CN105859247A - 一种红衣陶木复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种红衣陶木复合材料，属于木材科学与技术领域。红衣陶木复合材料的主要成分是红衣陶土和木纤维，在大约800℃的温度下，以无氧气氛烧制而成，具有表面质地均匀，平整光滑，陶木面光泽感强，折射指数高，色彩艳丽等特点。最终制得的成品具备陶土材料的强度、色彩及质地，同时也具有木纤维轻便、抗拉伸变形的产品特性，是医用、家用及工业用材的良好选择。

Description

一种红衣陶木复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种红衣陶木复合材料，属于木材科学与技术领域。

背景技术

当前，陶土与木纤维复合材料在国内外已有一定的研究，陶土是指含有铁质而带黄褐、灰白、红紫等色调，并具有良好可塑性的黏土，矿物组成以蒙脱石、高岭土为主。陶土化学组成的通式为Al₄(Si₄O₁₀)(OH)₈，具有多种工艺性能，是一种重要的矿物资源，被广泛地应用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、油漆等多种产业部门，主要作用为低级补强剂和填充剂，使体积和重量增大，从而达到降低成本并改善制品制作工艺性能的目的。日本的Saka等(Saka et al.1992)首先用溶胶一凝胶法(sol-gel)法制备木材/无机复合材料，并成功制备TiO₂和SiO₂木材/无机复合材，有较好的尺寸稳定性、阻燃性及力学性质。Yamaguchi(Yamaguchi H,1994)用硅酸单体溶液处理日本柳杉，硅酸单体在木材组织内部形成三维立体聚合物，使木材具有良好的尺寸稳定性和一定的抗弯强度。日本(Okadaetal，1987)用插层法制备了尼龙6/蒙脱土纳米复合材料,在少量蒙脱土的添加下，尼龙6的力学、热学等性能得到了很大提高。在我国，漆宗能、李强等发明了“一步法”制备Nylon 6/蒙脱土纳米复合材料(nc-PA6)。刘立敏和漆宗能等人制备出Nylon 6/蒙脱土纳米复合材料。王鹏等人利用乳液聚合法制备了DBSA掺杂的聚苯胺/蒙脱土(PANI-DBSA/MMt)纳米复合物，并对其性能进行了研究。梁玉蓉等人采用熔体插层法制备有机蒙脱土(OMMt)/IIR纳米复合材料，随着OMMt用量的增大，OMMT/IIR纳米复合材料的物理性能明显提高，与无机粘土/IIR微米复合材料和IIR相比，OMMt/IIR纳米复合材料具有优异的物理性能。复合材料最大的特点就是不仅能保持原单一组分材料各自的特性，而且可以优势互补，形成具有优异性能的新材料，使材料拥有新的性能特点，即材料的复合效应。

本研究在此基础之上，将陶土与木纤维进行制陶烧结工艺处理尚属首次，制备出了新型木质复合材料，得出了复合的配方，考查了陶土与木纤维的添加量问题，并制备了红衣陶木复合材料样品。

发明内容

红衣陶木复合材料是一种木材与陶土复合的产物，其产品兼具有木材和陶土两种材料的共同属性，结合了两种材料的优点：(1)颜色呈现微红色。(2)具有较强的硬度和抗压力，可以进行各种塑型。(3)具有较好的耐腐性。(4)具有较好的密封性。(5)在大约800℃的温度下，以氧化气氛焙烧烧成，陶木表面质地均匀，平整光滑，陶木面光泽感强，折射指数 高，色彩艳丽有很强的艺术性。

1、红衣陶木复合材料的配方

红衣陶木复合材料的配方成分为：13.01％的氧化铁，0.30％的氧化镁，0.01％的氧化钙，0.23％的氧化锑，6.74％的氧化铝和37.2％的氧化硅的陶土，以及加入陶土中的42.51％的木纤维。

2、红衣陶木复合材料样品焙烧工艺

红衣陶木复合材料焙烧工艺流程为：先将原料按成分比例进行配置、搅拌、成型，然后把样品胚体放在阴凉处晾干；对成型的样品进行打磨，在胚体光滑之后，再把已经研磨均匀的红色颜料例如赤铁矿粉末，涂、绘于其上，或者直接在样品搅拌时即加入一定量的的氧化铁作为上色颜料；最后将制成的样品放入炉中烧结，焙烧，颜料在烧到高温后向陶木体内渗透，并为陶木制品或颜料中助熔成分所熔解后附着其上，烧制过程经过顺温升温与降温，最终得到红衣陶木复合材料。

需要强调的是，红衣陶木复合材料的烧制在原料上对氧化铁的含量有一定的要求。在实验中控制原料的成分比例和烧结温度进行多次样品烧制方可得到好的颜色效果。

附图说明

图1为木纤维

图2为陶土

图3为真空练泥机

图4为电炉

图5为电炉温度控制器

图6为器皿烧制温度-时间曲线图

图7为全自动白度仪

图8为烧制成型的红衣陶木复合材料

具体实施方式

1、主要原料

木纤维：以硬木纤维为主，优选野核桃壳粉，先经粉碎机粉碎加工，然后筛选出40目＜h≤60目木纤维并置于干燥箱中，在(103±2)℃条件下干燥至含水率低于3％，如图1所示。

