一种棉秆与残膜复合新材料及其制备方法与流程

1.本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种棉秆与残膜复合的新材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前环境保护问题深受政府相关部门高度重视，低碳环保已是主旋律。在农业生产领域，残膜造成的白色污染形势已经相当严峻，回收的残膜因未能得到有效清理和再利用，导致废弃堆放，造成二次污染和安全隐患，也影响农田残膜回收进程。
3.新疆作为全国最主要的棉花种植区，并且棉花种植基本都要使用地膜，每年回收的残膜极少部分是用于再造粒，利用残膜再造粒制备地膜、滴灌带时，需要对残膜进行破碎、除杂、清洗、烘干处理，成本高、效益差，难以将回收的残膜全部消耗。
4.新疆棉区棉秆产量超过1320万吨，目前主要是粉碎还田，虽然能解决部分问题，棉秆的价值未能得到体现，如果能找到一种能很好的处理掉残膜和棉杆的方法，将能从根本上解决残膜污染和秸秆增效的问题。
5.目前，回收的地膜主要采用粉碎—除杂—水洗—烘干—造粒的再利用技术方案，装备投入成本大、运行成本高，效益差；棉秆主要用做肥料、基料、饲料，在原料方面的应用不多，尤其是将棉秆与回收的残膜作为原料制作新型复合材料更为少见。
6.将回收的残膜与棉秆相结合，辅以相应的功能性添加剂以及其他助剂，充分利用棉秆的纤维和残膜的特性，制作出具有多种用途的棉秆残膜新型复合新材料。因此，这项发明对农业废弃资源的回收再利用技术的发展具有巨大的潜力。
7.因此，一种方法简单，利用棉秆与回收的残膜制作新型复合材料的方法被提出，该方法既能解决残膜回收后的后处理问题，又能拓展棉秆的新用途。能够有效提升残膜和棉秆的经济效益，利于推动农田残膜污染治理进程。


技术实现要素：

8.本发明目的是拓展棉秆的利用途径解决残膜等农业废弃物污染环境的问题，得到一种棉秆残膜复合新材料，并且提供了一种棉秆残膜复合新材料的制备方法。
9.为了实现以上目的，本发明所提供的棉秆残膜复合新材料，由以下重量份的原料制成：棉秆50重量份-80重量份，残膜10重量份-40重量份，助剂1重量份-15重量份，其中棉秆为粒化后的颗粒。
10.优选的，所述棉秆颗粒70重量份，残膜颗粒20重量份，助剂10重量份。
11.所述助剂为：苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝组成的混合物。
12.助剂由以下组份构成：苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份。
13.本发明所提供的棉秆残膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
14.步骤一、棉秆预处理：选用粉碎后的棉花秸秆，采用机械装备在不添加其他物料的
条件下，将粉碎后的棉秆加工成柱状棉秆颗粒；
15.步骤二、回收的残膜处理：(1)将回收的残膜进行破碎，加工成残膜膜片；(2)将残膜膜片输送至可将膜片拨撒的除杂装置进行物理除杂，去除夹杂在膜片内的土块、石块及较小的秸秆等杂质，得到可进行团粒的残膜膜片；(3)将除杂后的残膜膜片置入团粒装置内，进行团粒，制作出残膜颗粒，即首先使用残膜粉碎装置将回收的残膜破碎，破碎后的残膜经过无水化除杂装置得到相对含杂率较低的残膜碎片，然后引入粒化装置得到残膜粒料；
16.步骤三、原料高速混合：将步骤一、步骤二得到的棉秆颗粒和残膜粒料及助剂加入高速混合设备中，所述助剂由苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份组成，在高速旋转、揉搓等作用下实现棉秆颗粒与残膜颗粒、助剂充分混合，得到用于制作复合材料的混合料,高速混合时的温度为70℃-150℃，混合时间5min-20min；
