《固體廢物處理與處置》實驗指導(dǎo)書實驗一植物殘渣的綜合利用（木質(zhì)陶瓷化）（4個學(xué)時）一實驗?zāi)康囊喳溄?、稻草、木屑、甘蔗渣等為原?采用破碎、混合、浸漬、熱壓成型、燒結(jié)等工藝制備出木質(zhì)陶瓷，制備出了各溫度點下的木質(zhì)陶瓷，對其密度、氣孔率、強度、電阻率等性能進行測試，對其性能特征、形成機理及規(guī)律進行分析研究。初步展示了原料配比、酚醛樹脂濃度、溫度等參數(shù)對整個制備過程及木質(zhì)陶瓷性能的影響。實驗結(jié)果證明了通過該工藝用麥秸或甘蔗渣等制備木質(zhì)陶瓷的可行性,同時也表明粘結(jié)劑和燒結(jié)溫度對木質(zhì)陶瓷性能影響很大，實驗為麥秸、甘蔗渣等植物殘渣的利用開辟了新的途徑。為木質(zhì)陶瓷的研究開辟了新的方向和空間。通過實驗，讓學(xué)生掌握《固體廢物處理與處置》課程中的收集、干燥、破碎、篩分、壓實、浸漬、熱處理等處理與處置工藝，熟悉基本過程，制備出試驗樣品，了解密度、氣孔率、強度、電阻率等性能的測試原理與方法。二實驗原理木質(zhì)陶瓷由日本青森工業(yè)試驗場的岡部敏弘和齋藤幸司于1990年開發(fā)，是一種采用木材(或其它木質(zhì)材料)在熱固性樹脂中浸漬后真空碳化而成的新型多孔質(zhì)碳素材料，其中的木質(zhì)材料燒結(jié)后生成軟質(zhì)無定形碳，樹脂生成硬質(zhì)玻璃。木質(zhì)陶瓷最初用天然木材制造，但由于原木及制品存在軸向、徑向、切向上的不均勻性和各向異性、燒結(jié)尺寸精度低等問題，后多采用中質(zhì)纖維板(MDF，一般氣干比重0.7g/cm3左右,含水8％左右)，這樣,原料基本上只有板面與板厚方向的性質(zhì)區(qū)別。甲醛樹脂在木制品中廣泛應(yīng)用,木質(zhì)陶瓷制備中常選用其中的酚醛樹脂，這多出于它價格低廉、合成方便,而且游離甲醛較少,燃燒后只生成CO2和H2O，具有環(huán)境協(xié)調(diào)性。浸漬時常采用低壓超聲波技術(shù)以提高浸漬率及其均勻性。碳化過程中伴隨有復(fù)雜的脫水、油蒸發(fā)、纖維素碳鏈切斷、脫氫、交聯(lián)和(碳)晶型轉(zhuǎn)變等反應(yīng)變化機理及控制利用是值得深入研究的。一般來說，木材在400℃左右形成芳香族多環(huán)，而后緩慢分解為軟質(zhì)無定形碳，樹脂500℃以上分解為石墨多環(huán)而后形成硬質(zhì)玻璃碳。玻璃碳以其硬質(zhì)貝殼狀斷口而命名，其基本結(jié)構(gòu)為層狀碳圍繞納米級間隙混雜排列的三維微孔構(gòu)造，既有碳素材料的耐熱、耐腐蝕、高熱導(dǎo)率、導(dǎo)電性,也具有玻璃的高強度、高硬度、高楊氏模量、均質(zhì)性和對氣體的阻透性。2000℃以上試樣基本全部碳化。激光加工因有高精度的突出優(yōu)點而受到重視。其中脈沖式CO2激光器對木質(zhì)陶瓷斷續(xù)加熱,熱應(yīng)力較小,能避免加工裂紋的出現(xiàn),是有前景的木質(zhì)陶瓷加工工具。木質(zhì)陶瓷的殘?zhí)悸?、硬度、強度、楊氏模量和斷裂韌性都隨含浸率或燒結(jié)溫度的提高而增加。現(xiàn)有木質(zhì)陶瓷的斷裂韌性很低,約在0.15~0.3MPa?m1/2的范圍,與冰相似,但其斷裂應(yīng)變隨浸漬率及燒結(jié)溫度的降低而升高,為1~10％左右,遠高于冰、水泥、SiC等脆性材料,甚至也高于鋁材。