一种导热系数可控的木基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热系数可控的木基复合材料，其包括膨化木材基质和导热填充物，其中，以导热系数可控的木基复合材料的重量为计算基准，所述导热填充物的含量为45wt％‑67wt％。本发明专利技术还公开了所述导热系数可控的木基复合材料的制备方法，使用经过微波处理后的膨化木材为基质，以高导热材料为填充物，制得的导热系数可控的木基复合材料的导热性能不仅在平行于木材纤维方向大幅增加，而且在垂直于木材纤维方向也有明显增加，能够很好地解决现有地热木地板在垂直方向传热的不良性，更有利于木地板在地热采暖领域的应用。

Wood based composite material with controllable thermal conductivity and preparation method thereof

The invention discloses a wood-based composite material with controllable thermal conductivity, which comprises an expanded wood matrix and a thermal conductivity filler, wherein the weight of the wood-based composite material with controllable thermal conductivity is taken as the calculation basis, and the content of the thermal conductivity filler is 45 wt%67 wt%. The invention also discloses a preparation method of the wood-based composite material with controllable thermal conductivity. The thermal conductivity of the wood-based composite material with controllable thermal conductivity is not only greatly increased in parallel to the direction of the wood fiber, but also dramatically increased in the vertical direction by using the puffed wood treated by microwave as the matrix and the high thermal conductivity material as the filler. There is also a significant increase in the direction of wood fibers, which can solve the problem of vertical heat transfer of existing geothermal wood floors, and is more conducive to the application of wood floors in geothermal heating field.

【技术实现步骤摘要】
一种导热系数可控的木基复合材料及其制备方法
本专利技术属于木材功能改性
，特别涉及一种导热系数可控的木基复合材料及其制备方法。
技术介绍
地热采暖作为一种新的建筑节能技术，已经成为我国重点推广的应用，与其他采暖方式比较，地热采暖是与人体取暖生理需求最为吻合的供暖方式，它能够较好地解决“寒从脚下起”的难题，所以深受广大居民的喜爱。但是木材是热的不良导体，由于其导热系数较低(0.15W/m.K)，使木地板在地热采暖领域的使用受到了限制。国内外对提高木材导热性能的研究较少，仇洪波(导热木质复合材料制备工艺及性能研究，2015)制备了一种导热的木基复合材料，导热系数提高并不明显，最高为0.266W/m.K；CN200410067326.2公布了无机陶瓷分级结构/金属复合材料的制备方法，该方法使复合材料失去了木材原有的性质，而且制造成本高、工艺复杂、不利于工业化生产；CN201610769414.X公布了一种具有导电导热性能的速生材的加工方法，将速生材放入改性纳米溶液中浸渍，从而制得具有导电导热功能的改性木材，此方法所用纳米溶液中的纳米金属或纳米氧化物在溶液中较分散且溶质含量未能达到100％，导致进入木材中的纳米金属或氧化物含量偏低，进而导电、导热性能的提高不明显。CN201710091041.X公布了金属镶木工艺，将液态金属灌铸在畸形废料木材或已开裂木材的间隙中，此方法得到的金属镶木的金属含量较低，可以提高废木料的美观性，但是不利于提高导热性。因此，目前存在的问题是急需开发一种导热系数可控的木基复合材料，其具有良好的导热性能，同时需要开发一种制造成本低、制备工艺简单、可用于工业化生产的导热系数可控的木基复合材料制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种导热系数可控的木基复合材料及其制备方法。本专利技术使用经过微波处理后的膨化木材为基质，以高导热材料为填充物，制得的导热系数可控的木基复合材料的导热性能不仅在平行于木材纤维方向大幅增加，而且在垂直于木材纤维方向也有明显增加，能够很好地解决现有地热木地板在垂直方向传热的不良性，更有利于木地板在地热采暖领域的应用。为此，本专利技术第一方面提供了一种导热系数可控的木基复合材料，其包括膨化木材基质和导热填充物，其中，以导热系数可控的木基复合材料的重量为计算基准，所述导热填充物的含量为45wt％-67wt％，优选50wt％-60wt％。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料，所述导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为7-30W/m·K，垂直于木材纤维方向的导热系数为2-5W/m·K。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料，所述膨化木材基质为经过微波处理后的木材，根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述木材为阔叶材或针叶材。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料，所述导热填充物包括碳纳米材料和/或合金。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料，所述碳纳米材料选自碳纳米管和/或石墨烯。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料，所述合金的组成为：锌不大于32wt％、镓不大于70wt％、锡15-60wt％、铋不大于56wt％；所述合金的熔点为93℃-140℃。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述导热填充物包括所述碳纳米材料和所述合金，所述碳纳米材料和所述合金的质量比为1:10-1:14。本专利技术第二方面提供了一种根据本专利技术第一专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：S1，对木材进行微波处理，制得膨化木材基质；S2，用抽提工艺对膨化木材基质进行处理；S3，将导热填充物填充在膨化木材基质中，制得导热系数可控的木基复合材料。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，在步骤S1中，所述微波的功率为60kW-140kW，所述处理的时间为60s-120s。根据本专利技术的一些优选的实施方式，采用不同的微波处理功率控制制得的木基复合材料的导热系数；使用功率为60kW-80kW的微波对木材处理60s-90s，制得的导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为7W/m·K-10W/m·K；使用功率为80kW-100kW的微波对木材处理90s-120s，制得的导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为10W/m·K-14W/m·K；使用功率为100kW-120kW的微波对木材处理80s-90s，制得的导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为14W/m·K-20W/m·K；使用功率为120kW-140kW的微波对木材处理100s-120s，制得的导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为20W/m·K-30W/m·K。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，所述抽提工艺为碱抽提或苯-醇抽提。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述碱抽提使用的试剂为浓度为1wt％的NaOH溶液；所述苯-醇抽提使用的试剂为苯-乙醇混合液，其中，苯和乙醇的体积比为2:1。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，所述碱抽提的温度为95℃-100℃，时间为1-3h；所述苯-醇抽提的温度为75℃-80℃，时间为6-10h。根据本专利技术的一些优选的实施方式，在步骤S3中，将导热填充物以液态形式注入膨化木材基质中。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，在步骤S3中，采用真空加温加压浸渍的方式将导热填充物填充在膨化木材基质中。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述真空加温加压浸渍的真空度为-0.08MPa至-0.1MPa。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述真空加温加压浸渍的压力为0.5MPa-5MPa。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述真空加温加压浸渍的温度为100℃-145℃。根据本专利技术所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，以膨化木材基质的重量为计算基准，所述导热系数可控的木基复合材料的增重率为90％-200％。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：经过高强微波处理的膨化木材，其渗透性明显提高，以导热填充物增重率为指标，膨化木材的导热填充物增重率为未处理木材的1.5～5倍；经过1％NaOH或苯-乙醇混合溶液抽提处理的膨化木材，不仅渗透性得到明显改善，而且渗透的均匀性也大幅提高，有助于导热填充物液体的注入；碳纳米管和石墨烯具有导热率高的优点，低熔点合金具有熔点低、导热率高的特性，采用熔融浸渍工艺将液态导热填充物填充到膨化木材基质中，制得的导热系数可控的木基复合材料的导热性能不仅在平行于木材纤维方向大幅增加，而且在垂直于木材纤维方向也有明显增加，此制备工艺简单、成本低，更有利于木地板在地热采暖领域的应用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但是不作为对本专利技术的限制。图1为实施例2中导热系数可控的木基复合材料横切面的扫描电镜图；图2为实施例2中导热系数可控的木基复合材料径切面的扫描电镜图；图3为实施例2中导热系数可控的木基复合材料径切面上交叉场纹孔的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本专利技术，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本专利技术的应用范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热系数可控的木基复合材料，其包括膨化木材基质和导热填充物，其中，以导热系数可控的木基复合材料的重量为计算基准，所述导热填充物的含量为45wt％‑67wt％，优选50wt％‑60wt％。

