究的課題。原始單一型材料已經(jīng)不能滿足人類對材料多方面性能的要求，具有挑戰(zhàn)性、競爭性和保密性的功能性復合材料廣泛應用在國民行業(yè)和軍工行業(yè)，成為材料領域發(fā)展的新趨勢。木材具獨特的生態(tài)學、環(huán)境學、固碳、可再生、可自然降解、美觀和適用等天然屬性。采用先進的復合技術處理木材，改善木材的抗溫性、耐候性、尺寸穩(wěn)定性和防腐防蛀性、賦予木材獨特的新功能，是拓寬木材應用領域，獲得高性能、高附加值的新型木質(zhì)材料的一條具有良好發(fā)展?jié)摿蛷V闊前景的科學技術途徑。20世紀60年代，高分子開始被研制成功以來，一直受到人們的普遍關注，70年代中期由于工業(yè)化進程速度的加快，復合材料的發(fā)展也異常迅猛。電子工業(yè)的高速發(fā)展和各類電子產(chǎn)品的普遍使用，靜電在人們的日常生活中無處不在。由于種種原因產(chǎn)生的靜電是發(fā)生最頻繁、最難消除的生活危害之一，不僅會使計算機運行產(chǎn)生故障，導致某些元件的損壞，同時還會對工作人員的身心健康造成影響。導電材料(如金屬、石墨、碳黑、碳纖維等)與木材相結(jié)合的新型功能復合材料將是功能性材料研究發(fā)展的新途徑、新理念，并力求向使用效率高、質(zhì)輕方向發(fā)展。當前國內(nèi)外對木材金屬導電復合材料的研究較多，炭黑或石墨填充木質(zhì)導電復合材料也有研究，但存在如下問題木材的金屬表面化實現(xiàn)工藝復雜；填充導電材料中金屬纖維制造困難；炭黑產(chǎn)品顏色黑，影響外觀，要求粒度?。皇珜毫Φ囊蕾嚦潭却?，易受灰份含量的影響；使用碳纖維布增強木質(zhì)材料成本高不適于大型生產(chǎn)等。這使導電木質(zhì)復合材料的工業(yè)化生產(chǎn)受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術的不足，利用碳纖維具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐輻射、耐高溫、又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性等多種優(yōu)良性能，將其作為增強體與木質(zhì)材料(木材剩余物)在簡單、有效的復合工藝方式下制備功能型木質(zhì)導電復合材料，在提高木質(zhì)復合材料力學性能的同時，賦予復合材料良好的導電性，且實現(xiàn)廢棄物再利用的木材優(yōu)化使用目的。為了達到上述目的，本發(fā)明將5mm的5%-6%質(zhì)量百分比的短切碳纖維、木材剩余物(木質(zhì)纖維)及脲醛膠、異氰酸酯等化學添加劑，經(jīng)碳纖維分散處理、纖維拌膠、分層鋪裝后，以熱壓模工藝方式制得碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料。其具有如下優(yōu)點(I)復合工藝簡單，操作方便；(2)采用雙貼面方式制板，以很少的碳纖維添加量使復合材料達到低表面電阻率，可有效實現(xiàn)抗靜電等導電功能需求；(3)甲醛釋放量低于要求標準值，有利于環(huán)保。
具體實施例方式本發(fā)明以含水率為6%的楊木木質(zhì)纖維為基體材料，以拉伸強度為2. 5 3. 5Gpa、 拉伸模量為220Gpa的3K、5mm短切碳纖維為增強體材料混合熱壓制備復合材料，按照如下步驟實現(xiàn)(一)按12%的含膠量比例，以噴霧施膠法將木質(zhì)纖維與脲醛膠充分攪拌，混合均勻后形成拌膠木質(zhì)纖維；(二)取一定量的5mm短切碳纖維與I %質(zhì)量百分比的丙酮溶液混合，將碳纖維分散;(三)將質(zhì)量百分比為1%的異氰酸酯與質(zhì)量百分比為2%的丙酮混合后溶液，與分散后的碳纖維充分混合形成拌膠碳纖維；(四)當在雙表面復合碳纖維時，在復合體的兩側(cè)具有了一定厚度的導電材料，其導電可以看作是三維結(jié)構(gòu)，相當于一個多層、非常細的網(wǎng)絡體系，里面具有大量閉合的導電回路，從而形成更多的導電通路賦予復合材料良好的導電性。