本发明属于秸秆回收处理技术领域，具体涉及一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺。
背景技术：
由于农村废弃秸秆一般采用就地粉碎还田处理或收割堆放处理，堆放时占地面积大，难以存放，天气干燥时容易带来安全隐患；就地还田处理的秸秆往往在北方地区又影响小麦的播种，因此有些地方通常采用焚烧的方式进行处理，但焚烧时会对空气造成一种巨大的污染，现已被禁止。
一支小小的秸秆铅笔可以帮助消耗6克秸秆，而一支普通木头铅笔消耗的木材量则是7.536立方厘米。中国制笔协会相关数据显示，中国每年的铅笔产量为70亿支，倘若其中30％是由秸秆制作，则可消耗秸秆12600吨，如果农村废弃秸秆都能得到充分的利用，那么焚烧秸秆的现象将会得到有效控制。
虽然现在已有将废弃秸秆用于笔芯制作的方法，但因所制得的生物碳性能普通，制成的笔芯浓度和硬度是两个反向应变的指标，导致笔芯浓度深时容易折断，硬度高时书写浓度浅，而在较暗的环境场合使用时，需要笔芯同时具有硬度和浓度两种指标特性。现在市场上鲜少见到有此特点的笔芯。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺，包括如下步骤：
（1）大豆秸秆碳化处理：
a.将大豆秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为60~80目后得大豆秸秆粉备用；
b.将操作a所得的大豆秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的大豆秸秆粉浸入到质量分数为5~7%的硝酸溶液中浸泡处理8~13min，期间加热保持硝酸溶液的温度为43~47℃，完成后将其滤出后备用；
d.将操作c处理后的大豆秸秆粉浸入到改性溶液中，期间加热保持改性溶液的温度为54~58℃，并施加超声波进行辐照处理，18~23min后将大豆秸秆粉滤出备用；所述改性溶液由如下重量份的物质组成：8~11份纳米二氧化硅、13~15份硅烷偶联剂、4~6份焦磷酸钠、140~160份水；
e.将操作d处理后的大豆秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为500~540℃，保温碳化处理1.5~2.5h后取出得生物碳备用；
（2）粘结剂制备：
a.按对应重量份称取下列物质：43~48份丙烯酸乳液、6~10份聚乙烯醇、5~8份聚已内酯、4~7份十二烷基苯磺酸钠、4~8份细菌纤维素、1.5~2.5份氯化钙、4~6份乙二醇、2~3份碳酸二甲酯、1~2份呋喃唑酮、60~65份水；
b.将操作a称取的丙烯酸乳液、聚乙烯醇、聚已内酯共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为65~70℃，以650~750转/分钟的转速搅拌处理1~1.5h后得溶液a备用；
c.将操作a称取的十二烷基苯磺酸钠、细菌纤维素、氯化钙、乙二醇、碳酸二甲酯、呋喃唑酮、水共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为48~53℃，以850~950转/分钟的转速搅拌处理32~36min后得溶液b备用；
d.将操作b所得的溶液a和操作c所得的溶液b共同混合放入到搅拌机内，在常温条件下以2200~2600转/分钟的转速搅拌处理45~50min后取出得粘结剂备用；
（3）原料称取：
按对应重量份称取下列物质备用：100~120份步骤（1）制得的生物碳、10~14份步骤（2）制得的粘结剂、20~25份鳞片石墨、140~160份水；
（4）成品制备：
将步骤（3）称取的所有成分共同投入到混料机内进行捏合、辊压、粉碎、打棒挤压成型，然后将挤压成型的棒料经过压芯、切芯后，再进行回转干燥，接着对其进行焙烧，之后对焙烧处理后的棒料进行油浸处理，最后进行甩干即制成成品。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为105~108℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.55~0.65mpa，保温保压处理2~3min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在15s之内。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的超声波辐照处理时的频率为110~115khz。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为10~60nm。
进一步的，步骤（4）中所述的油浸处理时所用的浸渍油是由如下重量份的物质组成：15~20份大豆油、5~10份棉籽油、8~12份凡士林、45~50份丙酮。
本发明对大豆秸秆制备铅笔芯的工艺方法进行了特殊的改进处理，在对大豆秸秆碳化处理中，先对大豆秸秆进行蒸汽爆破处理，有效松散了秸秆的组织结构，提升了浸泡吸附的能力，增强了后续工序处理的效果，接着对其进行硝酸溶液浸泡处理，去除了杂质成分，活化了秸秆，提升了反应的活性，随后进行了改性处理，将纳米二氧化硅引入固定于秸秆组织内，使得后续进行碳化处理时纳米二氧化硅有效的固定于生物碳内，改善了生物碳的使用特性，增强了整体的强度、耐磨性等，使其在具有相同书写浓度的情况下具有更高的硬度；此外又添加了一种特制的粘结剂，其是以丙烯酸乳液作为主要粘结物质，又对应添加了聚乙烯醇和聚已内酯进行复配，提升了整体的浸润、铺展性，添加的细菌纤维素与碳粉具有良好的亲和性，并进一步改善了粘结剂整体的粘度、粘结能力，添加的碳酸二甲酯、呋喃唑酮成分具有大量的反应活性基团，有效活化提升了碳粉的表面活性，增强了互相结合的能力，提升了强度。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对大豆秸秆制备铅笔芯的工艺方法进行了改进，有效改善了铅笔芯的综合使用品质，使其在具有高书写浓度的同时，又具有很好的力学特性，使用时不易被折断，极具市场竞争力和推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺，包括如下步骤：
