Effects of internal factors on surface wettability of corn stalk rind

Corn stalk is one of heterogeneous materials with anisotropy and variability.As the rind of corn stalk consists of rich lignin and cellulose similar to wood properties,and possessing high mechanical strength,then can be used as raw material of stalk artificial board and paper.The corn stalk rind has significant differences in fiber morphology,chemical composition and mechanical properties at different heights.Nano-SiO2 composite material contained in the epidermis of corn stalk rind is not conducive to exert adhesive into a board.To study board-making technology by intact corn stalk rind,the wettability of corn stalk rind at different sampling heights is necessary to be analyzed by keeping or removing the epidermis.To analyze the surface wettability difference,the contact angle with water,element compositions and the chemical compositions of corn stalk rind at different sampling heights were studied before and after removal of epidermis.A Fourier transform infrared(FTIR)analysis was performed.The results showed that the removal of the epidermis could significantly improve the hydrophilicity of corn stalk rind.Before removal of the epidermis,the varying contents of elements including C and Si dominate the surface wettability differences at different sampling heights of corn stalk.With an increase in the sampling height,the mass fraction of C increases while that of Si decreases,which result in increasing hydrophilicity.After removal of the epidermis,the surface wettability of corn stalk rind is mainly determined by the mass fraction of hemicellulose,and the higher the sampling height,the larger the mass fraction of hemicellulose resulting in the increase of hydrophilicity.

玉米秸秆皮穰分离机械运行参数优化试验

为有效适应各季节玉米秸秆的皮穰分离加工及确定玉米秸秆皮穰分离机的运行参数,该文针对作者所设计的玉米秸秆皮穰分离机,在已经结构参数优化的基础上,又对除叶机构与剥穰机构进行了运行试验研究。通过多因素正交旋转组合试验确定除叶机构与剥穰机构的关键运行参数,结果表明：影响除叶率的显著因素是U型齿板底宽和秸秆喂入速度,齿辊转速有影响但不显著;影响剥穰率的主要因素及其顺序为秸秆喂入速度、剥穰辊转速、剥穰刀与支撑板间距。并通过综合已有研究及样机试验结果,确定主要运行参数为秸秆喂入速度1.2-1.3 m/s,除叶齿辊旋转线速度大于5 m/s,剥穰辊旋转线速度大于5.8 m/s时,该分离机对各季节玉米秸秆进行皮穰分离加工的适用性较好,且其生产率大于0.5 t/h,除叶率大于97.6%,剥穰率大于95.7%。

玉米秸秆皮拉伸和剪切特性试验

为设计玉米秸秆皮穰叶分离机械并优化其参数,本该文对玉米秸秆皮的拉伸和剪切特性进行了二次回归正交旋转试验研究。该文通过试验研究了含水率和取样高度对玉米秸秆皮拉伸强度的影响;含水率、取样高度和剪切速度对玉米秸秆皮的剪切强度的影响。试验结果分析表明:对于抗拉强度,在含水率为30%时玉米秸秆下部秸秆皮的抗拉强度达到最大值,其值为67.2MPa。在研究抗拉强度的2个因素中,取样高度对玉米秸秆皮的拉伸强度影响较显著。对于剪切强度,在研究的3个因素中,剪切速度和含水率对玉米秸秆皮的剪切强度影响较显著,而取样高度对玉米秸秆皮的剪切强度影响不显著。

玉米秸秆皮单板层积材制备工艺优化

为将组分分离后的完整玉米秸秆皮用于人造板生产,该文以去除表皮层后的完整玉米秸秆皮为原料,以异氰酸酯胶为胶黏剂进行了玉米秸秆皮层积材的制备试验,并分析取样高度、施胶量、热压温度、热压时间等工艺条件对玉米秸秆皮层积材物理力学性能的影响。结果表明,利用穗位部及根部位置玉米秸秆皮制备的板材的性能,除内结合强度较小外,其他性能优于穗位部以上位置玉米秸秆皮制备的板材(P<0.01);随着施胶量的增大,静曲强度、弹性模量、内结合强度等力学性能显著增大(P<0.01),其吸水厚度膨胀率和吸水率都呈减小趋势;在热压温度为150℃、热压时间为6 min时,玉米秸秆皮层积材的力学性能较好,但随着热压时间的增大,其吸水厚度膨胀率和吸水率都增大。在取样高度为玉米秸秆的根部、施胶量为12%、热压温度为150℃、热压时间为6 min最优工艺试验条件下,玉米秸秆皮层积材达到了GB/T20241-2006《单板层积材》、LY/T1611-2003《地板基材用纤维板》的使用要求。该研究为玉米秸秆皮材料化利用及其制板工艺优化提供了理论基础与技术依据。

