全 文 ：复 合 材 料 学 报 第３０卷 　 第２期 　　４月 　２０１３年
犃犮狋犪犕犪狋犲狉犻犪犲犆狅犿狆狅狊犻狋犪犲犛犻狀犻犮犪 Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ　 ２０１３
文章编号：１０００－３８５１（２０１３）０２－０１１８－０６
收到初稿日期：２０１２－０１－１９；收到修改稿日期：２０１２－０４－１７；网络出版时间：２０１２－１１－１２　０８：５２：１６
网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１８０１．ＴＢ．２０１２１１１２．０８５２．００３．ｈｔｍｌ
基金项目：安徽省自然科学基金（１１０４０６０６Ｍ２９）；国家大学生创新性实验计划项目（０９１０３５９４０）
通讯作者：吴文涛，博士，副教授，硕士生导师，从事环境科学与工程的教学与科研工作　Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｗｔｈｆｕｔ＠１２６．ｃｏｍ
凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能
吴文涛＊，聂志芳，徐　良，徐　凤
（合肥工业大学 资源与环境工程学院，合肥２３０００９）
摘　要：　为了资源化利用油菜秸秆等废弃物，以油菜秸秆和凹凸棒石为原料，以酚醛树脂为黏结剂，通过复合、热压、
烧结等工艺过程制备了凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷。对不同原料质量配比和烧结温度下制备的复合材料进行性能测
试。结果表明，采用该工艺制备凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷是可行的，原料的选择、质量配比、烧结温度等参数对材
料制备过程及性能均有较大的影响。油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为１∶２时复合材料的力学性能较好，烧结温度在
６００～７００℃时，残炭率最高；在６００～８００℃范围内，抗弯强度的提高达到最佳；在８００℃时，导电性能得到改善。
关键词：　油菜秸秆；木质陶瓷；凹凸棒石；复合材料；性能表征
中图分类号：　Ｘ７９２；ＴＢ３３２　　　文献标志码：　Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｆｒｏｍ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ
ＷＵ　Ｗｅｎｔａｏ＊，ＮＩＥ　Ｚｈｉｆａｎｇ，ＸＵ　Ｌｉａｎｇ，ＸＵ　Ｆｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｃｙｃｌｅ　ｏｆ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ　ｗａｓｔｅ，ａ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｐｒｅｐａｒｅ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ
ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｆｒｏｍ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｉｘｉｎｇ，ｈｏｔｌｙ　ｐｒｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，
ｕｓｉｎｇ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ　ａｎｄ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ａｓ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｐｈｅｎｏｌｒｅｓｉｎ　ａｓ　ａｄｈｅｓｉｖｅ．Ｔｈｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ，ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ
ｃｌａｙ　ａｎｄ　ｐｈｅｎｏｌｒｅｓｉｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｑｕａｌｉｔｙ　ｒａｔｉｏｓ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｈａｖｅ　ｍｕｃｈ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｉｓ　ｇｏｏｄ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ　ｔｏ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｉｓ　１∶２．Ａｌｓｏ　ｆｏｒ　ｔｈｅｓｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｅ　ｃａｒｂｏｎ
ｙｉｅｌｄ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ａｔ　６００～７００℃ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ａｔ　６００～８００℃，
ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｔ　８００℃．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ；ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ；ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ
　　目前，材料的开采与生产过程是资源、能源消
耗和环境严重污染的源头，它直接影响着人类社会
的生存及是否能持续发展，环境材料就是在这样的
背景下提出的［１－３］。
木质陶瓷（ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ）是一种采用木质材料
浸渍热固性树脂后真空（或氮气保护）碳化而成的一
种新型多孔质碳素材料［４－６］，是一种典型的环境材
料［７－１１］。油菜秸秆的主要成分为纤维素，将其制备
