邱麗萍，李穎超，楊國興*，郭 峰，李 瑞，王登飛，李明全

（1.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江省大慶市 163714；2.中國石油天然氣股份有限公司華北化工銷售公司，北京市 100086）

近年來，因微灌技術具有先進性和較高的經濟效益，所以，在發(fā)達國家農業(yè)生產中應用非常迅速。微灌技術區(qū)別于大水漫灌，水的利用率提高70%，并且按照作物需求控制實際灌水量，兼具施肥、打藥和生物化學控制功能，提高地溫，保土保墑，促進作物高產、優(yōu)質、提高經濟效益[1-2]。滴灌帶的質量要求主要是水利性好，包括滴頭抗堵性、壓力補償性、流量均勻度；使用壽命長，材料的抗紫外線照射能力、抗穿刺能力、抗拖拉、耐磨、抗低溫性能；降低產品成本[3-6]。

在滴灌帶原料的使用方面，國外已經有專用料，其價格較高。國內還沒有用于生產滴灌帶的專用料[7-8]，國內某較大滴灌帶生產廠具有100多條生產線，目前以中國石油化工股份有限公司天津分公司（簡稱天津石化公司）生產的高密度聚乙烯（HDPE）為主要原料，經共混改性后生產滴灌帶，但這種共混料的混配均勻性難以保證，影響了加工性能和滴灌帶制品的外觀性能和使用性能。為此，中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）大慶化工研究中心根據(jù)滴灌帶生產廠商的要求，經共混改性，研制出兩個滴灌帶專用聚乙烯（PE）混配料（簡稱DG-3，DG-4）。用DG-3，DG-4加工成的滴灌帶外觀性能和強度得到提高，同時加工性能良好。

1 實驗部分

1.1 主要原料

HDPE，K44，天津石化公司生產。HDPE，9455F，中國石油吉林石化分公司生產。低密度聚乙烯，18D；線型低密度聚乙烯（LLDPE）DFDA7047：均為中國石油大慶石化分公司生產。LLDPE，LL0209，中國石油獨山子石化分公司生產。K44，9455F，18D，LL0209，DFDA7047均為通用樹脂。

抗氧劑1076，純度不小于98%；彈性體，聚鄰苯二甲酰胺（PPA），純度不小于98%：均為利安隆天津化工有限公司生產。穩(wěn)定劑HA雙（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯（HA），純度不小于98%，天津市東麗區(qū)天大化學試劑廠生產。進口滴灌帶專用料（簡稱GW）。

1.2 主要儀器

MeltFlow basic型熔體流動速率測試儀，德國凱歌公司生產；MDY-1型密度儀，上海方瑞儀器有限公司生產；WDW-01 型電子萬能試驗機，上海中研儀器廠生產；UltiMate3000 型凝膠色譜儀，德國Dionex公司生產；BRUKER DKX300型核磁共振儀，德國Bruker公司生產；GTS型雙螺桿擠出造粒機組，南京光瑞擠出裝備有限公司生產；HAAKE90 型毛細管流變儀，德國Haake 公司生產；YQ630型滴灌帶擠出機組，上海金湖擠出設備有限公司生產。

1.3 滴灌帶專用料技術要求

滴灌帶專用料是一種密度較低的PE，具有一定的柔韌性和拉伸性能[7-8]。優(yōu)質滴灌帶專用料的擠出速率可達75 m/min，且產品的力學性能優(yōu)異、光澤度好。分析進口滴灌帶專用料的基本性能為：熔體流動速率（MFR）0.35～0.65 g/10 min，密度0. 928～0.938 g/cm3，拉伸強度大于17.5 MPa，斷裂拉伸應變大于480%，邵氏硬度47～50 。目前，由于滴灌帶生產廠家對專用料混配技術沒有掌握，生產滴灌帶時擠出速率較低，產品力學性能也較差。

1.4 實驗配方和擠出造粒工藝

根據(jù)滴灌帶性能的要求，從國產合成樹脂中選擇幾種進行共混改性，配方見表1。DG-1和DG-2試樣的配方為國內滴灌帶生產A企業(yè)所采用的配方，DG-3和DG-4試樣的配方為本研究改進的配方。四個配方所用抗氧劑1076、穩(wěn)定劑HA、彈性體PPA等助劑用量相同。采用GTS型雙螺桿擠出造粒機組，在160～180 ℃擠出造粒，并按照國家標準注塑測試樣條。

表1 滴灌帶專用料的配方Tab.1 Formula of the special resin for emitting-pipe %

1.5 性能測試

MFR按GB/T 3682—2000測定，密度按GB/T 1033.1—2008測定，拉伸性能按GB/T 1040—2006.1測定，邵氏硬度按GB/T 2411—2008測定，管材與管件熱穩(wěn)定性按GB/T 17391—1998測定，環(huán)境應力開裂時間按GB/T 1842—2008 測定。

