一种秸秆复合材料及其制备方法技术

一种秸秆复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明专利技术为了解决传统秸秆复合材料成型工艺的复杂性问题。本发明专利技术在秸秆打捆过程中，通过原位复合工艺实现秸秆材料与聚合物及其他助剂的预混合，然后通过后期处理对复合物进行结构固化，最终得到秸秆复合材料。本发明专利技术具有对秸秆细化与净化要求低，可充分利用秸秆资源，能耗小，降低碳排放。同时，相对于粉末状秸秆复合材料，本发明专利技术的秸秆复合材料降解周期相对较长，性能更加稳定，寿命长。此外，该方法的得到的秸秆复合材料密实度低，密度更小，质轻韧性好，非常适合道路、游乐场等场地的防护。该方法的成型工序少，工艺要求不高，成本低，适合大规模生产与投放使用。

A straw composite material and its preparation method

A straw composite material and a preparation method thereof belong to the technical field of composite material preparation. The invention solves the complexity problem of the traditional straw composite material forming process. In the straw binding process, the straw material, polymer and other additives are premixed through the in-situ composite process, and then the structure of the composite is solidified through the post-treatment, and finally the straw composite material is obtained. The invention has low requirements for straw refinement and purification, can make full use of straw resources, has small energy consumption and reduces carbon emission. At the same time, compared with the powder straw composite material, the straw composite material has a relatively long degradation cycle, more stable performance and long service life. In addition, the straw composite obtained by this method has low density, smaller density, good quality, light toughness, and is very suitable for the protection of roads, amusement parks and other places. This method is suitable for large-scale production and put into use because of its less forming process, low process requirements and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种秸秆复合材料及其制备方法，属于复合材料制备

