CN111978101B - 一种秸秆木质陶瓷根灌管及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆木质陶瓷根灌管及其制备方法与应用，该根灌管原料包括酚醛树脂、酒精、秸秆、粘土、糊精、硅溶胶和碳纤维，通过浇注成型制备具有特定结构的坯体，通过氮气保护烧结制成地下根灌管。该方法能够根据实际需要制备出具有所需形状的地下根灌管，可实现地下灌溉管道快速连接，极大降低了制备和安装成本。同时该根灌管具有良好的环境协调性，达到设计寿命后可不用回收，直接粉碎还田，不仅节省了回收成本，也可有效改善土壤结构。

Description

一种秸秆木质陶瓷根灌管及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于节水灌溉领域，具体涉及一种免回收易连接的秸秆木质陶瓷地下根灌管及其制备方法与应用。

背景技术

目前，地下灌溉管道一般都为塑料或橡胶制品，回收问题较为复杂。为了实现简便回收，或不回收的目的，必须采用强度较低，同时对环境无污染的管道产品。专利“一种天然矿物改性木质陶瓷及其制备、应用”(申请号：201810163839.5)公开了采用天然矿物材料、木质材料、热固性树脂、无水乙醇为原料的一种天然矿物改性木质陶瓷及其制备方法，具有良好的吸附作用，但是该材料的孔径范围基本上位于0.3～5.2um之间，孔径过于细小；同时抗折强度一般为8-9MPa，使用后粉碎工作量较大，难以满足灌溉中孔径和使用后粉碎还田的要求。专利“一种氧化铝木陶瓷及其制备方法”(申请号：201410647257.6)发明了一种利用木粉、硅溶胶、聚乙烯醇、氧化铝为原料的氧化铝木陶瓷制备方法，原料易得，很适合大规模工业化生产，但是该材料烧结温度一般均在1000摄氏度以上，最高可达1500℃，且原料中氧化铝价格过高，导致成本还较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种秸秆木质陶瓷根灌管及其制备方法与应用，克服传统模压成型工艺难以制备形状复杂的木质根灌管，以及其它一些工艺制备木质陶瓷成本太高的不足，该方法首先将酚醛树脂溶解于酒精中，而后加入秸秆超声浸渍，烘干后与粘土和糊精一同低速球磨，然后加入硅溶胶和碳纤维，搅拌形成陶瓷浆料，注入不锈钢模具，干燥脱模制成地下根灌管坯体，最后在静态气氛保护下烧结就可制备出具有复杂形状的地下根灌管。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种秸秆木质陶瓷根灌管，包括以下原料：酚醛树脂、酒精、秸秆、粘土、糊精、硅溶胶和碳纤维；

该根灌管为异型结构，包括根灌管首部、根灌管本体和根灌管尾部，根灌管首部设有两个相对的弧形插接部，在根灌管尾部设有两个相对的弧形插接槽，所述弧形插接部能插入相邻根灌管的弧形插接槽内实现相邻根灌管的同轴密封连接。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10～13％、酒精19～20％、秸秆7～10％、粘土7～12％、糊精3％、硅溶胶46～48％和碳纤维2％，各组分的质量百分数之和为100％。

具体的，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂13％、酒精19％、秸秆10％、粘土7％、糊精3％、硅溶胶46％和碳纤维2％。

具体的，所述弧形插接部与相邻根灌管的弧形插接槽连接处设有密封胶。

具体的，所述根灌管的外径为40mm，壁厚为5mm，长度为500mm。

一种秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照配方量，将粒径为200目的酚醛树脂加入到酒精中制成固化溶液，将固化溶液置于封口烧杯中，低速搅拌10min充分溶解，配制成溶液；

步骤二，对秸秆进行水洗后干燥，而后将配方量的秸秆通过粉碎机粉碎为粒径50目的颗粒，将秸秆浸渍到步骤一所得的溶液中，浸渍时间为1h；完成浸渍后置入鼓风干燥箱65℃烘干去除酒精，形成固化块体；

