復(fù)用型滴灌帶氙弧燈人工老化與甘肅典型地區(qū)自然老化性能比對(duì)

李芳瑩 趙生蘭 高宏卓

（甘肅省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，甘肅 蘭州 730050）

1.前言

我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，滴灌帶的出現(xiàn)大力推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，使傳統(tǒng)粗放型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代精準(zhǔn)型農(nóng)業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益頗為顯著。滴灌是一種高效的節(jié)水灌溉方式，不但能高效節(jié)水，使農(nóng)作物大幅增產(chǎn)，還能夠?qū)崿F(xiàn)水肥一體科學(xué)灌溉，可見滴灌技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。然而高分子材料的使用壽命很大程度上受到自然環(huán)境、氣候的影響和制約，且呈現(xiàn)較大差異。甘肅地區(qū)水資源比較缺乏、有著獨(dú)特典型氣候條件，這很大程度上影響到了復(fù)用型滴灌帶制品的使用壽命和回收再利用。因此，對(duì)于復(fù)用型滴灌帶制品在甘肅典型地區(qū)的耐老化性能的研究意義重大。

內(nèi)鑲式滴灌帶分為非復(fù)用型和復(fù)用型兩種，復(fù)用型滴灌帶是指可以移動(dòng)和重新安裝，并進(jìn)行適當(dāng)處理，能夠重復(fù)使用的滴灌帶。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19812.3-2017《塑料節(jié)水灌溉器材第3部分：內(nèi)鑲式滴灌管及滴灌帶》產(chǎn)品類別增加了復(fù)用型滴灌帶，規(guī)定了復(fù)用型滴灌帶人工老化、耐拉拔、氧化誘導(dǎo)時(shí)間性能及要求。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)單翼迷宮式滴灌帶、非復(fù)用型滴灌帶的研究較多，對(duì)于復(fù)用型滴灌帶的研究較少；就人工老化試驗(yàn)的光源，紫外光人工老化試驗(yàn)研究備受關(guān)注，氙弧燈光源人工老化研究卻存在空白，且相關(guān)文獻(xiàn)資料甚少。因此，本文旨在研究復(fù)用型滴灌帶在甘肅典型地區(qū)自然老化和氙弧燈人工加速老化變化規(guī)律，進(jìn)而尋找兩種老化試驗(yàn)方法的相關(guān)性，從而探討復(fù)用型滴灌帶的再使用。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料

高密度聚乙烯（PE-HD）：2480，中國(guó)石化齊魯石化公司；

低密度聚乙烯（PE-LD）：2426H，中國(guó)石油蘭州石化公司；

線性低密度聚乙烯（PE-LLD）：7042，中國(guó)石油蘭州石化公司；

黑色母粒：2772，卡博特化工(天津)有限公司；

白色母料：9199，北京吉和色母料有限公司；

復(fù)用型滴灌帶，甘肅青龍管業(yè)有限責(zé)任公司；

2.2 主要設(shè)備及儀器

人工加速氙燈耐候試驗(yàn)機(jī)，Ci4000，美國(guó)ATLAS公司；

滴灌管（帶）水利性能測(cè)試系統(tǒng)，PYDG-A，承德市方元智控設(shè)備有限公司；

微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，CMT-4204，深圳新三思材料檢驗(yàn)有限公司；

沖片機(jī)，XJY—1，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；

內(nèi)鑲扁平滴頭滴灌帶生產(chǎn)線，WDG-JY，天津盛大機(jī)械制造有限公司；

塑料注射成型機(jī)，MA2500II/1000，海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司；

2.3 樣品制備

以高密度聚乙烯和低密度聚乙烯以及線型低密度聚乙烯材料為主，以黑色母及必要的功能添加劑為輔料，擠出溫度為180～240℃，模具溫度為240～250℃，生產(chǎn)速度為120～200m/min，相同原材料、配方、生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的復(fù)用型滴灌帶規(guī)格型號(hào)如表1所示。

表1 試樣規(guī)格型號(hào)

2.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

2.4.1 自然老化試驗(yàn)

自然暴露試驗(yàn)設(shè)在張掖市黨寨鎮(zhèn)下寨村玉米試驗(yàn)田，試驗(yàn)田種植時(shí)間為2021年4月到10月，周期為6個(gè)月。選擇甘肅青龍管業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的復(fù)用型滴灌帶A、B進(jìn)行試驗(yàn)，采取膜下鋪設(shè)，鋪設(shè)后，取樣間隔為3個(gè)月，間隔取樣2次，然后按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)。

2.4.2 氙弧燈人工老化試驗(yàn)

選用美國(guó)ATLAS公司人工加速氙燈耐候試驗(yàn)機(jī)，實(shí)驗(yàn)條件為：輻照度0.55W/m2，波長(zhǎng)340nm，黑板溫度65℃，濕度50%；程序?yàn)椋汗庹?02min，光照+噴淋18min，黑暗44min，光照58min，光照+噴淋18min，試驗(yàn)時(shí)間為300h，間隔取樣3次，然后按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)。

2.4.3 復(fù)用型滴灌帶老化前后老化性能測(cè)試

試樣A、B分別進(jìn)行氙弧燈人工老化和自然暴露老化，測(cè)定老化前后試樣斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度，依據(jù)GB/T 8804.3-2003標(biāo)準(zhǔn)要求，沿滴灌帶縱向方向制成2型試樣，試驗(yàn)速度100mm/min，并計(jì)算斷裂伸長(zhǎng)保留率。選用滴灌管（帶）水利性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)老化前后試樣水利性能進(jìn)行測(cè)試，采用閉路法，加壓至額定工作壓力，測(cè)量并記錄氙弧燈人工老化（300h）前后每個(gè)滴水孔的出水量，計(jì)算老化前后每個(gè)滴水孔流量的變化率。