2 結果與討論

2.1 基礎物性分析

滴灌帶專用料配方設計從幾方面因素考慮：1）滿足滴灌帶擠出速率 75 m/min的高速加工要求；2）通過共混改性，拓寬相對分子質量分布，改善加工性能；3）兼顧專用料的耐環(huán)境應力開裂性、柔韌性等。由表2看出：DG-1，DG-2，DG-3，DG-4與GW的MFR和熔流比接近，說明這五個試樣的相對分子質量及其分布相近；MFR均在0.35～0.65 g/10 min，可滿足滴灌帶加工的基本要求；密度均在0.930～0.938 g/cm3，較接近；DG-3和DG-4的拉伸強度、拉伸屈服應力、斷裂拉伸應變均高于GW試樣，因此，可確保用本工作研制的專用料生產滴灌帶時，滴灌帶制品的力學性能不會降低。

表2 滴灌帶專用料的綜合性能Tab.2 Comprehensive performance of the special resin for emitting-pipe

2.2 耐候性能

將試樣放置在室外的自然氣候環(huán)境下老化100天。由表3看出：DG-3和DG-4的拉伸強度、斷裂拉伸應變保留率與GW接近，均在80%以上，說明所研制的滴灌帶專用料具有較好的抗氧化和抗紫外線老化性能。

表3 滴灌帶專用料的自然光老化性能Tab.3 Natural light aging properties of the special resin for emitting-pipe

2.3 流變性能分析

由圖1可以看出：DG-1，DG-3的剪切應力（τ）和表觀黏度（ηa）隨剪切速率（γ）的變化趨勢基本相同，但程度略有差異。低γ下，DG-1與DG-3的ηa相近；高γ下， DG-3的ηa低于DG-1，說明DG-3的ηa低，τ小，剪切敏感性好，這與熔流比相吻合。表現(xiàn)在加工性能上，則是在滴灌管擠出加工時，熔體壓力低，加工能耗小，調節(jié)控制性能好，通過調整擠出機螺桿轉速、溫度可較好的調節(jié)制品性能。

圖1 滴灌帶專用料的ηa～γ和τ～γ曲線Fig.1 Plots of shear viscosity and shear stress versus shear rate注： 測試溫度為200 ℃。

2.4 熔體強度分析

由圖2可以看出：DG-3和DG-4的熔體強度好于DG-1和DG-2，所以生產滴灌帶時，DG-3和DG-4的擠出加工速率應大于DG-1和DG-2。

圖2 滴灌帶專用料的熔體拉伸性能Fig.2 Melt tensile properties of the special resin for emitting-pipe注： 測試溫度為200 ℃。

2.5 擠出脹大行為

高分子材料的擠出脹大行為與其加工性能關系密切，出口膨脹系數(shù)即可表征其擠出脹大行為。出口膨脹系數(shù)越大，表明專用料在擠出時所受背壓越大。毛細管直徑為2.0 mm，長徑比為30∶1，溫度為190 ℃時，DG-1，DG-2，DG-3，DG-4，GW的出口膨脹系數(shù)分別為1.80，1.90，1.65，1.63，1.69。由此看出：DG-3，DG-4的出口膨脹系數(shù)與GW接近，比DG-1和DG-2小。因此，在擠出成型滴灌帶時，DG-3 和DG-4試樣的擠出背壓應有較大改進。

2.6 成型加工試驗

將滴灌帶專用料在國內某大型滴灌帶生產廠家進行成型加工試驗，生產單翼迷宮式微滴灌帶，規(guī)格為Φ30 mm×0.18 mm，滴頭間距離為300 mm，試驗條件見表4。試驗表明：用DG-3 和DG-4生產滴灌帶的工藝接近該廠用GW生產微滴灌帶的工藝，擠管速率均超過75 m/min，達到GB/T 19812.1—2005 的要求。

表4 擠制滴灌帶的工藝條件Tab.4 Process conditions for extruding emitting-pipe

2.7 滴灌帶產品性能

按GB/T 19812.1—2005及用戶對滴灌帶的使用要求，測試了用DG-1，DG-2，DG-3，DG-4，GW試樣擠制的滴灌帶制品的性能。由表5可看出：用DG-3和DG-4生產的滴灌帶產品拉伸形變小于5%，爆破壓力大于0.30 MPa，微孔水流量高于3.0 L/h，且優(yōu)于用DG-1，DG-2，GW擠制的滴灌帶制品。用DG-3，DG-4所制滴灌帶的平均單位質量分別為10.65，11.10 g/m，較用DG-1，DG-2所制滴灌帶低1 g/m以上，成本核算后，每噸產品可減少85～100 kg原料。

3 結論

a）采用不同種類的PE樹脂，通過共混改性，制備了改進型滴灌帶專用料DG-3和DG-4，其MFR和熔流比與GW相近，加工時設備電流較低，牽伸速率達到75 m/min。

b）用DG-3和DG-4專用料擠出的滴灌帶拉伸形變小于5%，爆破壓力大于0.3 MPa，微孔水流量高于3.0 L/h，均達到GB/T 19812.1—2005要求。滴灌帶的單位質量降低1 g/m以上，每噸產品可減少85～100 kg 原料。

表5 滴灌帶綜合性能評價Tab.5 Comprehensive performance evaluation of emitting-pipe

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