買買提江·依米提，塞娜瓦爾·阿布拉，艾買提江·薩伍提，邸書新

（1.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油天然氣精細(xì)化工教育部和自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830046；2.新疆方興塑化有限公司，新疆 五家渠831300）

0 前言

滴灌節(jié)水技術(shù)的農(nóng)作物增產(chǎn)、節(jié)肥、省勞力和高效節(jié)水特性已成為干旱缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個標(biāo)志[1-2]。滴灌帶可分為內(nèi)鑲式滴灌帶和單翼迷宮式滴灌帶。內(nèi)鑲式滴灌帶也稱內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，是每隔一定距離在塑料管內(nèi)鑲上一有彎彎小流道帖片，水由流道口流到土壤進(jìn)行農(nóng)作物的灌溉。滴頭有自過濾窗，抗堵塞性能好，采用迷宮式流道，具有一定的壓力補(bǔ)償作用，滴頭間距可根據(jù)用戶要求而定。廣泛應(yīng)用于溫室大棚，大田經(jīng)濟(jì)作物的灌溉。但滴灌帶用聚乙烯原料在高紫外線、高溫差、干旱等地區(qū)氣候條件，特別是在太陽光紫外線290～340 nm波長范圍內(nèi)較容易降解老化，導(dǎo)致滴灌帶制品使用時提前老化[3-5]。

楊浩邈等研究了抗老化母粒對線形低密度聚乙烯（PE-LLD）耐光老化性能的關(guān)系[6-7]。盧琳等研究聚乙烯塑料在西沙自然環(huán)境中光老化行為[8]。劉奎芳等采用斷裂伸長率變化率作為衡量PE-LLD老化程度的指標(biāo)，研究塑料在濕熱及亞濕熱氣候大氣暴露與人工加速老化試驗(yàn)相關(guān)性[9]。人工加速老化試驗(yàn)是用人工的方法模擬材料的自然使用狀況，是為了補(bǔ)充、甚至取代自然大氣曝露試驗(yàn)而發(fā)展起來的評價材料性能與環(huán)境關(guān)系的試驗(yàn)方法[10-12]。本研究通過力學(xué)性能和加工性能，篩選出適合生產(chǎn)內(nèi)鑲式滴灌帶的聚乙烯原料，并結(jié)合自制抗老化母粒設(shè)計優(yōu)化滴灌帶配方，研究聚乙烯原料和自制抗老化母粒對內(nèi)鑲式滴灌帶力學(xué)性能和耐老化性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

高密度聚乙烯（PE-HD），5410、6070，中國石油獨(dú)山子石化公司；

PE-LLD，0209，中國石油獨(dú)山子石化公司；

PE-HD，5000S，中國石油蘭州石化公司；

低密度聚乙烯（PE-LD），15803、2426H，揚(yáng)子石化-巴斯夫有限責(zé)任公司；抗氧劑，TA 215，上海金海雅寶精細(xì)化工有限公司；受阻胺光穩(wěn)定劑，622，上海金海雅寶精細(xì)化工有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

同向雙螺桿擠出機(jī)，TE-20，中國江蘇（南京）科亞公司；

內(nèi)鑲式滴灌帶生產(chǎn)設(shè)備，WDG5882，廊坊盛源有限責(zé)任公司；

塑料注射成型機(jī)，XL-400VI，寧波高新協(xié)力機(jī)申液有限公司；

材料電子萬能試驗(yàn)機(jī)，CMT6104-50N，深圳新三思計量公司；

熔體流動速率儀，XNR-400B，承德市金建儀器有限公司；

滴灌帶專用紫外光老化實(shí)驗(yàn)箱，XJU-HD1，自制；

紅外光譜儀（FTIR），EQUINOX-55，德國布魯克公司。

1.3 樣品制備

抗老化母粒的制備：以PE-LLD為載體、受阻胺光穩(wěn)定劑和抗氧劑TA215為抗光劑和抗氧劑，準(zhǔn)確稱量后混合分散均勻，擠出造粒，烘干備用；

內(nèi)鑲式滴灌帶的制備：將實(shí)驗(yàn)室設(shè)計的性能較好的配方，在生產(chǎn)車間嚴(yán)格按內(nèi)鑲式滴灌帶生產(chǎn)工藝進(jìn)行中試生產(chǎn)，主要工藝參數(shù)：生產(chǎn)速度為120 m/min，擠出機(jī)溫度為230～260℃，機(jī)頭溫度為150℃，牽引速度為1138r/min。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