玉米秸秆皮穰分离机构的试验研究

针对玉米秸秆皮穰分离机构剥穰效果不理想、秸秆皮易碎断等情况,提出了齿刀式皮穰分离机构。选取影响剥穰效果的剥穰刀齿刃角、齿-板间隙及剥穰辊的转速为试验因素,以剥穰率、外皮损伤率作为评价指标,采用正交试验方法对剥穰机构的剥穰效果进行试验研究。结果表明:在试验参数范围内,剥穰率的变化范围为35%~99%,损伤率的范围为0~13%;且剥穰辊转速和齿-板间隙对评价指标有显著影响,剥穰刀的齿刃角对剥穰率影响较为显著,对秸秆外皮损伤率影响不显著。经试验,齿刀式皮穰分离机构的最优参数组合为:在齿-板间隙为1.66mm,剥穰辊转速为1680r·min-1,剥穰刀齿刃角为40°时,剥穰率达到95%以上,损伤率在5%以下,满足生产要求,说明齿刀式皮穰分离机构可行。

有机酸法玉米秸秆皮浆短流程TCF漂白特性

选择短流程漂白技术对有机酸法玉米秸秆皮浆(OABCSRP)进行漂白,研究了碱处理(E)、压力H2O2(PO)和H2O2(P)及其组合漂白工艺对OABCSRP浆特性的影响。结果表明,碱处理对OABCSRP浆脱木素选择性高,是后续漂白的重要基础,当用碱量4.0%时,浆的得率为95.4%、脱木素率为23.5%、黏度为115 mPa.s、亮度为44.2%;短流程E(PO)漂白可作为中高白度文化用纸浆料的漂白,在E段用碱量4.0%、PO段H2O2用量为2.0%时,可获得得率87.6%、黏度53.5 mPa.s、亮度79.9%的漂白浆,E(PO)漂白浆具有较好的打浆和纸张性能;短流程E(PO)P漂白在H2O2总用量为2.5%时,可获得得率为86.4%、黏度为59.6 mPa.s、亮度为82.7%的漂白浆。

玉米秸秆皮穰分离试验装置空载时气流场的研究

为玉米秸秆皮穰叶分离机配备风机和提高分选质量及生产率提供试验与理论基础,考察研究穰颗粒群与气流的相对运动、测定不同规格穰颗粒群的悬浮速度,同时还研究玉米秸秆皮穰分离试验装置空载时剥穰辊转速、剥穰辊轴线距其前端竖直面距离、风速计探头距顶板的距离和剥穰刀位置等四个试验因素对剥穰辊前端机腔风速和风量的影响。试验结果表明：在试验范围内,穰颗粒群的悬浮速度的取值范围是1.16～3.77m/s;四个试验因素的单因素效应和风速计探头距顶板的距离和剥穰刀位置的交互作用对剥穰辊前端机腔风速和风量均有显著影响,可能是因为气流沿剥穰辊半径方向受力不均,造成流动损失。

玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊设计与试验

为提高玉米秸秆皮瓤分离效率,达到皮瓤分类利用,以秸秆群为研究对象,设计辊齿式碾压揭皮辊,实现秸秆皮瓤有效分离。采用密度理论法(SIMP)设计了辊齿式碾压揭皮辊,并进行了有限元模拟仿真分析,确定了碾压揭皮辊半径为33 mm,齿型刀片齿刃高2 mm、厚度2 mm、刃角30°。为寻找最佳参数组合,以皮瓤分离率为试验指标,碾压揭皮辊转速、辊齿间隙、切段长度为试验因素,进行二次回归正交旋转组合设计试验。运用Design-Expert进行试验数据处理与分析,建立评价指标与试验因素之间的数学模型,并对参数进行优化,确定玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊的最佳参数组合为:碾压揭皮辊转速为295 r/min,辊齿间隙为5 mm,切段长度为22 mm时,皮瓤分离率为85%。经试验验证,试验结果与分析结果基本一致。

