阅读说明：本技术 一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法 (Preparation method of structural biomass silicon carbon pipe material ) 是由 蓝华萍 周仁进 张翔 马荣增 唐森 叶春晓 宋俊江 许小飞 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法,包括硅碳材料,所述硅碳材料在和高分子聚合物共混时通过反应型双螺杆加工,使材料在聚合物中得到更好的塑化效果,同时凹凸颗粒在双螺杆剪切力的作用下,将颗粒变成更细小的短纤维状,这种短纤维状在浮力作用下形成相互交错的形状,结构如同“#”状的排列,从而得到更佳的增韧效果,还在与高聚物共混过程中体现出了功能性的增强增韧作用,利用硅碳材料的纤维微孔结特性,对颗粒内层的纤维孔道进行有机改性,在保持其纤维结构的前提下,提高其与高聚物的相容性,具有了独特的改性功能,不仅替代了增韧剂树脂,并在最终制品中体现的抗老化性能和物理性能更优越。(The invention discloses a preparation method of a structural biomass silicon carbon pipe material, which comprises a silicon carbon material, wherein the silicon carbon material is processed by a reactive double screw when being blended with a high molecular polymer, so that the material obtains a better plasticizing effect in the polymer, meanwhile, concave-convex particles change the particles into finer short fiber shapes under the action of the shearing force of the double screw, the short fiber shapes form mutually staggered shapes under the action of buoyancy, the structures are arranged like a #, so that a better toughening effect is obtained, the functional reinforcing and toughening effects are also embodied in the blending process with the high polymer, fiber pore canals in the inner layers of the particles are organically modified by utilizing the fiber micropore bonding characteristics of the silicon carbon material, the compatibility with the high polymer is improved on the premise of keeping the fiber structure of the silicon carbon material, the silicon carbon pipe material has a unique modification function, not only replaces toughening agent resin, and the anti-aging performance and the physical performance of the product are more excellent.)

一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法

技术领域

本发明属于结构性生物质基硅炭管材材料技术领域，具体为一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法。

背景技术

目前国内城市建设属于高速发展阶段，老城区的改造、城中村的拆迁、新农村的建设及河道的治理等市政方面的工作。早期的城市建设中对于排水系统和排水设备的关注度不够，导致现在很多的城市在雨季汛情时期出现很严重的内涝现象。同时在排水系统没有完善的体制下，造成水污染也很严重，提出的雨污分流的保护措施及新农村建设中的生活污水并管集中处理等工作。市政的大力发展和建设中，对于排水管道也相应的带来很大的需求量。从早期的水泥管道改进到钢管，不断的进步到现在国家科技厅和城乡建设委提倡塑料排水管道。所以最终选择双壁波纹管做为排水管道主导。然而现在国内管道厂家生产的双壁波纹管都是采用HDPE再生料和填充无机粉体进行生产的。管道长期掩埋受压的情况下容易变形和破裂受损，导致排水的堵塞现象屡屡发生。其中由于雨水的酸性和污水的细菌滋生导致这种填充型的管材更容易破坏其结构和表面，长时间侵蚀最终导致管道的坍塌。

同时目前国内市政给水管主要分三大类型：金属镀锌管/HDPE直臂管/钢丝骨架复合管。

1.金属镀锌管

金属镀锌管是国内应用最早的管材，长期的使用会让金属镀锌管表面的镀锌层失去，这样金属氧化生锈导致居民生活放水时出现比较混浊状态，长期不用甚至放出来的水都是锈水，极不利于生活用水。也给居民带来很大的烦恼。

金属的密度较大，也是目前刚性最好的管材。正由于它的物性特征，过于笨重的体积在安装中极为不方便，同时连接方式也必须采用电焊焊接，这样在后面的维护中极为不繁琐。

2.HDPE直臂管

HDPE直臂管是目前使用最为广泛的，算是全新一代的产品。HDPE拥有很好的韧性，具有很好的耐酸碱耐腐蚀性，同时热熔焊接也便利。同时比重轻在现场安装也比较方便。

HDPE属于聚烯烃材料，韧性比较好但刚性和强度就稍显劣势了，在特殊的地方施工，由于要经受重载的碾压，地下具有形成的砖块残痕等因素。很容易在长期受压的情况下爆管。由于HDPE材质本身的密度较小，生产管材时的密实度也受影响，加上长期受压，导致管材的疲劳性增加，出现爆管的几率增加许多，这也是这么多年自来水公司抢修事故多的原因。