步骤三，将步骤二中所得固化块体、配方量的粘土和糊精置入球磨机中低速球磨2h，至粒径为50um，形成混合粉料；

步骤四，在步骤三所得混合粉料中加入配方量的硅溶胶和长度为3cm的碳纤维，低速搅拌10min形成浆料；

步骤五，将步骤四中所得浆料注入不锈钢模具，振捣密实，而后置入鼓风干燥箱中90℃干燥10h后脱模制成地下根灌管坯体；

步骤六，将步骤五中所得坯体置入石墨坩埚，包裹石英砂放入高温烧结炉中，通入0.3MPa的氮气，升温至600℃烧结2小时，得到根灌管。

秸秆木质陶瓷根灌管作为免回收地下灌溉管的应用。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管主要成分为生物炭，抗弯强度不高于2Mpa，达到设计寿命后可直接粉碎还田，实现了灌溉器材免回收的功能。与传统塑料灌溉器材相比，具有良好的环境协调性，同时根灌管粉碎还田后可有效改善土壤结构，增加土壤的孔隙度。

(2)本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管满足灌溉材料对孔隙率和强度的要求，实现了地下灌溉管道快速连接，极大降低了人力成本。

(3)本发明首先将酚醛树脂溶解于酒精中，进而浸渍粉碎的秸秆颗粒，酚醛树脂充斥秸秆颗粒内部孔隙之中，以期增强颗粒之间连接的强度。而后烘干形成的固化物与粘土、糊精球磨形成粉料，粘土可以有效提高坯体的初始强度，增加颗粒的粘结性；糊精作为造孔剂，可以提高根灌管的孔隙率。最后将粉料与碳纤维、硅溶胶混合均匀形成浆料，硅溶胶作为粘接剂可以提高坯体的强度，有助于坯体的脱模，同时在烧结时，作为烧结助剂提高微孔陶瓷的强度；碳纤维在烧结过程中性质几乎不发生改变，可以有效提高根灌管的抗拉强度。

(4)本发明采用了浇注成型的坯体成型工艺，能够使最终制备的木质陶瓷地下根灌管在具有高孔隙率的同时具有构件所需的形状，因此在木质陶瓷地下根灌管烧成后，只需对其进行少量的修补即可，避免了后期复杂的加工工序，节省了根灌管的加工成本。

附图说明

图1是本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管制备流程图；

图2是本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管的结构图；

图3是本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管连接示意图。

附图标记含义：1-根灌管首部，2-根灌管本体，3-根灌管尾部，4-密封胶。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

现有地下灌溉管道一般都为塑料或橡胶制品，回收问题较为复杂，如果可以采用某种材质的地下管道在正常使灌溉一定年限后就地破碎，不仅改善土壤质量，而且可以有效节省劳动成本。木质陶瓷是一种以木材和其他木质材料作为原料，经过浸渍、高温碳化形成的新型多孔材料。秸秆是一种广泛存在的农业废弃物，因此具有良好环境协调性的秸秆木质陶瓷有望成为极具潜力的灌溉材料。为了实现灌溉的目的，秸秆木质陶瓷必须在具有高孔隙率的同时具有一定的强度；为了实现免回收的目的，秸秆木质陶瓷的成分则必须对土壤无害，同时强度不宜过高。

本发明提供一种秸秆木质陶瓷根灌管，根灌管包括以下原料：酚醛树脂、酒精、秸秆、粘土、糊精、硅溶胶和碳纤维；

该根灌管为异型结构，包括根灌管首部1、根灌管本体2和根灌管尾部3，根灌管首部1设有两个相对的弧形插接部，在根灌管尾部3设有两个相对的弧形插接槽，所述弧形插接部能插入相邻根灌管的弧形插接槽内实现相邻根灌管的同轴密封连接。

具体的，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10～13％、酒精19～20％、秸秆7～10％、粘土7～12％、糊精3％、硅溶胶46～48％和碳纤维2％，各组分的质量百分数之和为100％。

本实施方式中的酒精为90％酒精，硅溶胶为钠基硅溶胶，秸秆为玉米秸秆，糊精为麦芽糊精(C₆H₁₀O₅)_n，分子量180，密度1.58g/cm³。

弧形插接部与相邻根灌管的弧形插接槽连接处设有密封胶4以加强相邻根灌管密封连通。

在本实施方式中，根灌管的外径为40mm，壁厚为5mm，长度为500mm；在其他实施方式中，可以根据本方案结合实际需要制备各种尺寸的根灌管。

一种秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照配方量，将粒径为200目的酚醛树脂加入到90％酒精中制成固化溶液，将固化溶液置于封口烧杯中，低速搅拌10min充分溶解，配制成溶液；

