CN118061320A - 一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，涉及利用秸秆制备复合板材技术领域，包括前处理、单元加工、施胶、铺装、成型、一次养生、粗加工、二次养生、精加工等步骤。所述单元加工是将稻秸秆或麦秸秆制成50mm~100mm的长度规格，用以生产中低密度复合材料；所述施胶是使用镁基胶泥作为无机胶黏剂，采用喷、拌相结合的方法对秸秆单元进行施胶；所述一次养生是使坯料处于不完全固化状态，以减少后续机械加工的动力消耗。本方法充分发挥农作物秸秆具有的轻质多孔、保温隔热等特性，可制备具有多种幅面和厚度规格的秸秆基中低密度复合材料，可用于建筑墙体、家具与装饰材料的生产，具有良好的经济、环境和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于利用秸秆制备复合板材技术领域，特别是涉及一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法。
背景技术
秸秆是一种常见的农业生产废弃物，具有轻质多孔、保温、隔热、吸声等特性。在我国，稻秸秆和麦秸秆合计约占农作物秸秆的一半，推动秸秆的合理高效利用具有重要的环境、社会和经济效益。目前，使用秸秆作为原料生产秸秆基复合材料用于建筑墙体的主要形式是，将秸秆原料加工成碎料单元，混合促凝材料制备有机/无机复合板材。在这类方式中，通常对秸秆原料单元的含水率要求较高，利用率较低。
现有专利（公开号：116535183A），公开了一种秸秆基轻质建筑复合材料及其制备和应用。所述复合材料将秸秆碎料分成三种长度规格（< 1 cm、1~3 cm、3~5 cm），按照不同的配比将秸秆碎料进行混合，在模具中倒入石膏浆体并搅拌均匀，经冷压成型制备而成。此方法所用秸秆碎料较短小，未能充分发挥秸秆中长料在制备中等密度墙体材料方面的优势，且石膏作为促凝材料获得的的终产品强度较低。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，该方法使用长度50 mm ~ 100 mm的秸秆单元，以镁基胶泥作为无机胶黏剂进行胶粘，在充分发挥稻秸秆和麦秸杆的材料特性基础上，提高秸秆的利用率和产品价值，获得具有强重比高、机械加工性能好、防蛀防腐好的生物基复合材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，主要包括以下步骤：
1）前处理
对稻秸秆进行去叶操作，去叶率达到70%以上，麦秸秆去叶率达到25%以上，对需要堆积存放的稻、麦秸秆，将其干燥至含水率小于25%；
2）单元加工
将麦秸秆或去叶稻秸秆加工成长度为50 mm ~ 100mm的物料单元，用以制备密度为0.4~0.5 g/cm3且具有不同厚度规格的中低密度生物基复合材料；
3）施胶
使用添加建筑胶粉为5%~6%的镁基胶泥作为无机胶黏剂，通过喷胶与拌胶相结合的方式对秸秆单元进行施胶，施胶量为75%~80%。
4）铺装
依据坯料厚度选择自动连续铺装或半自动模具铺装，秸秆单元长度小于铺装后混合坯料铺装厚度的优选自动连续铺装；秸秆单元长度大于铺装后混合坯料铺装成厚度的优选半自动模具铺装。
5）成型与一次养生
采用加热加压成型养生法，优选成型与一次养生的压力为0.25~0.39 MPa，温度为35℃~65℃，时间为2～12 h；一次养生后复合材料中镁基胶泥的固化率达到78%～85%。
6）粗加工
对一次养生过后的不完全固化坯料进行截断、锯剖和裁边等切削加工。
7）二次养生
根据粗加工后的复合材料的厚度，可选择相应的优化养生温度和时间，使得复合材料坯料中无机胶黏剂处于完全固化状态，当坯料厚度小于70mm时，优选养生温度为20℃~45℃，时间为2~5d，当坯料厚度70mm~150 mm时，优选养生温度为20℃~50℃，时间为2~6d，当坯料厚度大于150mm时，优选养生温度为20℃~60℃，时间为2~7d。
9）精加工
对二次养生过后的坯料进行铣削和砂光等精加工，包括边部铣削加工和上、下表面砂光加工，秸秆单元长度为50 mm~100 mm时择P60~P80两段砂带磨削。
作为本发明的一个优选技术方案，所述前处理步骤中的稻秸秆去叶操作采用人工剪切和机器去叶中的任一种；所述单元加工采用人工裁剪和机器定长截断中的任一种；所述前处理和单元加工步骤，优先采用不干燥的农作秸秆进行单元加工，以降低能耗和保证单元规格；所述施胶环节包括使用氯氧镁胶泥、硫氧镁胶泥等镁质水泥中的一种或两种或多种；所述前处理和施胶步骤，镁基胶泥的含水率与农作秸秆的含水率成相反的对应关系，但总用水量保持设计用水值；所述农作物秸秆主要为稻秸秆、麦秸秆或稻秸秆和麦秸秆的混合物。
本发明相对于现有技术主要取得了以下技术效果：
本发明提供的一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，对秸秆原材料的含水率要求低，前处理工艺简便，将秸秆加工成50 mm~100 mm长度规格的物料单元，使用镁质水泥作为无机胶黏剂，添加少量建筑胶粉作为辅料，可实现在不添加其他组分的情况下制备具有不同尺寸规格的密度为0.4~0.5g/cm3的复合材料产品，充分实现了稻秸秆和麦秸秆在中等大小单元尺寸上的高值化利用。设置一次养生环节，在不完全固化状态下对坯料进行粗加工（如锯切），可以降低加工能耗，减少锯切崩边等缺陷。通过本方法制备得到的秸秆基中密度无机复合材料，具有强重比大、机械加工性能好的特点，可用作建筑墙体材料、家具、装饰和木质复合门等产品的加工。
附图说明
图1为本发明所描述的秸秆基中低密度复合材料制备工艺流程图；