陶土在取土地点(齐齐哈尔市富拉尔基区大民屯东0.5公里处东土岗上)取回后，先去除杂质后放入桶中，并向陶土中加入一定量的水浸泡24小时。24小时以后，将陶土放入练泥机中进行练制，如图3所示。使陶泥达到应有的韧劲，大约炼制8遍。炼制完成后将陶土 浸泡于水中进行省一周的处理，使得陶土具有更好的可塑性。将练制完成的陶泥进行晾干、碾磨处理，在用80目的筛子进行筛分，然后将筛过的陶土放入塑料袋中密封备用，如图2所示。在制备陶土时应注意的事项：①加入的水不能过多，否则会破坏陶土的可塑性；②在处理陶土的时候，保证器具的整洁以免陶土受污染而影响实验结果。

2、配方制备

将处置过的陶土与木纤维混合，并在其混合物中按照配方加入一定量的氧化铁等成分。具体配制方法及步骤如下：

①称量4千克的陶土放入桶中，加入陶土总量3％的氧化铁，使其到13.01％，陶土中其他金属含量经检测以达到配方标准，并向桶中加入一定量的水浸泡24小时。

②24小时以后，将泥土放入练泥机中进行练制，使陶泥达到应有的韧劲，每次搅拌5个小时左右，间隔不少于1个小时，继续搅拌，连续炼制8遍。

③将炼制后的混合物浸泡于水中进行省一周，使其具有更好的可塑性。

④然后将16千克的木粉放入桶中，与省好的混合物进行搅拌，搅拌5个小时左右，放置24小时自然干燥。

⑤将练制完成的混合物放入塑料袋中省24小时备用，然后采用拉坯等方法将混合材料成型。

⑥将成型的制品晾干，晾干时间为48小时左右

⑦将晾干后的制品近放入电炉中烧制，如图4所示。烧制时间控制在48小时以上，不能使温度升温过快，以免器皿发生破裂。

⑧在制备原料时应注意的事项：1)加入的水不能过多，否则会破坏陶土的可塑性，也会使木纤维吸水过多，影响两种材质的胶粘效果。2)在处理材料的时候，保证器具的整洁以免配比不准确而影响实验结果。

3、样品制备

样品制备步骤：①将配制好的红衣陶木复合材料揉制成泥团。②将泥团放在拉胚机的圆心部位，然后用双手用力将泥团扶正反复推泥，压泥3-4次用于控制泥团在辘轳圆心部位及调整泥胚的可塑性。③运用手掌，拇指，食指，中指可对复合材料塑型。④借助塑料薄膜、雕塑刀或动物皮等工具可使成型更加漂亮美观。注意制作造型时移动的速度力量对造型的影响，力度要谨慎掌握。

4、样品焙烧工艺

将已经阴干的样品放入电炉中，然后启动电炉，利用电炉温度控制器控制电炉内的温度，如图5所示。间歇式焙烧到800℃即可。在焙烧的过程中，必须时刻观察温度的变化。温度 达到300℃时，关闭电源20分钟，然后再打开电源继续烧窑。温度达到600℃时，再次关闭电源20分钟，然后再打开电源继续烧窑。温度达到800℃时，又一次关闭电源20分钟，然后再打开电源烧至800℃就大功告成了，样品烧制时间曲线如图6所示。这样做是以免炉内样品发生裂纹和爆裂，而影响实验的进行。

5、烧制成型

将经过将近十二个小时焙烧的红衣陶木样品放置在电炉中自然冷却，等温度降到室温，将炉门打开，慢慢地取出样品，将样品移到实验室，运用全自动白度仪进行色度检测和图像的拍摄，如图7所示。得到如图8所示的颜色亮丽、鲜艳的红衣陶木复合材料。

Claims (7)

1.一种红衣陶木复合材料，其由陶土和木纤维组成。

2.权利要求1所述的红衣陶木复合材料，其中陶土为含有13.01％的氧化铁，0.30％的氧化镁，0.01％的氧化钙，0.23％的氧化锑，6.74％的氧化铝和37.2％的氧化硅的陶土，木纤维的含量为42.51％。

3.权利要求1所述的复合材料，其中木纤维为硬木纤维，例如野核桃壳粉。

4.一种权利要求1或2中所述红衣陶木复合材料的烧结制备方法，其包括如下步骤，

①称量陶土放入桶中，加入一定量的氧化铁，使其含量达到13.01％，同时调整陶土中其它金属含量以达到配方标准，然后向桶中加入一定量的水浸泡24小时；

②将泥土放入练泥机中炼制，使陶泥达到应有的韧劲；

③将炼制后的混合物浸泡于水中进行省一周，使其具有更好的可塑性；

④将木纤维放入桶中，与省好的混合物搅拌5个小时左右，放置24小时自然干燥；

⑤将炼制完成的混合物放入塑料袋中省24小时备用，然后采用拉坯等方法将混合材料成型；

⑥将成型的制品晾干，晾干时间为48小时左右；

⑦将晾干后的制品放入电炉中烧制48小时以上，即得红衣陶木复合材料。

5.权利要求3所述的制备方法，步骤②中每次炼制的时间为5个小时左右，间隔不少于1个小时，继续搅拌，连续炼制8遍。

6.权利要求3所述的制备方法，其中木纤维采用如下的方法进行预处理，先经粉碎机粉碎加工，然后筛选出40目＜h≤60目木纤维并置于干燥箱中，在(103±2)℃条件下干燥至含水率低于3％。

7.权利要求2所述的烧结制备方法，步骤⑦中所述的烧制步骤的具体操作如下，温度达到300℃时，关闭电源20分钟，然后再打开电源继续烧窑，温度达到600℃时，再次关闭电源20分钟，然后再打开电源继续烧窑，温度达到800℃时，又一次关闭电源20分钟，然后再打开电源烧至800℃。