金属镍木材复合材料的制备及其性能研究.pdf

2013年第13期(44)卷
文章编号:1001-9731(2013)13-1964-05
金属镍木材复合材料的制备及其性能研究
姚晓林,徐高祥2,,刘盛全2,
(1.安徽农业大学理学院应用化学系,安徽合肥230036;
2.安徽农业大学林学与园林学院林产工业系,安徽合肥230036;
3.安徽省木材科学与技术重点实验室,安徽合肥230036)
摘要:以速生林木材为基体,丁二酸C4HO4和莘镍的方法木材表面需预处理,镀层容易产生剥离,未对
果酸C4HOs为络合剂,N2H4?H2O为还原剂,采用木材的力学性能影响进行研究,且在实际应用中该种
水热法在木材基质内将晧酸镍原位还原得到金属Ni电磁屏蔽材料会将入射到表面的电磁波大部分反射到
木材复合材料。通过光学显微镜、Ⅹ射线衍射仪外界,使之成为新的潜在干扰源,而不能完全消除电磁
(XRD)和担描电子显微镜(SEM)对复合材料的形貌辐射。因此具有高吸收性能、方便适用且成本低廉的
结杓进行表征。光学显微結果显示金属镍在木材细胞多层屏蔽复合材料,将成为未来电磁屏蔽材料发展的
壁内分布均匀;XRD结果显示在44.5出现了Ni(111
个重要方向35
的特征峰;SEM结果表明金属镍为片状结构,粒径分
木材木纤维中含丰富的纳米级孔道,其孔洞结构
布较窄,微粒尺寸约为0.5~1pm。カ学性能测试结果的特点赋予木材良好的反射和吸收电磁波的能
表明,复合材料的力学性能得到提高,当金隔镍的质量力16?。本文以速生林木材为基体,丁二酸与苹果酸
分数为2%,反应时间为12h时,比例极限和抗压强度为络合剂,水合肼为还原剂,通过真空浸渍法将前驱体
相对于生材可增加83.42%和20.65%。导电性能测
溶液浸入到木材基体内,通过水热法在木材基质内将
试结果表明,复合材料的电导率显著增加,在Ni的质醋酸镍原位还原成金属Ni得到多层结构的电磁屏蔽
量分数为3%,反应时间为6h时电导率达到最大
复合材料。通过光学显微镜、Ⅹ射线衍射仪(XRD)和
为1.25×102S/m。
扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构形貌进行表
关词:木材;金属镍;复合材料;力学性能
征,利用万能力学实验机和万能电表测试其力学与导
中图分类号:TB322
文献标识码:A
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.13.035
电性能,研究木材基质内金属Ni的形貌结构及其对木
材的力学性能和导电性能的影响。
引言
2材料与方法
随着电子技术的广泛应用,电磁辐射已成为21世
纪的主要污染源,不仅造成环境污染,对人类身心健康
将成年泡桐锯解成规格为20mm(径向)×20mm
危害极大1。木材广泛应用于家具和包装等与人类(弦向)×30mm(轴向)的木块,70℃干燥5d待用。配
牛活密切相关的行业,同时我国速生林木材资源相对置一定浓度的Ni(Ac)2溶液(0.1、0.2、0.
