滴灌带灰分分析及其对拉伸性能的影响

黄河 张薇 雷振凯* 王陲 朱兴成

(1. 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆 乌鲁木齐，830011；2. 国家节水器材产品质量监督检验中心，新疆 乌鲁木齐，830011；3. 新疆维吾尔自治区质量技术监督审核评价中心，新疆 乌鲁木齐， 830001)

滴灌带灰分分析及其对拉伸性能的影响

黄河1,2张薇3雷振凯1,2*王陲1,2朱兴成1,2

(1. 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆 乌鲁木齐，830011；2. 国家节水器材产品质量监督检验中心，新疆 乌鲁木齐，830011；3. 新疆维吾尔自治区质量技术监督审核评价中心，新疆 乌鲁木齐， 830001)

用热失重法对单翼迷宫式滴灌带中灰分及碳黑含量进行测定，统计了2012—2014年新疆部分滴灌带产品中灰分和碳黑含量变化情况；通过扫描电镜(SEM)-能谱(EDS)对用回用料生产的滴灌带的微观形貌和元素进行了分析；测试了部分滴灌带试样拉伸性能。研究表明：2012—2014年新疆部分滴灌带产品中灰分含量逐年增加；使用回用料的滴灌带中灰分粒子团形状、尺寸各不相同，呈无规则分布,灰分由Ca，C，O 3种元素组成，灰分中碳酸钙含量较高；滴灌带中灰分含量增多，拉伸间距变化率上升。

灰分 形貌 滴灌带 回用料 含量

滴灌技术是当今世界上公认的最为节水高效的灌溉技术之一[1-2]。滴灌带作为滴灌技术产品中的一类，主要有单翼迷宫式滴灌带和内镶式滴灌带两种。其中，内镶贴片式滴灌带加工技术复杂，产品精度和原材料要求都比较高，成本偏大，应用范围小；而单翼迷宫式滴灌带的生产工艺相对简单，成本低廉，产品在农业生产中应用已有十年有余，且范围较广。

由于GB/T 19812.1—2005中允许国内单翼迷宫式滴灌带生产时添加一定比例的洁净回用料，因此，为了节约成本，绝大部分生产厂家都会添加不同比例的聚乙烯回用料。这造成了灰分不断累积。灰分含量过大会直接造成滴灌带产品质量下降，农业灌溉受到不同程度的影响。

本课题对2012—2014年新疆部分滴灌带产品中灰分和碳黑含量情况进行总结。通过扫描电镜及能谱(SEM-EDS)技术对滴灌带形貌及成分等进行了分析。分析了灌带灰分含量和拉伸性能之间的关系。

1 试验部分

1.1 主要材料

单翼迷宫式滴灌带，新疆维吾尔自治区内企业生产。

1.2 主要设备及仪器

电子万能试验机，XWW-10A型，承德市金建检测仪器有限公司；管式电阻炉，SRJX-2-13型，北京市永光明医疗仪器厂；箱式电阻炉(马弗炉)，SRJX-8-13型，北京市永光明医疗仪器厂；电子天平，BS224S型，赛多利斯仪器(北京)有限公司；扫描电子显微镜，LEO1430VP型，配备X-射线能谱仪，INCA 200型，德国LEO公司。

扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)测试：在铜片上贴一层黑色导电胶，撕去表面，将待测滴灌带剪成约2 mm×2 mm大小的试样粘放在导电胶上备用；将装好样品的铜片放在电镜试样槽中，盖好盖子，抽真空3～5 min，真空度达到后，在扫描电子显微镜下观察其形貌，并在表面形貌图上进行能谱分析。

1．3 性能测试与表征

采用热失重法分析碳黑、灰分含量，按GB/T 13021—2000进行测试。

拉伸间距变化率按照GB/T 19812.1—2005测试。

2 结果与讨论

2.1 灰分含量和碳黑含量情况

2012—2014年，分别随机选取新疆内62家滴灌带产品，对产品中碳黑和灰分含量进行测定和汇总，结果见表1。

表1 滴灌带产品中碳黑和灰分含量

2012年，新疆部分企业的碳黑平均质量分数为2.08%，灰分质量分数平均为1.46%；2013年碳黑质量分数平均为1.98%，灰分质量分数平均为1.66%；2014年碳黑质量分数平均为2.02%，灰分质量分数平均为1.73%。表明灰分含量整体上呈逐年增大的趋势，2014年灰分含量结果普遍偏高。另外，灰分质量分数不小于1%的企业个数也逐年增多。标准差反映出2012年的碳黑含量的离散程度最大，说明该年度有的企业加入的碳黑量很大，相反部分企业则偏小，碳黑含量大小偏离较严重，在0.73%～3.64%；2013年灰分含量的离散程度最大，说明该年度有的企业混入的灰分较多，值偏大，相反部分企业的原料较为洁净，杂质控制的很好，灰分含量在0.87%～2.72%，企业之间原料洁净程度相差较大。

2.2 滴灌带试样的SEM-EDS分析

随机选取一个滴灌带试样(热失重法测得其灰分质量分数为2.01%、碳黑质量分数为2.49%)对其表面形貌进行表征。从SEM照片(见图1)中可以看出，试样表面基本由黑色和白色部分组成，白色粒子团或聚集体与黑色粒子团或聚集体共混。白色粒子团或聚集体分散不均匀，且白色粒子团或聚集体尺寸大小及形状各不相同，分布无规则。

图1 滴灌带试样的SEM照片

在SEM照片中分别对白色粒子团微区和黑色粒子团微区进行能谱(EDS)点分析，随机选取其中某一点[图1(a)和1(b)]处位置测试，得到了微区中该点处所含元素种类、元素质量分数及原子个数百分比例，结果见表2。

