填充母料改性再生料在單翼迷宮式滴灌帶中的應用研究

田小紅，保功輝，李 嬌

(1.大禹節水集團股份有限公司，甘肅 酒泉 735000；2. 大禹節水(天津)有限公司，天津 301712)

隨著節水灌溉的大力發展，作為塑料產品的滴灌帶產量正大幅提升，同時滴灌帶廢棄物也在快速增加，給環境帶來了巨大壓力，使滴灌帶的回收再利用成為了研究熱點[1]。單翼迷宮式滴灌帶作為塑料產品，具有紊流流態壓力補償特性，迷宮流道及滴水孔一次真空整體熱壓成型，是滴灌系統的重要組成部分，已經在我國大面積推廣[2]。目前，滴灌帶再生料在單翼迷宮式滴灌帶中使用存在強度較低、熱氧穩定性差等問題，本文就填充母料改性滴灌帶再生料對單翼迷宮式滴灌帶性能的影響進行了研究。

1 實驗部分

1.1 原 料

滴灌帶再生料，市售；納米碳酸鈣填充母料：河北立信化工有限公司；抗氧劑：8188，北京吉和色母有限公司；黑色母：2772，卡博特(天津)有限公司。

1.2 實驗設備及儀器

萬能拉伸機：XWW-20A，承德市金建檢測儀器有限公司；滴灌帶水利性能測試臺，自制；差示掃描量熱儀：DSC-100，南京大展機電有限公司；單翼迷宮式滴灌帶生產線，大連塑料機械廠。

1.3 試樣制備

按照配方要求，依次準確稱量好各原輔料，開啟干燥混料機，將混料機溫度設置為80 ℃。然后按順序將原輔料加入到混料機中進行混合，混合時間為30 min，混合均勻后通過自動上料系統加入到單翼迷宮式滴灌帶生產線中，工藝溫度為：185、195、205、220、215 ℃，生產速度為23 m/min。通過擠出機、機頭口摸、風環預冷卻、真空吸附成型、切刀、冷卻定型、風冷除水、牽引、收卷及包裝，既得樣品，試樣直徑：16 mm，壁厚：0.2 mm。

1.4 性能測試

(1)拉伸強度：按GB/T1040.3-2006測試。

拉伸強度δ按下式計算：

δ=P/(bn)

(1)

式中：P為試樣扯斷時所受負荷，N；b為試樣工作部分寬度，mm；n為試樣工作部分厚度，mm。

(2)氧化誘導時間：按GB/T17391-1998測試。

(3)間距變化率、水力性能：按GB/T19821.1-2005測試。

2 結果與討論

為了研究填充母料改性滴灌帶再生料的加入量對單翼迷宮式滴灌帶(以下簡稱滴灌帶)加工過程及性能的影響，本文分別對填充母料添加比例為0%，5%，10%，15%，20%的情況下，對比對滴灌帶的加工過程變化及試驗樣品的性能檢驗情況。

2.1 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶加工過程的影響

結果表明，隨著填充母料質量份數的增加，主機電流會有所變大且滴灌帶產品外觀越差，這主要是由于在滴灌帶加工過程，一方面母料在螺筒中流動較差，塑化扭矩較大，使得擠出機螺桿負荷加重，電流趨于上升，機頭壓力也趨于上升趨勢，尤其在填充母料質量份數達到20份時，電流急劇上升，導致能耗增加。另一方面，隨著母料質量份數的增加，滴灌帶表面光滑度下降，柔韌性變差，變得硬而粗糙，在質量份數20時表現尤其明顯，所得產品外觀較差。同時母料的質量份數增加加大了螺桿的磨損，降低了使用壽命，建議填充母料質量份數不多于15份。

2.2 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶拉伸強度的影響

填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶拉伸強度的影響如圖1。由圖1可以看出，隨著碳酸鈣填充母料質量份數的增加，滴灌帶拉伸強度先增后減。這主要是因為填充母料中的納米碳酸鈣提高了滴灌帶的結晶度，結晶使滴灌帶中分子鏈段活動空隙減少，分子間力增大，使得拉伸強度增大，但隨著母料的繼續增加，母料中納米碳酸鈣濃度較高，出現團聚現象，導致拉伸強度下降。碳酸鈣填充母料對滴灌帶填充的同時起到了增強作用。

