填充母料改性再生料在单翼迷宫式滴灌带中的应用研究

2016-03-24田小红保功辉

节水灌溉 2016年6期

田小红，保功辉，李娇

(1.大禹节水集团股份有限公司，甘肃酒泉 735000；2. 大禹节水(天津)有限公司，天津 301712)

随着节水灌溉的大力发展，作为塑料产品的滴灌带产量正大幅提升，同时滴灌带废弃物也在快速增加，给环境带来了巨大压力，使滴灌带的回收再利用成为了研究热点[1]。单翼迷宫式滴灌带作为塑料产品，具有紊流流态压力补偿特性，迷宫流道及滴水孔一次真空整体热压成型，是滴灌系统的重要组成部分，已经在我国大面积推广[2]。目前，滴灌带再生料在单翼迷宫式滴灌带中使用存在强度较低、热氧稳定性差等问题，本文就填充母料改性滴灌带再生料对单翼迷宫式滴灌带性能的影响进行了研究。

1 实验部分

1.1 原料

滴灌带再生料，市售；纳米碳酸钙填充母料：河北立信化工有限公司；抗氧剂：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 实验设备及仪器

万能拉伸机：XWW-20A，承德市金建检测仪器有限公司；滴灌带水利性能测试台，自制；差示扫描量热仪：DSC-100，南京大展机电有限公司；单翼迷宫式滴灌带生产线，大连塑料机械厂。

1.3 试样制备

按照配方要求，依次准确称量好各原辅料，开启干燥混料机，将混料机温度设置为80 ℃。然后按顺序将原辅料加入到混料机中进行混合，混合时间为30 min，混合均匀后通过自动上料系统加入到单翼迷宫式滴灌带生产线中，工艺温度为：185、195、205、220、215 ℃，生产速度为23 m/min。通过挤出机、机头口摸、风环预冷却、真空吸附成型、切刀、冷却定型、风冷除水、牵引、收卷及包装，既得样品，试样直径：16 mm，壁厚：0.2 mm。

1.4 性能测试

(1)拉伸强度：按GB/T1040.3-2006测试。

拉伸强度δ按下式计算：

δ=P/(bn)

(1)

式中：P为试样扯断时所受负荷，N；b为试样工作部分宽度，mm；n为试样工作部分厚度，mm。

(2)氧化诱导时间：按GB/T17391-1998测试。

(3)间距变化率、水力性能：按GB/T19821.1-2005测试。

2 结果与讨论

为了研究填充母料改性滴灌带再生料的加入量对单翼迷宫式滴灌带(以下简称滴灌带)加工过程及性能的影响，本文分别对填充母料添加比例为0%，5%，10%，15%，20%的情况下，对比对滴灌带的加工过程变化及试验样品的性能检验情况。

2.1 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带加工过程的影响

结果表明，随着填充母料质量份数的增加，主机电流会有所变大且滴灌带产品外观越差，这主要是由于在滴灌带加工过程，一方面母料在螺筒中流动较差，塑化扭矩较大，使得挤出机螺杆负荷加重，电流趋于上升，机头压力也趋于上升趋势，尤其在填充母料质量份数达到20份时，电流急剧上升，导致能耗增加。另一方面，随着母料质量份数的增加，滴灌带表面光滑度下降，柔韧性变差，变得硬而粗糙，在质量份数20时表现尤其明显，所得产品外观较差。同时母料的质量份数增加加大了螺杆的磨损，降低了使用寿命，建议填充母料质量份数不多于15份。

2.2 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带拉伸强度的影响

填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带拉伸强度的影响如图1。由图1可以看出，随着碳酸钙填充母料质量份数的增加，滴灌带拉伸强度先增后减。这主要是因为填充母料中的纳米碳酸钙提高了滴灌带的结晶度，结晶使滴灌带中分子链段活动空隙减少，分子间力增大，使得拉伸强度增大，但随着母料的继续增加，母料中纳米碳酸钙浓度较高，出现团聚现象，导致拉伸强度下降。碳酸钙填充母料对滴灌带填充的同时起到了增强作用。

图1 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带拉伸强度的影响

2.3 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带氧化诱导时间的影响

不同加入量的填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带氧化诱导时间影响如图2，未加入和加入15份填充母料改性滴灌带再生料的滴灌带氧化诱导时间分别见图3、图4。由图2、图3、图4可以看出随着填充母料质量份数的增加，滴灌带氧化诱导逐渐延长，说明填充母料中无机碳酸钙的添加提高了滴灌带在氧气环境下的耐热性，使得滴灌带的热氧稳定性得到了改善，另一方面，纳米碳酸钙作为成核剂，提高了滴灌带再生料的结晶度，使得分子间作用力增大，因而提高了抵抗热破坏的能力，同时提高了滴灌带的耐热性[3]。

图2 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带氧化诱导时间的影响

图3 未添加改性滴灌带再生料的滴灌带氧化诱导时间

图4 加入15份填充母料改性滴灌带再生料的滴灌带氧化诱导时间

2.4 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带耐拉拔后的间距变化率的影响

按GB/T19812.1-2005《塑料节水灌溉器材单翼迷宫式滴灌带》规定，在130 N载荷力下进行耐拉拔性能试验，均未出现撕裂情况，但耐拉拔后试样标线的间距变化率，如图5。从图5可以看出，随着填充母料的增加，滴灌带的间距变化率逐渐降低，原因在于填充母料的添加减弱了滴灌带的弹性，增加了滴灌带的刚性，使得滴灌带的弹性变形减小。

图5 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带间距变化率的影响

2.5 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带流量偏差的影响

对加入不同量的填充母料改性滴灌带再生料的滴灌带试样在同等条件下，进行铺设前后流量变化率的测试，其结果如图6。由图6可知，随着填充母料的增加，滴灌带流量偏差逐渐减小，说明滴灌带的流量均匀度趋于良好，主要原因在于填充母料的增加使滴灌带强度和刚度等到了大幅提高，减小了滴灌带出水口在铺设时的变形率，从而降低了流量偏差。

图6 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带流量偏差的影响

2.6 填充母料改性滴灌带再生料对滴灌带耐静水压及瞬间爆破压力的影响

对加入不同量的填充母料改性滴灌带再生料的滴灌带试样，在同等条件下进行耐静水压和瞬间爆破压力的检验，如表1和图7。由表1、图7可以看出，随着填充母料质量份数的增加，滴灌带在规定时间及压力下未出现破裂，且爆破压逐渐升高。这说明填充母料的增加明显提高了滴灌带的强度，使得耐压性能得到了提高，但是填充母料在20份时，爆破压增幅较小，主要原因在于填充母料含量较高，纳米碳酸钙存在团聚，对滴灌带爆破压的提高不大。