本發(fā)明屬于纖維增強復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，是一種用棉秸稈制備纖維材料的方法。
背景技術(shù)：
我國為農(nóng)業(yè)大國,擁有豐富的農(nóng)業(yè)剩余物質(zhì)源,每年剩余物質(zhì)達7億噸以上，是巨大的可再生資源，其中有40%的秸稈被閑置浪費或者就地焚燒，造成嚴重的大氣環(huán)境污染。農(nóng)業(yè)剩余物質(zhì)源的有效綜合利用，是關(guān)系到環(huán)境與能源問題的重要課題。而利用農(nóng)作物纖維，開發(fā)秸稈復(fù)合材料將成為我國本世紀木材工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策之一。
秸稈復(fù)合材料經(jīng)過一個世紀研究與應(yīng)用，農(nóng)作物纖維復(fù)合材料得到空前發(fā)展。秸稈復(fù)合材料增強選材早期以甘蔗渣、麻桿為主。隨后玉米秸稈、棉花秸稈成為研究重點，兩種原料生產(chǎn)的板材性能均優(yōu)良。雖然棉秸稈纖維與闊葉樹材相似，但化學(xué)組份中多糖和灰分含量較高，制備的板材防水防霉性能較差，導(dǎo)致其不能充分利用價值。其主要原因⑴是灰份高達9.47%，其中以二氧化硅為主的無機物在植物纖維中形成非極性的表層結(jié)構(gòu)，影響了膠黏劑的吸附和氫鍵的形成，從而降低了纖維與膠黏劑的結(jié)合力，從而導(dǎo)致內(nèi)結(jié)合強度降低，握釘力差，二次加工貼面容易脫落。⑵采用的1%NaOH提取物濃度高達40.23%，這給秸稈復(fù)合材料的制造帶來兩個問題，其一熱壓過程中，低中級碳水化合物易分解，產(chǎn)生淀粉膠，易粘模板且所制備的板材抗水性較差，其二棉秸稈纖維儲存過程中易霉變腐爛。⑶多戊糖含量高，在熱壓過程中易產(chǎn)生粘模現(xiàn)象，且內(nèi)結(jié)合力及防水性都受不利影響。為此在制取棉秸稈纖維的方法上，需要結(jié)合其特點，摸索出合理的工藝方法，最大化的綜合利用棉秸桿成為當前需要解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種用棉秸稈制備纖維材料的方法，能夠有效的降解中低碳水化合物及多戊糖含量，同時將其中的無機物離解析出，制備出具有高比表面積、高浸潤性的復(fù)合材料用纖維材料，后續(xù)制備復(fù)合材料的施膠工藝中能夠有效地提高粘膠劑與纖維界面的相容性，從而大幅度地增大二者界面間的結(jié)合強度。
通常，生物質(zhì)材料是由各種植物細胞構(gòu)成的植物組織組成，主要有木質(zhì)部、韌皮部等，主要由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素組成，木質(zhì)素堅硬，通常構(gòu)成了植物體的骨架，纖維素和半纖維素（低分子聚合物）構(gòu)成了植物體的細胞壁，植物體在一定溫度和壓力下，高分子中的內(nèi)部連接鍵被打斷，裂解成小分子，細胞壁被部分打破，纖維束離解成細小纖維，增加了比表面積。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種用棉秸稈制備纖維材料的方法，按如下步驟實施：
(1)粉碎：將棉秸稈原料，經(jīng)過皮芯分離并除去桃、葉、細枝后得到的皮料和芯料分別粉碎得到粒徑5-15mm的皮料和芯料，或者不經(jīng)過皮芯分離直接輸入粉碎機進行粉碎，得到粒徑5-15mm的未分離料；
