竹炭无机复合板的制备及其性能研究

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竹炭是竹子的热解产物之一,因具有独特的孔隙结构、吸附性、导电性备受关注。为顺应绿色环保的发展理念,本文以竹炭为原材料,氯氧镁水泥为胶黏剂,以热压成型工艺制备竹炭无机复合板,探索可行的工艺参数,对扩大竹炭利用范围,推进竹炭高质化利用有重要意义。本文研究了不同原料配比以及工艺参数下制备竹炭无机复合板(以下简称竹炭板),并对竹炭板进行物理力学性能的测试分析。优化工艺参数,再通过添加纤维的方法对竹炭板进行增强改性,获得满足室内装饰用的无机竹炭板,为实际生产提供理论及数据基础。具体研究结果如下:(1)确定氯氧镁水泥最合适的摩尔比为n(MgO):n(MgCl2·6H2O):n(H2O)=7:1:10,与竹炭颗粒搅拌组胚压制竹炭板。在一定粒径条件下,竹炭板的静曲强度与竹炭颗粒的振实密度呈正相关,与竹炭添量呈负相关。以27目-64目的竹炭压制的竹炭无机复合板的静曲强度最大,竹炭含量40%时,可达7.05 MPa。竹炭添加量为45%时剖面密度分布均匀,静曲强度为6.12 MPa,密度1.1g/cm3。竹炭板对甲醛具有一定的吸附性能和良好的尺寸稳定性。采用扫描电镜观察到氯氧镁水泥的水化产物以针棒状晶体互相交织粘结竹炭颗粒,且能够进入竹炭孔径内部以胶钉的形式“咬合”竹炭孔径内壁提供粘结强度。(2)结合竹炭板的力学性能和物相分析,确定在热压温度90℃,热压时间15min条件下压制的竹炭板具有良好的力学性能。适当提高压力有利于压制出致密且均匀的竹炭无机复合板,但压力过大会使本身质脆的竹炭颗粒被压溃导致竹炭板的力学性能下降。竹炭板的静曲强度在养护6d时达到最高,后续虽有所波动但基本稳定在6.5MPa左右。(3)剑麻纤维对竹炭板的力学性能增强效果优于棕榈,长度40mm的剑麻添加15g使竹炭板的静曲强度比原来提升了83%;长度40mm的剑麻添加12g使竹炭板的内结合强度提升了70%。但添加纤维对竹炭板的尺寸稳定性无显著影响。在扫描电镜下观察到剑麻纤维分散状的纤丝能够很好的抓附氯氧镁水泥基体,同时剑麻纤维的内部有部分氯氧镁水泥的水化产物,而棕榈纤维内部少有发现。
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