步骤二，为避免秸秆上土颗粒等杂质的干扰，对秸秆进行水洗后干燥，而后将配方量的秸秆通过粉碎机粉碎为粒径50目的颗粒，将秸秆浸渍到步骤一所得的溶液中，浸渍时间为1h；完成浸渍后置入鼓风干燥箱65℃烘干去除酒精，形成固化块体；

步骤三，将步骤二中所得固化块体、配方量的粘土和糊精置入球磨机中低速球磨2h，至粒径为50um，形成混合粉料；

步骤四，在步骤三所得混合粉料中加入配方量的硅溶胶和长度为3cm的碳纤维，低速搅拌10min形成浆料；

步骤五，将步骤四中所得浆料注入不锈钢模具，振捣密实，而后置入鼓风干燥箱中90℃干燥10h后脱模制成地下根灌管坯体；

步骤六，将步骤五中所得坯体置入石墨坩埚，包裹石英砂放入高温烧结炉中，通入0.3MPa的氮气，升温至600℃烧结2小时，得到根灌管。

制备得到的秸秆木质陶瓷根灌管作为免回收地下灌溉管的应用。

本发明制备得到的秸秆木质陶瓷根灌管可以实现灌溉器材免回收的功能；秸秆木质陶瓷地下根灌管具有良好的环境协调性，粉碎还田后也可以有效改善土壤结构，增加土壤的孔隙度。本发明的根灌管抗弯强度不高于2Mpa，能满足使用后破碎还田的目的。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种秸秆木质陶瓷根灌管，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10％、酒精20％、秸秆10％、粘土7％、糊精3％、硅溶胶48％和碳纤维2％。秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照配方量，将粒径为200目的酚醛树脂加入到90％酒精中制成固化溶液，将固化溶液置于封口烧杯中，低速搅拌10min充分溶解，配制成溶液；

步骤二，为避免秸秆上土颗粒等杂质的干扰，对秸秆进行水洗后干燥，而后将配方量的秸秆通过粉碎机粉碎为粒径50目的颗粒，将秸秆浸渍到步骤一所得的溶液中，浸渍时间为1h；完成浸渍后置入鼓风干燥箱65℃烘干去除酒精，形成固化块体；

步骤三，将步骤二中所得固化块体、配方量的粘土和糊精置入球磨机中低速球磨2h，至粒径为50um，形成混合粉料；

步骤四，在步骤三所得混合粉料中加入配方量的硅溶胶和长度为3cm的碳纤维，低速搅拌10min形成浆料；

步骤五，将步骤四中所得浆料注入不锈钢模具，振捣密实，而后置入鼓风干燥箱中90℃干燥10h后脱模制成地下根灌管坯体；

步骤六，将步骤五中所得坯体置入石墨坩埚，包裹石英砂放入高温烧结炉中，通入0.3MPa的氮气，升温至600℃烧结2小时，得到根灌管。

实施例2：

本实施例给出一种秸秆木质陶瓷根灌管，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂13％、酒精19％、秸秆10％、粘土7％、糊精3％、硅溶胶46％和碳纤维2％。秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法及条件参数均与实施例1相同。

实施例3：

本实施例给出一种秸秆木质陶瓷根灌管，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10％、酒精20％、秸秆7％、粘土12％、糊精3％、硅溶胶46％和碳纤维2％。秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法及条件参数均与实施例1相同。

对比例1：

本对比例给出一种根灌管，给对比例与实施例1的区别在于没有添加碳纤维，其他组分的含量及制备方法均与实施例1相同。

性能测试：

在室温环境下测试实施例1-实施例3及对比例1得到的根灌管，其中，实施例1的根灌管的孔隙率为36％，抗弯强度为0.54MPa、线收缩率为13.4％。实施例2的根灌管的孔隙率为30％，抗弯强度为0.95MPa、线收缩率为9.75％。实施例3的根灌管的孔隙率为22％，抗弯强度为1.35MPa、线收缩率为12.13％。对比例1的根灌管的孔隙率为38％，抗弯强度为0.40MPa、线收缩率为14.2％。可以看出，对比例1的抗弯强度太低；在添加粘土和碳纤维的情况下，地下根灌管的强度有了明显的提高，但是粘土含量过高会引起较大的收缩，因此实施例2是本发明中较优的配方组合。