(2)篩分：將步驟(1)所得物料篩分出粒徑5-15mm的合格物料，同時除去粉塵；
(3)加熱潤脹：調(diào)整水份含量至小于50%wt，加熱物料至溫度70-100℃，使其充分潤脹；
(4)一次揉搓：機械揉搓使物料中的纖維束初步離解，初步帚化；
(5)轟爆處理：將揉搓堆浸過的皮料、芯料和未分離料中的一種或多種混合物料置入密閉壓力容器內(nèi)，通入高壓蒸汽加溫加壓，保持1.0-2.5MPa氣壓5-15分鐘，在60-75ms內(nèi)通過同時釋放蒸氣和物料泄壓至大氣壓，物料爆出；
(6)二次揉搓：機械揉搓，秸稈中的纖維束充分離解，通過加水、擠壓，將部分降解產(chǎn)物和灰分去除；
(7)水洗：通過水洗進一步分離降解產(chǎn)物，洗出灰分；
(8)脫水：脫水，使水分降至20-30%wt；
(9)烘干：烘干，使棉秸稈纖維均質(zhì)蓬松，水分降至7-10%wt，得到成品棉秸稈纖維。
本發(fā)明還包括的優(yōu)化或/和改進有：
優(yōu)選的方案之一：所述步驟(2)中將尺寸大于15mm的不合格物料返回步驟(1)粉碎機繼續(xù)粉碎，將尺寸小于5mm的不合格物料廢棄；
優(yōu)選的方案之二：所述步驟(1)和步驟(2)中的粒徑為8-12mm；
優(yōu)選的方案之三：所述步驟(2)之后加入浮選步驟：將合格物料進行水浮選，將棉桿芯髓、蠟質(zhì)皮等雜志清除；
優(yōu)選的方案之四：所述步驟(3)中加熱溫度至80-100℃；
優(yōu)選的方案之五：所述步驟(3)加熱潤脹中的調(diào)整水份含量包括加水浸泡吸水或著進行脫水。
實施本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：
本發(fā)明能有效破壞棉秸稈的天然木質(zhì)素、纖維素和半纖維素結(jié)構(gòu)，使高分子中的內(nèi)部連接鍵被打斷，裂解成小分子，纖維束離解成細小纖維，增加了比表面積。同時能有效的降解中低碳水化合物及多戊糖含量，同時將其中的無機物離解析出。利用本發(fā)明制備的復(fù)合材料用纖維材料具有高比表面積和高浸潤性，在后續(xù)制備復(fù)合材料的施膠工藝中粘膠劑與纖維界面的相容性得到大幅度地提高，結(jié)合強度顯著增大，復(fù)合材料強度等性能更加優(yōu)異。
經(jīng)檢測，實施本實施例所得棉秸稈纖維材料的比表面積較普通棉秸稈纖維擴大20倍以上，達到1200.4-2261.1m2/g；加入20%的粘結(jié)劑制成增強纖維復(fù)合板材，其彎曲強度達到30-40MPa，大幅度超過普通中高密度纖維板彎曲強度的國標要求22MPa。
下面結(jié)合實施例詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
附圖說明
無。
具體實施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面以實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
實施例1 取棉秸稈1.5噸，按以下步驟實施：
(1)粉碎：將棉秸稈不經(jīng)過皮芯分離直接輸入粉碎機進行粉碎得到粒徑5-15mm的未分離料；
(2)篩分：將步驟(1)所得物料篩分出粒徑5-15mm的合格物料，同時除去粉塵；將尺寸大于15mm的不合格物料返回粉碎機繼續(xù)粉碎，將尺寸小于5mm的不合格物料廢棄；