卡富,但其易腐朽变形和机械强度低等缺陷大大限制和0.5mol/L,通过N*浓度来控制基质内金属Ni的
了其应用范围和应用前景。将木材开发成为一种替代含量),加入一定量(与N+浓度比为1:1)的苹果酸
金属和塑料的新型电磁屏蔽材料,具有十分重要的意
与(与N浓度比为1:1)丁二酸作为络合剂,搅拌至
义3。因此通过材料改性使木材高性能化和多功能溶解完全,用NaOH调节溶液pH值=10,滴加适量
化,实现低质木材的高效利用,可使我国加速实现绿色水合肼(与Nは浓度比为7:1)生成深蓝色透明液体。
经济,有利于木材工业和林产业的可持续发展?。
选取木材试块质量在(3.00土0.05)g,将木材试件放入
镍金属由于其优良的导电性、对电磁波有较好的前驱体溶液中真空浸渍(真空度1.01×10FPa)24h后,
吸收能力且价格便宜被广泛应用于电磁波屏蔽材将试件和溶液转移至内衬有聚四氟乙烯的水热反应釜
料,。北京林业大学黄金田利用化学镀方法在木材中(饱和度为80%),70℃加热6、12和24h。自然冷却
表面镀镍赋予木材优良的电磁屏蔽性能,东北林业后取出木块试件,表面洗净后放入70℃真空干爍箱内
大学王立娟等研究木材表面镀Ni12,但这种表面镀真空干燥48h(真空度为1.01×101Pa)
基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2011M501375);安徽省博士后科研资助项目(11003833)
收到初稿日期:2012-10-15
收到修改稿日期:2013-03-20
通讯作者:刘盛全
作者筒介;姚晓林(1974-),男,安徽铜陵人,副教授,博士,从事木质复合材料研究
姚晓林等:金属镍木材复合材料的制备及其性能研究
1965
复合材料外部,金属Ni含量较高,在44.54和51,89
3表征及性能测试
处出现特征峰,分别对应Ni(111)和(200),金属Ni呈
3.1显微结构表征
面心立方结构。从复合材料XRD图谱可以看到试样
使用轮转式切片机(浙江金华科迪仪器设备公司)在10.94、16.48和18.46°等处出现了杂质峰,检索主
在改性木材的中间位置的横切面和径切面分别切出要为镍与胺形成的络合物等,这是由于化学反应不完
20gm的薄片,使用光学显微镜( Nikon E100)观察木全以及木材纤维素出现一定程度降解生成的杂质:
材显微结构及金属镍在木材基质内的分布状况。
N H+2NI+4OH - 2NI+N24+4H:O
3.2形貌结构表征
将干燥后的木材试件放置于研钵中用液氮冷却,
磨碎,除去木材表面,磨成粉末状,过180目筛,用XD
3X射线衍射仪(Cu靶,管电压36kV,管电流20mA,
20
额定功率1.5kW,波长入=0.15406nm,扫描范围10
70°)测定其成分。使用 sirion200扫描电子显微镜
e insid.
Original wood
(FEI厂商)观察切片金属镍在木材基质内的晶粒形
貌
2
3.3力学性能及电阻的测试
图1木材复合材料的XRD图
用砂纸将木块试块表面磨平除去表面沉积的金属
Fig I XRD patterns of wood composites
镍,放人WDW微机控制万能力学实验机(长春试验机4.2复合材料光学显微结构分析
厂)球面活动支座中心位置,均匀加压,使试样在2min
图2为复合材料的光学显微结构图,金属Ni含量
内破坏,测试木块的轴向抗压强度。使用表面平整的为5%(质量分数),水热反应时间为12h,溶液浓度为
铜片夹住木材两端,用导线与万用电表相接,测定其电0.5mol/L,其中图2(a)为横切面纤维结构(10×10)
阻R。
图2(b)为横切面纤维结构(10X40);图2(c)为径切面
4结果与讨论
纤维结构(10×40)。从图2(a)可以看到,一方面轴向
纤维细胞排列整齐,结构完整,说明改性前后木材细胞
4.1X射线行射仪(XRD)分析表征
结构没有发生明显变化;另一方面,椭圆形的纤维细胞
图1为金属镍木质复合材料试样与生材的XRD壁内均附着1层黑色、厚度均匀且连续的金属镍层,这
图谱,其中金属镍木质复合材料的前驱体溶液浓度为不仅会在胞腔较大的纤维细胞壁内生成,在孔隙较小
0.50mol/L,水热时间为12h。从图1可以看到,素材的轴向薄壁细胞内及胞