本发明的秸秆木质陶瓷根灌管在使用时，视作物的根系分布，可合理安排地下根灌管的间距与埋深。

同时本发明的秸秆木质陶瓷地下根灌管在安装连接时应当使用密封胶进行粘接，防止漏水。根灌管到达设计年限后可以粉碎还田，无需回收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，利用木质陶瓷作为地下灌溉器材中渗流部件，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种秸秆木质陶瓷根灌管，其特征在于，该根灌管为异型结构，包括根灌管首部、根灌管本体和根灌管尾部，根灌管首部设有两个相对的弧形插接部，在根灌管尾部设有两个相对的弧形插接槽，所述弧形插接部能插入相邻根灌管的弧形插接槽内实现相邻根灌管的同轴密封连接；

该根灌管，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10～13%、酒精19～20%、秸秆7～10%、粘土7～12%、糊精3%、硅溶胶46～48%和碳纤维2%，各组分的质量百分数之和为100%；

根灌管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照配方量，将粒径为200目的酚醛树脂加入到酒精中制成固化溶液，将固化溶液置于封口烧杯中，低速搅拌10 min充分溶解，配制成溶液；

步骤二，对秸秆进行水洗后干燥，而后将配方量的秸秆通过粉碎机粉碎为粒径50目的颗粒，将秸秆浸渍到步骤一所得的溶液中，浸渍时间为1h；完成浸渍后置入鼓风干燥箱65℃烘干去除酒精，形成固化块体；

步骤三，将步骤二中所得固化块体、配方量的粘土和糊精置入球磨机中低速球磨2h，至粒径为50um，形成混合粉料；

步骤四，在步骤三所得混合粉料中加入配方量的硅溶胶和长度为3cm的碳纤维，低速搅拌10min形成浆料；

步骤五，将步骤四中所得浆料注入不锈钢模具，振捣密实，而后置入鼓风干燥箱中90℃干燥10h后脱模制成地下根灌管坯体；

步骤六，将步骤五中所得坯体置入石墨坩埚，包裹石英砂放入高温烧结炉中，通入0.3MPa的氮气，升温至600℃烧结2小时，得到根灌管。

2.如权利要求1所述的秸秆木质陶瓷根灌管，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂13%、酒精19%、秸秆10%、粘土7%、糊精3%、硅溶胶46%和碳纤维2%。

3.如权利要求1所述的秸秆木质陶瓷根灌管，其特征在于，所述弧形插接部与相邻根灌管的弧形插接槽连接处设有密封胶。

4.如权利要求1所述的秸秆木质陶瓷根灌管，其特征在于，所述根灌管的外径为40mm，壁厚为5mm，长度为500mm。

5.一种秸秆木质陶瓷根灌管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，该根灌管按质量百分比计，包括以下原料：酚醛树脂10～13%、酒精19～20%、秸秆7～10%、粘土7～12%、糊精3%、硅溶胶46～48%和碳纤维2%，各组分的质量百分数之和为100%；按照配方量，将粒径为200目的酚醛树脂加入到酒精中制成固化溶液，将固化溶液置于封口烧杯中，低速搅拌10 min充分溶解，配制成溶液；

步骤二，对秸秆进行水洗后干燥，而后将配方量的秸秆通过粉碎机粉碎为粒径50目的颗粒，将秸秆浸渍到步骤一所得的溶液中，浸渍时间为1h；完成浸渍后置入鼓风干燥箱65℃烘干去除酒精，形成固化块体；

步骤三，将步骤二中所得固化块体、配方量的粘土和糊精置入球磨机中低速球磨2h，至粒径为50um，形成混合粉料；

步骤四，在步骤三所得混合粉料中加入配方量的硅溶胶和长度为3cm的碳纤维，低速搅拌10min形成浆料；

步骤五，将步骤四中所得浆料注入不锈钢模具，振捣密实，而后置入鼓风干燥箱中90℃干燥10h后脱模制成地下根灌管坯体；

步骤六，将步骤五中所得坯体置入石墨坩埚，包裹石英砂放入高温烧结炉中，通入0.3MPa的氮气，升温至600℃烧结2小时，得到根灌管。

6.根据权利要求5所述的制备方法制备得到的秸秆木质陶瓷根灌管作为免回收地下灌溉管的应用。

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