圖1 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶拉伸強度的影響

2.3 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶氧化誘導時間的影響

不同加入量的填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶氧化誘導時間影響如圖2，未加入和加入15份填充母料改性滴灌帶再生料的滴灌帶氧化誘導時間分別見圖3、圖4。由圖2、圖3、圖4可以看出隨著填充母料質量份數的增加，滴灌帶氧化誘導逐漸延長，說明填充母料中無機碳酸鈣的添加提高了滴灌帶在氧氣環境下的耐熱性，使得滴灌帶的熱氧穩定性得到了改善，另一方面，納米碳酸鈣作為成核劑，提高了滴灌帶再生料的結晶度，使得分子間作用力增大，因而提高了抵抗熱破壞的能力，同時提高了滴灌帶的耐熱性[3]。

圖2 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶氧化誘導時間的影響

圖3 未添加改性滴灌帶再生料的滴灌帶氧化誘導時間

圖4 加入15份填充母料改性滴灌帶再生料的滴灌帶氧化誘導時間

2.4 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶耐拉拔后的間距變化率的影響

按GB/T19812.1-2005《塑料節水灌溉器材 單翼迷宮式滴灌帶》規定，在130 N載荷力下進行耐拉拔性能試驗，均未出現撕裂情況，但耐拉拔后試樣標線的間距變化率，如圖5。從圖5可以看出，隨著填充母料的增加，滴灌帶的間距變化率逐漸降低，原因在于填充母料的添加減弱了滴灌帶的彈性，增加了滴灌帶的剛性，使得滴灌帶的彈性變形減小。

圖5 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶間距變化率的影響

2.5 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶流量偏差的影響

對加入不同量的填充母料改性滴灌帶再生料的滴灌帶試樣在同等條件下，進行鋪設前后流量變化率的測試，其結果如圖6。由圖6可知，隨著填充母料的增加，滴灌帶流量偏差逐漸減小，說明滴灌帶的流量均勻度趨于良好，主要原因在于填充母料的增加使滴灌帶強度和剛度等到了大幅提高，減小了滴灌帶出水口在鋪設時的變形率，從而降低了流量偏差。

圖6 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶流量偏差的影響

2.6 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶耐靜水壓及瞬間爆破壓力的影響

對加入不同量的填充母料改性滴灌帶再生料的滴灌帶試樣，在同等條件下進行耐靜水壓和瞬間爆破壓力的檢驗，如表1和圖7。由表1、圖7可以看出，隨著填充母料質量份數的增加，滴灌帶在規定時間及壓力下未出現破裂，且爆破壓逐漸升高。這說明填充母料的增加明顯提高了滴灌帶的強度，使得耐壓性能得到了提高，但是填充母料在20份時，爆破壓增幅較小，主要原因在于填充母料含量較高，納米碳酸鈣存在團聚，對滴灌帶爆破壓的提高不大。

表1 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶耐靜水壓的影響

圖7 填充母料改性滴灌帶再生料對滴灌帶瞬間爆破壓力的影響

3 結 語

(1)隨著納米碳酸鈣填充母料的增加，用滴灌帶再生料生產的單翼迷宮式滴灌帶強度、剛度都有較大的提高，當填充母料質量份數在15份時，拉伸強度達到最大且外觀光滑。超過15份時，加工性能、拉伸強度等都有一定的下降。

(2)隨著納米碳酸鈣填充母料的增加，用滴灌帶再生料生產的單翼迷宮式滴灌帶熱氧穩定性及耐熱性都得了明顯提高。

[1] 張紅英.再生料在滴灌帶生產應用中出現的問題及改善措施[J].石河子科技，2008,(4):21-22.

[2] 郭慶人，魏茂慶，朱嘉冀，等. 迷宮式滴灌帶生產及其在節水灌溉中的應用[J].中國塑料，2000,14(2)：53-56.

[3] 張 海，趙素合.橡膠及塑料加工工藝[M].北京：化學工業出版社，1997.