2.4.4 復(fù)用型滴灌帶老化前后耐拉拔性能測(cè)試

首先對(duì)氙弧燈人工老化和自然暴露老化前后試樣耐拉拔性能進(jìn)行測(cè)定，耐拉拔性能試驗(yàn)載荷為110N，保持15min后卸載，放置30min后測(cè)量標(biāo)線間距，計(jì)算標(biāo)線間距變化量。其次，采用閉路法，加壓至額定工作壓力，測(cè)量并記錄拉拔前后每個(gè)滴水孔的出水量，計(jì)算拉拔前后每個(gè)滴水孔流量的偏差率。

3.結(jié)果與討論

3.1 復(fù)用型滴灌帶老化前后老化性能分析

3.1.1 老化前后試樣力學(xué)性能分析

將試樣A、B在相同條件下分別進(jìn)行氙弧燈人工老化和自然老化試驗(yàn)，老化前后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率分別見表2、表3。

表2 人工老化前后力學(xué)性能分析

拉伸強(qiáng)度/MPa 40 38 36 37 B斷裂伸長(zhǎng)率/% 496 439 363 336

表3 自然老化前后力學(xué)性能分析

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19812.3-2017對(duì)復(fù)用型滴灌帶性能提出了新要求，規(guī)定了復(fù)用型滴灌帶人工老化300h后斷裂伸長(zhǎng)率的保留率應(yīng)≥50%，說明復(fù)用型滴灌帶未老化失效。試樣A氙弧燈人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，斷裂伸長(zhǎng)率的保留率分別為89.8%、72.9%、67.4%；自然老化120d、190d后，斷裂伸長(zhǎng)率的保留率分別為68.6%、65.3%；試樣B氙弧燈人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，斷裂伸長(zhǎng)率的保留率分別為88.5%、73.2%、67.7%，自然老化120d、190d后，斷裂伸長(zhǎng)率的保留率分別為69.6%、64.1%。數(shù)據(jù)表明：首先試樣A與試樣B老化后的斷裂伸長(zhǎng)率的保留率，均隨著老化時(shí)間的推移而呈下降趨勢(shì)，且試樣A與試樣B斷裂伸長(zhǎng)率數(shù)值較穩(wěn)定；其次拉伸強(qiáng)度自然老化后較氙弧燈人工老化降低更明顯，但是氙弧燈人工老化和自然老化老化后斷裂伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)比較吻合，氙弧燈人工老化可以很好地模擬自然老化，可以克服自然老化實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)；人工老化試驗(yàn)300h后的斷裂伸長(zhǎng)率的保留率均大于50%，表明復(fù)用型滴灌帶防老化性能較好，可重復(fù)使用。

3.1.2 老化前后滴水孔流量的變化率分析

表5 自然老化（190d）前后滴水孔流量的變化率分析

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于復(fù)用型滴灌帶規(guī)定了其老化試驗(yàn)前后的滴水孔流量變化率應(yīng)小于或等于5%，選用未老化和人工老化300h（12.5 d）后試樣A、B，未老化和自然老化190 d后試樣A、B分別進(jìn)行試驗(yàn)，從表3、4可以看出，人工老化300h前后，自然老化190 d前后試樣的滴水孔出水量基本無變化，老化前后每個(gè)滴水孔流量的變化率均在5%的范圍內(nèi)，試樣防老化性能比較好，滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)用型滴灌帶的要求。

3.2 復(fù)用型滴灌帶老化前后耐拉拔性能分析

表6 老化后耐拉拔性能分析

對(duì)于未老化的試樣A、B進(jìn)行耐拉拔性能試驗(yàn)，110N載荷無斷裂現(xiàn)象，滴水孔間距變化率分別為1.4%、1.8%，拉拔前后的滴水孔流量偏差率分別為-0.9%～+1.4%、-1.2%～+1.4%。試樣A、B老化后的耐拉拔性能結(jié)果見表4，試樣A、B氙弧燈人工老化和自然老化，老化前后試樣A、B仍能夠承受110N的載荷，且無斷裂現(xiàn)象，試樣A、B進(jìn)行氙弧燈人工老化和自然老化后試驗(yàn)前后標(biāo)線間距變化量略微增大，實(shí)驗(yàn)前后標(biāo)線間距的變化量均不大于5%；氙弧燈人工老化和自然老化前后的滴水孔流量偏差率試驗(yàn)數(shù)據(jù)無明顯變化，且試驗(yàn)前后流量偏差率均在±5%的要求范圍內(nèi)。因此，復(fù)用型滴灌帶能夠滿足重復(fù)使用鋪設(shè)時(shí)縱向受力性能的要求，滴水孔正常出水且出水量均勻穩(wěn)定，無明顯變形，能夠正常重復(fù)使用，從而降低更換滴灌帶的成本，降低農(nóng)民經(jīng)濟(jì)壓力。

表4 人工老化（300h）前后滴水孔流量的變化率分析

4.結(jié)論

4.1 氙弧燈人工老化后斷裂伸長(zhǎng)率的保留率非常接近自然老化后試驗(yàn)結(jié)果，說明兩種老化方式對(duì)滴灌帶老化性能的影響基本一致，且氙弧燈人工老化可以很好的模擬自然老化條件。

4.2 通過對(duì)未老化、老化后試樣耐拉拔性能、滴水孔流量的變化率的分析，得出復(fù)用型滴灌帶的受力性能較好、滴水孔出水量很均勻，滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)用型滴灌帶的要求，能夠重復(fù)利用，避免資源浪費(fèi)，同時(shí)減輕農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。