（1）大豆秸秆碳化处理：
a.将大豆秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为60~80目后得大豆秸秆粉备用；
b.将操作a所得的大豆秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的大豆秸秆粉浸入到质量分数为5%的硝酸溶液中浸泡处理8min，期间加热保持硝酸溶液的温度为43℃，完成后将其滤出后备用；
d.将操作c处理后的大豆秸秆粉浸入到改性溶液中，期间加热保持改性溶液的温度为54℃，并施加超声波进行辐照处理，18min后将大豆秸秆粉滤出备用；所述改性溶液由如下重量份的物质组成：8份纳米二氧化硅、13份硅烷偶联剂、4份焦磷酸钠、140份水；
e.将操作d处理后的大豆秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为500℃，保温碳化处理1.5h后取出得生物碳备用；
（2）粘结剂制备：
a.按对应重量份称取下列物质：43份丙烯酸乳液、6份聚乙烯醇、5份聚已内酯、4份十二烷基苯磺酸钠、4份细菌纤维素、1.5份氯化钙、4份乙二醇、2份碳酸二甲酯、1份呋喃唑酮、60份水；
b.将操作a称取的丙烯酸乳液、聚乙烯醇、聚已内酯共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为65℃，以650转/分钟的转速搅拌处理1h后得溶液a备用；
c.将操作a称取的十二烷基苯磺酸钠、细菌纤维素、氯化钙、乙二醇、碳酸二甲酯、呋喃唑酮、水共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为48℃，以850转/分钟的转速搅拌处理32min后得溶液b备用；
d.将操作b所得的溶液a和操作c所得的溶液b共同混合放入到搅拌机内，在常温条件下以2200转/分钟的转速搅拌处理45min后取出得粘结剂备用；
（3）原料称取：
按对应重量份称取下列物质备用：100份步骤（1）制得的生物碳、10份步骤（2）制得的粘结剂、20份鳞片石墨、140份水；
（4）成品制备：
将步骤（3）称取的所有成分共同投入到混料机内进行捏合、辊压、粉碎、打棒挤压成型，然后将挤压成型的棒料经过压芯、切芯后，再进行回转干燥，接着对其进行焙烧，之后对焙烧处理后的棒料进行油浸处理，最后进行甩干即制成成品。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为105℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.55mpa，保温保压处理2min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在15s之内。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的超声波辐照处理时的频率为110khz。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为10~60nm。
进一步的，步骤（4）中所述的油浸处理时所用的浸渍油是由如下重量份的物质组成：15份大豆油、5份棉籽油、8份凡士林、45份丙酮。
实施例2
一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺，包括如下步骤：
（1）大豆秸秆碳化处理：
a.将大豆秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为60~80目后得大豆秸秆粉备用；
b.将操作a所得的大豆秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的大豆秸秆粉浸入到质量分数为6%的硝酸溶液中浸泡处理10min，期间加热保持硝酸溶液的温度为45℃，完成后将其滤出后备用；
d.将操作c处理后的大豆秸秆粉浸入到改性溶液中，期间加热保持改性溶液的温度为56℃，并施加超声波进行辐照处理，20min后将大豆秸秆粉滤出备用；所述改性溶液由如下重量份的物质组成：10份纳米二氧化硅、14份硅烷偶联剂、5份焦磷酸钠、150份水；
e.将操作d处理后的大豆秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为520℃，保温碳化处理2h后取出得生物碳备用；
（2）粘结剂制备：
a.按对应重量份称取下列物质：47份丙烯酸乳液、8份聚乙烯醇、7份聚已内酯、6份十二烷基苯磺酸钠、6份细菌纤维素、2份氯化钙、5份乙二醇、2.5份碳酸二甲酯、1.5份呋喃唑酮、63份水；
b.将操作a称取的丙烯酸乳液、聚乙烯醇、聚已内酯共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为68℃，以700转/分钟的转速搅拌处理1.2h后得溶液a备用；
c.将操作a称取的十二烷基苯磺酸钠、细菌纤维素、氯化钙、乙二醇、碳酸二甲酯、呋喃唑酮、水共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为50℃，以900转/分钟的转速搅拌处理34min后得溶液b备用；