木質(zhì)陶瓷的摩擦系數(shù)幾乎不隨對磨材料的種類、粗糙度、潤滑劑和滑動速率的影響,一般穩(wěn)定在0.1~0.15之間,但隨荷重的增加而有所下降，認為木質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)多孔,潤滑油難以形成明顯油膜,只主要起冷卻作用,因此對各種耐熱材料在各種對磨速率下都難以減低其摩擦系數(shù)，同時石墨的剪切強度不隨表面、內(nèi)部而變化,因此對磨材料的粗糙度也不影響摩擦系數(shù)，但由于荷重的增加將導(dǎo)致木質(zhì)陶瓷表面間隙的減少,從而多少體現(xiàn)出油膜的效果。其磨損率可控制在7~10mm3/Nm的量級,現(xiàn)已有木質(zhì)陶瓷在制動裝置和無心磨床上的應(yīng)用研究。隨燒結(jié)溫度升高，碳化程度的進展,木質(zhì)陶瓷從絕緣體過渡到導(dǎo)體，其導(dǎo)電率隨電頻增加而減少。較高的導(dǎo)電性認為來自C-C結(jié)合的非極性電子的自由電子狀態(tài)。根據(jù)其電阻值隨環(huán)境溫度、濕度的上升而大致程線性下降的關(guān)系，可開發(fā)出新型溫敏、濕敏元件，如測溫、測濕計等等。在復(fù)電導(dǎo)率中，代表能量損失的虛部較代表極化大小的實部為大，因此木質(zhì)陶瓷可作電磁屏蔽材料。同7、高溫管式真空爐一臺。型號：CVD（G）-09/40/1，爐管尺寸：ф80×1200，最高溫度1600℃，極限真空度10Pa。8、數(shù)顯式液壓萬能實驗機一臺。型號為WES-20，最大實驗力20KN，精度為0.001KN。四實驗步驟秸稈秸稈模具破碎粘合劑預(yù)熱攪拌混合刷脫模劑烘干裝模熱壓性能表征：電導(dǎo)率、表觀密度、強度、殘?zhí)悸?、密度、氣孔率等木質(zhì)陶瓷粘土將甘蔗渣分成2組，配料及其單位分別為:甘蔗渣，g；酚醛樹脂，mL；酒精，mL；固化劑，mL。第1組按甘蔗渣∶酚醛樹脂∶酒精∶固化劑=100∶50∶50∶25的比例混合均勻，自然晾干后熱壓成100mm×50mm×5mm的試樣?；旌蠒r加酒精的目的是為了稀釋樹脂，使得樹脂與甘蔗渣充分浸潤混合。將第2組按甘蔗渣∶酚醛樹脂∶酒精∶固化劑=100∶70∶30∶20的比例混合均勻后壓制成試樣，并與第1組所得試樣的尺寸相同。將熱壓成型的2組試樣放入真空爐中，在氮氣保護氣氛中以5℃/min的速度分別升溫至300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，并在每一溫度保溫4h后隨爐冷卻。具體步驟如下：1、選料麥秸、稻草、木屑、甘蔗渣等植物殘渣的主要化學(xué)成分與木材相同,見表1所列,完全可以代替原木制備木質(zhì)陶瓷,減少了對原木的使用,實現(xiàn)了廢物資源化。甘蔗渣用植物粉碎機破碎。實驗所用樹脂為熱固型酚醛樹脂。表1甘蔗渣與部分木質(zhì)材料主要成分原料名稱多縮戊糖纖維素木質(zhì)素灰分甘蔗渣25.60～29.1048.20～55.6018.00～20.002.00～4.00稻殼16.00～22.0035.50～45.0021.00～26.0011.40～22.00棉桿20.7641.4223.169.47毛竹21.1245.5030.671.10白楊19.5059.0020.600.52樺木24.9053.5022.501.172、試樣制備和燒結(jié)2.1破碎麥秸、甘蔗渣等植物殘渣2.2破碎原料過篩2.3配制粘結(jié)劑2.4原料混合2.5浸漬2.6干燥原料2.7模具的設(shè)計2.8坯體預(yù)壓2.9預(yù)處理模具2.10裝模2.11合模及排氣2.12坯體壓制2.13脫模2.14坯體的檢測2.15坯體的燒結(jié)將坯體置于管式電阻爐內(nèi)，在氮氣的保護氛圍下