表2 滴灌带试样的EDS数据

a区元素元素质量分数,%原子个数百分比,%C26.2339.77O39.0744.46Ca34.7015.77b区元素元素质量分数,%原子个数百分比,%C84.2194.68Ca15.795.32

注：a区为图1(a)中白色区域内点处元素；b区为图1(b)中黑色区域内点处元素。

从表2中可以看出，图1(a)白色区域点处试样主要由C，O和Ca元素组成，图1(b)黑色区域点处由C元素和Ca元素组成。其中，白色区域点处C原子个数占39.77%、O原子个数占44.46%、Ca原子个数占15.77%，Ca，C，O原子个数比为1.0∶2.5∶2.8；黑色区域点处C原子个数占94.68%、Ca原子个数占5.32%。由此，白色区域中元素可形成碳酸钙等物质，黑色区域中元素存在少量碳化钙。图1(a)中白色区域部分C主要为灰分里碳酸钙中碳和聚乙烯中碳，图1(b)中黑色微区部分C元素主要为碳黑、聚乙烯中碳及很少量的碳化钙中碳。黑色区域点处碳化钙粒子很少，Ca原子个数占5.32%，则碳化钙中C原子个数也为10.64%，剩余84.04%为聚乙烯和碳黑中C原子个数总和。假定白色区域点处不含碳黑，由于碳酸钙中Ca，C原子个数比为1∶1，则15.77%的C为碳酸钙中C原子，剩余24.00%为聚乙烯中C原子，则黑色区域点处所含60.04%为碳黑C原子，根据表2中黑色区域点处C元素质量和原子个数百分比计算得到碳黑质量比例为53.40%，由白色区域点处Ca,C,O的原子个数和元素质量百分比得到所含碳酸钙质量比例为89.59%。

2.3 灰分含量对滴灌带拉伸性能的影响

选取一部分2014年生产的滴灌带试样，对其拉伸性能进行测试，结果见表3。

从表3可以看出，灰分质量分数为1.03%～3.41%，滴灌带试样的拉伸间距变化率为6%～20%，其中有一个产品在试验时断裂。结果表明：以上拉伸间距变化率均超过5%，均不符合国标GB/T 19812.1—2005要求。当灰分含量较小时，滴灌带标线间间距变化率相对较小，当灰分含量较大时，意味着滴灌带产品中无机物增多，滴灌带标线间间距变化率相对增大，此时拉伸性能处于较低水平。滴灌带产品拉伸性能有很多影响因素，灰分含量是其中之一，灰分含量偏大会导致拉伸性能下降，除此之外还存在原料及工艺环节等多种因素影响。因此，灰分含量对拉伸性能变化有影响，但并不是决定性因素，灰分含量偏大会造成拉伸性能不同程度的下降。新疆维吾尔自治区质量监督局在2010年发布了《聚乙烯微灌产品用再生颗粒》等的地方标准，该标准中规定了再生颗粒料的碳黑及灰分的技术指标，其中灰分质量分数不大于0.5%。建议用户在选择原材料时同时考虑碳黑和灰分的含量，不控制原料中灰分含量会导致滴灌带产品性能受到影响，合理选择一定灰分含量的回用料或选择洁净的回用料，是提高滴灌带拉伸性能的重要因素之一。

表3 滴灌带产品中灰分含量和拉伸性能结果 %

3 结论

a) 2012年到2014年回用料逐年添加使用导致滴灌带灰分含量随着年份递增不断增大。

b) 滴灌带中灰分以粒子团或聚集体的形式存在，灰分粒子团形状各异，分布无规则，主要由C，O，Ca 3种元素组成，粒子以碳酸钙的形式存在的较多。滴灌带SEM照片中白色区域点处碳酸钙质量比例高达89.59%。

c) 灰分含量在1.03%～3.41%的回用料滴灌带试样，其拉伸间距变化率，均不能满足GB/T 19812.1—2005的要求，灰分成为产品中的杂质，是导致产品拉伸性能不合格的因素之一。

[1] 康静，黄兴法．膜下滴灌的研究及发展[J]．节水灌溉，2013,(9):71-74．

[2] 张林．小流量微压滴灌技术应用基础研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2009:8．

Analysis of Ash in Drip Irrigation Tape and Its Effect on Tensile Properties

Huang He1,2Zhang Wei3Lei Zhenkai1,2Wang Chui1,2Zhu Xingcheng1,2

(1. Xinjiang Uygur Autonomous Region Product Quality Supervision and Inspection Academe, Urumqi, 830011; 2. National Center of Supervision & Inspection Water-Saving Equipment Product Quality, Urumqi, 830011; 3. The Xinjiang Uygur Autonomous Region Quality and Technical Supervision Audit Evaluation Center, Urumqi, 830001)

Ash and carbon contents in drip irrigation tape with labyrinth on the side were determined by thermal gravimetric method. Changes on the contents of the ash and the carbon black in Xinjiang drip irrigation tape products from 2012 to 2014 were summaried. The surface micro-morphology and element of the drip irrigation tape were analyzed by scanning electron microscopy(SEM)-energy dispersive spectroscopy(EDS),and some drip irrigation tape products were selected to test tensile property. The results showed that the ash content was increased year by year and the majority of the ash in the drip irrigation tape made by recycled material was composed of Ca, C and O elements and the calcium carbonate contents were high. The shape and size of ash particles or aggregates were different and in irregular distribution; and the change rate of tensile elongation of drip irrigation tape was affected by the increasing ash content.

ash; morphology; drip irrigation tape; recycled material; content

2015-11-27;修改稿收到日期:2016-06-07。

黄河，男，高级工程师，主要从事塑料高分子产品及材料的性能研究。

新疆质监局科技计划项目(201503)资助。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.06.012

*通信联系人，E-amil：lzksxh@163.com。