因此，按照雙面貼面表層質(zhì)量百分比為10%、表層拌膠碳纖維與拌膠木質(zhì)纖維質(zhì)量比2 I的配合比例，將拌膠碳纖維與拌膠木質(zhì)纖維充分攪拌，得到混合纖維；(五)按照表層、芯層、表層的鋪層方式,將碳纖維與木質(zhì)纖維的混合纖維、拌膠木質(zhì)纖維在模具中均勻鋪裝，然后用預壓機在I. 8 2. 5Mpa下進行預壓；(六)用熱壓機在165 175°C、12.5 15Mpa的條件下，熱壓處理5 7分鐘，脫模后得到34cmX32cmX I. 2cm碳纖維增強木質(zhì)導電貼面板。碳纖維增強木質(zhì)導電貼面板的力學性能優(yōu)于普通木質(zhì)纖維與脲醛膠混合制得的密度板
權利要求
1.一種短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料，其制備按照如下步驟實現(xiàn)(一)按12% 的含膠量比例，以噴霧施膠法將木質(zhì)纖維與脲醛膠充分攪拌，混合均勻后形成拌膠木質(zhì)纖維；(二)按照復合材料分層比例，取一定量的5_短切碳纖維與丙酮混合，將碳纖維分散后備用；(三)將分散后的碳纖維、異氰酸酯與丙酮的混合溶液，充分混合形成拌膠碳纖維； (四)取一定比例拌膠碳纖維與拌膠木質(zhì)纖維充分攪拌，得到混合纖維；(五)按照表層(碳纖維與木質(zhì)纖維的混合纖維)、芯層(拌膠木質(zhì)纖維)、表層(碳纖維與木質(zhì)纖維的混合纖維)的鋪層方式，將碳纖維與木質(zhì)纖維的混合纖維、拌膠木質(zhì)纖維在模具中均勻鋪裝，然后用預壓機在I. 8 2. 5Mpa下進行預壓；(六)用熱壓機在165 175°C、12. 5 15Mpa的條件下，熱壓處理5 7分鐘，即制得碳纖維增強木質(zhì)導電貼面板。
2.如權利要求I所述的短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料，其特征在于取2%質(zhì)量百分比的丙酮作為分散劑，進行碳纖維分散。
3.如權利要求I所述的短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料，其特征在于兩貼面表層的質(zhì)量百分比均為10%，表層拌膠碳纖維與拌膠木質(zhì)纖維的混合比例為2 I。
4.如權利要求I所述的短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料，其特征在于異氰酸酯的使用量為貼面表層質(zhì)量的10%，異氰酸酯與丙酮的混合比例為2 I。
全文摘要
短切碳纖維增強木質(zhì)功能復合材料及其制備公布了一種用碳纖維作為增強體的功能型木質(zhì)復合材料及其制備方法，屬于功能復合材料領域。所述碳纖維增強木質(zhì)復合材料，由5mm的5％-6％質(zhì)量百分比的短切碳纖維、木材剩余物(木質(zhì)纖維)及脲醛膠、異氰酸酯等化學添加劑，經(jīng)碳纖維分散處理、纖維拌膠、分層鋪裝后，以熱壓模工藝方式制得。利用此方法不但提高了木質(zhì)復合材料的力學性能，而且賦予其良好的導電功能，且甲醛含量明顯降低。本發(fā)明避免了表面金屬化導電木質(zhì)材料實現(xiàn)工藝復雜、石墨或炭黑填充導電材料受影響因素多、填充導電材料中金屬纖維制造困難的問題，具有復合工藝簡單，操作方便，成本低的特點，實現(xiàn)廢物再利用，適合大型工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B32B37/10GK102602065SQ2012100539
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者孫麗萍, 張冬妍, 張延林 申請人:東北林業(yè)大學, 孫麗萍, 張冬妍