d.将操作b所得的溶液a和操作c所得的溶液b共同混合放入到搅拌机内，在常温条件下以2400转/分钟的转速搅拌处理48min后取出得粘结剂备用；
（3）原料称取：
按对应重量份称取下列物质备用：110份步骤（1）制得的生物碳、12份步骤（2）制得的粘结剂、23份鳞片石墨、150份水；
（4）成品制备：
将步骤（3）称取的所有成分共同投入到混料机内进行捏合、辊压、粉碎、打棒挤压成型，然后将挤压成型的棒料经过压芯、切芯后，再进行回转干燥，接着对其进行焙烧，之后对焙烧处理后的棒料进行油浸处理，最后进行甩干即制成成品。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为106℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.60mpa，保温保压处理2.5min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在15s之内。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的超声波辐照处理时的频率为113khz。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为10~60nm。
进一步的，步骤（4）中所述的油浸处理时所用的浸渍油是由如下重量份的物质组成：18份大豆油、8份棉籽油、10份凡士林、48份丙酮。
实施例3
一种利用大豆秸秆制备铅笔芯的加工工艺，包括如下步骤：
（1）大豆秸秆碳化处理：
a.将大豆秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为60~80目后得大豆秸秆粉备用；
b.将操作a所得的大豆秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的大豆秸秆粉浸入到质量分数为7%的硝酸溶液中浸泡处理13min，期间加热保持硝酸溶液的温度为47℃，完成后将其滤出后备用；
d.将操作c处理后的大豆秸秆粉浸入到改性溶液中，期间加热保持改性溶液的温度为58℃，并施加超声波进行辐照处理，23min后将大豆秸秆粉滤出备用；所述改性溶液由如下重量份的物质组成：11份纳米二氧化硅、15份硅烷偶联剂、6份焦磷酸钠、160份水；
e.将操作d处理后的大豆秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为540℃，保温碳化处理2.5h后取出得生物碳备用；
（2）粘结剂制备：
a.按对应重量份称取下列物质：48份丙烯酸乳液、10份聚乙烯醇、8份聚已内酯、7份十二烷基苯磺酸钠、8份细菌纤维素、2.5份氯化钙、6份乙二醇、3份碳酸二甲酯、2份呋喃唑酮、65份水；
b.将操作a称取的丙烯酸乳液、聚乙烯醇、聚已内酯共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为70℃，以750转/分钟的转速搅拌处理1.5h后得溶液a备用；
c.将操作a称取的十二烷基苯磺酸钠、细菌纤维素、氯化钙、乙二醇、碳酸二甲酯、呋喃唑酮、水共同放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为53℃，以950转/分钟的转速搅拌处理36min后得溶液b备用；
d.将操作b所得的溶液a和操作c所得的溶液b共同混合放入到搅拌机内，在常温条件下以2600转/分钟的转速搅拌处理50min后取出得粘结剂备用；
（3）原料称取：
按对应重量份称取下列物质备用：120份步骤（1）制得的生物碳、14份步骤（2）制得的粘结剂、25份鳞片石墨、160份水；
（4）成品制备：
将步骤（3）称取的所有成分共同投入到混料机内进行捏合、辊压、粉碎、打棒挤压成型，然后将挤压成型的棒料经过压芯、切芯后，再进行回转干燥，接着对其进行焙烧，之后对焙烧处理后的棒料进行油浸处理，最后进行甩干即制成成品。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为108℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.65mpa，保温保压处理3min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在15s之内。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的超声波辐照处理时的频率为115khz。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为10~60nm。
进一步的，步骤（4）中所述的油浸处理时所用的浸渍油是由如下重量份的物质组成：20份大豆油、10份棉籽油、12份凡士林、50份丙酮。
按照铅笔行业标准qb/t2774-2006规定，一般常规书写铅笔按其笔芯采用材质的奴氏硬度（hk）依次递增分别为：6b、5b、4b、3b、2b、b、hb、f、h、2h、3h、4h、5h、6h十四个种类，最软的6b为5.0~8.0hk，而最硬的6h为45.0~53.0hk，比如常用的hb和3b的主要物理指标是：hb的奴氏硬度为18.0~23.0hk，芯尖受力≥9.80n；3b的奴氏硬度为11.0~14.0hk，芯尖受力≥9.31n。对本发明制得的铅笔芯进行性能测试时发现，其奴氏硬度为23.0~25.0hk，芯尖受力≥12.6n；此性能指标优于铅笔标准的4b浓度和f的奴氏硬度，不仅具有很好的书写浓度特性，又具有很强的力学特性，综合特性好，极具市场竞争力和经济价值。