3.钢丝骨架复合管

钢丝骨架复合管就是HDPE钢丝缠绕管，针对HDPE刚性不足而从结构上设计弥补了纯HDPE的刚性需求。也是这两年刚开发出来的结构性管材。通过管材的生产工艺的改变，挤出HDPE的时候通过另外的设备进行钢丝编制在管材表面，然后再经过一层的HDPE复合，这样形成中间是钢丝缠绕增强的复合管材。生产工艺较为复杂。由于是金属和塑料直接的结合，长时间的应用必定产生分离现象。在分离的过程中，钢丝自身就会产生很大的支撑力，同时加上水压的作用，更容易产品爆管。同时在对管进行焊接的时候，特别容易造成接头不牢或钢丝外露现象，所以钢丝骨架复合管出问题最多是就是接头爆管最为严重。因此需要对结构性生物质基硅炭管材材料的结构加以改进，同时提出一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法，便于更好的解决上述提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种结构性生物质基硅炭管材材料的制备方法，包括硅碳材料，所述硅碳材料结碳工艺流程为：所述硅炭材料生产的工艺流程为：高温提纯、研磨烘干、分选、活化、酯化反应、表面润滑与干燥、冷却分选，所述硅碳材料结碳工艺流程为：

步骤1、在100度--180度的第一级升温中处理稻壳表面游离水和壳内结晶水；

步骤2、在180度--350度的第二级升温中处理稻壳表面微尘和析出杂余物；

步骤3、在350度--500度的第三级升温中处理稻壳结碳形成二氧化硅和活性炭；

步骤4、在500度--650度的第四级升温中处理稻壳结碳后硅和炭在气化炉中结构性形成。

在一优选的实施方式中，所述硅碳材料属于生物质基纳微米结构性功能环保材料，完全符合国家卫生指标，碳硅材料已通过SGS，ROHS和SVHC检测，由于硅碳材料达到纳微米级想要充分的分散在HDPE里必须通过表面处理修饰，才能和HDPE充分的相容，形成分散相在HDPE里，提高管材的密实度，达到管材整体抗压能力，同时硅碳材料的纳微米微孔结构属性，管材在冲击和共振的情况下可以有相互的调节，充分展现管材良好的回弹性，硅碳材料特殊的硅碳元素排列，突显材料的金属般刚性特征，更有效的提高管材的环刚度和拉伸强度，较强的密实度在管材对接焊接时有着更强的牢固性。

在一优选的实施方式中，所述硅碳材料经过高温形成的主要成分是C和SI，通过气化炉的反应通过单一晶体对比形成中空二氧化硅和微孔纤维状炭晶体，两种晶体产生具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，因而，硅碳材料具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附能力和一定的可塑性及粘结力，且介于链状结构和层状结构之间的中间结构，这一独特结构使其成为天然的一维棒状材料，因而表现出各种优异的物理化学性质，如吸附性、韧性和耐磨性及抗老化性等等，为化学改性和材料复合创造了条件。

在一优选的实施方式中，所述硅碳材料通过高温热活化、化学处理等反应对纤维表面进行有机改性，再利用双螺杆剪切和加工助剂使硅碳以结构性形式分散在高分子聚合物体系中制得功能性管材专用材料，使其保持独特的纤维状结构，特殊的硅碳排列顺序体现材料优异的刚性，微孔状纤维结构在管材中体现出完美的高弹性，同时硅碳材料是全生物基结构性材料，在食品卫生性能更是完善的突出价值。

在一优选的实施方式中，所述硅碳材料在和高分子聚合物共混时通过反应型双螺杆加工，在加工过程中硅碳材料表面的修饰活性基和聚合物的分子链产生相互交链的现象，使材料在聚合物中得到更好的塑化效果，同时凹凸颗粒在双螺杆剪切力的作用下，将颗粒变成更细小的短纤维状，这种短纤维状在浮力作用下形成相互交错的形状，结构如同“#”状的排列，从而得到更佳的增韧效果。“#”状纤维的排列作为分子聚合物的分散相，这样在双螺杆设备经过压力的挤出形成高韧性工作切断的复合系，因此，在与高聚物共混过程中体现出了功能性的增强增韧作用。

