新型大棚骨架材料的研究进展

新型大棚骨架材料的研究进展

0温室主导材料中国是一个拥有众多农业的国家。农民、农村和农业问题是中国发展稳定的关键。解决“三农”问题的重点是增加农民收入，实施农业综合开发。因此，大力推广设施园艺新技术、增加农产品附加值，不仅可以活跃农产品的供应市场，而且可以增加农民收入。目前为止，国内外设施园艺实际生产中出现了多种温室大棚，其关键技术也已基本成熟，许多高新技术在控温、控湿、采光等方面得到了广泛的应用。大棚骨架材料也在不断更新进步，常采用的有简易竹木铁丝、钢筋混凝土柱、不锈钢材料、塑钢复合材料等，但由于这些材料受价格、劳动强度、使用寿命等因素的影响，其经济效益大打折扣，使大棚的推广应用也受到一定程度的阻碍。因此，使用成本低廉、性能可靠的材料是解决设施园艺推广问题的关键。山东民间发明了一种复合材料，试验性地应用于温室大棚，其机械工程性能稳定，且具有价格低廉、使用方便、劳动强度低等优点，受到用户的好评，显示出良好的市场前景。为了将该材料更好地推广应用，对其进行理论上的试验证明显得尤为重要。1新材料介绍1.1乳白单元的制备新材料以普通玻璃纤维为单向增强体，以环氧树脂、工业盐、石灰粉等为基体原材料，按一定配方加水混合，并在模内冷却而成。因其用于大棚骨架，所以成品为x4900乳白圆柱杆，断面有云状花纹，常温密度ρ=1.52×103kg/m3。按化学成分将其规范为玻璃纤维增强复合材料。1.2非高温固化材料新型大棚骨架材料采用渗透法，将敷料均匀地包裹在玻璃纤维上冷压成型。环氧树脂粘度较大，与玻璃纤维粘结力强，在固化过程中能充分填充纤维之间的空隙，而且能很好地保护纤维，是制作复合材料的主要方法。玻璃纤维逐层铺在模子内，经冷固而成。这种工艺可以制作非标准型材料，不足之处是如果敷料与纤维的粘结不充分，将导致材料的性能不稳定。这类方法因为基体稠度小、易于流动，固化时间短，所以成形容易。制作管材之类的轴对称型构件时，还可以通过模具的旋转施加离心力，起到施压作用，以提高材料的均匀性和强度指标。本文所述新型大棚骨架材料是在φ60的高强度塑料模内冷压固化而成。2塑料、钢绞线新型大棚骨架材料属无机非金属复合材料，宜参照塑料、玻璃钢的相关国标进行试验。由于温室大棚结构及环境特点，主要试验材料在常温、老化、浸水条件下的抗压、抗折、硬度方面的性能。2.1抗压强度2.1.1sy113—试验仪器抗压强度试验所用仪器为：WE—10万能试验机（测抗压强度）；SY101S—1数显鼓风干燥箱（热空气老化处理）；HWY—30低温恒温水浴培养箱（水浴处理）。2.1.2预处理、老化处理首先，将样件分组编号，参照GB1448—78及GB1446—78制备标准样件，尺寸为10mm×10mm×25mm。参照GB1446-78，将所有样件进行预处理，温度为200℃，常温常态，时间为24h；参照GB7141—86,对材料进行老化处理,温度为800℃时间为168h；参照GB10703—89，将材料进行水浴处理，温度为800℃，周期为24h，两个周期。然后，分别将常温常态、水浴处理、热空气老化处理下的样件参照GB1448-78进行抗压强度试验。2.2抗骨折强度2.2.1sy213-1抗折强度试验用仪器为：YT010-1000综合强力机（测抗折强度）；SY101S-1数显鼓风干燥箱（热空气老化处理）；HWY-30低温恒温水浴培养箱（水浴处理）。2.2.2预处理、老化处理首先，将样件分组编号，参照GB3356—82及GB1446-78制备标准样件，尺寸为12.5mm×4mm×74mm。参照GB1446-78，将所有样件进行预处理，温度为20℃，常温常态，时间为24h；参照GB7141—86；对材料进行老化处理，温度为80℃，时间为168h；参照GB10703—89将材料进行水浴处理，温度为80℃，周期为24h，一个试验周期。然后，分别将常温常态、水浴处理、热空气老化处理下的样件参照GB3356—82进行抗折强度试验。