1. 研究目的与意义
目的：浸渍法生产磁性木材的干燥过程目的:第一次干燥(木材浸渍前干燥)控制试件含水率，排出木材本身水分，使前驱体溶液更易浸渍到木材中。fecl2/fecl3溶液浸泡后干燥，将前驱体溶液中的fecl2/fecl3的溶液浸渍到木材内，然后干燥，生成fe(oh)2/fe(oh)3并尽可能均匀的分布在试件上。氨水浸泡后干燥，氨水浸泡生成的磁性材料fe3o4，然后干燥，尽可能使得磁性材料均匀的分布在试件中。最终目的:确定针对不同前驱体溶液的溶剂、不同前驱体浓度以及不同浸渍深度情况下，干燥工艺中温度、湿度、时间等各种参数。并研究以上参数对最终产品中磁性颗粒的分布、粒径、磁性颗粒产生量等的影响，以及因此产生的对磁性木材磁性以及电磁波吸收性能的影响，并进行机理分析。最终确定适合不同制备方法的最优干燥工艺。
意义：磁性木材是一种新型的具有磁特性的木材，磁性木材作为一种生物质复合材料，既保留了木材原有的纹理和低密度、容易加工成型等优点，还因四氧化三铁等磁性材料的加入而具有其他特殊的性质。通过磁改性后的木材，可以增加木材更多的性能，如磁性木材可以发热，可以屏蔽。应用范围更加广泛。
磁性木材的干燥工艺是磁性木材制备中重要的工艺，干燥是改变木材内浸渍磁性材料分布均匀性、颗粒粒径等特性的关键，正确处理干燥工艺可以使磁性颗粒更容易渗透入木材体内部，并使磁性颗粒更均匀的分布在木材内外层，减少木材内外层浓度差。所以开展相关的干燥技术研究具有重要意义。
2. 国内外研究现状分析
国内在磁性木材制备中的浸渍和干燥工艺还没有深入的研究，但在磁性木材的制备方法及磁性研究，电磁波的吸收材料及发展动向，还有各种其他方向的浸渍和干燥工艺方面的研究都有很多。 1.磁性材料的制备方法 （1）陈京环等（2006）介绍了磁性木材和磁性木质材料的三种制备方法、特点及其应用。制备方法主要有3种：浸透法、粉体法和涂布法。浸透法：在一定的压力下将木材浸渍与磁流体中，磁流体浸透到木材纤维内，使木材带有磁性。磁流体渗透进入磁性木材的量由纤维长度和木材类型（边材或心材）决定。木材纤维越长，浸透的磁流体量越少；相同条件下，边材浸透的磁流体比心材多。粉体法：将磁粉、木粉和酚醛脂胶粘剂混合，并在一定高压和室温下压制一段时间，即制得粉体型磁性木材。操作简便，工艺过程与人造板的生产极为相似。涂布法：磁性涂料由磁粉和水及其他助剂制成。用纤维板作为涂布基质，将磁性涂料涂布于纤维板上，从而制得涂布型磁性木材。涂布型磁性木材具有更大的磁特性[1]。 （2）高洪林等（2010）以氯化铁和氯化亚铁混合液为浸渍溶液，以普通云南杉木为基体，在常温条件下，采用原味化学合成法制备出四氧化三铁/木材复合材料。用X射线衍射仪、红外光谱仪既扫描电镜对复合材料的结构进行了表征，用振动样品磁强计研究了材料的磁性能。利用简单的原位化学合成法采用浸渍→沉淀→清洗→干燥（晶化）等工序，在木材中复合四氧化三铁磁性功能体，制备出了磁性木材。通过化学合成法制备的复合木材，四氧化三铁与木材间达到了分子结合，产生了较强的物理化学作用，既保持了材料原有主要性能又显示了新的特征[2]。 （3）娄志超等（2017.4）研究了通过浸渍法制得的磁性木材产物不同部位对产物中磁性物质的分布、磁性和电磁波吸收性能的影响。利用金属盐离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点，将经过预处理的木材先后浸渍于三价铁和二价铁的混合溶液以及氨水溶液中，通过化学共沉淀的方法在木材中原位制备四氧化三铁纳米颗粒，从而得到磁性木材[3]。 （4）孙晋强等（2017.12)制备磁性木材的流程：木材→超声波清洗→干燥→氯化亚铁/氯化铁溶液中浸泡→冲洗、干燥→氨水中浸泡→冲洗、干燥→取样保存。研究表明盐溶液主要通过径向（导管）和横向（具缘纹孔）两种途径渗透入木材内部，由于渗透速率的不同，是的木材中磁性粒子的数量与木材浸泡的时间呈正相关，且铁盐浸泡6d后得到的样品磁化强度最高，达到0.08emu/g[4]。 |