步驟(2)之后加入浮選步驟：將合格物料進行水浮選，將棉桿芯髓、蠟質(zhì)皮等雜志清除。在浮選步驟之后再加入脫水步驟：將浮選后的物料進行脫水處理，至水分含量小于50%wt；
(3)加熱潤脹：調(diào)整水份含量至小于50%wt，加熱物料至溫度70-100℃，使其充分潤脹；
(4)一次揉搓：機械揉搓使物料中的纖維束初步離解，初步帚化；
(5)轟爆處理：將揉搓堆浸過的物料置入密閉壓力容器內(nèi)，通入高壓蒸汽加溫加壓，保持1.0-2.5MPa氣壓5-15分鐘，在60-75ms內(nèi)通過同時釋放蒸氣和物料泄壓至大氣壓料，物料爆出；
(6)二次揉搓：機械揉搓，秸稈中的纖維束充分離解，通過加水、擠壓，將部分降解產(chǎn)物和灰分去除；
(7)水洗：通過水洗進一步分離降解產(chǎn)物，洗出灰分；
(8)脫水：脫水，使水分降至20-30%wt；
(9)烘干：烘干，使棉秸稈纖維均質(zhì)蓬松，水分降至7-10%wt，得到成品棉秸稈纖維1.0噸。
經(jīng)檢測，實施本實施例所得棉秸稈纖維材料的比表面積較普通棉秸稈纖維擴大20倍以上，達到1963m2/g；加入20%的粘結(jié)劑制成增強纖維復(fù)合板材，其彎曲強度達到35MPa，大幅度超過普通中高密度纖維板彎曲強度的國標要求22MPa。
實施例2 取棉秸稈1.5噸，按以下步驟實施：
(1)粉碎：將棉秸稈經(jīng)過皮芯分離并除去桃、葉、細枝后得到的皮料輸入粉碎機進行粉碎得到粒徑8-12mm皮料；
(2)篩分：將步驟(1)所得物料篩分出粒徑8-12mm的合格物料，同時除去粉塵；將尺寸大于12mm的不合格物料返回粉碎機繼續(xù)粉碎，將尺寸小于8mm的不合格物料廢棄；
(3)加熱潤脹：調(diào)整水份含量至小于50%wt，加熱物料至溫度70-100℃，使其充分潤脹；
(4)一次揉搓：機械揉搓使物料中的纖維束初步離解，初步帚化；
(5)轟爆處理：將揉搓堆浸過的物料置入密閉壓力容器內(nèi)，通入高壓蒸汽加溫加壓，保持1.0-2.5MPa氣壓5-15分鐘，在60-75ms內(nèi)通過同時釋放蒸氣和物料泄壓至大氣壓，物料爆出；
(6)二次揉搓：機械揉搓，秸稈中的纖維束充分離解，通過加水、擠壓，將部分降解產(chǎn)物和灰分去除；
(7)水洗：通過水洗進一步分離降解產(chǎn)物，洗出灰分；
(8)脫水：脫水，使水分降至20-30%wt；
(9)烘干：烘干，使棉秸稈纖維均質(zhì)蓬松，水分降至7-10%wt，得到成品棉秸稈纖維1.0噸。
經(jīng)檢測，實施本實施例所得棉秸稈纖維材料的比表面積較普通棉秸稈纖維擴大20倍以上，達到2260m2/g；加入20%的粘結(jié)劑制成增強纖維復(fù)合板材，其彎曲強度達到40MPa，大幅度超過普通中高密度纖維板彎曲強度的國標要求22MPa。
實施例3 取棉秸稈1.5噸，按以下步驟實施：
(1)粉碎：將棉秸稈經(jīng)過皮芯分離并除去桃、葉、細枝后得到的芯料輸入粉碎機進行粉碎得到粒徑5-15mm的芯料；
(2)篩分：將步驟(1)所得物料篩分出粒徑5-15mm的合格物料，同時除去粉塵；
(3)加熱潤脹：調(diào)整水份含量至小于50%wt，加熱物料至溫度70-100℃，使其充分潤脹；
(4)一次揉搓：機械揉搓使物料中的纖維束初步離解，初步帚化；
(5)轟爆處理：將揉搓堆浸過的物料置入密閉壓力容器內(nèi)，通入高壓蒸汽加溫加壓，保持1.0-2.0MPa氣壓5-10分鐘，在60-75ms內(nèi)通過同時釋放蒸氣和物料泄壓至大氣壓，物料爆出；
