滴灌带拉伸性能分析

滴灌带拉伸性能分析

Summary：滴灌节水技术的农作物增产、节肥、省劳力和高效节水特性已成为干旱缺水地区农业现代化的一个标志。但也存在诸多的问题，其中新疆独特的高紫外线、高温差、干旱、沙尘等地区气候条件，导致滴灌带制品使用时提前老化问题一直影响高效节水灌溉技术大面积推广应用。人工加速老化试验是用人工的方法模拟材料的自然使用状况，是为了补充甚至取代自然大气曝露试验而发展起来的评价材料性能与环境关系的试验方法。这种试验周期短、不受区域性气候的影响，但往往不能如实模拟变化多端的天然气候条件。线形低密度聚乙烯在经过紫外辐照后，可引起分子链的交联、断裂和氧化，从而促使材料老化。Keys：滴灌带；拉伸性能；

前言：滴灌技术是当今世界上公认的最为节水高效的灌溉技术之一。滴灌带作为滴灌技术产品中的一类，主要有单翼迷宫式滴灌带和内镶式滴灌带两种。其中，内镶贴片式滴灌带加工技术复杂，产品精度和原材料要求都比较高，成本偏大，应用范围小；而单翼迷宫式滴灌带的生产工艺相对简单，成本低廉，产品在农业生产中应用已有十年有余，且范围较广。一、实验部分1.主要原料。PE_LLD，0209AA，高密度聚乙烯，受阻胺光稳定剂，同向双螺杆挤出机，TE-20，单翼迷宫式滴灌带生产设备，MGp40×30，塑料注射成型机，红外光谱仪(FTIR)。配方设计中回收造粒料用量在85％～100％之间，PE-HD(5000S)和PE-LLD(0209)树脂用量在0～15％之间，防老化母料用量在o～3％之间，分别设计A、B、C3种滴灌带生产配方，在生产车间严格按单翼迷宫式滴灌带生产工艺进行中试生产，主要工艺参数：生产速度为30m／min，挤出机温度为153～176℃，模具温度为173℃，牵引速度为800r／min。