2.电磁波吸收材料及其研制和发展动向 （1）杨文麟（2005）阐述了电磁波吸收材料的作用机理是把电磁波能量转换成热能并耗散以达到吸收电磁波的目的。对电磁波吸收材料的基本要求是：1.电磁波吸收最大 2.反射最少;散射(包括前向、侧向、背向)要小;垂直投射、斜投射及极化特性要小。 3.吸收波长范围宽阔(专用窄带除外) 4.机械特性、物理特性、化学特性、抗老化特性要好。重量小，体积要符合要求，耐承受功率要大，不易燃烧及软化变质，易成型安装且牢固。5.成本低廉，售价低。[5]。 （2）杨文麟（2011）等介绍了电磁波吸收材料的应用、性能及指标、吸收机理及设计方法、类型及制造工艺，测试与测量、现状及国内外发展趋势。磁性木材作为电磁波吸收材料的一种，它的研制与发展动向与电磁波材料的研制及其发展动向密切相关。电磁波吸收材料广泛应用在电磁兼容、电磁场、天线、航空航天等领域，其中应用最广泛的是电波暗室用的吸收材料，这也是材料研究的一个重点项目。电磁波吸收材料的主要性能指标有：吸收率，频率特性，承受功率，物理、化学、机械等特性。产生电磁波吸收的两大类机理：电波干涉和损耗吸收[6]。 3.热处理对木材影响及其他复合材料研究 （1）卿彦（2011）等为探明二氧化硅对速生林杨木的增强效果，采用溶胶 －凝胶法和浸渍硅溶胶法制备了二氧化硅／杨木复合材料。用SEM、XRD、FTIR、热重分析等研究了二氧化硅／杨木复合材料微观形貌、结构组成及热降解性能。实验结果表明：二氧化硅的引入改变了木材的热性能，二氧化硅／杨木复合材料的热解温度从420℃降低至380℃，缩短了高温热解反应温度区间，促进炭化阶段进行，在一定程度上保护杨木基材[7]。 （2）丁涛（2015）等在常压蒸汽和加压蒸汽条件下对针叶材樟子松和阔叶材柞木进行热处理，比较处理材和未处理材的吸湿性和尺寸稳定性差异，分析了热 处理材的吸湿特性及其形成的内在机理，以促进对木材热处理技术的深入探索。结果表明热处理可显著降低木材的吸湿性，并显著提高试材的尺寸稳定性。加压蒸汽热处理材的吸湿性比常压蒸汽热处理材更低，因而也具有更好的尺寸稳定性。材种和热处理工艺都会对热处理材的属性产生影响[8]。 （3)丁涛等分别在常压蒸汽与 0． 45 MPa 加压蒸汽条件下，对樟子松和柞木进行热处理，比较了热处理材和未处理材的水分吸湿性及尺寸稳定性差异。结果表明:两种试材经过热处理后不仅吸湿量明显降低，在高湿条件下的吸湿特性也发生了显著变化，当环境相对湿度从 69% 增至 94% 时，热处理材的平衡含水率变化率仅为对照材的1 /3[8]。并且相比常压蒸汽热处理，加压蒸汽热处理进一步降低了改性材的平衡含水率。这一结果也与涂登云(2010)[9]及丁涛(2012)[10]等在《加压蒸汽热处理柞木化学组分变化的比较》的试验结果相似。 4.木材干燥特性及干燥工艺研究方法探讨 （1）胡进波（2005）等提供了制订合理的干燥基准,并寻求较优的干燥工艺的一套行之有效研究方法，第一步：电子显微镜观察，确定是否需要预先进行蒸煮前期处理。第二步：蒸煮处理，根据影响木材干燥性能的水温、蒸煮时间、试材厚度等因素选用合适的正交表,采用正交试验法寻求较优的蒸煮工艺;其中水温一般在60一100℃,蒸煮时间为4一8h,试材厚度根据试验情况而定。第三步：干燥特性的研究，测定木材的干缩特性及其变化规律[11]。 国外研究概况： 1992年,H．Oka等人首次发表了磁性木材制备方法的专利，而且一直不断研究磁性木材，总结了磁性木材是一种新型的具有磁特性的木材[12]。磁性木材目前的制造工艺仍然停留在浸渍法、粉体法以及涂布法的基础上，这些方法虽然都可以使木材获得较好的磁特性，但都需要先制备磁流体，前期工艺复杂，且多涉及高温高压等苛刻的制备条件[13-14]。磁性木材作为一种生物质复合材料，既保留了木材原有的纹理和低密度、容易加工成型等优点，还因四氧化三铁等磁性材料的加入而具有其他特殊的性质[15]。 参考文献： [1]陈京环, 钱学仁. 磁性木材和磁性木质纤维的制备及应用[J]. 林产工业, 2006, 33(5):811. [2]高洪林, 吴国元, 张艮林，等. Fe3O4/木材复合材料的制备及磁性[J]. 功能材料，2010，41(11):19001902. [3]娄志超，孙晋强，陆弘毅，等. 浸渍法制备磁性木材的磁性和电磁波吸收性能研究[J], 林业工程学报，2017，04：24-29. [4]孙晋强，陆弘毅，李星，等. 