成木质陶瓷是其资源化的一条新途径。凹凸棒石是
一种具有特殊链层状分子结构的含水富镁铝硅酸盐
黏土矿物，呈现棒状晶体形态，表现出纳米效应、
吸附活性和化学活性［１２－１３］，在凹凸棒石复合材料应
用方面具有很大的潜力。
为了获取密度大，力学性能较佳的复合材料，
本文作者在前期研究的基础上［１１，１４－１７］，利用油菜秸
秆和凹凸棒石为原料，以酚醛树脂为黏结剂，通过
复合、热压、烧结等工艺过程制备出凹凸棒石／油
菜秸秆木质陶瓷。并利用这些在不同原料质量配比
和烧结温度下制备的复合材料进行性能测试，以获
得其最佳工艺参数。
１　实验材料及方法
１．１　材　料
油菜秸秆、凹凸棒石、酚醛树脂、固化剂、酒
DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.2013.02.005
精（分析纯）等。
１．２　凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的制备
将油菜秸秆、凹凸棒石、酚醛树脂、酒精及固
化剂按表１配比混合，将混合物烘干预处理，并在
１００～１５０℃、６ＭＰａ压力下压制约６０ｍｉｎ，得到热
压成型的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷坯体。最后
将这些坯体分别于６００、７００、８００、９００、１０００、
１１００、１２００℃下烧结，得到２１种凹凸棒石／油菜秸
秆木质陶瓷（如表２）。
１．３　凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的性能测试
凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的残炭率（％）通过
复合材料烧结前后质量变化来计算：Ｃ＝ｍ１／ｍ２×
１００％ ，其中，Ｃ为复合材料的残炭率；ｍ１ 为复合
材料烧结后的质量；ｍ２ 为复合材料烧结前的质量。
抗弯强度（ＭＰａ）使用微机控制电子万能试验机
（ＣＭＴ４３０４，美特斯工业系统有限公司生产）测定。
体积密度（ｇ／ｃｍ３）、真密度（ｇ／ｃｍ３）、气孔率（％）根
据ＧＢ／Ｔ　１４２３－１９９６和 ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，美国材料与试验协会）
来测定。电阻率按照ＧＢ／Ｔ　１４２４－１９９６测定。其
中，在测定样品的残炭率和抗弯强度时，由于每
种配比的复合材料在每个温度点烧结了两个样
品，因此，在数据处理中，残炭率及抗弯强度取平
均值。
表１　不同凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的原料质量配比
Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ
Ｓｃｈｅｍｅｓ　 Ｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ／ｇ　 Ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ／ｇ　 Ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｒｅｓｉｎ／ｇ　 Ａｌｃｏｈｏｌ／ｍＬ　 Ｃｕｒｉｎｇ　ａｇｅｎｔ／ｇ
１　 ２００　 １００　 １５０　 １５０　 ７５
２　 １００　 １００　 １００　 １００　 ５０
３　 １００　 ２００　 １５０　 １５０　 ７５
表２　２１种不同的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷
Ｔａｂｌｅ　２　２１ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ
Ｐｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　 ６００℃ ７００℃ ８００℃ ９００℃ １０００℃ １１００℃ １２００℃
ｍｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ：ｍｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ＝２∶１　 Ｗ１１ Ｗ２１ Ｗ３１ Ｗ４１ Ｗ５１ Ｗ６１ Ｗ７１
ｍｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ：ｍｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ＝１∶１　 Ｗ１２ Ｗ２２ Ｗ３２ Ｗ４２ Ｗ５２ Ｗ６２ Ｗ７２
ｍｒａｐｅ　ｓｔｒａｗ：ｍｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ＝１∶２　 Ｗ１３ Ｗ２３ Ｗ３３ Ｗ４３ Ｗ５３ Ｗ６３ Ｗ７３
Ｎｏｔｅ：Ｗ —Ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ．
２　结果与分析
２．１　凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的ＳＥＭ形貌
图１为油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为ｍｒ∶
ｍｐ＝１∶２的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷在６００℃
和１０００℃下的ＳＥＭ 图像。由图１（ａ）可以看出，
６００℃下质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２的复合材料烧
结后有机质挥发后留下的孔洞丰富且清楚，孔径大
小不等，最大达到１０μｍ，小孔可以是纳米级别，
但是微米级别的孔径较多，同时部分凹凸棒石发生
了熔融现象。由图１（ｂ）可以看出，相同质量配比
的复合材料经１０００℃烧结后，材料表面的微形貌
显著不同。１０００℃烧结后的复合材料大孔隙显著
减少且显著变形，小孔隙增多，凹凸棒石熔融程度
加大，且大孔多被高温熔融的凹凸棒石熔体灌输，
凹凸棒石对孔起到支撑作用。
２．２　凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的性能测试
２．２．１　残炭率
残炭率是木质陶瓷的一项重要指标［１８］，图２为
不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的残
炭率与烧结温度变化的关系。