2.3硬度2.3.1负荷布硬度测定硬度试验的仪器为：HBS—62.5数显小负荷布氏硬度计(测硬度)；SY101S—1数显鼓风干燥箱(热空气老化处理)；HWY—30低温恒温水浴培养箱(水浴处理)。2.3.2预处理、老化处理首先，将样件分组编号，参照HG2—168—65及GB1446-78制备标准样件为10mm×20mm×30mm；参照GB1446-78，将所有样件进行预处理，温度为20℃，常温常态，时间24h。参照GB7141—86，对材料进行老化处理，温度为80℃，时间为168h；参照GB10703-89将材料进行水浴处理，温度为80℃，时间为24h。然后，分别将常温常态、水浴处理、热空气老化处理下的样件硬度试验试验。2.4材料吸水性能由于材料含有吸水性物质，温室大棚空气湿度较大，可能影响材料的性能，为此应测试材料吸水性能及不同含水量下的性能。由于硬度是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也越高，故硬度值与强度值之间具有近似关系，且硬度试验简单易行。所以，本文采用硬度试验代替机械性能试验。2.4.1表中的含水量硬度测试采用分析天平测质量，采用HBS-62.5数显小负荷布氏硬度计测硬度。2.4.2mm的制备标准样件参照HG2-168-65及GB1446-78制备标准样件为10mm×20mm×30mm。将材料编号，分别对样件材料进行不同吸水率下的硬度试验。3试验结果的分析3.1抗压性能情况根据抗压强度试验方案数据处理得出4种状态下的抗压强度，如表1所示。由表1可知：常温常态下、水浴处理24h、水浴处理48h、热空气老化，材料的抗压性能分别为40.59MPa、，9.87MPa、，9.81MPa、，40.50MPa、。水浴及热空气老化处理后，抗压性能分别是常态的24.34%，24.19%，99.78%；水浴处理1天后，材料的吸水达到饱和，所以继续放置水中对材料的性能影响微小。当前生产实际中用的塑钢抗压强度一般为34.01MPa左右，常用钢筋水泥混泥土抗压强度为45MPa左右。由此可知，该材料与现行材料抗压性能相当，能够满足大棚骨架要求。3.2空气老化对材料抗折强度和性能的影响根据抗折强度试验方案数据处理得出3种状态下的抗折强度，如表2所示。由表2可知：常温常态下、水浴处理后、热空气老化后，材料的抗折强度分别为85.76MPa,16.50MPa、，83.97MPa；水浴及热空气老化处理后，性能分别是常态的19.23%和97.91%。当前试验用的塑钢抗折强度一般为10.9MPa，常用的钢筋水泥混凝土的抗折强度为5MPa左右，可知该材料与现行材料相比具有良好的抗折强度，其可以满足大棚骨架的要求。3.3材料硬度的测定根据硬度试验方案数据处理，得出3种状态下的硬度，如表3所示。由表3得出：常温常态下、水浴处理后、热空气老化后，材料的硬度分别为52.1HB,19.18HB、和45.4HB。水浴及热空气老化处理后，硬度分别是常态的36.8%和87.14%。3.4湿度对材料的影响由上述3个试验结果可知，水分对材料性能影响较大，根据试验方案得到不同含水率下的材料硬度如表4所示。由表4知，水分对材料的性能影响较大，而大棚骨架材料必须直接与温室中的水蒸气相接触，温室大棚内湿度大致在80%～90%左右，有时夜间最高也可达100%。将φ40×25圆棒料放置于温室大棚（相对湿度为80%～90%）内7天，测得其吸水率仅为6.33%。采用MATLAB对含水率—硬度曲线进行多项式拟合。硬度函数表达式为式中x—含水率；f(x)—硬度。用MATLAB绘图如图1所示。令x=0.063，得硬度f(x)=35.89，故大棚湿度对材料的影响较小。同时，由于耕作习惯、通风、光照等影响，材料总是处于吸水和失水的循环当中，水分很难在材料内部长期存留或渗透，能够满足大棚骨架的安全性要求。4纤增强材料在温室材料中的应用新型大棚材料—玻璃纤维增强复合材料与现行温室材料的对比如表5、表6所示，玻璃纤维增强复使材料具有许多其它现行材料无法相比的优点，在降低成本方面尤其明显