原位共沉淀法制备磁性木材及研究[J], 科技资讯，2017，12：185-191. [5]杨文麟. 电磁波吸收材料的研制及发展动向[J]. 电子质量，2005(6):7172. [6]杨文麟, 董胜奎, 刘本东. 电磁波吸收材料[J]. 电子质量，2011（7）:7880. [7]卿彦，吴义强，秦志永，等. SiO2/杨木复合材料制备与性能评价[J]，复合材料学报，2011, 28（6）：125131. [8]丁涛，顾炼百，蔡家斌. 热处理对木材吸湿特性及尺寸稳定性的影响[J]，南京林业大学学报，2015，2：143-147. [9]涂登云，王明俊，顾炼百，等． 超高温热处理对水曲柳板材尺寸稳定性的影响［J］． 南京林业大学学报:自然科学版，2010，34(3) : 113 － 116． [10]丁涛，顾炼百，刘翔． 加压蒸汽热处理柞木化学组分变化的比较［J］． 林业科学，2012，48(12): 148 －152． [11]胡进波,长姗姗,刘元.木材干燥特性及干燥工艺研究方法探讨［J］.研究与探讨，2005，02一0015一03. [12]OKA H，FUJITA H． Experimental study on magnetic and heating characteristics of magnetic wood［J］． Journal of Applied Physics，1999，85( 8) : 5732－5734． [13]OKA H，HOJO A，SEKI K，et al． Wood construction and mag-netic characteristics of impregnated type magnetic wood［J］． Jour-nal of Magnetism and Magnetic Materials，2002，239( 1 /2 /3) :617－619． [14]OKA H，HOJO A，OSADA H，et al． Manufacturing methods and magnetic characteristics of magnetic wood［J］． Journal of Magnet-ism and Magnetic Materials，2004，272－276: 2332－2334． [15]YANGR B, REDDYP M, CHANGC J, et al. Synthesis and characterization of Fe3O4/polypyrrole/carbon nanotube composites with tunable microwave absorption properties: role of carbon nanotube and polypyrrole content[J]. ChemicalEngineeringJournal,2016, 285:497507. |
3. 研究的基本内容与计划
一、研究内容：
以磁性木材为研究对象，研究其在制备过程中的浸渍和干燥工艺。
1.研究以水为溶剂，真空/加压循环浸渍方法得到的含有铁氧体前驱体板材的干燥工艺。
4. 研究创新点
1.发展前景好：磁性木材作为一种具有广泛发展前景的材料，目前还没有投入大批量生产，研究磁性木材制备中用水作为溶剂浸渍和用DMF作为溶剂浸渍制备磁性木材的干燥工艺的研究还没有深入，本次研究可以优化不同制备工艺的各项参数，对不同制备工艺的优缺点进行总结归纳，并进行对比，确定最具有工业化生产前景的制备工艺。磁性木材是具有广泛用途和诱人开发前景的新型功能材料。制备磁性木材复合材料,生产出便于日常使用的电磁屏蔽材料，已经成为目前电磁屏蔽材料的重要研究方向。
2.研究方法优越：在制备磁性木材，同时考察所得到的产物的磁性、电磁屏蔽性能以及磁性木材本身物理力学性能的过程中，还可以研究磁性木材电磁波吸收性能与其材料本身内部微环境的相互关系，探索其电磁波吸收行为的相关机理，确定影响产品电磁波吸收性能的各项因素。原位共沉淀法利用盐溶液相较于磁性颗粒更容易渗透入木材体内部的优点,更容易实现在成品中磁性颗粒的均匀分布