从理论上讲，凹凸棒石所占比重越高，残炭率
就越高，残炭率随着温度的升高和分解产物的不断
逸出而降低。由图２可以看出，在质量配比为ｍｒ∶
ｍｐ ＝１∶２的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷中，凹凸
棒石充当了主要原料，样品的残炭率最大。在质量
配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝２∶１的凹凸棒石／油菜秸秆木质
陶瓷中，由于油菜秸秆比重较大，油菜秸秆脱水植
物残渣挥发等作用，使得残炭率水平较低。所以本
试验中，质量配比为ｍｒ∶ｍｐ＝２∶１的凹凸棒石／油
菜秸秆木质陶瓷的残炭率要低于质量配比为ｍｒ∶
·９１１·吴文涛，等：凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能
图１　油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２的凹凸
棒石／油菜秸秆木质陶瓷在６００℃和１０００℃下烧结的ＳＥＭ图像
Ｆｉｇ．１　ＳＥＭ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ
ｗｉｔｈ　ｍｒ∶ｍｐ＝１∶２ａｔ　６００℃ａｎｄ　１０００℃ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
图２　不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷残炭率
与烧结温度变化的关系
Ｆｉｇ．２　 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃａｒｂｏｎ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ
ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｒａｗ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｍｐ＝１∶２的木质陶瓷。
对于质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶１的凹凸棒石／油
菜秸秆木质陶瓷，由图２可以看出，其残炭率的变化
波动最大，但总体上高于质量配比为ｍｒ∶ｍｐ＝２∶１，
低于质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２。原因是当油菜秸秆
和凹凸棒石的量相等时，由于凹凸棒石改性木质陶
瓷的热活性，油菜秸秆与凹凸棒石发生反应，样品的
性状相对不稳定［１１］，从而使得样品因烧结温度不同
而存在较大差异。
由此可得，残炭率最高出现在６００～７００℃左
右，这一温度范围最有利于烧结制备高残炭率样
品，最佳质量配比是ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２。
２．２．２　抗弯强度
图３为不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木
质陶瓷的抗弯强度与烧结温度变化的关系。木质陶
瓷的抗弯强度随烧结温度的变化趋势是其烧结过程
中碳化等反应造成的。随着烧结温度的升高，碳化
程度完全及玻璃碳的成分增加，木质陶瓷的抗弯强
度也逐渐上升。可以看出，质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１
∶２的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的抗弯强度先
增大，７００℃以后开始大幅度减小，这是因为凹凸
棒石过量会对复合材料的微观结构产生影响而降低
复合材料的抗弯强度。
另外，由图３可以看出，１０００℃以上时质量配
比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶１的凹凸棒石／油菜秸秆木质陶
瓷的抗弯强度最大，且凹凸棒石对复合材料抗弯强
度的提高在６００～８００℃达到最佳，这与凹凸棒石
改性木质陶瓷的结论也是一致的［１１］。因为凹凸棒
石晶体直径只有４０ｎｍ，属于天然纳米材料，具有
很高的热活性，凹凸棒石在比较低的温度下就可以
部分烧结，从而提高了木质陶瓷的强度［１９］。因此，
获得具有较好抗弯强度的木质陶瓷的适宜烧结温度
为６００～８００℃，最佳质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２。
２．２．３　密度和气孔率
密度和气孔率是木质陶瓷的另外两个重要指
标，其中，密度包括体积密度和真密度。它们与材
料的导电性能、力学性能以及吸附性能都是相关
的［１１，２０］。图４为不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸
秆木质陶瓷的密度及气孔率与温度变化的关系图。
对于体积密度，一方面随着挥发组分的排除，
气孔率增加，体积密度应有下降的趋势，另一方
面，伴随着材料的整体收缩，体积密度又有升高趋
势，由图４（ａ）可知，本试验结果是两者交替占
优势。
随着碳化温度的升高，碳氢化合物不断排除挥
发组分，同时伴随着缩聚反应，组成碳的基本质点
不断密集与分子排列的不断规整化以及石墨化的程
度，复合材料的真密度必然不断提高，从图４（ｂ）中
可以看出，三种不同质量配比的复合材料的真密度
·０２１· 复 合 材 料 学 报
图３　不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷抗弯强度
与烧结温度变化的关系
Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ
ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｒａｗ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
变化趋势整体上也符合此规律。
从理论上来说，随着温度的升高，气孔率上
升，体积密度减小，但还应考虑到酚醛树脂溶液的
浸渍会封闭试样中的一部分孔隙或分解形成气泡残
留，这些封闭气孔会随着试样整体的收缩而减小或
随着分解反应裂成开孔而导致显气孔率增加。在图
４（ｃ）中，质量配比为ｍｒ∶ｍｐ＝２∶１的凹凸棒石／油
菜秸秆木质陶瓷的气孔率在７００℃开始减小，这是
因为酚醛树脂封闭试样的空隙占优势；而对于质量