紫外光室內(nèi)人工加速老化試驗(yàn)[9]：將340 nm熒光紫外燈輻照度控制在0.68 W/m2、在黑板溫度為60±3℃下輻照暴露4 h，然后，在冷凝溫度為50±3℃下無輻照條件下冷凝暴露4 h，最后風(fēng)吹10 min（模擬四級風(fēng)），每490 min試驗(yàn)循環(huán)一次，試驗(yàn)方案為10 d和12 d；

自然暴露老化試驗(yàn)方法[9]：滴灌帶自然氣候暴露試驗(yàn)田設(shè)在新疆五家渠市方興塑化公司有代表性的沙土試驗(yàn)地，設(shè)計3種不同內(nèi)鑲式滴灌帶配方在新疆五家渠市方興塑化公司生產(chǎn)，完全模仿大田棉花種植要求膜下鋪膜和給水，并嚴(yán)格檢測記錄自然暴露老化試驗(yàn)田的棉花種植期（5-9月）每天的膜上、膜下溫度，室外環(huán)境溫度及濕度，5-9月5個月膜下平均溫度為40.9℃，膜上平均溫度為：35.4℃，室外平均氣溫為28.5℃，平均濕度為65.1%；

熔體流動速率按GB/T 3682—2000測定，溫度為190℃，載荷為1.92 kg；

按GB/T 1040—1992進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定，將老化前后的滴灌帶制品沿滴灌帶橫向方向制成標(biāo)距為20 mm、寬度為10 mm、厚度為0.2 mm左右（實(shí)測為準(zhǔn)）試驗(yàn)樣條，拉伸速度為150 mm/min；

FTIR分析：將老化前后的滴灌帶試樣壓制剪成厚度為5μm左右的小薄片，測試?yán)匣昂蟮喂鄮г嚇拥幕瘜W(xué)基團(tuán)改變情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料的篩選

將各原料注射成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴形樣條，用拉伸機(jī)對制備好的試樣進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定，并通過力學(xué)性能和加工性能，篩選出適合生產(chǎn)內(nèi)鑲式滴灌帶的聚乙烯原料，表1為各種原料的力學(xué)性能比較。

從表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，PE-LLD（0209）為薄膜級，當(dāng)應(yīng)用在滴灌帶具有耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，韌性好，剛性大，耐撕裂強(qiáng)度，耐寒性好等優(yōu)點(diǎn)。PE-LD（2426H）和PE-LD（15803）進(jìn) 行 比 較，熔 體 流 動 速 率 PE-LD（15803）比PE-LD（2426H）略小，但PE-LD（2426H）比PE-LD（15803）的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率及彈性模量大很多，在測試內(nèi)鑲式滴灌帶的回縮率時，屈服強(qiáng)度是一個很重要的指標(biāo)，因此選擇PE-LD（2426 H）為內(nèi)鑲式滴灌帶配方用料。PE-HD（5000S）和PE-HD（5410）為拉絲級PE-HD，力學(xué)性能好，能增加產(chǎn)品的強(qiáng)度，提高沖擊性能。但PE-HD（5000S）的屈服強(qiáng)度比 PE-HD（5410）大，所以選擇 PE-HD（5000S）為內(nèi)鑲式滴灌帶配方用料。對比PE-HD（60550）和 PE-HD（6070）2種原料的力學(xué)性能，PE-HD（60550）的斷裂伸長率和屈服強(qiáng)度比 PE-HD（6070）的大，在內(nèi)鑲式滴灌帶進(jìn)行靜水水壓測試、生產(chǎn)及使用時，滴灌帶的韌性起到很重要的作用，為此選擇PE-HD（60550）為最佳。