在一优选的实施方式中，所述硅炭材料在PE体系中疏松堆砌，形成以硅炭填充堆砌体为核、PE为壳的分散岛相，核-壳结构特征相包容粒子对基体具有良好的增韧和增强效果，借助酯化反应对硅炭材料进行有机改性，并突破性的使用高分子材料将吸附性大的纤维孔道进行填充，使孔道具有弹性，纤维的韧性得到大幅提升，硅炭材料表面由完全亲水性变为适度亲油性，具备了无机和有机的双重性质，根本上解决了硅炭材料在高聚物基体中分散不均的问题，与高分子聚合物共混时体现了更好的相溶性，更利于挤出造粒生产工艺。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:利用硅碳材料的纤维微孔结特性，对颗粒内层的纤维孔道进行有机改性，在保持其纤维结构的前提下，提高其与高聚物的相容性，具有了独特的改性功能，不仅替代了增韧剂树脂，并在最终制品中体现的抗老化性能和物理性能更优越。

1、本发明中，硅碳材料在和高分子聚合物共混时通过反应型双螺杆加工，在加工过程中硅碳材料表面的修饰活性基和聚合物的分子链产生相互交链的现象，使材料在聚合物中得到更好的塑化效果，同时凹凸颗粒在双螺杆剪切力的作用下，将颗粒变成更细小的短纤维状，这种短纤维状在浮力作用下形成相互交错的形状，结构如同“#”状的排列，从而得到更佳的增韧效果。“#”状纤维的排列作为分子聚合物的分散相，这样在双螺杆设备经过压力的挤出形成高韧性工作切断的复合系。因此，在与高聚物共混过程中体现出了功能性的增强增韧作用。

2、本发明中，借助酯化反应对硅炭材料进行有机改性，并突破性的使用高分子材料将吸附性大的纤维孔道进行填充，使孔道具有弹性，纤维的韧性得到大幅提升，硅炭材料表面由完全亲水性变为适度亲油性，具备了无机和有机的双重性质，根本上解决了硅炭材料在高聚物基体中分散不均的问题，与高分子聚合物共混时体现了更好的相溶性，更利于挤出造粒生产工艺。

附图说明

图1为本发明中硅炭材料生产的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施列1：本发明在排水排污双壁波纹管中应用比列分析

HDPE材料的选择指标：熔指0.3--0.8g/10min(190℃、5KG)

密度：0.96g/cm³

拉伸强度：26MPA

断裂伸长率：350％

硅炭材料表面处理剂的选用,根据在不同领域的应用,表面处理剂可分为:硅烷系列,酞酸酯系列,铝酸酯系列,稀土系列和酸类偶联剂等.根据需要的类型按不同处理剂,添加量为1---10％来处理.

实施例2：本发明在HDPE给水管中的实用比列分析：

HDPE:50---95份

硅炭材料：5--50份

HDPE采用的是N100级管材料。熔指0.25g/10min(190℃、5KG)

密度：0.96g/cm³

拉伸强度：32MPA

断裂伸长率：400％

硅炭材料的表面处理采用实施列1中的助剂同上。

实施列3：本发明在LDPE盘管中的实用比列分析：

LDPE 50---95份

硅炭材料： 5--50份

LDPE采用的是LDPE7042或LDPE7040材料：熔指2.5g/10min(190℃、2.16KG)

密度：0.96g/cm³

拉伸强度：22MPA

断裂伸长率：650％

硅炭材料的表面处理采用实施列1中的助剂同上。

实施列4：本发明在PP电信套管中的实用比列分析：

PP 50---95份

硅炭材料： 5--50份

PP采用的是PPK8003材料：熔指1.5g/10min(230℃、2。16KG)

密度：0.92g/cm³

拉伸强度：36MPA

断裂伸长率：350％

硅炭材料的表面处理采用实施列1中的助剂同上。

实施列5：本发明在ABS化工管中的实用比列分析：

ABS 50---95份

硅炭材料： 5--50份

ABS采用的是ABS757材料：熔指18.5g/10min(220℃、10KG)

密度：1.05g/cm³

拉伸强度：45MPA

冲击强度：38MPA

硅炭材料的表面处理采用实施列1中的助剂同上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。