復用型滴灌帶氙弧燈人工老化與甘肅典型地區自然老化性能比對

李芳瑩 趙生蘭 高宏卓

（甘肅省產品質量監督檢驗研究院，甘肅 蘭州 730050）

1.前言

我國是一個水資源貧乏的國家，滴灌帶的出現大力推動了我國農業發展，使傳統粗放型農業轉變為現代精準型農業，經濟效益和社會效益頗為顯著。滴灌是一種高效的節水灌溉方式，不但能高效節水，使農作物大幅增產，還能夠實現水肥一體科學灌溉，可見滴灌技術具有廣闊的發展前景。然而高分子材料的使用壽命很大程度上受到自然環境、氣候的影響和制約，且呈現較大差異。甘肅地區水資源比較缺乏、有著獨特典型氣候條件，這很大程度上影響到了復用型滴灌帶制品的使用壽命和回收再利用。因此，對于復用型滴灌帶制品在甘肅典型地區的耐老化性能的研究意義重大。

內鑲式滴灌帶分為非復用型和復用型兩種，復用型滴灌帶是指可以移動和重新安裝，并進行適當處理，能夠重復使用的滴灌帶。國家標準GB/T 19812.3-2017《塑料節水灌溉器材第3部分：內鑲式滴灌管及滴灌帶》產品類別增加了復用型滴灌帶，規定了復用型滴灌帶人工老化、耐拉拔、氧化誘導時間性能及要求。目前，國內外對單翼迷宮式滴灌帶、非復用型滴灌帶的研究較多，對于復用型滴灌帶的研究較少；就人工老化試驗的光源，紫外光人工老化試驗研究備受關注，氙弧燈光源人工老化研究卻存在空白，且相關文獻資料甚少。因此，本文旨在研究復用型滴灌帶在甘肅典型地區自然老化和氙弧燈人工加速老化變化規律，進而尋找兩種老化試驗方法的相關性，從而探討復用型滴灌帶的再使用。

2實驗部分

2.1 主要原料

高密度聚乙烯（PE-HD）：2480，中國石化齊魯石化公司；

低密度聚乙烯（PE-LD）：2426H，中國石油蘭州石化公司；

線性低密度聚乙烯（PE-LLD）：7042，中國石油蘭州石化公司；

黑色母粒：2772，卡博特化工(天津)有限公司；

白色母料：9199，北京吉和色母料有限公司；

復用型滴灌帶，甘肅青龍管業有限責任公司；

2.2 主要設備及儀器

人工加速氙燈耐候試驗機，Ci4000，美國ATLAS公司；

滴灌管（帶）水利性能測試系統，PYDG-A，承德市方元智控設備有限公司；

微機控制電子萬能拉力試驗機，CMT-4204，深圳新三思材料檢驗有限公司；

沖片機，XJY—1，承德市金建檢測儀器有限公司；

內鑲扁平滴頭滴灌帶生產線，WDG-JY，天津盛大機械制造有限公司；

塑料注射成型機，MA2500II/1000，海天塑機集團有限公司；

2.3 樣品制備

以高密度聚乙烯和低密度聚乙烯以及線型低密度聚乙烯材料為主，以黑色母及必要的功能添加劑為輔料，擠出溫度為180～240℃，模具溫度為240～250℃，生產速度為120～200m/min，相同原材料、配方、生產工藝，生產的復用型滴灌帶規格型號如表1所示。

表1 試樣規格型號

2.4 性能測試與結構表征

2.4.1 自然老化試驗

自然暴露試驗設在張掖市黨寨鎮下寨村玉米試驗田，試驗田種植時間為2021年4月到10月，周期為6個月。選擇甘肅青龍管業有限責任公司生產的復用型滴灌帶A、B進行試驗，采取膜下鋪設，鋪設后，取樣間隔為3個月，間隔取樣2次，然后按照標準要求進行狀態調節和試驗。

2.4.2 氙弧燈人工老化試驗

選用美國ATLAS公司人工加速氙燈耐候試驗機，實驗條件為：輻照度0.55W/m2，波長340nm，黑板溫度65℃，濕度50%；程序為：光照102min，光照+噴淋18min，黑暗44min，光照58min，光照+噴淋18min，試驗時間為300h，間隔取樣3次，然后按照標準要求進行狀態調節和試驗。

2.4.3 復用型滴灌帶老化前后老化性能測試

試樣A、B分別進行氙弧燈人工老化和自然暴露老化，測定老化前后試樣斷裂伸長率、拉伸強度，依據GB/T 8804.3-2003標準要求，沿滴灌帶縱向方向制成2型試樣，試驗速度100mm/min，并計算斷裂伸長保留率。選用滴灌管（帶）水利性能測試系統對老化前后試樣水利性能進行測試，采用閉路法，加壓至額定工作壓力，測量并記錄氙弧燈人工老化（300h）前后每個滴水孔的出水量，計算老化前后每個滴水孔流量的變化率。