配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２的凹凸棒石／油菜秸秆木质
陶瓷，因酚醛树脂分解形成气泡占优势，随着温度
的升高，其气孔率不断增大，且真密度增加，体积
密度减少缓慢；质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶１的凹凸
棒石／油菜秸秆木质陶瓷的体积密度和气孔率变化
波动较大，随着温度的升高既有增大也有减小，其
原因为：（１）凹凸棒石与油菜秸秆等量时，凹凸棒
石改性油菜秸秆基木质陶瓷的性能的作用不稳定；
（２）该配比下的酚醛树脂较少，原料与酚醛树脂混
合不够均匀，造成酚醛树脂在相同配比下的不同样
品的封闭试样中的一部分孔隙或分解形成气泡残留
的作用不一致。
２．２．４　电阻率
图５为不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木
质陶瓷电阻率随温度变化的关系。从总体上看，每
个配比的样品的电阻率都随烧结温度的升高而下降，
样品的电阻率在６００～７００℃之间变化幅度较大，之
图４　不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的
密度及气孔率与烧结温度变化的关系
Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｓ　ｗｅｌ　ａｓ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｏｆ
ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｑｕａｌｉｔｙ　ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
后变化减缓，８００℃时，电阻率达到１０－１Ω·ｃｍ量
级，而国外报道则是８００℃电阻率为１００Ω·ｃｍ量
级［２１－２３］。由此可得，用此法制备的复合材料比传统
浸渍法制成的样品在同一温度下的石墨化更充分。
另外，由图４（ｂ）与图５分析可以得出，电阻率变化
·１２１·吴文涛，等：凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能
图５　不同质量配比下凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷电阻率
与烧结温度变化的关系
Ｆｉｇ．５　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｙ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ
ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ
ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
趋势与其真密度变化趋势恰好相反，说明试样的导
电状态在很大程度上受密度的影响，这支持了电阻
率同密度关系的理论。
３　结　论
（１）凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷中的油菜秸
秆所占的比重越小，其中纤维素和半纤维素产生的
挥发物就越少，其残炭率越大；而凹凸棒石同时也抑
制了挥发物的产生，提高了残炭率。６００～７００℃时，
油菜秸秆与凹凸棒石质量配比为ｍｒ∶ｍｐ＝１∶２的样
品残炭率最高。
（２）凹凸棒石对凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷
抗弯强度的提高在６００～８００℃达到最佳，此时样
品的最佳质量配比为ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２。
（３）酚醛树脂浸渍对封闭气孔的影响是双重
的，因质量配比不同影响程度不同。质量配比为
ｍｒ∶ｍｐ ＝１∶２时，凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的
气孔率和真密度增加，而其体积密度减少缓慢，该
质量配比的样品较其它质量配比样品的力学性
能好。
（４）凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的电阻率在
６００～７００℃之间变化幅度较大，之后变化减缓，
８００℃时，电阻率达到１０－１Ω·ｃｍ量级，样品的导
电性能得到改善。
参考文献：
［１］　金志浩，高积强，乔冠军．工程陶瓷材料［Ｍ］．西安：西安交
通大学出版社，２０００：８．
Ｊｉｎ　Ｚｈｉｈａｏ，Ｇａｏ　Ｊｉｑｉａｎｇ，Ｑｉａｏ　Ｇｕａｎｊｕｎ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｅｒａｍｉｃ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｘｉ’ａｎ：Ｘｉ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，２０００：
８．
［２］　郭国林．环境材料的分析与研究［Ｊ］．机械设计与制造，２００６
（１２）：１６９－１７０．
Ｇｕｏ　Ｇｕｏｌｉｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００６（１２）：１６９－１７０．
［３］　石孝洪，李　军，桑雪梅．材料的环境协调性设计 ［Ｊ］．重庆
环境科学，２００３，２５（７）：５４－５７．
Ｓｈｉ　Ｘｉａｏｈｏｎｇ，Ｌｉ　Ｊｕｎ，Ｓａｎｇ　Ｘｕｅｍｅｉ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｆｒｉｅｎｄｌｉｎｅｓｓ［Ｊ］．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，２５
（７）：５４－５７．
［４］　Ｏｋａｂｅ　Ｔ，Ｓａｉｔｏ　Ｋ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ ［Ｃ］／／
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３ｒｄ　ＩＵＭＲＳ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ＢＶ，２００２：６８１－６８４．
［５］　黄　彪，高尚愚．功能性木质炭素新材料的研究与开发［Ｊ］．
新型炭材料，２００４，１９（２）：１５１－１５７．