2.性能测试与结构表征。自然暴露老化试验方法：滴灌带自然气候暴露试验田设在有代表性的沙土试验地，设计3种不同单翼迷宫式滴灌带配方在司生产，完全模仿大田棉花种植要求膜下铺膜和给水，并严格检测记录自然气候暴露试验田的棉花种植期(5—9月)每天的膜上、膜下温度，室外环境温度及湿度，5—9月5个月膜下平均温度为40．9℃，膜上平均温度为35．4℃，室外平均气温为28．5℃，平均湿度为65．1％；紫外光室内人工加速老化试验：参照现行的国际及国内紫外线老化试验测试标准ASTMD4329、IS04892—3、GB／T16422．3—1997进行光、热人工加速老化试验，试验方案为10、12d，人工加速老化试验工艺荧光紫外灯：荧光紫外灯管(UVA-340荧光紫外灯辐照度控制在0．68W／m2时，黑板温度即被测试样的表面温度的设定值为60℃；冷凝温度：利用冷凝湿气模拟结露效果，水槽温度控制为50℃；试样夹：共有6个试样夹，每个试样夹可辐照2m滴灌带(含6个滴头)；按测试样品的熔体流动速率，温度为190℃，载荷为1．92kg；老化前后的滴灌带样品沿滴灌带横向方向制成标距为20nⅡn、宽度为10mm、厚度为o．2功m左右(实测为准)试验样条，按GB／T1040～1992进行拉伸强度和断裂伸长率的测定，用FTIR测试老化前后滴灌带试样的化学基团改变情况。二、讨论1.灰分含量和碳黑含量情况。分别随机选取62家滴灌带产品，对产品中碳黑和灰分含量进行测定和汇总企业的碳黑平均质量分数为2．08％，灰分质量分数平均为1．46％；随机选取一个滴灌带试样(热失重法测得其灰分质量分数为2．01％、碳黑质量分数为2．49％)对其表面形貌进行表征。试样表面基本由黑色和白色部分组成，白色粒子团或聚集体与黑色粒子团或聚集体共混。白色粒子团或聚集体分散不均匀，且白色粒子团或聚集体尺寸大小及形状各不相同，分布无规则。在SEM照片中分别对白色粒子团微区和黑色粒子团微区进行能谱(EDS)点分析，随机选取其中某一点处位置测试，得到了微区中该点处所含元素种类、元素质量分数及原子个数百分比例，白色区域点处试样主要由C，O和Ca元素组成，由此，白色区域中元素可形成碳酸钙等物质，黑色区域中元素存在少量碳化钙中白色区域部分C主要为灰分里碳酸钙中碳和聚乙烯中碳，中黑色微区部分C元素主要为碳黑、聚乙烯中碳及很少量的碳化钙中碳。黑色区域点处碳化钙粒子很少，Ca原子个数占5．32％，则碳化钙中C原子个数也为10．64％，剩余84．04％为聚乙烯和碳黑中C原子个数总和。假定白色区域点处不含碳黑，由于碳酸钙中Ca，C原子个数比为1：1，则15．77％的C为碳酸钙中C原子，剩余24．00％为聚乙烯中C原子，则黑色区域点处所含60．04％为碳黑C原子，根据表2中黑色区域点处C元素质量和原子个数百分比计算得到碳黑质量比例为53．40％，由白色区域点处Ca，C，O的原子个数和元素质量百分比得到所含碳酸钙质量比例为89．59％。2.灰分含量对滴灌带拉伸性能的影响。选取一部分生产的滴灌带试样，对其拉伸性能进行测试，灰分质量分数为1．03％～3．41％，滴灌带试样的拉伸间距变化率为6％～20％，其中有一个产品在试验时断裂。结果表明：以上拉伸间距变化率均超过5％，均不符合要求。当灰分含量较小时，滴灌带标线间间距变化率相对较小，当灰分含量较大时，意味着滴灌带产品中无机物增多，滴灌带标线间间距变化率相对增大，拉伸强度保持率为老化后试样的拉伸强度与老化前试样的拉伸强度之比，断裂伸长率保持率为老化后试样的断裂伸长率与老化前试样的断裂伸长率之比。如试样的断裂伸长率保持率<50％，可判断试样已完全老化失效。此时拉伸性能处于较低水平。滴灌带产品拉伸性能有很多影响因素，灰分含量是其中之一，灰分含量偏大会导致拉伸性能下降，除此之外还存在原料及工艺环节等多种因素影响。因此，灰分含量对拉伸性能变化有影响，但并不是决定性因素，灰分含量偏大会造成拉伸性能不同程度的下降。新中规定了再生颗粒料的碳黑及灰分的技术指标，其中灰分质量分数不大于0．5％。建议用户在选择原材料时同时考虑碳黑和灰分的含量，不控制原料中灰分含量会导致滴灌带产品性能受到影响，合理选择一定灰分含量的回用料或选择洁净的回用料，是提高滴灌带拉伸性能的重要因素之一。结束语：试样断裂回用料逐年添加使用导致滴灌带灰分含量随着年份递增不断增大。滴灌带中灰分以粒子团或聚集体的形式存在，灰分粒子团形状各异，分布无规则，主要由C，O，Ca3种元素组成，粒子以碳酸钙的形式存在的较多。滴灌带SEM照片中白色区域点处碳酸钙质量比例高达89．59％。灰分含量在1．03％～3．41％的回用料滴灌带试样，其拉伸间距变化率，均不能满足要求，灰分成为产品中的杂质，是导致产品拉伸性能不合格的因素之一。Reference：[1]叶苑卡岑，刘绍基，郭永武，等．聚合物防老化实用手册．北京：化学工业