一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法

摘要

本发明公开了一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法，涉及农业机械技术领域，具体工艺如下：1）利用聚醚醚酮与氯化钠颗粒制得多孔聚醚醚酮；2）将多孔聚醚醚酮加入到氮化硅悬浮液中，经煅烧得到预处理多孔聚醚醚酮；3）制得预处理氧化锌粉末；4）将配制的粉末涂料喷涂在经过清洗的开沟器表面，经过烘烤固化后，即可完成处理工艺。本发明中，通过将配制的粉末涂料喷涂在开沟器表面，形成的涂层可以降低粘土颗粒在表面的滑动阻力，使得粘土颗粒可以很容易的从开沟器表面滑落，从而有助于实现开沟器在耕作时减粘降阻的作用效果，从而提升了开沟器的耕作效率。

说明书

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法。

背景技术

土壤与地面机械相互作用过程中，土壤对触土部件表面的粘附现象普遍存在。土壤粘附不仅会影响地面机械的工作性能和质量，甚至会影响机械的正常运行和作业。在农业工程领域，土壤粘附使耕作部件在作业过程中能量消耗增加30-50%，是工作阻力增加30%以上，使作物出苗降低5-12%。随着农业机械的现代化发展，对触土部件的各项性能要求也越来越高，提出新的减粘降阻的方法，成为农业机械化工程技术的发展方向。

开沟器是农业生产中不可或缺的触土部件，其主要作用是在播种机运行过程中，对地面开出种沟，同时将种子和肥料播撒至种沟中，并回土覆盖适量土壤。开沟器的工作性能对播种、施肥质量有着至关重要的影响，进而影响着作物出苗率以及作业质量。开沟器作为机械触土部件，在对土壤的扰动过程中，开沟器与土壤颗粒之间适终发生接触作用，开沟器对土壤的扰动使土壤颗粒以及颗粒群之间适终存在接触与运动。土壤与开沟器之间不可避免的会存在土壤粘附问题，在免耕和少耕耕作技术下问题更为显著。对开沟器进行处理，实现减粘降阻，不仅能减少能量消耗、提高作业与作物质量，而且对提高整体生产效益有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法，具体加工方法如下：

1）称取适量的聚醚醚酮粉末与氯化钠颗粒（微米级氯化钠，粒径为10-20μm），按照质量比为8-10:1加入并混匀，将混匀粉末加入到内直径为φ5mm的不锈钢模具中，在4-6MPa压力下使用压片机将混合粉末压制成型1-2h，将压制产物放入马弗炉中，在365-370℃下焙烧12-14h，随炉冷却至室温，用乙醇和去离子水进行反复超声波清洗，在60-70℃下烘干15-20h，粉碎研磨后得到粒径为50-80μm的多孔聚醚醚酮；本发明中，采用冷压烧结以及盐析的方法，通过烧结处理后浸泡在去离子水中进行清洗，氯化钠会溶解析出，从而使得压制成型的产物中形成微米级的小孔结构，再经过粉末研磨，从而可以获得多孔结构的聚醚醚酮；

2）按照质量体积比为1:50-80g/mL，将多孔聚醚醚酮粉末加入到质量浓度为20-25%的氮化硅悬浮液（氮化硅为纳米级）中，以150-200r/min匀速搅拌20-25h，然后在60-70℃下干燥20-25h，再经365-370℃焙烧处理13-15h，随炉冷却至室温，得到预处理多孔聚醚醚酮；本发明中，通过将多孔聚醚醚酮浸泡在纳米级碳化硅的悬浮液中，采用悬浮涂层以及熔融结合的方法在多孔聚醚醚酮的表面形成碳化硅涂层，碳化硅涂层具有很好的生物相容性，在潮湿环境中，碳化硅会与水发生轻微的水解反应，在其表面形成羟基和氨基的亲水基团而变现出很高的亲水性，使得多孔聚醚醚酮具有很好的吸水率，并且纳米级碳化硅在处理过程中会进入到多孔聚醚醚酮的孔隙中，并附着在孔壁表面，在孔壁表面形成的连续相碳化硅涂层可以对多孔聚醚醚酮的孔隙结构起到支撑作用，增强多孔聚醚醚酮的抗压强度，提高其多孔结构的稳定性，使其不易出现结构坍塌的现象；

