本发明专利技术公开了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。此外还公开了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法。本发明专利技术将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，实现了速生草资源利用的最大化、最优化及长效固碳。
【技术实现步骤摘要】
一种基于速生草的生物质铜碳复合材料及其制备工艺
本专利技术属于新材料及绿色制造关键
，特别涉及一种以多年生禾本科狼尾草、芒草为基础原材料经高压热还原模压成形制备后可应用于机电工程领域的生物质铜碳复合材料及其制备方法。
技术介绍
新型的复合型工程材料由于复合效应，具有比单一材料优越的综合性能，成为当前材料工作者的研究重点。机电工程领域产品的可靠性和先进性，除设计因素外，在很大程度上取决于所选用材料的质量和性能。新型材料的发展是发展新型产品和提高产品质量的物质基础，各种高强度材料的发展，为逐步提高材料的使用强度等级，减轻产品自重提供了条件，而复合型工程材料中的生物质材料在上述方面表现出了较强竞争力。生物质材料是以木本植物、禾本植物和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为部分原材料，通过物理、化学和生物学等技术手段与其他金属或非金属材料混合，加工制造性能优异、附加值高的新材料，属于新材料及绿色制造关键
速生草作为常见禾本植物种类繁多，本专利技术特以多年生禾本科狼尾草、芒草为基础原材料制备生物质材料，它们具有生长速度快、同化CO2能力强、生物质产量高等特点。经测算，上述速生草年产鲜草高达20～30吨/亩、绝干生物质达3～5吨/亩，完善和拓展速生草资源化途径，建设有关速生草的高质利用产业链，扩展速生草的应用领域，使速生草能够更有效的实现对碳的封存之课题已摆在科技工作者的面前。通过速生草的高质清洁利用，实现在降低人类对森林、矿产等资源依赖程度的同时减少温室气体排放、防治大气污染、培植新的经济增长点，将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，从而实现速生草资源利用的最大化、最优化和长效固碳，已成为科技工作的一种责任。
技术实现思路
针对目前速生草利用技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种以速生草为基础原材料经高压热还原模压成形制备后可应用于机电工程领域的生物质铜碳复合材料，其将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，实现了速生草资源利用的最大化、最优化及长效固碳。此外，还提供了一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法。为实现以上技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。较佳实施情况下，所述的速生草粉末为多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。较佳实施情况下，所述的纳米氧化铜粉末中含有以十二烷基苯磺酸钠为改性剂进行表面改性的纳米氧化铜粉末，未改性粉末与改性粉末质量比为3:1。一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，主要工艺参数为：成形压力700～900MPa、成形温度200～300℃、保温保压时间30～90min。较佳实施情况下，步骤3所述的专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔。步骤3所述的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。较佳实施情况下，步骤3所述的模压成形工艺参数为：成形压力800MPa、成形温度250℃、保温保压时间60min。一种生物质铜碳复合材料滑动轴承，其特征在于，其利用权利要求4-7所述的任意一种方法制备得到，该轴承产品最终由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，该方法所涉及的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应，还原反应的结果是获得新生活性单质铜，即最终产品由新生态活性单质铜与速生草粉末颗粒后续脱水碳化产物在高压环境下复合生成，具有烧结铜合金的部分特性，不仅强度高、耐磨损，而且抗霉变。通过上述方法制备的生物质铜碳复合材料具有良好的致密性、导电性、导热性、抗磨损性和较高的强度与硬度，可部分替代传统铜碳合金用于机电工程、电火花成形电极制造等领域。本专利技术通过速生草的高质清洁利用，实现在降低人类对森林、矿产等资源依赖程度的同时减少温室气体排放、防治大气污染、培植新的经济增长点，将速生草的增值利用由低附加值提升到高附加值及碳封存时间较长的机械工程材料及工业产成品，从而实现速生草资源利用的最大化、最优化和长效固碳，使扩展速生草的应用领域，建设有关速生草的高质利用产业链成为可能。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。实施例1：一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%、纳米氧化铜粉末30%、纳米活性炭粉末30%。其中，速生草粉末为多年生禾本科狼尾草的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，专用刚性成形模具开设有反应气压消减微孔，主要工艺参数为：成形压力700MPa、成形温度300℃、保温保压时间90min；需要特别指出的是该步骤的模压成形为高压热还原成形，成形过程伴有纳米活性炭与纳米氧化铜之间的热还原反应，以及速生草粉末颗粒内部部分成分在热压环境下脱水碳化后生成的活性炭与纳米氧化铜发生的还原反应。实施例2：一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末50%、纳米氧化铜粉末40%、纳米活性炭粉末10%。其中，速生草粉末为多年生禾本科芒草的茎杆，经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得粉末，其粒度≤25mm、含水率≤10%。一种基于速生草的生物质铜碳复本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，原料包括速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%。
【技术特征摘要】
1.一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，原料为速生草粉末、纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末，以上各组分以质量分数计分别为：速生草粉末40%～50%、纳米氧化铜粉末30%～40%、纳米活性炭粉末10%～30%；所述的基于速生草的生物质铜碳复合材料按照以下步骤制备得到：步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎秆经漂洗、干燥、破碎和筛分工序获得速生草粉末，使其粒度≤0.25mm、含水率≤10%；步骤2、原料粉末混合：将步骤1得到的速生草粉末与纳米氧化铜粉末、纳米活性炭粉末按照比例混合，得到均质混合粉末备用；步骤3、模压成形：取步骤2得到的均质混合粉末，在专用刚性成形模具内实施模压成形，主要工艺参数为：成形压力700～900MPa、成形温度200～300℃、保温保压时间30～90min。2.根据权利要求1所述的一种基于速生草的生物质铜碳复合材料，其特征在于，所述的纳米氧化铜粉末中含有以十二烷基苯磺酸钠为改性剂进行表面改性的纳米氧化铜粉末，未改性粉末与改性粉末质量比为3:1。3.如权利要求1-2所述的任意一种基于速生草的生物质铜碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：步骤1、制备速生草粉末：选择多年生禾本科狼尾草、芒草中的一种或两种的茎秆经漂洗、干燥、破碎和...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆定，张红，陈飞，何玉琴，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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