表1 滴灌帶原料力學(xué)性能比較Tab.1 Comparison of mechanical properties ofraw materials

2.2 滴灌帶的配方優(yōu)化與生產(chǎn)

在內(nèi)鑲式滴灌帶配方的設(shè)計過程中，對滴灌帶的各種聚乙烯原料進(jìn)行力學(xué)性能和加工性能分析，篩選最佳的配方原料為PE-HD（5000S）、PE-LD（2426 H）、PE-HD（60550）、PE-LLD（0209A），將 PE-HD 含量設(shè)為30%～60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），PE-LD和PE-LLD含量設(shè)為30%～60%，炭黑為2%，抗老化母粒為1%，分別記作A、B、C 3種內(nèi)鑲滴灌帶試驗(yàn)配方（見表2），并按表2滴灌帶生產(chǎn)配方分別配制60 kg滴灌帶生產(chǎn)原料，在新疆方興塑化有限公司生產(chǎn)車間，嚴(yán)格按正常生產(chǎn)工藝進(jìn)行內(nèi)鑲式滴灌帶配方的中試生產(chǎn)，并對制品進(jìn)行性能評價，制品各項(xiàng)性能指標(biāo)見表3所示。

表2 滴灌帶配方含量表%Tab.2ingredientratio of dripirrigation tapes %

表3 滴灌帶各項(xiàng)性能指標(biāo)Tab.3 The performanceindicators of dripirrigation tapes

2.3 滴灌帶老化程度的判定

滴灌帶人工加速老化試驗(yàn)和自然暴露老化試驗(yàn)后斷裂伸長率的保持率作為衡量老化程度的指標(biāo)。斷裂伸長率保持率等于老化后試樣的斷裂伸長率/老化前試樣的斷裂伸長率。如試樣的斷裂伸長率的保持率＜50%，可判斷試樣已完全老化失效[5，9，12]。

從表4可以得知，配方A人工老化10、12 d和自然暴露老化120 d與未老化試樣相比，斷裂伸長率保持率分別為96.4%、91.7%、93.7%；配方 B人工老化10、12 d和自然暴露老化120 d與未老化試樣相比，斷裂伸長率保持率分別為91.5%、84.7%、83.2%；配方C人工老化10、12 d和自然暴露老化120 d與未老化試樣相比，斷裂伸長率保持率分別為76.4%、59.8%、58.2%。從試樣老化前后斷裂伸長率保持率數(shù)據(jù)看，配方A滴灌帶防老化性能最佳，其次是配方B，最差的是配方C。這說明配方中添加的自制抗老化母粒起到了抗紫外和抗氧化的作用，從而延長了滴灌帶的使用壽命。

2.4 滴灌帶老化前后FTIR分析

圖1是內(nèi)鑲式滴灌帶配方B和配方C的人工老化12 d與未老化試樣的FTIR譜圖。在3條曲線中出現(xiàn)在2919、2854、1468 cm-1處的吸收峰為聚乙烯樹脂共有的峰，而1377 cm-1處為甲基（—CH3）的彎曲振動吸收峰，為支鏈較多的PE-LD所特有。從曲線2和曲線3看，1723 cm-1處羰基峰的生成抗老化母粒配方B明顯小于不加抗老化母粒配方C[5，12]。說明配方中添加的自制抗老化母粒起到了抗紫外的作用。

表4 滴灌帶老化前后力學(xué)性能測試結(jié)果Tab.4 The testresults of mechanical properties of dripirrigation tapes before and after aging

圖1 紫外光照射樣品的FTIR譜圖Fig.1 FTIR spectra of samples during UVirradiation

3 結(jié)論

（1）在滴灌帶配方中添加一定比例的抗老化母?？梢蕴岣叩喂鄮У氖褂脡勖?，人工老化12 d和自然暴露老化120 d與未老化試樣相比，斷裂伸長率保持率配方B的分別為84.7%、83.2%，配方 C的分別為59.8%、58.2%；

（2）人工老化12 d的試樣譜圖在1723 cm-1處羰基峰的生成加抗老化母粒配方B明顯小于不添加抗老化母粒配方C，滴灌帶逐漸老化降解。

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