技术介绍
秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称，指水稻、玉米、小麦、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收割去籽后的剩余部分。我国的农业体量巨大，每年的秸秆产出量十分庞大。据统计，我国2005年各类秸秆的总产量达到了8.4亿吨，而且仍以1.3％的年增长量增加，其中，麦秸秆和稻秸秆占总产量的一半以上。目前，农作物秸秆的处理方式主要为喂养家畜、作为燃料直接燃烧、就地掩埋作为肥料等等。其中，燃烧秸秆的比例最大。秸秆燃烧产生大量的烟雾，极大的污染了环境，甚至对航空器带来了严重影响。每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。目前，秸秆的主流再利用方法是将秸秆与聚合物材料复合制备成秸秆复合材料。简单讲，秸秆复合材料是通过特定的方法去除秸秆中的木质素和半纤维素，之后将秸秆纤维通过热压或者有机溶剂的方法添加到热塑性塑料中，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛等，并辅以相应的功能性添加剂以及其它助剂，经过成型加工而制成的性能优良的新型复合材料。秸秆纤维复合材料综合了秸秆纤维和工程塑料的诸多优点，能够替代一定的金属件、木材等材料，可以有效的缓解我国能源匮乏的问题。此外，新型复合材料也有利于缓解塑料带来的白色污染以及焚烧秸秆带来的大气污染等问题。秸秆纤维复合材料是一种低碳节能、绿色可分解、可再生可循环的材料。但是目前的秸秆复合材料制备涉及到诸多工艺，如秸秆的纯化、粉碎、活化、混合、复合等等，工艺繁琐，成本较高，无法广泛使用。与此同时，传统秸秆复合材料中将秸秆进行粉碎多以制备承力板材或者型材为主，无法利用秸秆的中空结构优势作为吸音、吸能与保温材料使用。
技术实现思路
本专利技术为了解决传统秸秆复合材料成型工艺的复杂，且得到的秸秆复合材料无法作为吸音、吸能与保温材料使用的问题，提供了一种秸秆复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案：一种秸秆复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤一、秸秆预处理：首先使用圆捆秸秆打捆机将秸秆切碎，切碎后的秸秆通过圆捆秸秆打捆机的传送带引入到圆捆打捆机的腔体内；步骤二、原料的预混合：通过秸秆打捆机的腔体内的机械旋转与压缩皮带将秸秆一层层卷压，在秸秆一层层卷压的过程中，在秸秆的进料前端，引入聚合物和助剂，通过层层复合卷压的方式实现秸秆、聚合物和助剂的预混合，最终得到具有固定形状的预混合物；步骤三、预混合物的结构固化：将步骤二得到的圆柱状预混合物放入烘箱中，进行常压熟化，常压熟化完成后取出，常温冷却，得到具有固定形状的秸秆复合材料。优选的：所述的步骤三中常压熟化温度为10～300℃，常压熟化时间为0.01～120min。优选的：所述的步骤一中秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、薯类秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的一种或者几种。优选的：所述的步骤二中聚合物为聚合物熔体、聚合物切片、聚合物粉末、聚合物纤维、聚合物膜和聚合物织物中的一种或者几种的复合。优选的：所述的步骤二中助剂包括苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝。优选的：所述的其中苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅、氧化铝的质量比为1.5:2:0.2:1。优选的：所述的秸秆质量分数为60～99％，聚合物为0.9～39.9％，助剂为0.1～10％。优选的：所述的打捆机为圆捆打捆机或方捆打捆机。一种秸秆复合材料的制备方法制备的秸秆复合材料，该秸秆复合材料为圆柱状长方体状。优选的：所述的圆柱状秸秆复合材料的横截面为螺旋卷压结构，其中聚合物为螺纹结构，秸秆及助剂填充在相邻的螺纹结构之间。优选的：所述的长方体状秸秆复合材料的横截面为层状叠压结构。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术涉及一种秸秆复合材料的制备方法，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术相比于传统秸秆复合材料的制备对秸秆细化与净化要求低，可充分利用秸秆资源，能耗小，降低碳排放；(2)相对于粉末状秸秆复合材料，本专利技术的秸秆为切碎的段状，尺寸较大，保留秸秆的空腔结构，使秸秆复合材料密实度低，密度更小，质轻韧性好，非常适合道路、游乐场等场地的防护；(3)本专利技术的秸秆复合材料横截面为螺旋结构，降解周期相对较长，性能更加稳定，寿命长；(4)该方法的成型工序少，工艺要求不高，成本低，适合大规模生产与投放使用。附图说明图1为本专利技术的制备方法原理图；图2为实施方式一的秸秆复合材料的SEM图；图3是实施方式一的秸秆复合材料中秸秆与聚合物的界面结合SEM图。具体实施方式结合附图1说明本专利技术具体实施方式：本专利技术一种秸秆复合材料的制备方法，首先使用圆捆秸秆打捆机或方捆打捆机将秸秆切碎，切碎后的秸秆通过圆捆秸秆打捆机的传送带引入到圆捆打捆机的腔体内；然后通过圆捆秸秆打捆机的腔体内的机械旋转与压缩皮带将秸秆一层层压实，在秸秆压实过程中，在秸秆的进料前端，喷入聚合物和助剂，通过层层复合卷压的方式实现秸秆、聚合物和助剂的预混合，最终得到圆柱状或长方体状的预混合物；最后，将得到的圆柱状或长方体状的预混合物放入烘箱中，常压熟化温度为10～300℃，常压熟化时间为0.01～120min，常压熟化完成后取出，常温冷却，得到圆柱状的秸秆复合材料。该圆柱状的秸秆复合材料的横截面为稳定的螺旋网络结构，其中的聚合物组分为宏观螺纹结构，秸秆和助剂填充在相邻的螺纹之间，形成互穿网络结构，其横截面结构示意图1所示。其中所述的聚合物为聚合物熔体、聚合物切片、聚合物粉末、聚合物纤维、聚合物膜和聚合物织物中的一种或者几种的复合，所述的秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、薯类秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的一种或者几种。具体实施方式一：当聚合物选择为聚丙烯熔体、秸秆选择为水稻秸秆时，助剂为包括苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝，其中苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅、氧化铝的质量比为1.5:2:0.2:1，首先使用圆捆秸秆打捆机将秸秆切碎，切碎后的秸秆通过圆捆秸秆打捆机的传送带引入到圆捆打捆机的腔体内；然后通过圆捆秸秆打捆机的腔体内的机械旋转与压缩皮带将秸秆一层层螺旋卷压压实，在秸秆压实过程中，在秸秆的进料前端，喷入聚丙烯熔体和助剂，助剂为包括苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝，其中苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅、氧化铝的质量比为1.5:2:0.2:1，通过圆捆秸秆打捆机层层复合卷压的方式实现秸秆、聚合物和助剂的预混合，最终得到圆柱状；最后，将得到的圆柱状的预混合物放入烘箱中，在140℃下常压熟化30min，常压熟化完成后取出，常温冷却，得到圆柱状的秸秆复合材料。该圆柱状的秸秆复合材料的横截面为稳定的螺旋网络结构，其中的聚合物组分为宏观螺纹结构，秸秆和助剂填充在相邻的螺纹之间，形成互穿网络结构，其横截面结构示意图1所示。对得到的圆柱状的秸秆复合材料进行取样，使用SEM扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n步骤一、秸秆预处理：/n首先使用秸秆打捆机将秸秆切碎，切碎后的秸秆通过秸秆打捆机的传送带引入到打捆机的腔体内；/n步骤二、原料的预混合：/n通过秸秆打捆机的腔体内的机械将秸秆挤压，在秸秆一层层挤压的过程中，在秸秆的进料前端，引入聚合物和助剂，通过层层复合的方式实现秸秆、聚合物和助剂的预混合，得到预混合物；/n步骤三、预混合物的结构固化：/n将步骤二得到的预混合物放入烘箱中，进行常压熟化，常压熟化完成后取出，常温冷却，得到不同形状的秸秆复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种秸秆复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、秸秆预处理：
首先使用秸秆打捆机将秸秆切碎，切碎后的秸秆通过秸秆打捆机的传送带引入到打捆机的腔体内；
步骤二、原料的预混合：
通过秸秆打捆机的腔体内的机械将秸秆挤压，在秸秆一层层挤压的过程中，在秸秆的进料前端，引入聚合物和助剂，通过层层复合的方式实现秸秆、聚合物和助剂的预混合，得到预混合物；
步骤三、预混合物的结构固化：
将步骤二得到的预混合物放入烘箱中，进行常压熟化，常压熟化完成后取出，常温冷却，得到不同形状的秸秆复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种秸秆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中常压熟化温度为10～300℃，常压熟化时间为0.01～120min。


3.根据权利要求1所述的一种秸秆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、薯类秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的一种或者几种。


4.根据权利要求1所述的一种秸秆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中聚合物为聚合物熔体、聚合物切片、聚合物粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎俊，赵玉静，黎逢明，杨桂华，
申请(专利权)人：黑龙江华晨世扬高新技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23