17.步骤四、膜秆混合料低速混拌：将步骤三得到的混合料导入低速搅拌设备中，经过低速旋转、揉搓等实现物料冷却并再次混合，确保混合料不结块,搅拌时间5min-20min；
18.步骤五、膜秆混合物造粒：将步骤四得到的膜秆混合料加入挤塑造粒设备喂料箱内，经过挤塑装置的加热塑化，棉花秸秆、残膜及助剂充分结合，在推送螺杆作用下将膜秆混合物挤出形成柱状料，高温挤出的温度为120℃-200℃,设备自带切刀在挤出的同时将柱状物切成下，制作出复合材料颗粒；
19.步骤六：将步骤五得到的复合材料颗粒输送至产品生产挤塑装备料箱内，经过挤塑装置的加热再次塑化，在螺杆推送装置的挤压下，通过模具定型得到秸秆残膜复合材料板材、型材等产品，高温挤出时温度为120℃-200℃,冷却成型即可形成秸秆残膜复合材料产品。
20.优选的，所述的步骤一中粉碎后的棉花秸秆长度以不超过30cm为宜，加工出的棉秆颗粒最大尺寸应不影响输送并后续的挤塑装备相匹配，含水率不高于15重量份。含水率小于15重量份。优选的，所述的步骤二中破碎后的残膜碎片尺寸以便于拨撒、不缠绕结团为宜，团粒后的颗粒应以便于输送、与挤塑装备项匹配为目的。
21.优选的，所述的步骤三中助剂由苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅、氧化铝组成。
22.优选的，所述的步骤三中助剂由苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份。
23.优选的，所述的步骤三中高速混合时温度为90℃，混合时间12min。
24.优选的，所述的步骤四中低速搅拌在常温下进行即可，搅拌时间6min。
25.优选的，所述的步骤五中高温挤出时的温度为150℃，挤出的混合物粒料被切刀切成10mm左右的颗粒。
26.所述的步骤六中高温挤出时的温度为150℃，需用循环水进行冷却。
27.本发明的有益效果在于：(1)本发明解决回收残膜的处理问题，实现了回收残膜的清理与再利用；(2)本发明降低回收残膜的清理与再利用装备投入和运行成本，提高效益；(3)本发明拓展了棉花秸秆的利用途径，提升效益；(4)本发明将回收的残膜与棉花秸秆制作新型复合材料，可用于户外步道、座椅、隔离带及托盘、井盖等多种产品；(5)本发明制备方法操作简单，工艺要求不高，制做成本低，适合大规模生产与投放使用。
具体实施方式
28.以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
29.以下结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
30.实施例1：本实施例公开了棉秆残膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
31.(1)棉秆预处理：粉碎后的棉花秸秆长度不超过30cm，采用平磨机揉搓后加工出的棉花秸秆颗粒要易于输送及与其他物料混合，含水率不超过15重量份,收集备用。
32.(2)回收的残膜处理：第一步采用设计制作的半支撑轴刀式粉碎装置对回收的残膜进行破碎，加工成残膜膜片；第二步将残膜膜片输送至可将膜片进行拨撒的除杂装置进行物理除杂，去除夹杂在膜片内的土块、石块及较小的秸秆等杂质，得到可进行团粒的残膜膜片；第三步将除杂后的残膜膜片置入团粒装置内，进行团粒，制作出残膜颗粒。
33.(3)原料高速混合：将(1)、(2)得到的棉花秸秆颗粒、残膜颗粒及助剂加入高速混合设备中，经过旋转、揉搓等将棉花秸秆颗粒与残膜颗粒进行充分混合，高速混合时温度为90℃，混合时间12min。
34.(4)膜秆混合料低速混拌：将(3)得到的膜秆混合料导入低速搅拌设备中，经过低温、旋转等方式对膜秆混合料进行再次混拌与冷却，使得混合料不结块,搅拌时间6min。