Ｈｕａｎｇ　Ｂｉａｏ，Ｇａｏ　Ｓｈａｎｇｙｕ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｃａｒｂｏｎ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｒｏｍ　ｗｏｏｄ　ｃｈａｒｃｏａｌｓ［Ｊ］．Ｎｅｗ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，
２００４，１９（２）：１５１－１５７．
［６］　吴文涛，徐晓春，陈天虎．阻燃剂对作物秸秆木质陶瓷残碳率
的影响［Ｊ］．农业工程学报，２００９，２５（２）：１７３－１７６．
Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ，Ｘｕ　Ｘｉａｏｃｈｕｎ，Ｃｈｅｎ　Ｔｉａｎｈｕ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｄｄｉｔｉｖｅ
ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ
ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ　ａｎｄ　ｗｏｏｄｙ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ
ＣＳＡＥ，２００９，２５（２）：１７３－１７６．
［７］　山本良一．环境材料［Ｍ］．王天民，译．北京：化学工业出版
社，１９９７：１－１１．
Ｙａｍａｍｏｔｏ　Ｒ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｗａｎｇ　Ｔｉａｎｍｉｎ，
ｔｒａｎｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，１９９７：１－１１．
［８］　王天民，郝维昌．生态环境材料———社会可持续发展的物质
基础［Ｊ］．航空学报，２００２，２３（５）：４５９－４６６．
Ｗａｎｇ　Ｔｉａｎｍｉｎ，Ｈａｏ　Ｗｅｉｃｈａｎｇ．Ｅｃｏｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ　ｏｆ
ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｏｃｉｅｔｙ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ　ｅｔ
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２００２，２３（５）：４５９－４６６．
［９］　Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ．Ｅｃｏ－ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ，
２００５，１（２）：６４－６９．
［１０］谢贤清，范同祥，张　荻，等．高阻尼木质陶瓷／ＭＢ１５复合材
料的制备及性能分析［Ｊ］．复合材料学报，２００３，２０（１）：７－１１．
Ｘｉｅ　Ｘｉａｎｑｉｎｇ，Ｆａｎ　Ｔｏｎｇｘｉａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｄｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ／ＭＢ１５ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ　Ｓｉｎｉｃａ，２００３，２０（１）：７－１１．
［１１］吴文涛，陈天虎，徐晓春．凹凸棒石改性甘蔗渣／麦秸木质陶
瓷制备与性能［Ｊ］．农业工程学报，２０１０，２６（１）：３０５－３０８．
Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ，Ｃｈｅｎ　Ｔｉａｎｈｕ，Ｘｕ　Ｘｉａｏｃｈｕｎ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ　ｃｌａｙ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｆｒｏｍ
ｂａｇａｓｓｅ／ｗｈｅａｔ　ｓｔｒａｗ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＡＥ，２０１０，
２６（１）：３０５－３０８．
［１２］谢晶晶，陈天虎，王　健，等．凹凸棒石与Ｚｎ２＋的长期作用研
·２２１· 复 合 材 料 学 报
究［Ｊ］．矿物学报，２０１１，３１（４）：７３８－７４１．
Ｘｉｅ　Ｊｉｎｇｊｉｎｇ，Ｃｈｅｎ　Ｔｉａｎｈｕ，Ｗａｎｇ　Ｊｉａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｌｏｎｇ－
ｔｅｒｍ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｔｅ　ａｎｄ　Ｚｎ２＋ ［Ｊ］． Ａｃｔａ
Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２０１１，３１（４）：７３８－７４１．
［１３］秦泽勇，姚　超，魏科年，等．凹凸棒石／稻壳活性炭复合材
料的制备及对阳离子黄 Ｘ－ＧＬ的吸附性能［Ｊ］．非金属矿，
２０１１，３４（５）：５８－６１．
Ｑｉｎ　Ｚｅｙｏｎｇ，Ｙａｏ　Ｃｈａｏ，Ｗｅｉ　Ｋｅｎｉａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｏ　ｃａｔｉｏｎｉｃ　ｙｅｌｏｗ　Ｘ－ＧＬ　ｏｆ　ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ／ｒｉｃｅ　ｈｕｌ－
ｂａｓｅｄ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｎｏｎ－Ｍｅｔａｌｉｃ　Ｍｉｎｅｓ，
２０１１，３４（５）：５８－６１．
［１４］吴文涛，孙世群．甘蔗渣制备木质陶瓷及其性能表征［Ｊ］．合
肥工业大学学报，２００１，２４（６）：１１３２－１１３６．
Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ，Ｓｕｎ　Ｓｈｉｑｕｎ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ　ｆｒｏｍ
ｂａｇａｓｓｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｆｅｉ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，２４（６）：１１３２－１１３６．
