本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种生物炭基热固性树脂复合材料及其制备方法。
背景技术：
生物炭，也叫生物质炭、生物质焦，是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经高温热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物体，属于黑炭的一种类型。生物炭是一种新型的环境友好型材料，其来源广、可降解、成本低、比表面积大、吸附性好等，所制备成的复合材料广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附、土壤改良、高品质能源等日常生活中。因此，具有广阔的市场前景和良好的社会经济效益。
利用生物炭制备复合材料是生物炭资源利用的一种重要途径，当前，生物质炭复合材料主要分为三类。第一类是生物炭-磁性复合材料，将制备好的生物炭水悬浮液与fe3+/fe2+溶液混合，利用fe3+/fe2+将生物炭磁化，制备生物炭磁性复合材料，其对污染物的去除能力显著提高。然而，一方面，生物炭磁性复合材料的制备过程中需要加入大量的fe3+/fe2+、naoh等化学试剂，对环境造成潜在的危害；另一方面，后续化学试剂的回收以及大量废水的处理既危害环境又增加成本。第二类是生物炭-纳米复合材料，生物炭纳米复合材料的制备多通过浸蘸法，即将生物质原材料直接与纳米材料的悬浮液混合，搅拌均匀后烘干，再在高温下限氧/绝氧裂解。然而纳米材料溶解性差，且在环境中容易团聚，限制了纳米材料的推广应用。第三类，生物炭-无机复合材料。用化学修饰的方法将无机材料与生物炭复合，在生物炭表面添加一些能够与污染物相互作用的基团，从而提高吸附效果。然而，一方面，化学修饰的方法需要加入大量的有害化学试剂，危害环境；另一方面，化学修饰方法过程相对复杂，不利于工业化。
生物炭基热固性树脂复合材料是一种新型复合材料。生物炭基热固性树脂复合材料具有以下特点：首先，生物炭材料来源广泛，价格便宜；其次，生物炭基热固性树脂复合材料中，生物炭的用量较大，而生物炭是环境友好型材料，因此，复合材料具有较好的生物可降解性；再次，生物炭的制备过程中植物纤维需经过高温处理，可使纤维素和半纤维素分解，芳香化程度增加，碳元素含量增加，氢和氧元素含量降低，疏水性有所增强，能有效增强其与热固性树脂的界面相容性，因此，可制备机械性能优良的生物炭基热固性树脂复合材料。
目前，尚缺少生物炭基热固性树脂复合材料的的制备方法以及相关的成型配方。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种生物炭基热固性树脂复合材料的制备方法。
具体技术方案如下：
一种生物炭基热固性树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)生物炭原料前处理：
直接取生物炭原料，利用高速多功能粉碎机进行粉碎至粉料，备用；
(2)与环氧树脂和固化剂混合：
取适量步骤(1)的所述生物炭粉料，加入热固性树脂混合均匀，然后再加入固化剂混合均匀，备用；
(3)填充：
将所述步骤(2)中混合好热固性树脂和固化剂的生物炭混合物置于成型模具中，填充均匀；
(4)固化成型：
将所述步骤(3)所得样品在一定温度下放置适当时间，固化成型，脱除模具，即得。
在其中一些实施例中，所述步骤(1)为直接取粉碎后的生物炭粉料。
在其中一些实施例中，所述步骤(2)中的热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯等其中一种或一种以上；所述生物炭粉料与热固性树脂的重量比为：生物炭粉料重量计为：600重量份；热固性树脂为：205-315重量份。
在其中一些实施例中，所述步骤(2)中的固化剂为可与热固性树脂中的一种或一种以上匹配使用的固化剂，所述步骤(2)中的热固性树脂与固化剂的重量比为：热固性树脂计为00重量份，固化剂为2～25重量份。
在其中一些实施例中，所述步骤(4)中的固化温度温度为室温～100℃，固化时间为20min以上。
本发明还提供一种上述制备方法所得生物炭基热固性树脂复合材料。
本发明的发明人团队针对现有技术中因：
由于植物生物质含有大量羟基，具有较好的亲水性，与疏水性的热固性树脂存在界面相容性差的问题，通过对植物生物质在完全或部分缺氧条件下进行高温裂解处理，使纤维素和半纤维素分解，芳香化程度增加，碳元素含量增加，氢和氧元素含量降低，疏水性有所增强，有效地提高了生物炭和热固性树脂的界面相容性。通过大量的研究，确定出一种抗压强度高、环保的生物炭基热固性树脂复合材料及其制备方法。
本发明制备方法具有工序简单、易操作等优点。一、生物炭原料来源丰富、价格便宜，是一种环境友好型材料；生物炭是植物生物质在完全或部分缺氧条件下进行高温裂解制备生物质裂解油或生物质裂解气而剩余的残渣，材料来源广泛，价格便宜；二、制备工序简单、易操作；将粉碎后的生物炭原料按优选比例与热固性树脂及固化剂进行混合均匀，然后填充至磨具，固化成型，脱除磨具，即得。制备工序简单易行，既可小作坊操作，又可工业化生产。由于所需原料为生物炭、热固性树脂、固化剂，因此原料较易获取，且生物炭与热固性树脂的界面结合性较好，因此制备的生物炭基热固性复合材料既具有较好的机械性能，又具有较好的生物可降解性。
本发明生物炭基热固性树脂复合材料既解决了植物资源浪费的问题，为木质纤维素及生物炭多元化利用提供了依据，又拓展了复合材料的应用领域，具有广阔的研究前景。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
本发明实施例中所用原料均为市售普通原料。
实施例1：
一种生物炭基热固性树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)生物炭原料前处理：
利用高速多功能粉碎机把生物炭原料进行粉碎处理至粉料，称取600g生物炭粉料；
(2)与环氧树脂和固化剂的混合：
称取粘稠状液体环氧树脂(e51)240g，加入至生物炭粉料中，搅拌至均匀，然后称取48g固化剂酚醛胺(t-31)，加入上述已经搅拌均匀的混合物中，再次搅拌至均匀，备用；
(3)填充：
将步骤(2)中混合好环氧树脂(e51)和固化剂(t-31)的混合物置于成型模具中，填充均匀；
(4)固化成型：
将步骤(3)所得样品，置于常温下固化50min，成型，脱除磨具，即得复合材料。
(5)性能检测：
检测方法参照国家标准gb/t50081-2002。
实施例1所得的生物炭基热固性树脂复合材料，在该条件下的抗压强度6.75mpa。
实施例2：
一种生物炭基热固性树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)生物炭原料前处理：
利用高速多功能粉碎机把生物炭原料进行粉碎处理至粉料，称取600g生物炭粉料；
(2)与不饱和聚酯树脂(191树脂)、固化剂和促进剂混合：
称取粘稠状液体191树脂285g，加入至生物炭粉料中，搅拌至均匀，然后称取5.7g固化剂及2.85g促进剂，加入上述混合物中，再次搅拌至均匀，备用；
(3)填充：
将步骤(2)中混合好191树脂、固化剂和促进剂的混合物置于成型模具中，填充均匀；
(4)固化成型：
将步骤(3)所得样品，置于常温下固化60min，成型，脱除磨具，然后在80℃条件加热固化10h，即得复合材料。
(5)性能检测：
检测方法参照国家标准gb/t50081-2002。
实施例2所得的生物炭基热固性树脂复合材料，在该条件下的抗压强度34.5mpa。
由上可知，本发明中所制备的生物炭基热固性树脂复合材料，制备方法简单，抗压强度高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述。然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的2种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。