35.(5)膜秆混合料塑化造粒：将(4)得到的膜秆混合料输送至塑化挤塑装备喂料口内，经过挤塑装置的加热塑化，棉花秸秆、残膜及助剂充分结合，在推送螺杆作用下将膜秆混合料挤出形成柱状料，高温挤出时温度为150℃,设备自带切刀在挤出的同时将柱状物切成10mm左右颗粒。
36.(6)挤出的颗粒固化成型：将(5)得到的棉秆残膜复合材料颗粒输送至产品生产挤塑装备料箱内，经过挤塑装置的加热再次塑化，在螺杆推送装置的挤压下，通过模具定型得到秸秆残膜复合材料板材、型材等产品，高温挤出时温度为150℃,经过冷却成型即可形成秸秆残膜复合材料产品。
37.所述原料重量份为棉花秸秆70重量份，残膜20重量份，助剂10重量份，其中助剂由苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份组成。
38.将上述原料通过制备方法试制样品并测定力学性能，复合新材料可承载最大冲击力为2563.2n，弹性系数为558.4n/mm。
39.实施例2：本实施例公开了利用实施例1的方法制备得到的棉秆与残膜复合新材料。
40.制备过程与实施例1相同，助剂重量份与实施例1相同，不同之处为改变棉秆在原料中的重量比列，残膜在原料中所占比例相应改变，考察复合新材料中棉秆含量对复合新材料力学性能的影响。
41.原料重量份为棉秆65重量份，残膜25重量份，助剂10重量份，其中助剂比列不改变。
42.复合新材料可承载最大冲击力为2276.7n，弹性系数为478.4n/mm。实验结果表明，当棉秆含量较低时，复合材料产品纤维含量降低，导致复合新材料抗外力作用降低；当棉秆
含量增加时，复合材料产品纤维含量增加，提高了抵抗外力作用下材料变形和破坏的能力。
43.实施例3：本实施例公开了利用实施例1的方法制备得到的棉秆与残膜复合新材料。
44.制备过程与实施例1相同，棉秆含量与实施例1相同，不同之处为改变残膜在原料中的比列，助剂在原料中所占百分数相应改变，考察复合新材料中棉秆含量对复合新材料力学性能的影响。
45.原料重量份为棉秆60重量份，残膜粒化料30重量份，助剂10重量份，其中助剂比列不改变。
46.复合新材料可承载最大冲击力为2653.8n，弹性系数为453.6n/mm。实验结果表明，当残膜含量较低时，符合材料抗冲击性能有所提升，弹性系数降低；当残膜含量增加时，复合新材料的抗冲击能力下降，弹性系数相应增加。
47.实施例4：本实施例公开了利用实施例1的方法制备得到的棉秆与残膜复合新材料。
48.制备过程与实施例1相同，残膜含量与实施例1相同，不同之处为改变助剂在原料中的比例，棉秆在原料中所占比列相应改变，考察复合新材料中棉秆含量对复合新材料力学性能的影响。
49.原料重量棉秆75重量份，残膜20重量份，助剂5重量份，其中助剂比列不改变。
50.复合新材料可承载最大冲击力为2337.7n，弹性系数为421.8n/mm。实验结果表明，当助剂占比较低时，复合新材料力学性能降低。
51.实施例5：本实施例公开了利用实施例1的方法制备得到的棉秆与残膜复合新材料。
52.制备过程与实施例1相同，原料重量占比与实施例1相同，不同之处为改变助剂在原料中的比例，考察复合新材料中棉秆含量对复合新材料力学性能的影响。
53.原料重量份为棉秆70重量份，残膜粒化料20重量份，助剂7重量份，其中助剂比列改大或改小。
54.复合新材料可承载最大冲击力和弹性系数均变小。实验结果表明，当同等重量份的助剂改变比例时，复合新材料力学性能降低。
55.综上所述，本发明通过助剂的作用，提高了棉秆与残膜的热熔塑化性能；通过残膜的作用提升了复合新材料的强度，解决了回收的残膜再利用难题，对“白色污染”治理具有明显的缓解作用；添加的棉秆改善了复合新材料的综合性能，可替代木质材料制作复合材料产品，降低了复合新材料成本，为绿色发展创造条件。本发明的棉秆残膜复合新材料制备原料主要是农业废弃物，工艺简单，易于实施。
