新型滴灌專用料在內(nèi)鑲貼片式滴灌帶的應(yīng)用研究

牛少卿，馮厚軍，保功輝

（1.大禹節(jié)水（天津）有限公司，天津301712；2.天津市大禹節(jié)水灌溉技術(shù)研究院，天津301712）

新型滴灌專用料在內(nèi)鑲貼片式滴灌帶的應(yīng)用研究

牛少卿1，馮厚軍2，保功輝2

（1.大禹節(jié)水（天津）有限公司，天津301712；2.天津市大禹節(jié)水灌溉技術(shù)研究院，天津301712）

以北歐化工開發(fā)的滴灌專用料HE3409試制了壁厚為0.2mm的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，對各配方所試制的滴灌帶的流量均勻性、環(huán)境溫度下耐靜水壓、耐拉拔、爆破壓、耐環(huán)境應(yīng)力開裂等性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明以HE3409滴灌專用料試制的滴灌帶的綜合性能優(yōu)良，其中滴灌帶的相對流量偏差值為1.74%，爆破壓≥0.4MPa，110N/15min的間距變化率分別為0.5%～3%，具有良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能和熱氧穩(wěn)定性，基本滿足滴灌領(lǐng)域的使用及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

滴灌專用料；滴灌帶；性能

北歐化工公司開發(fā)出的滴灌專用料HE3409為雙峰聚乙烯，既含有很短的聚合物分子鏈，又含有很長的聚合物分子鏈，俗稱“連接分子”。正是這種“連接分子”，大大地提高了產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度。在熔融狀態(tài)下，“連接分子”在小分子鏈的作用下，長分子鏈的部分鏈段開始舒展，從而改善了長分子鏈的流動性能，而短分子鏈起到分子間的潤滑作用，改善了加工性能［2］。因此，產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能和加工性能，且能適應(yīng)通用設(shè)備加工。本文對以HE3409滴灌專用料試制的0.2mm滴灌帶的性能進(jìn)行了研究分析。

1　實(shí)驗(yàn)部分

多功能母料PE9199，北京吉和色母料有限公司；滴灌專用料HE3409，北歐化工有限公司。

1.2主要設(shè)備及儀器

滴灌帶生產(chǎn)機(jī)組WDG-III，天津盛大機(jī)械制造有限公司；滴灌管（帶）水力性能檢測臺，TJDY-1自制；萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，XWW-20A，承德市金建檢測儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱，202-Z，上海錦屏儀器儀表有限公司通州分公司；差示掃描量熱儀DSC-100，南京大展機(jī)電有限公司。

1.3工藝控制

主機(jī)轉(zhuǎn)速625r/min，牽引速度120m/min，機(jī)尾185℃，螺筒3220℃，螺筒2230℃，螺筒1240℃，法蘭250℃，機(jī)頸255℃，機(jī)頭260℃。

1.4試樣制備

試驗(yàn)對象以生長期為六年生(各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定)的和田棗，取樣時(shí)，避開地頭，選擇長勢均勻的部分進(jìn)行取樣。由于果實(shí)的掉落位置、掉落時(shí)間等不同，導(dǎo)致物理特性略有差異，加之紅棗撿拾為一次性作業(yè)，試驗(yàn)采樣時(shí)充分考慮其方位、高度、層次等因素，確保樣品具有代表性。本次試驗(yàn)采樣采用部分區(qū)組完全隨機(jī)取樣法，即綜合考慮各個(gè)影響因素進(jìn)行均勻采樣。具體采樣方法如下：在標(biāo)準(zhǔn)矮化密植棗園中隨機(jī)選取10個(gè)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，每個(gè)區(qū)域 5 株紅棗。試驗(yàn)時(shí)在選定的 10 個(gè)區(qū)域中隨機(jī)選定 5 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中隨機(jī)選定 1株進(jìn)行采樣，在采樣對象選定后對其進(jìn)行標(biāo)記，為連續(xù)采樣做好準(zhǔn)備，同時(shí)采樣時(shí)應(yīng)盡量不要將棗樹上的果實(shí)碰落，造成誤撿。

試樣為φ16×0.2×300mm×1.38L/h規(guī)格的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，試樣制備工藝流程如圖1。