［１５］吴文涛．升温模式对木质陶瓷性能的影响 ［Ｊ］．农业工程学
报，２００５，２１（６）：１２６－１３０．
Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ
ｗｈｅａｔ　ｓｔｒａｗ－ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＡＥ，２００５，
２１（６）：１２６－１３０．
［１６］吴文涛．不同黏结剂组合甘蔗渣／麦秸碳复合材料制备与性能
研究［Ｊ］．农业工程学报，２００８，２４（５）：２０３－２０８．
Ｗｕ　Ｗｅｎｔａｏ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｆｒｏｍ　ｂａｇａｓｓｅ／ｗｈｅａｔ　ｓｔｒａｗ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｄｈｅｓｉｖｅｓ［Ｊ］．
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＡＥ，２００８，２４（５）：２０４－２０８．
［１７］涂建华，张利波，彭金辉．炭化温度对木质陶瓷性能和结构的
影响［Ｊ］．材料热处理学报，２００５，２７（３）：３０１－３０４．
Ｔｕ　Ｊｉａｎｈｕａ，Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｂｏ，Ｐｅｎｇ　Ｊｉｎｈｕｉ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ
ｆｒｏｍ　ｃａｒｂｏｎｉｚｉｎｇ　ｔｏｂａｃｃｏ　ｓｔｅｍｓ／ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｒｅｓｉｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，２００５，２７（３）：
３０１－３０４．
［１８］Ｏｚａｏａ　Ｒ，Ｎｉｓｈｉｍｏｔｏ　Ｙ，Ｐａｎ　Ｗ　Ｐ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅｒｍｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ／ｃａｒｂｏｎ　ｈｙｂｒｉｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｐｐｌｅ
ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａｌ　Ａｃｔａ，２００６，４４０：７５－８０．
［１９］陈天虎，王　健，庆承松，等．凹凸棒石热处理结构、形貌和
表面性质变化［Ｊ］．硅酸盐学报，２００６，３４（１１）：１４０６－１４１０．
Ｃｈｅｎ　Ｔｉａｎｈｕ，Ｗａｎｇ　Ｊｉａｎ，Ｑｉｎｇ　Ｃｈｅｎｇｓｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ
ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ［Ｊ］．Ｂｕｌｅｔｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ
Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００６，３４（１１）：１４０６－１４１０．
［２０］齐共金，张长瑞，胡海峰．两种先驱体低温裂解制备石英纤维
增强氮化硅复合材料［Ｊ］．复合材料学报，２００６，２３（５）：１０７－
１１０．
Ｑｉ　Ｇｏｎｇｊｉｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈａｎｇｒｕｉ，Ｈｕ　Ｈａｉｆｅｎｇ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ
ｓｉｌｉｃａ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｗｏ
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ　ｐｙｒｏｌｙｚｅｄ　ａｔ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ　Ｓｉｎｉｃａ，２００６，２３（５）：１０７－１１０．
［２１］Ｋａｎｏ　Ｍ．Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｃ］／／
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３ｒｄ　ＩＵＭＲＳ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ
Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ＢＶ，１９９４：
３６１－３６４．
［２２］Ｙｏｓｈｉｏｋａ　Ｈ，Ｋａｎｏｕ　Ｋ．Ｒｅｓｉｎ　ｆｏｒ　ｗｏｏｄｙ　ｅｃｏ－ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｃ］／／
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　９６ＭＲＳ－Ｊ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌａｔｅｓｔ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ
Ｎｅｗ　Ｐｌａｎｔ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｐｅｔｅｒ　Ｐｅｒｅｇｒｉｎｕｓ，１９９７：１２１－
１２４．
［２３］Ｋａｓａｉ　Ｋ．Ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｓｅｎｓｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｗｏｏｄｃｅｒａｍｉｃｓ
［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３ｒｄ　ＩＵＭＲＳ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ＢＶ，
１９９４：７７－８０．
·３２１·吴文涛，等：凹凸棒石／油菜秸秆木质陶瓷的制备及性能