3）称取适量的硝酸锌溶解于蒸馏水中，得到浓度为0.1-0.15mmol/mL的硝酸锌溶液，在室温下以80-130r/min磁力搅拌，按照体积比为5-6:4，将浓度为30-50mmol/L的酒石酸钠溶液加入到硝酸锌溶液中混匀，得到混合液，向混合溶液中缓慢滴加质量浓度为5-7%的氨水，控制滴加量为硝酸锌溶液体积的20-23%，滴加完毕后继续以80-130r/min搅拌10-15min并保持溶液澄清，将溶液转移至盛有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于烘箱中，在120-125℃下反应10-13h，反应完毕后自然冷却至室温，将沉淀在内衬底部的粉末收集后用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤，在60-70℃下真空干燥5-6h，得到预处理氧化锌粉末；本发明中，采用酒石酸盐辅助的水热合成方法，合成了由纳米片定向排列组成的氧化锌，添加的酒石酸盐作为α羟基-羧酸盐，羟基与羧基形成了协同官能团，与金属离子的结合能力大大增强，从而对氧化锌一维生长趋势产生抑制作用，起到控制长径比的作用，从而产生有纳米片沿特定晶体力学方向有序排列的多级纳米棒结构，形成的棒状结构的氧化锌引入到粉末涂层中，氧化锌之间的相互堆叠形成纳米棒束，在涂层中构建形成粗糙的凹槽结构，由于预处理多孔聚醚醚酮具有很好的吸水效果，形成的凹槽结构有助于截留水分，使得吸附的水分可以在涂层凹槽处形成水膜，起到隔绝粘土颗粒与涂层的作用，使得粘土颗粒不会与涂层直接接触，并且由于凹槽是由棒状结构的氧化锌堆叠形成的，而棒状结构则是由纳米片定向排列组成的，纳米片之间的有一定的间距，使得纳米片之间易发生层间滑移，从而可以降低粘土颗粒在水膜表面的滑动阻力，使得粘土颗粒可以很容易的从水膜表面滑落，从而减少粘土颗粒在涂层的粘附堆积，有助于实现开沟器在耕作时减粘降阻的作用效果；

4）称取适量的聚氨酯粉末和环氧树脂粉末，混匀后进行预干燥处理，得到树脂粉末，将干燥好的树脂粉末与固化剂、催化剂、预处理氧化锌粉末以及助剂混匀后置于混合机中，预处理氧化锌粉末的添加量为聚氨酯粉末质量的8-12%，混合2-3min后在温度200-210℃、螺杆转速50-80r/min条件下熔融挤出，冷却压片后得到料片，将料片粉碎过筛后得到200-300目粒度的粉料，然后加入聚氨酯粉末质量10-15%的预处理多孔聚醚醚酮，混匀后得到粉末涂料，使用高压静电喷枪在60-80V工作电压下将粉末涂料喷涂在经过清洗的开沟器表面，喷涂厚度为160-200μm，经过175-185℃烘烤固化10-15min，即可完成处理工艺。

