趙賢達(dá)，梁多平，賈彬，汪志雷

（哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028）

農(nóng)作物秸稈是一種常見(jiàn)且產(chǎn)量很高的生物質(zhì)資源，我國(guó)作為一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量在7 億噸左右，傳統(tǒng)的利用方式是將豐富的生物質(zhì)秸稈當(dāng)作飼料、薪柴或直接燃燒。秸稈熱值低，作為薪柴燃燒有效利用率只有10%～20%[1]。每逢農(nóng)忙時(shí)節(jié)，大量農(nóng)作物秸稈被閑置田間地頭，浪費(fèi)了難得的生物質(zhì)資源，損害了田地的肥力，更會(huì)引發(fā)火災(zāi)，出現(xiàn)霧霾等嚴(yán)重影響交通出行的惡劣天氣，給人們的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)不可估量的危害[2]。同時(shí)，農(nóng)作物秸稈的堆積密度只有30～50 kg/m3，運(yùn)輸和儲(chǔ)存經(jīng)濟(jì)成本高[3]。將生物質(zhì)秸稈粉碎并壓縮成型，可使其密度提升9～12 倍，如此便可以將產(chǎn)品以較低的運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本流入市場(chǎng)。

1 材料與方法

1.1 儀器和原料

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳市瑞格爾儀器有限公司；XJUY-55 液晶懸臂式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，承德市科承試驗(yàn)機(jī)有限公司；STD-A 薄膜沖擊試驗(yàn)儀，北京冠測(cè)精電儀器設(shè)備有限公司；HT-20T平板硫化機(jī)，東莞市九通機(jī)械有限公司；電子秤、游標(biāo)卡尺等。

自然風(fēng)干后粉碎成20 目和80 目的玉米秸稈、固化溫度為35 ℃的水溶性丙烯酸樹(shù)脂、粉末狀二氧化鈦。

1.2 試樣制備

將粉碎成20 目和80 目的玉米秸稈顆粒和水溶性丙烯酸樹(shù)脂混合成濃度為40%、45%、50%、55%、60%和65%的混合物，并添加一定量的二氧化鈦。然后利用HT-20T 平板硫化機(jī)加熱加壓制備試樣。

按照?qǐng)D1 制作標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，要求試樣表面無(wú)壓痕，損壞和毛刺。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)拉伸實(shí)驗(yàn)試樣圖

按照?qǐng)D2 制作標(biāo)準(zhǔn)懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)試樣，要求試樣表面無(wú)壓痕，損壞和毛刺。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)試樣圖

其中，L=63.5 mm，a=4～12.7 mm，b=12.mm，C=10.16 mm±0.05 mm，R=0.25 mm±0.025 mm。

片材沖擊實(shí)驗(yàn)試樣應(yīng)薄厚均勻，平整，無(wú)缺陷，并具有代表性，并根據(jù)試樣夾具裁制相應(yīng)圓形試樣[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗拉強(qiáng)度

試樣的抗拉強(qiáng)度結(jié)果如圖3 所示。從圖3 中可以得出：20 目試樣和80 目試樣的抗拉強(qiáng)度值均隨著水溶性丙烯酸樹(shù)脂濃度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，且20 目試樣的抗拉強(qiáng)度值均高于80 目試樣的抗拉強(qiáng)度值。

在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的抗拉強(qiáng)度為5.10～13.03 MPa，平均值為8.55MPa；80 目試樣的抗拉強(qiáng)度為1.93～6.37 MPa，平均值為4.18 MPa。

2.2 斷裂強(qiáng)度

試樣的斷裂強(qiáng)度結(jié)果如圖4 所示。從圖4 中可以得出：20 目試樣和80 目試樣的斷裂強(qiáng)度值均隨著水溶性丙烯酸樹(shù)脂濃度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，且20 目試樣的斷裂強(qiáng)度值均高于80 目試樣的斷裂強(qiáng)度值。80 目試樣的斷裂強(qiáng)度值在濃度達(dá)到50%后，斷裂強(qiáng)度值趨于穩(wěn)定。

在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的斷裂強(qiáng)度為3.31～11.61 MPa，平均值為8.04 MPa；80 目試樣的斷裂強(qiáng)度為1.93～5.39 MPa，平均值為4.01 MPa。

圖3 試樣的抗拉強(qiáng)度折線圖

圖4 試樣的斷裂強(qiáng)度折線圖

2.3 斷裂伸長(zhǎng)率

不同濃度試樣的斷裂伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)如圖5所示。在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的斷裂伸長(zhǎng)率為5.12%～10.25%，平均值為6.66%；80 目試樣的斷裂伸長(zhǎng)率為1.74%～7.07%，平均值為3.14%。

圖5 不同濃度試樣的斷裂伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)折線圖

20 目試樣的斷裂伸長(zhǎng)率值均高于80 目試樣的斷裂伸長(zhǎng)率值；20 目試樣和80 目試樣的斷裂伸長(zhǎng)率值在水溶性丙烯酸樹(shù)脂的濃度低于55%時(shí)基本保持恒定；濃度高于55%時(shí)，兩種試樣的斷裂伸長(zhǎng)率值均隨濃度的增加而逐漸變大。

2.4 最大載荷

不同濃度試樣的最大載荷變化趨勢(shì)如圖6 所示。在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的最大載荷為427.99～1 250.71 N，平均值為770.63 N；80 目試樣的最大載荷為206.14～634.16 N，平均值為419.76 N。

圖6 不同濃度試樣的最大載荷變化趨勢(shì)折線圖

20 目試樣和80 目試樣的最大載荷值均隨著水溶性丙烯酸樹(shù)脂濃度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，且20 目試樣的最大載荷值均高于80 目試樣的最大載荷值。

2.5 懸臂梁沖擊強(qiáng)度

不同濃度試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)如圖7所示。在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度為408.04～442.93 MPa，平均值為422.43 MPa；80 目試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度為273.46～288.55 MPa，平均值為283.65 MPa。

圖7 不同濃度試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)折線圖

20 目試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度值均高于80 目試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度值，兩不同目數(shù)試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度值基本恒定，且不隨水溶性丙烯酸樹(shù)脂濃度的變化而變化。

2.6 片材沖擊強(qiáng)度

不同濃度試樣的片材沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)如圖8所示。在濃度為40%～65%范圍內(nèi)，20 目試樣的片材沖擊強(qiáng)度為1.78～1.90 MPa，平均值為1.83 MPa；80 目試樣的片材沖擊強(qiáng)度為1.28～1.42 MPa，平均值為1.34 MPa。

圖8 不同濃度試樣的片材沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)折線圖

20 目試樣的片材沖擊強(qiáng)度值均高于80 目試樣的片材沖擊強(qiáng)度值；兩種目數(shù)試樣的片材沖擊強(qiáng)度值在水溶性丙烯酸樹(shù)脂濃度增加的情況下基本保持恒定。

3 結(jié)論

粉碎至20 目的玉米秸稈相較于粉碎至80 目的玉米秸稈顆粒更大，在壓縮成型過(guò)程中顆粒彼此間相互隨機(jī)疊加纏繞的可能性和面積更大，水溶性樹(shù)脂丙烯酸樹(shù)脂發(fā)揮的粘結(jié)作用更強(qiáng)，因而試樣的抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、最大載荷、片材沖擊強(qiáng)度、懸臂梁沖擊強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)20 目高于80 目試樣的情況。