2.4.4 復用型滴灌帶老化前后耐拉拔性能測試

首先對氙弧燈人工老化和自然暴露老化前后試樣耐拉拔性能進行測定，耐拉拔性能試驗載荷為110N，保持15min后卸載，放置30min后測量標線間距，計算標線間距變化量。其次，采用閉路法，加壓至額定工作壓力，測量并記錄拉拔前后每個滴水孔的出水量，計算拉拔前后每個滴水孔流量的偏差率。

3.結果與討論

3.1 復用型滴灌帶老化前后老化性能分析

3.1.1 老化前后試樣力學性能分析

將試樣A、B在相同條件下分別進行氙弧燈人工老化和自然老化試驗，老化前后的拉伸強度、斷裂伸長率分別見表2、表3。

表2 人工老化前后力學性能分析

拉伸強度/MPa 40 38 36 37 B斷裂伸長率/% 496 439 363 336

表3 自然老化前后力學性能分析

國家標準GB/T19812.3-2017對復用型滴灌帶性能提出了新要求，規定了復用型滴灌帶人工老化300h后斷裂伸長率的保留率應≥50%，說明復用型滴灌帶未老化失效。試樣A氙弧燈人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，斷裂伸長率的保留率分別為89.8%、72.9%、67.4%；自然老化120d、190d后，斷裂伸長率的保留率分別為68.6%、65.3%；試樣B氙弧燈人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，斷裂伸長率的保留率分別為88.5%、73.2%、67.7%，自然老化120d、190d后，斷裂伸長率的保留率分別為69.6%、64.1%。數據表明：首先試樣A與試樣B老化后的斷裂伸長率的保留率，均隨著老化時間的推移而呈下降趨勢，且試樣A與試樣B斷裂伸長率數值較穩定；其次拉伸強度自然老化后較氙弧燈人工老化降低更明顯，但是氙弧燈人工老化和自然老化老化后斷裂伸長率變化趨勢比較吻合，氙弧燈人工老化可以很好地模擬自然老化，可以克服自然老化實驗周期長的缺點；人工老化試驗300h后的斷裂伸長率的保留率均大于50%，表明復用型滴灌帶防老化性能較好，可重復使用。

3.1.2 老化前后滴水孔流量的變化率分析

表5 自然老化（190d）前后滴水孔流量的變化率分析

新標準對于復用型滴灌帶規定了其老化試驗前后的滴水孔流量變化率應小于或等于5%，選用未老化和人工老化300h（12.5 d）后試樣A、B，未老化和自然老化190 d后試樣A、B分別進行試驗，從表3、4可以看出，人工老化300h前后，自然老化190 d前后試樣的滴水孔出水量基本無變化，老化前后每個滴水孔流量的變化率均在5%的范圍內，試樣防老化性能比較好，滿足標準對復用型滴灌帶的要求。

3.2 復用型滴灌帶老化前后耐拉拔性能分析

表6 老化后耐拉拔性能分析

對于未老化的試樣A、B進行耐拉拔性能試驗，110N載荷無斷裂現象，滴水孔間距變化率分別為1.4%、1.8%，拉拔前后的滴水孔流量偏差率分別為-0.9%～+1.4%、-1.2%～+1.4%。試樣A、B老化后的耐拉拔性能結果見表4，試樣A、B氙弧燈人工老化和自然老化，老化前后試樣A、B仍能夠承受110N的載荷，且無斷裂現象，試樣A、B進行氙弧燈人工老化和自然老化后試驗前后標線間距變化量略微增大，實驗前后標線間距的變化量均不大于5%；氙弧燈人工老化和自然老化前后的滴水孔流量偏差率試驗數據無明顯變化，且試驗前后流量偏差率均在±5%的要求范圍內。因此，復用型滴灌帶能夠滿足重復使用鋪設時縱向受力性能的要求，滴水孔正常出水且出水量均勻穩定，無明顯變形，能夠正常重復使用，從而降低更換滴灌帶的成本，降低農民經濟壓力。

表4 人工老化（300h）前后滴水孔流量的變化率分析

4.結論

4.1 氙弧燈人工老化后斷裂伸長率的保留率非常接近自然老化后試驗結果，說明兩種老化方式對滴灌帶老化性能的影響基本一致，且氙弧燈人工老化可以很好的模擬自然老化條件。

4.2 通過對未老化、老化后試樣耐拉拔性能、滴水孔流量的變化率的分析，得出復用型滴灌帶的受力性能較好、滴水孔出水量很均勻，滿足標準對復用型滴灌帶的要求，能夠重復利用，避免資源浪費，同時減輕農民經濟負擔。