进一步，按重量分数计，所述聚氨酯粉末40-50份，环氧树脂粉末15-25份、固化剂8-10份、催化剂0.5-1份、助剂4-6份、填料13-18份。

进一步，所述固化剂为氟硅醇钠和聚异丁烯基丁二酰亚胺按照1:1-1.5的质量比制成的；所述催化剂为氨基三甲叉磷酸、二乙醇单异丙醇胺中至少一种；所述填料为碳酸钙、滑石粉中至少一种；所述助剂为硬酯酸锌、二甲基二烯丙基氯化铵和羟乙基胺按照1:1:0.6-0.8的重量比制得的。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明中，通过将配制的粉末涂料喷涂在开沟器表面，涂层中引入的预处理多孔聚醚醚酮具有很好的吸水性，预处理氧化锌则可以在涂层中构建形成微观凹槽结构，吸附的水分会被凹槽截留，从而在凹槽处形成水膜，形成的水膜可以起到隔绝粘土颗粒与涂层的作用，使得粘土颗粒不会与涂层直接接触，并且构建形成凹槽的棒状结构的氧化锌是由纳米片定向排列组成的，纳米片之间的有一定的间距，使得纳米片之间易发生层间滑移，从而可以降低粘土颗粒在水膜表面的滑动阻力，使得粘土颗粒可以很容易的从水膜表面滑落，从而减少粘土颗粒在涂层的粘附堆积，使得开沟器在耕作时，受到的阻力降低，有助于实现开沟器在耕作时减粘降阻的作用效果，从而提升了开沟器的耕作效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法，具体加工方法如下：

1）称取适量的聚醚醚酮粉末与氯化钠颗粒（微米级氯化钠，粒径为10-20μm），按照质量比为8:1加入并混匀，将混匀粉末加入到内直径为φ5mm的不锈钢模具中，在4MPa压力下使用压片机将混合粉末压制成型1h，将压制产物放入马弗炉中，在365℃下焙烧12h，随炉冷却至室温，用乙醇和去离子水进行反复超声波清洗，在60℃下烘干15h，粉碎研磨后得到粒径为50μm的多孔聚醚醚酮；

2）按照质量体积比为1:50g/mL，将多孔聚醚醚酮粉末加入到质量浓度为20%的氮化硅悬浮液（氮化硅为纳米级）中，以150r/min匀速搅拌20h，然后在60℃下干燥20h，再经365℃焙烧处理13h，随炉冷却至室温，得到预处理多孔聚醚醚酮；

3）称取适量的硝酸锌溶解于蒸馏水中，得到浓度为0.1mmol/mL的硝酸锌溶液，在室温下以80r/min磁力搅拌，按照体积比为5:4，将浓度为30mmol/L的酒石酸钠溶液加入到硝酸锌溶液中混匀，得到混合液，向混合溶液中缓慢滴加质量浓度为5%的氨水，控制滴加量为硝酸锌溶液体积的20%，滴加完毕后继续以80r/min搅拌10min并保持溶液澄清，将溶液转移至盛有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于烘箱中，在120℃下反应10h，反应完毕后自然冷却至室温，将沉淀在内衬底部的粉末收集后用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤，在60℃下真空干燥5h，得到预处理氧化锌粉末；

4）称取适量的聚氨酯粉末和环氧树脂粉末，混匀后进行预干燥处理，得到树脂粉末，将干燥好的树脂粉末与固化剂、催化剂、预处理氧化锌粉末以及助剂混匀后置于混合机中，预处理氧化锌粉末的添加量为聚氨酯粉末质量的8%，混合2min后在温度200℃、螺杆转速50r/min条件下熔融挤出，冷却压片后得到料片，将料片粉碎过筛后得到200目粒度的粉料，然后加入聚氨酯粉末质量10%的预处理多孔聚醚醚酮，混匀后得到粉末涂料，使用高压静电喷枪在60V工作电压下将粉末涂料喷涂在经过清洗的开沟器表面，喷涂厚度为160μm，经过175℃烘烤固化10min，即可完成处理工艺。

进一步，按重量分数计，所述聚氨酯粉末40份，环氧树脂粉末15份、固化剂8份、催化剂0.5份、助剂4份、填料13份。

进一步，所述固化剂为氟硅醇钠和聚异丁烯基丁二酰亚胺按照1:1的质量比制成的；所述催化剂为氨基三甲叉磷酸；所述填料为碳酸钙；所述助剂为硬酯酸锌、二甲基二烯丙基氯化铵和羟乙基胺按照1:1:0.6-0.8的重量比制得的。