基于Abaqus的耦合式玉米秸秆皮穰分离仿真与试验

为提高玉米秸秆皮穰分离率、推进秸秆高值化利用进程,采用Abaqus/Explicit动力学显式求解器和中心差分求解法,对异向碾压和异向碾压锤切2种耦合式皮穰分离方法进行模拟分析,确定最佳耦合分离方式为异向碾压锤切耦合作用,进而试制秸秆异向碾压锤切皮穰分离试验台,并确定最佳工作与结构参数。以刀盘转速、碾压揭皮辊转速和刀片滑切角为试验因素,以秸秆皮穰分离率为试验指标,通过三元二次正交回归组合试验对分离试验台进行参数优化,利用Design-Expert进行数据分析,建立因素与指标间数学模型。试验表明:在刀盘转速为449 r/min、碾压揭皮辊转速为226 r/min、刀片滑切角为46°的最优工作参数组合下,皮穰分离率为88%,分离后的皮穰呈段状,满足实际生产需求。

玉米秸秆皮瓤叶分离机的设计与试验

针对现有玉米秸秆皮瓤叶分离机存在适应性、生产率和分离率较低等问题,设计了一种结构简单、可靠性高的玉米秸秆皮瓤叶分离机.该机主要由除叶、分展、剥瓤等机构组成,组合笛卡尔坐标系和极坐标方式设计除叶机构,组合切割剥瓤与下抛原理设计剥瓤机构,并利用其试验平台,以影响其分离性能的主要因素为试验因素,分别以除叶率、瓤残留率为评价指标进行正交试验.结果表明:当弹簧线径、喂入辊喂入线速度和除叶辊转速分别为1.4 mm,1 m·s^-1和700 r·min^-1时,除叶率可以控制在较优范围;当切刀数量、顶板与切刀间隙、剥瓤辊转速和切刀安装角度分别为6把,1.8 mm,780 r·min^-1和45°时,瓤残留率可以控制在较优范围.根据以上优化参数进行玉米秸秆皮瓤叶分离机的研制与试验,结果表明:除叶率为97.5%,瓤残留率为2.8%,且外皮完整,瓤粒均匀,满足玉米秸秆皮瓤叶分离机的作业要求.

玉米秸秆皮/HDPE复合材吸湿-解吸模型的建立

以玉米秸秆皮/HDPE(高密度聚乙烯)复合材、杨木、松木,及杨木/HDPE、松木/HDPE复合材为研究对象,分别将它们置于温度为20℃,相对湿度分别为33%、66%、75%、85%、93%的干燥器中干燥,待其吸湿/解吸达到平衡后测量其含水率,并与尼尔森(Nelson)模型进行拟合。结果表明,玉米秸秆皮是玉米秸秆皮/HDPE复合材的主要吸湿成分,复合材料的平衡含水率随相对湿度和玉米秸秆皮含量的增加而增加。玉米秸秆皮/HDPE复合材的吸湿、解吸性能低于杨木/HDPE、松木/HDPE复合材,也低于实体木材。Nelson模型能够预测玉米秸秆皮/HDPE复合材在不同环境下的平衡含水率。

玉米秸秆皮穰分离装置刮穰机构功耗试验

在自行设计的玉米秸秆分离装置上,使用电功率差值法测量其关键机构——刮穰机构的能耗。选取该机构的4个参数作为影响因子：刮穰辊转速、齿-板间隙、秸秆喂入速度和刮刀片齿刃角；选取有效比能、总比能、能量利用比3个指标作为评价指标,在正交试验的基础上,采用响应面方法分析得到各试验因素对评价指标影响规律模型。结果表明：有效比能变化范围0.5～2.0 Wh/kg,总比能变化范围4.0～13.0 Wh/kg,能量利用比的变化范围11%～24%。在3个模型中,间隙和转速对评价指标的影响均较显著,其中刮刀片齿刃角对有效比能、总比能影响不显著。综合考虑各评价指标、工作效率和刮穰效果,最后选取刮穰机构的工作参数：刮穰辊转速840 r/min,秸秆喂入辊转速413 r/min,齿-板间隙1.56 mm,刮刀片齿刃角25°,此时有效比能、总比能、能量利用比分别为2.21 Wh/kg、10.73 Wh/kg和22.29%。