圖1　樣品制備工藝流程

1.5性能測試

1.5.1流量均勻度測試

流量均勻度測試參照GB/T19812.3-2008（塑料節(jié)水灌溉器材內(nèi)鑲式滴灌管、帶）進(jìn)行，將含有25個(gè)灌水器的試樣水平懸吊在試驗(yàn)臺架上，堵上末端，向內(nèi)充水，排盡空氣后逐漸（20～40s）加壓至額定工作壓力，穩(wěn)定滴水至少3min后，用集水容器收集每個(gè)灌水器的滴水量，滴水時(shí)間應(yīng)不少于3min，用量筒測量集水容器中的滴水量并計(jì)算成流量（L/ h）。重復(fù)上述試驗(yàn)，兩次所得流量之偏差不得大于2%，取平均值。

1.5.2環(huán)境溫度下耐靜水壓能測試

將試樣與試驗(yàn)裝置連接上，先進(jìn)行流量均勻度測試，然后增加水壓至1.8倍工作壓力，并保持60min，觀察試樣有無損壞現(xiàn)象，再將壓力降至額定工作壓力并測試試樣的流量均勻度，計(jì)算加壓前后流量的變化率。

1.5.3爆破壓測試

將試樣與試驗(yàn)裝置連接上，向試樣內(nèi)充水，排盡空氣后在20～30s內(nèi)加壓至試樣破裂，試樣破裂時(shí)的壓力值即為測試結(jié)果。

1.5.4耐拉拔性能測試

試樣長度為250mm，固定于萬能試驗(yàn)機(jī)的夾緊裝置上，在30S內(nèi)加載110N的載荷，恒載15min后觀察試樣有無破損現(xiàn)象，并放置30min，測量試樣的間距變化率。

1.5.5耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能測試

將試樣側(cè)邊涂上壬基酚聚氧乙烯醚活性溶液，放入專用實(shí)驗(yàn)夾具中夾緊，放入烘箱中在50±2℃下恒溫，每隔24h取出試樣，觀察試樣的表面是否出現(xiàn)可見裂紋，尤其是被折疊部位，應(yīng)沖洗后展開仔細(xì)觀察，測試時(shí)間維持7d。

1.5.6氧化誘導(dǎo)期測試

將約15mg試樣放入鋁坩鍋中，置于量熱儀的樣品支架上，在流量50mL/min干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以20℃/min速率升溫至200℃，保持恒溫5min，用工業(yè)用氧氣迅速切換氮?dú)?，氧氣流?0mL/min。

2　結(jié)果與討論

2.1滴灌帶的表觀質(zhì)量

按《GB/T 19812.3-2008塑料節(jié)水灌溉器材內(nèi)鑲式滴灌管、帶》標(biāo)準(zhǔn)要求：滴灌管、帶一般為黑色，色澤應(yīng)均勻一致；滴灌管帶的內(nèi)壁應(yīng)光滑平整，外表面不應(yīng)有未塑化物、穿透性雜質(zhì)及機(jī)械損傷；滴灌管、帶內(nèi)滴頭（灌水器）鑲嵌應(yīng)牢固、平整、位置正確，不應(yīng)有滴頭漏嵌、翹曲及鑲嵌不到位等缺陷。以博祿HE3409滴灌專用料試制的0.2mm滴灌帶符合標(biāo)準(zhǔn)上述要求，但相較于混合配方LDPE/LLDPE/ HDPE體系生產(chǎn)，外觀光澤度較及柔順性方面則略次于混配體系。

2.2滴灌帶的性能指標(biāo)

對使用HE3409滴灌專用料制備的0.2mm滴灌帶的流量均勻性、環(huán)境溫度下耐靜水壓、爆破壓、耐拉拔、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性、氧化誘導(dǎo)期等性能進(jìn)行了測試，并與混配體系生產(chǎn)的0.2mm滴灌帶的對比分析（見表1）。

2.2.1流量均勻性

滴水是滴灌帶的最終目的，流量均勻性的高低則是評判滴灌帶質(zhì)量的重要指標(biāo)，流量主要由灌水器設(shè)計(jì)時(shí)確定的流道的深度、齒寬等因素決定，在滴灌帶成型加工過程中，灌水器的粘接對流量的均勻性有一定的影響，對于壁厚不高的滴灌帶，成型過程中容易出現(xiàn)灌水器粘接強(qiáng)度差或有可剝離現(xiàn)象，導(dǎo)致流量偏大，在操作中應(yīng)注意對壓輪的微調(diào)。由表1可以看出，HE3409滴灌專用料制備的滴灌帶的相對流量偏差C值為1.74%，小于10%，這表明了灌水器與管壁的粘接強(qiáng)度良好，使用HE3409生產(chǎn)時(shí)，不需要再對灌水器的配方進(jìn)行調(diào)整。