图2为通过本发明所描述的方法制备的稻秸秆基中低密度复合材料实物图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，以解决现有技术存在的问题，充分利用秸秆材料质轻多孔的特性，在中等单元尺寸上进行秸秆产品开发，提高秸秆的利用率，获得一种秸秆基中低密度复合材料，可用于建筑墙体材料领域。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考如图1~2所示，提供一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，实施例如下：
实施例1：制备厚度50 mm的稻秸秆基中低密度复合材料
首先，对收集的新鲜稻秸秆进行机械去叶操作，使得去叶率达到70%~75%；将稻秸
秆加工成长度为70~80mm的单元；选用添加建筑胶粉6%的氯氧镁胶泥作为无机胶黏剂，采用
边喷胶、边拌胶的施胶方式对秸秆单元进行施胶，施胶量为77%；采用半自动式模具铺装，所
使用的模具尺寸为600mm 300mm；选用加热加压成型一次养生法，优选成型一次养生压
力为0.38 MPa，温度40℃，时间为11h，使复合材料坯料中镁基胶泥达到78%~83%的固化程
度；卸模具后进行锯切裁边操作；随后放入养生间进行二次养生，设置养生温度为37℃，时
间为4.5d，使复合材料坯料中镁基胶泥完全固化；最后，对成板边部进行铣削加工，再根据
饰面要求使用P60~P80两段砂带磨削，完成表面砂光，从而获得终产品厚度为50mm、表观密
度为0.49g/cm3的稻秸秆基无机复合材料。
对上述实施例中制得的复合材料进行性能测试，结果显示其抗弯承载为4.5MPa，导热系数为0.105 W/（m∙K），空气声计权隔声量为57dB，超过GB/T 27796-2011“建筑用秸秆植物板材”的要求。
实施例2：制备厚度180 mm的麦秸秆基中密度复合材料
收集新鲜的麦秸秆原料，进行单元加工，将麦秸秆去叶率达到25%~30%；秸秆部加工成长度为60~70mm的物料单元；在施胶阶段，选用添加建筑胶粉5%的氯氧镁胶泥作为无机胶黏剂，采用边喷胶边拌胶的方式对秸秆单元进行施胶，施胶量为75%；采用自动连续铺装方式进行铺装，选用多辊辊压成型方法，优选成型压力为0.25MPa，成型后截断，在一次养生间进行一次养生处理，设置温度为40℃、时间为10h；使复合材料坯料中镁基胶泥达到78%~83%的固化程度；取出后进行锯切裁边操作；随后放入养生间进行二次养生，设置养生温度为30℃，时间为6d，使坯料完全固化；最后，对成板边部进行铣削加工和表面砂光处理，即采用P60-P80两段砂带磨削，获得终产品厚度为180 mm、表观密度为0.41g/cm3的麦秸秆基无机复合材料。
对上述实施例中制得的复合材料进行性能测试，结果显示其抗弯承载为4.9 MPa，导热系数为0.161 W/（m∙K），空气声计权隔声量为51 dB，超过GB/T 27796-2011“建筑用秸秆植物板材”的要求。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种利用农作物秸秆制备中低密度无机复合材料的方法，其特征在于，包括前处理、单元加工、施胶、铺装、成型、一次养生、粗加工、二次养生和精加工等步骤。所述前处理主要是对稻秸秆进行去叶作业，叶柄去除率达到70%以上，麦秸秆叶柄去除率达到25%以上。对需要堆积存放的稻、麦秸秆，需要将其干燥至含水率小于25%。所述单元加工包括将秸秆加工成长度为50 mm ~100mm的物料单元，以制备密度为0.4~0.5 g/cm3且具有不同厚度规格的复合材料。所述施胶步骤中使用添加5%~6%建筑胶粉的镁基胶泥作为无机胶黏剂，通过喷胶和拌胶相结合的方式对秸秆进行施胶，施胶量为75%~80%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铺装包括自动连续铺装和半自动模块铺装，秸秆单元长度小于铺装后混合坯料铺装厚度的优选自动连续铺装；秸秆单元长度大于铺装后混合坯料铺装成厚度的优选半自动模块铺装。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型与一次养生优选加热加压法，优选成型与一次养生压力为0.25~0.39 MPa，温度为35℃~65℃，时间为2~12h。使复合材料坯料中的镁基胶泥达到78%~85%的固化程度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗加工包括截断、锯剖和裁边等切削加工。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次养生包括在特定的温度、时间下的坯料充分固结，复合材料坯料厚度小于7cm时，优选养生条件是温度为20℃~55℃，时间为1~3d，坯料厚度7cm~15cm时，优选养生条件是温度为20℃~50℃，时间为2~4d，坯料厚度大于15cm时，优选养生温度是20℃~45℃，时间为3~8d。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的精加工包括边部的铣削加工和上、下表面的砂光加工，秸秆单元长度50 mm ~100mm时选择P60-P80两段砂带磨削。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述前处理和单元加工步骤，优先采用不干燥的农作秸秆进行单元加工，以降低加工能耗和保证单元规格。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述前处理和施胶步骤，镁基胶泥的含水率与农作秸秆的含水率成相反的对应关系，但总用水量保持设计用水值。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的方法，其特征在于，所涉及的农作物秸秆主要为稻秸秆、麦秸秆或稻秸秆和麦秸秆的混合物。
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