一种金属化木质功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属化木质功能材料及其制备方法。一种金属化木质功能材料由高大禾本植物茎秆、木质复合粉末、锡铋合金和天然树脂四类材料复合制成，其制备方法包括植物茎秆预处理、木质复合粉末制备、植物茎秆穿丝、原料铺装、模压成形、裁切六个步骤。采用本发明专利技术制备的金属化木质功能材料强度高且各向同性、导电导热性能好且各向异性，可广泛用于电磁屏蔽、系统热管理及广谱建筑材料等领域，是一类环境友好金属化木质功能材料。

Metallized wood functional material and preparation method thereof

The invention discloses a metallized wood functional material and a preparation method thereof. A metallized lignified functional material is composed of tall bluegrass stem, lignin composite powder, tin bismuth alloy and natural resin. The preparation method includes six steps: plant stem pretreatment, lignin composite powder preparation, plant stem threading, raw material paving, molding and cutting. The metallized wood functional material prepared by the invention has high strength and isotropy, good conductivity and thermal conductivity and anisotropy, and can be widely used in electromagnetic shielding, system thermal management, broad-spectrum building materials and other fields. It is an environment-friendly metallized wood functional material.

【技术实现步骤摘要】
一种金属化木质功能材料及其制备方法
本专利技术属新材料领域，特别涉及一种金属化木质功能材料及其制备方法，采用本专利技术制备的金属化木质功能材料强度高且各向同性、导电导热性能好且各向异性，可广泛用于电磁屏蔽、系统热管理及广谱建筑材料等领域，是一类环境友好金属化木质功能材料。
技术介绍
在钢筋、水泥、人造板等工程材料出现之前，人类使用最古老的材料无疑是天然木材。近年来一些科研工作者将目光聚焦在这一古老的可再生天然材料上，试图让其在现代生活中扮演更重要的角色。木材与金属的复合材料综合了木材和金属的优点，从而可实现木材的高性能化和功能化，是提高木材附加值的重要手段之一。迄今为止，木材与金属复合材料的研究主要有以下成果：金属覆面木板、木材金属复合管、表面金属化木材、金属化木材等。但这些复合材料要么离不开胶粘剂，要么离不开尚好原木，要么密度较低；因此，无论在环保、节材，还是在应用领域都存在一定局限性。于是能否创造条件弥补这些不足，尽可能不用胶粘剂，尽可能不用尚好原木（改用剩余物、甚至农作物秸秆），充分利用现代材料成形与强韧化技术实现金属化木质材料的高密度、高强度与多功能，进而获得可广泛用于电磁屏蔽、系统热管理及建筑业等领域的新材料，已成为亟待解决的新问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属化木质功能材料，采用本专利技术制备的金属化木质功能材料的强度高且各向同性、导电导热性能好且各向异性，可广泛用于电磁屏蔽、系统热管理及广谱建筑材料等领域，是一类环境友好金属化木质功能材料。本专利技术还公开了一种金属化木质功能材料的制备方法。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属化木质功能材料，所述金属化木质功能材料由高大禾本植物茎秆、木质复合粉末、锡铋合金和天然树脂四类材料复合制成。优选的，所述高大禾本植物茎秆为直径10～15mm的芦苇或小琴丝竹的茎秆。优选的，所述木质复合粉末为芦苇或小琴丝竹的茎秆下脚料制成的木质粉末与生物塑料粉末的均匀混合料，所述均匀混合料粒径为0.075～0.045mm；所述木质粉末与生物塑料粉末的比例1:1。优选的，按重量百分数计，所述生物塑料粉末包括：高密度聚乙烯60%～70%、木质粉末30%～40%；所述木质粉末由芦苇或小琴丝竹的茎秆下脚料制成。优选的，所述生物塑料粉末为高密度聚乙烯与木质粉末的混合料经混炼、破碎、细磨、筛分工序制成的粒径为0.15～0.25mm的木塑复合粉末。优选的，所述锡铋合金为熔点介于135～180℃的锡铋合金丝，其丝径为3～5mm。优选的，所述天然树脂为白杨木提取物。一种金属化木质功能材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：植物茎秆预处理：取直径为10～15mm的芦苇或小琴丝竹的茎秆，晒干后去掉茎秆头部和尾部，得到等长度茎秆，经真空干燥将等长度茎秆的含水率控制在12%～15%；然后将等长度茎秆在15～35℃环境温度下在质量百分数为5%～15%的NaOH溶液中浸泡3～12h，经漂洗、烘干使等长度茎秆的半纤维素含量降低40%～60%；再将等长度茎秆在质量比为1:1的乙酸和双氧水混合溶液中浸泡2～8h，浸泡温度为15～35℃，经漂洗、烘干使等长度茎秆的木质素含量降低40%～60%；最后借助丝径为4～6mm的带尖钢丝将等长度茎秆的空芯孔疏通，得到预处理植物茎秆备用；步骤2：木质复合粉末制备：首先，取经步骤1产生的芦苇或小琴丝竹茎秆的下脚料，经干燥、粉碎与筛分获得木质粉末；然后，按重量比1:1加入生物塑料粉末，借助螺旋强力搅拌混料机混合15～30min得木质复合粉末备用；步骤3：植物茎秆穿丝：将所述锡铋合金丝穿入经步骤1获得的预处理植物茎秆的空芯孔内，使锡铋合金丝的长度与预处理植物茎秆的长度一致，获得穿丝植物茎秆备用；步骤4：原料铺装：首先将步骤3获得的穿丝植物茎秆表面刷上一层天然树脂，然后粘上一层步骤2所得木质复合粉末，再平行紧凑铺装于合金钢成形模的模腔内，获得铺装料等待成形；铺装厚度根据成形工艺要求确定；步骤5：模压成形：对步骤4所述铺装料实施模压成形，获得长方形截面或正方形截面的金属化木质功能材料；其成形工艺条件为：成形压力150～300MPa、成形温度115～170℃、保温保压时间15～30min、冷却介质为液氮；步骤6：裁切：首先对经步骤5获得的长方形截面或正方形截面的金属化木质功能材料的两端进行裁切，然后根据使用要求对金属化木质功能材料进行分切。本专利技术的有益效果：⑴通过对禾本植物茎秆的物理（干燥）化学（碱液等2步抽提）去除部分半纤维素和木质素成分，使禾本植物茎秆的细胞壁变得柔软，并使更多的空隙与羟基暴露，既便于疏通茎秆中心孔，更利于与其它组分的复合，对提高复合材料的强度至关重要；⑵通过木质复合粉末制备，使禾本植物茎秆原料得到充分利用，为禾本植物茎秆间的复合粘结提供增效填充材料；⑶通过在禾本植物茎秆中心穿插低熔点的锡铋合金丝，既可实现复合材料的导电导热性能的各向异性，又可确保复合材料的模压成形在较低温度条件下完成，从而避免因成形温度过高导致因严重碳化而降低复合材料的强度；⑷通过穿丝植物茎秆的平行铺装，既可充分利用和体现天然植物的本质特征（如纹理、纤维径向强度），又便于实现最大铺装密实性，更可确保复合材料的导电导热的各向异性；⑸通过对成形获得的金属化复合板材两端的裁切去除，可有效消除因穿丝植物茎秆的长度误差造成的缺陷，进而确保金属化木质功能材料成品的强度的各向同性与导电导热性能的各向异性；⑹依据本案制备的金属化木质功能材料的密度可达1.2～1.3g/cm³，拉伸强度可达到300～450MPa，可作为合金钢材、铝合金工程材甚至包括钛合金的替代材料，可广泛用于电磁屏蔽、系统热管理及广谱建筑材料等领域，是一类环境友好金属化木质功能材料。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。以下是具体实施例实施例1一种金属化木质功能材料，所述金属化木质功能材料由高大禾本植物茎秆、木质复合粉末、锡铋合金和天然树脂四类材料复合制成。所述高大禾本植物茎秆为直径10mm的芦苇。所述木质复合粉末为芦苇下脚料制成的木质粉末与生物塑料粉末的均匀混合料，所述均匀混合料粒径为0.075～0.045mm；所述木质粉末与生物塑料粉末的比例1:1。按重量百分数计，所述生物塑料粉末包括：高密度聚乙烯60%、木质粉末40%；所述木质粉末由芦苇茎秆下脚料制成。所述生物塑料粉末为高密度聚乙烯与木质粉末的混合料经混炼、破碎、细磨、筛分工序制成的粒径为0.15～0.25mm的木塑复合粉末。所述锡铋合金为熔点介于135～180℃的锡铋合金丝，其丝径为3mm。所述天然树脂为白杨木提取物。一种金属化木质功能材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：植物茎秆预处理：取直径为10mm的芦苇茎秆，晒干后去掉茎秆头部和尾部，得到等长度茎秆，经真空干燥将等长度茎秆的含水率控制在12%；然后将等长度茎秆在15℃环境温度下在质量百分数为5%的NaOH溶液中浸泡3h，经漂洗、烘干使等长度茎秆的半纤维素含量降低40%；再将等长度茎秆在质量比为1:1的乙酸和双氧水混合溶液中浸泡2h，浸泡温度为15℃，经漂洗、烘干使等长度茎秆的木质素含量降低4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述金属化木质功能材料由高大禾本植物茎秆、木质复合粉末、锡铋合金和天然树脂四类材料复合制成。