表1　滴灌帶的性能指標(biāo)

2.2.2環(huán)境溫度下的耐靜水壓及爆破壓

滴灌帶必須具有一定的抗靜液壓強(qiáng)度方能滿足使用要求，兩種原料滴灌帶的耐靜水壓均處于0.18MPa下。耐靜水壓的測試一方面可以檢驗(yàn)滴灌帶的抗靜液壓強(qiáng)度是否達(dá)到要求，另一方面可以檢驗(yàn)灌水器的粘接強(qiáng)度，若粘接強(qiáng)度低，則容易出現(xiàn)加壓前后流量偏差較大的情況。爆破壓檢測滴灌帶在發(fā)生爆破時(shí)所承受的最大壓力值。表1中，HE3409制備的滴灌帶環(huán)境溫度下的耐靜水壓無破損，流量變化值小于10%，符合要求；爆破壓則優(yōu)于混配體系，達(dá)到了0.4MPa以上。

2.2.3耐拉拔性能

耐拉拔性能是滴灌（管）帶生產(chǎn)企業(yè)作為質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)，耐拉拔性能主要觀察滴灌帶經(jīng)過檢測后的間距變化率及灌水器粘接處是否出現(xiàn)破損情況，間距變化率大則表明抵抗拉伸的能力低，機(jī)械化鋪設(shè)時(shí)容易出現(xiàn)形變過大，降低滴灌帶的承壓性能，灌水器粘接處出現(xiàn)破損表明在鋪設(shè)時(shí)也容易出現(xiàn)同樣情況，如表2所示，HE3409制備的0.2mm滴灌帶間距變化率在110N/15min的狀態(tài)下表現(xiàn)優(yōu)于混配體系的0.2mm滴灌帶。這是由于HE3409是雙峰聚乙烯，它既含有很短的聚合物分子鏈，又含有很長的聚合物分子鏈——連接分子，高相對分子質(zhì)量的“連接分子”保證了產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度，使得灌帶耐拉拔性、耐靜水壓和爆破壓等能表現(xiàn)優(yōu)良。

2.2.4耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能

聚乙烯是對環(huán)境應(yīng)力開裂極為敏感的材料，當(dāng)?shù)喂鄮г陂L期承受內(nèi)壓和環(huán)境因素影響情況下發(fā)生應(yīng)力開裂現(xiàn)象，將直接影響滴灌帶的使用壽命和性能，混配體系配方經(jīng)過長期試驗(yàn)及應(yīng)用，確定其可滿足耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能要求。如表1所示的耐環(huán)境應(yīng)力開裂測試結(jié)果，HE3409所制備的0.2mm滴灌帶的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能測試結(jié)果均為無開裂、無裂紋，這是由于即使不含線性低密度聚乙烯，HE3409的相對分子質(zhì)量部分可賦予材料良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。

2.2.5氧化誘導(dǎo)期測試

滴灌帶常在露天情況中使用，要求有較好的耐熱氧和耐光氧化性能，可以運(yùn)用氧化誘導(dǎo)期（OIT）法加速實(shí)驗(yàn)外推滴灌帶的熱氧壽命，圖2為以HE3409滴灌專用料制備的0.2mm滴灌帶的OTI曲線。由圖中可以看出，OTI值達(dá)到了82.21min，而混配體系的OTI值只有13.49min（圖3），這表明雙峰聚乙烯HE3409具有優(yōu)異的熱氧穩(wěn)定性。

3　結(jié)論

以北歐化工公司HE3409滴灌專用料試制的滴灌帶的外觀性能略次于混配體系，環(huán)境溫度下的耐靜水壓、爆破壓和耐拉拔等水力及力學(xué)性能則表現(xiàn)優(yōu)良，具有良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能和熱氧穩(wěn)定性，基本滿足滴灌領(lǐng)域的使用及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2　HE3409制備的滴灌帶OTI曲線

圖3　混配體系制備的滴灌帶OTI曲線

［1］張娜.國內(nèi)滴灌產(chǎn)品及專用料的發(fā)展現(xiàn)狀及市場分析［J］.合成技術(shù)及應(yīng)用，2013，28（3）:28-31.

［2］陸玲芳.北星雙峰聚乙烯工藝及產(chǎn)品［J］.金山油化纖，2004，23 （03）:34-36.

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.04.009

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