[发明专利]仿生贝壳高强材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生贝壳高强材料及其制备方法，属于仿生材料领域。该方法包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀；烘干，压制成贝壳状，即可。本发明将烘干温度控制在80‑90℃，烘干时间控制在5‑6h，可以防止烘得过干或过湿，影响力学性能，提高材料的硬度和拉伸强度。此外，甲苯二异氰酸酯的加入可以明显提高本发明的弹性模量。

技术领域

本发明属于仿生材料领域，尤其涉及一种仿生贝壳高强材料及其制备方法。

背景技术

贝壳是软体动物的外套膜，具有一种特殊的腺细胞，其分泌物可形成保护身体柔软部分的钙化物，称为贝壳，多种多样的贝壳螺壳，形状奇特，色彩斑谰。贝壳在材料强韧化方面所创造的力学奇迹利用95％左右的原始低强度碳酸钙，加上少量蛋白质和多糖有机胶,建造了精巧的分级嵌套微结构，使韧性比组分材料提高了3个数量级，成为超级生物材料。

申请号为201610789539.9的中国专利申请公开了一种贝壳材料及其制作方法。该一种贝壳材料及其制作方法的重量份组成如下：40-50份改性PMMA树脂、70-90份贝壳粉、10-30份改性树脂，具体步骤为：将贝壳粉放入高混机内粉碎，在将粉碎后的贝壳粉放入研磨机中细化，使其细化后粒径大小控制为100目以内；加入树脂均混，搅拌，形成混合材料；将改性PMMA树脂、混合材料加热模压形成餐具，冷风干燥，有效防止焚烧造成的大气污染，并变废为宝，具有仿瓷强度高，自然质感好等特点。

发明内容

本发明提供了一种仿生贝壳高强材料及其制备方法，提高材料的硬度、拉伸强度和弹性模量。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40～60份、氧化硅50～60份、氧化钠30～50份、聚乙烯醇70～100份、氯化钠10～40份、石英10～20份、羟基磷灰石10～20份、四氢呋喃1～6份、双季戊四醇酯30～60份、烷基甜菜碱40～50份、邻苯二甲酸二丁酯10～20份、丙酮70～120份和甲苯二异氰酸酯4～20份。

作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅50份、氧化硅55份、氧化钠40份、聚乙烯醇80份、氯化钠30份、石英15份、羟基磷灰石15份、四氢呋喃4份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱45份、邻苯二甲酸二丁酯15份、丙酮80份和甲苯二异氰酸酯12份。

作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40份、氧化硅50份、氧化钠30份、聚乙烯醇70份、氯化钠10份、石英10份、羟基磷灰石10份、四氢呋喃1份、双季戊四醇酯30份、烷基甜菜碱40份、邻苯二甲酸二丁酯10份、丙酮70份和甲苯二异氰酸酯4份。

作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅60份、氧化硅60份、氧化钠50份、聚乙烯醇100份、氯化钠40份、石英20份、羟基磷灰石20份、四氢呋喃6份、双季戊四醇酯60份、烷基甜菜碱50份、邻苯二甲酸二丁酯20份、丙酮120份和甲苯二异氰酸酯20份。

作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅44份、氧化硅57份、氧化钠38份、聚乙烯醇90份、氯化钠30份、石英18份、羟基磷灰石18份、四氢呋喃3份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱42份、邻苯二甲酸二丁酯12份、丙酮100份和甲苯二异氰酸酯15份。

仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀；烘干，压制成贝壳状，即可。