【技术特征摘要】
1.一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述金属化木质功能材料由高大禾本植物茎秆、木质复合粉末、锡铋合金和天然树脂四类材料复合制成。2.根据权利要求1所述的一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述高大禾本植物茎秆为直径10～15mm的芦苇或小琴丝竹的茎秆。3.根据权利要求1所述的一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述木质复合粉末为芦苇或小琴丝竹的茎秆下脚料制成的木质粉末与生物塑料粉末的均匀混合料，所述均匀混合料粒径为0.075～0.045mm；所述木质粉末与生物塑料粉末的比例1:1。4.根据权利要求3所述的一种金属化木质功能材料，其特征在于，按重量百分数计，所述生物塑料粉末包括：高密度聚乙烯60%～70%、木质粉末30%～40%；所述木质粉末由芦苇或小琴丝竹的茎秆下脚料制成。5.根据权利要求4所述的一种金属化木质功能材料,其特征在于，所述生物塑料粉末为高密度聚乙烯与木质粉末的混合料经混炼、破碎、细磨、筛分工序制成的粒径为0.15～0.25mm的木塑复合粉末。6.根据权利要求1所述的一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述锡铋合金为熔点介于135～180℃的锡铋合金丝，其丝径为3～5mm。7.根据权利要求1所述的一种金属化木质功能材料，其特征在于，所述天然树脂为白杨木提取物。8.如权利要求1-7所述的任意一种金属化木质功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：植物茎秆预处理：取直径为10～15mm的芦苇或小琴丝竹的茎秆，晒干后去掉茎秆头部和尾部，得到等长度茎秆，经真空干燥将等长度茎秆的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆定，何玉琴，刘坤键，丁定成，李佩，刘俊怀，袁建，
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