【技术特征摘要】
1.一种导热系数可控的木基复合材料，其包括膨化木材基质和导热填充物，其中，以导热系数可控的木基复合材料的重量为计算基准，所述导热填充物的含量为45wt％-67wt％，优选50wt％-60wt％。2.根据权利要求1所述的导热系数可控的木基复合材料，其特征在于，所述导热系数可控的木基复合材料在平行于木材纤维方向的导热系数为7-30W/m·K，垂直于木材纤维方向的导热系数为2-5W/m·K。3.根据权利要求1或2所述的导热系数可控的木基复合材料，其特征在于，所述膨化木材基质为经过微波处理后的木材；所述木材为阔叶材或针叶材。4.根据权利要求1-3中任一项所述的导热系数可控的木基复合材料，其特征在于，所述导热填充物包括碳纳米材料和/或合金；所述碳纳米材料选自碳纳米管和/或石墨烯；所述合金的组成为：锌不大于32wt％、镓不大于70wt％、锡15-60wt％、铋不大于56wt％；所述合金的熔点为93℃-140℃。5.根据权利要求1-4中任一项所述的导热系数可控的木基复合材料，其特征在于，所述导热填充物包括所述碳纳米材料和所述合金，所述碳纳米材料和所述合金的质量比为1:10-1:14。6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的导热系数可控的木基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：S1，对木材进行微波处理，制得膨化木材基质；S2，用抽提工艺对膨化木材基质进行处理；S3，将导热填充物填充在膨化木材基质中，制得导热系数可控的木基复合材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述微波的功率为60kW-140kW，所述处理的时间为60s-120s；优选地，使用功率为60kW-80kW的微波对木材处理60s-90s，制得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁善庆，柴媛，傅峰，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11