(6)二次揉搓：機械揉搓，秸稈中的纖維束充分離解，通過加水、擠壓，將部分降解產(chǎn)物和灰分去除；
(7)水洗：通過水洗進一步分離降解產(chǎn)物，洗出灰分；
(8)脫水：脫水，使水分降至20-30%wt；
(9)烘干：烘干，使棉秸稈纖維均質(zhì)蓬松，水分降至7-10%wt，得到成品棉秸稈纖維1.2噸。
經(jīng)檢測，實施本實施例所得棉秸稈纖維材料的比表面積較普通棉秸稈纖維擴大20倍以上，達到1630m2/g；加入20%的粘結(jié)劑制成增強纖維復(fù)合板材，其彎曲強度達到31MPa，大幅度超過普通中高密度纖維板彎曲強度的國標要求22MPa。
實施例4 取棉秸稈3.0噸，按以下步驟實施：
(1)粉碎：取棉秸稈3.0噸，將其中的2.0噸經(jīng)過皮芯分離并除去桃、葉、細枝后得到的皮料和芯料分別粉碎得到粒徑5-15mm的皮料0.7噸和芯料0.8噸，將其中的1.0噸不經(jīng)過皮芯分離直接輸入粉碎機進行粉碎得到未分離料0.7噸，合格物料粒徑為5-15mm；
(2)篩分：將步驟(1)所得物料篩分出粒徑5-15mm的合格物料，同時除去粉塵；將尺寸大于15mm的不合格物料返回粉碎機繼續(xù)粉碎，將尺寸小于5mm的不合格物料廢棄。同時除去粉塵；
(3)加熱潤脹：調(diào)整水份含量至小于50%wt，加熱物料至溫度70-100℃，使其充分潤脹；
(4)一次揉搓：機械揉搓使物料中的纖維束初步離解，初步帚化；
(5)轟爆處理：將揉搓堆浸過的皮料、芯料和未分離料中的一種或多種混合物料置入密閉壓力容器內(nèi)，通入高壓蒸汽加溫加壓；
對于未分離料，保持1.0-2.5MPa氣壓5-15分鐘，在60-75ms時間同時釋放物料和蒸氣泄壓至大氣壓；對于芯料，保持1.0-2.0MPa氣壓5-10分鐘，在60-75ms時間同時釋放物料和蒸氣泄壓至大氣壓；對于皮料，保持1.5-2.5MPa氣壓10-15分鐘；
對于未分離料和皮料的混合物料，保持1.2-2.3MPa氣壓9-15分鐘，對于未分離料和芯料，保持1.5-2.5MPa氣壓10-15分鐘，對于皮料和芯料的混合物料或者皮料、芯料和未分離料的三者混合物料，保持1.3-1.9MPa氣壓8-13分鐘；
在60-75ms時間同時釋放物料和蒸氣泄壓至大氣壓，物料爆出；
(6)二次揉搓：機械揉搓，秸稈中的纖維束充分離解，通過加水、擠壓，將部分降解產(chǎn)物和灰分去除；
(7)水洗：通過水洗進一步分離降解產(chǎn)物，洗出灰分；
(8)脫水：脫水，使水分降至20-30%wt；
(9)烘干：烘干，使棉秸稈纖維均質(zhì)蓬松，水分降至7-10%wt，得到成品棉秸稈纖維1.0噸。
經(jīng)檢測，實施本實施例所得棉秸稈纖維材料的比表面積較普通棉秸稈纖維擴大20倍以上，達到1200-2260m2/g；加入20%的粘結(jié)劑制成增強纖維復(fù)合板材，其彎曲強度達到30-40MPa，大幅度超過普通中高密度纖維板彎曲強度的國標要求22MPa。
可以理解的是，以上實施例僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此，實施者可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實際情況結(jié)合公知技術(shù)來確定具體的實施方式。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，增加的這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。