测试实验

选用65Mn锰钢加工制得传统开沟器，实验组A采用实施例1提供的工艺方法对开沟器进行加工处理，实验组B对开沟器不做处理，参照文献（“基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究”，姚久元，吉林大学）中公开的试验方法（详细参见第4章，仿生开沟器开沟阻力试验探究），对开沟器的开沟阻力进行测试，实验中，控制土壤含水量为30%，土壤使用340N加载均匀压实，开沟深度为60mm，开沟速度为500cm/min，试验结果如下：实验组A的开沟器相对于实验组B的开沟器，开沟阻力的减阻率为19.8%。

实施例2

一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法，具体加工方法如下：

1）称取适量的聚醚醚酮粉末与氯化钠颗粒（微米级氯化钠，粒径为10-20μm），按照质量比为9:1加入并混匀，将混匀粉末加入到内直径为φ5mm的不锈钢模具中，在5MPa压力下使用压片机将混合粉末压制成型1.5h，将压制产物放入马弗炉中，在368℃下焙烧13h，随炉冷却至室温，用乙醇和去离子水进行反复超声波清洗，在65℃下烘干18h，粉碎研磨后得到粒径为70μm的多孔聚醚醚酮；

2）按照质量体积比为1:70g/mL，将多孔聚醚醚酮粉末加入到质量浓度为23%的氮化硅悬浮液（氮化硅为纳米级）中，以180r/min匀速搅拌23h，然后在65℃下干燥23h，再经368℃焙烧处理14h，随炉冷却至室温，得到预处理多孔聚醚醚酮；

3）称取适量的硝酸锌溶解于蒸馏水中，得到浓度为0.12mmol/mL的硝酸锌溶液，在室温下以100r/min磁力搅拌，按照体积比为5.5:4，将浓度为40mmol/L的酒石酸钠溶液加入到硝酸锌溶液中混匀，得到混合液，向混合溶液中缓慢滴加质量浓度为6%的氨水，控制滴加量为硝酸锌溶液体积的21%，滴加完毕后继续以100r/min搅拌12min并保持溶液澄清，将溶液转移至盛有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于烘箱中，在123℃下反应12h，反应完毕后自然冷却至室温，将沉淀在内衬底部的粉末收集后用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤，在65℃下真空干燥5.5h，得到预处理氧化锌粉末；

4）称取适量的聚氨酯粉末和环氧树脂粉末，混匀后进行预干燥处理，得到树脂粉末，将干燥好的树脂粉末与固化剂、催化剂、预处理氧化锌粉末以及助剂混匀后置于混合机中，预处理氧化锌粉末的添加量为聚氨酯粉末质量的10%，混合3min后在温度205℃、螺杆转速70r/min条件下熔融挤出，冷却压片后得到料片，将料片粉碎过筛后得到300目粒度的粉料，然后加入聚氨酯粉末质量12%的预处理多孔聚醚醚酮，混匀后得到粉末涂料，使用高压静电喷枪在70V工作电压下将粉末涂料喷涂在经过清洗的开沟器表面，喷涂厚度为180μm，经过180℃烘烤固化12min，即可完成处理工艺。

进一步，按重量分数计，所述聚氨酯粉末45份，环氧树脂粉末20份、固化剂9份、催化剂0.8份、助剂5份、填料15份。

进一步，所述固化剂为氟硅醇钠和聚异丁烯基丁二酰亚胺按照1:1.3的质量比制成的；所述催化剂为二乙醇单异丙醇胺；所述填料为滑石粉；所述助剂为硬酯酸锌、二甲基二烯丙基氯化铵和羟乙基胺按照1:1:0.7的重量比制得的。

测试实验

选用65Mn锰钢加工制得传统开沟器，实验组A采用实施例2提供的工艺方法对开沟器进行加工处理，实验组B对开沟器不做处理，参照文献（“基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究”，姚久元，吉林大学）中公开的试验方法（详细参见第4章，仿生开沟器开沟阻力试验探究），对开沟器的开沟阻力进行测试，实验中，控制土壤含水量为30%，土壤使用340N加载均匀压实，开沟深度为60mm，开沟速度为500cm/min，试验结果如下：实验组A的开沟器相对于实验组B的开沟器，开沟阻力的减阻率为20.3%。