56.以上实施例仅用与说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种棉秆与残膜复合新材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：棉秆50重量份-80重量份，残膜10重量份-40重量份，助剂1重量份-15重量份，其中棉秆为粒化后的颗粒；所述助剂为：苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝组成的混合物。2.根据权利要求1所述的一种棉秆与残膜复合新材料，其特征在于：所述棉秆颗粒70重量份，残膜颗粒20重量份，助剂10重量份。3.根据权利要求1所述的一种棉秆与残膜复合新材料，其特征在于：助剂由以下组份构成：苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份。4.一种棉秆与残膜复合新材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、秸秆预处理：选用粉碎后的棉花秸秆，采用机械装备在不添加其他物料的条件下，将粉碎后的棉花秸秆加工成柱状棉花秸秆颗粒；步骤二、回收的残膜处理：(1)将回收的残膜进行破碎，加工成残膜膜片；(2)将残膜膜片输送至可将膜片拨撒的除杂装置进行物理除杂，去除夹杂在膜片内的土块、石块及较小的秸秆等杂质，得到可进行团粒的残膜膜片；(3)将除杂后的残膜膜片置入团粒装置内，进行团粒，制作出残膜颗粒，即首先使用残膜粉碎装置将回收的残膜破碎，破碎后的残膜经过无水化除杂装置得到相对含杂率较低的残膜碎片，然后引入粒化装置得到残膜粒料；步骤三、原料高速混合：将步骤一、步骤二得到的棉花秸秆粒料和残膜粒料及助剂加入高速混合设备中，所述助剂由苯甲酸钠15重量份、氧化钙20重量份、二氧化硅20重量份、氧化铝10重量份组成，在高速旋转、揉搓等作用下实现棉秆颗粒与残膜颗粒、助剂充分混合，得到用于制作复合材料的混合料,高速混合时的温度为70℃-150℃，混合时间5min-20min；步骤四、膜秆混合料低速混拌：将步骤三得到的混合料导入低速搅拌设备中，经过低速旋转、揉搓等实现物料冷却并再次混合，确保混合料不结块,搅拌时间5min-20min；步骤五、膜秆混合物造粒：将步骤四得到的膜秆混合料加入挤塑造粒设备喂料箱内，经过挤塑装置的加热塑化，棉花秸秆、残膜及助剂充分结合，在推送螺杆作用下将膜秆混合物挤出形成柱状料，高温挤出的温度为120℃-200℃,设备自带切刀在挤出的同时将柱状物切成下，制作出复合材料颗粒；步骤六：将步骤五得到的复合材料颗粒输送至产品生产挤塑装备料箱内，经过挤塑装置的加热再次塑化，在螺杆推送装置的挤压下，通过模具定型得到棉秆残膜复合材料板材、型材等产品，高温挤出时温度为120℃-200℃,冷却成型即可形成秸秆残膜复合材料产品。

技术总结
本发明公开了一种棉秆与残膜复合新材料及制备方法，其特征在于：由以下重量份的原料制成：棉秆50重量份-80重量份，残膜10重量份-40重量份，助剂1重量份-15重量份，其中回收的残膜和棉秆为粒化处理后的颗粒；所述助剂为：苯甲酸钠、氧化钙、二氧化硅和氧化铝组成的混合物。制备方法是将棉秆粉碎后，加工成柱状颗粒，残膜粉碎后进行清理除杂并加工成残膜颗粒，将棉秆颗粒、残膜颗粒和助剂混合挤出造粒制备得到。制备得到。


技术研发人员：王吉亮 卢勇涛 营雨琨 窦风玲 王敏 陈绍杰 何玉泽 张利森 薛理 秦朝民
受保护的技术使用者：石河子开发区锐益达机械装备有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/12