实施例3

一种降低播种机开沟器耕作阻力的加工方法，具体加工方法如下：

1）称取适量的聚醚醚酮粉末与氯化钠颗粒（微米级氯化钠，粒径为10-20μm），按照质量比为10:1加入并混匀，将混匀粉末加入到内直径为φ5mm的不锈钢模具中，在6MPa压力下使用压片机将混合粉末压制成型2h，将压制产物放入马弗炉中，在370℃下焙烧14h，随炉冷却至室温，用乙醇和去离子水进行反复超声波清洗，在70℃下烘干20h，粉碎研磨后得到粒径为80μm的多孔聚醚醚酮；

2）按照质量体积比为1:80g/mL，将多孔聚醚醚酮粉末加入到质量浓度为25%的氮化硅悬浮液（氮化硅为纳米级）中，以200r/min匀速搅拌25h，然后在70℃下干燥25h，再经370℃焙烧处理15h，随炉冷却至室温，得到预处理多孔聚醚醚酮；

3）称取适量的硝酸锌溶解于蒸馏水中，得到浓度为0.15mmol/mL的硝酸锌溶液，在室温下以130r/min磁力搅拌，按照体积比为6:4，将浓度为50mmol/L的酒石酸钠溶液加入到硝酸锌溶液中混匀，得到混合液，向混合溶液中缓慢滴加质量浓度为7%的氨水，控制滴加量为硝酸锌溶液体积的23%，滴加完毕后继续以130r/min搅拌15min并保持溶液澄清，将溶液转移至盛有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于烘箱中，在125℃下反应13h，反应完毕后自然冷却至室温，将沉淀在内衬底部的粉末收集后用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤，在70℃下真空干燥6h，得到预处理氧化锌粉末；

4）称取适量的聚氨酯粉末和环氧树脂粉末，混匀后进行预干燥处理，得到树脂粉末，将干燥好的树脂粉末与固化剂、催化剂、预处理氧化锌粉末以及助剂混匀后置于混合机中，预处理氧化锌粉末的添加量为聚氨酯粉末质量的12%，混合3min后在温度210℃、螺杆转速80r/min条件下熔融挤出，冷却压片后得到料片，将料片粉碎过筛后得到300目粒度的粉料，然后加入聚氨酯粉末质量15%的预处理多孔聚醚醚酮，混匀后得到粉末涂料，使用高压静电喷枪在80V工作电压下将粉末涂料喷涂在经过清洗的开沟器表面，喷涂厚度为200μm，经过185℃烘烤固化15min，即可完成处理工艺。

进一步，按重量分数计，所述聚氨酯粉末50份，环氧树脂粉末25份、固化剂10份、催化剂1份、助剂6份、填料18份。

进一步，所述固化剂为氟硅醇钠和聚异丁烯基丁二酰亚胺按照1:1.5的质量比制成的；所述催化剂为氨基三甲叉磷酸；所述填料为碳酸钙；所述助剂为硬酯酸锌、二甲基二烯丙基氯化铵和羟乙基胺按照1:1:0.8的重量比制得的。

测试实验

选用65Mn锰钢加工制得传统开沟器，实验组A采用实施例3提供的工艺方法对开沟器进行加工处理，实验组B对开沟器不做处理，参照文献（“基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究”，姚久元，吉林大学）中公开的试验方法（详细参见第4章，仿生开沟器开沟阻力试验探究），对开沟器的开沟阻力进行测试，实验中，控制土壤含水量为30%，土壤使用340N加载均匀压实，开沟深度为60mm，开沟速度为500cm/min，试验结果如下：实验组A的开沟器相对于实验组B的开沟器，开沟阻力的减阻率为19.6%。

通过上述试验结果可知，本发明提供的工艺方法，可以有效的降低开沟器在耕作时受到的阻力，有助于实现开沟器在耕作时减粘降阻的作用效果，从而提升了开沟器的耕作效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。