日光温室保温被同层材料的性能对比分析及选型*

姜鲁艳，张彩虹，邹 平

（1.农业农村部林果棉与设施农业装备技术科学观测实验站，乌鲁木齐 830091;2.新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐 830091）

新疆光热资源丰富，地域广阔，特殊的自然条件对日光温室保温被材料及热工性能提出了特殊的要求，研究新疆地区独特的气候特点和地理特征，探索区域性保温被的传热特性，从而合理有效地减少温室前屋面的热损失，降低能耗，对于解决日光温室越冬生产实际问题具有重要的意义。

日光温室能够在不加温或少加温的条件下进行安全越冬生产，与温室前屋面夜间覆盖保温材料是分不开的。目前广大种植者使用草帘、蒲席等传统保温覆盖材料，材料存在制作质量不均、笨重、卷放费工费力、防水性差、严重污染薄膜而降低室内采光性能等缺点。当前保温被的研究已经取得了一定进展[1-3]，研究人员研制了保温性优于草帘、由镀铝膜和微孔泡沫塑料组成的保温被，综合性能良好的PE 发泡自防水保温被，分析了发泡聚乙烯、针刺毛毡、自防水发泡聚乙烯、毛毡、无纺布毡及针刺麻毡等6 种保温被的保温性，发现除毛毡外的5 种保温被的保温性均达到或超过了单层草帘，还将针刺非织造布与PE膜热压制成保温被[4-6]。

前人在保温被的保温性能影响因素方面的研究，为保温被的研究、开发和应用提供了很有参考价值的研究成果。保温被的保温性能的影响因素分为自身因素和外部因素两部分，自身因素包括保温被材料的自身热物理性质，即上、下表面的发射率g，材料的厚度d、材料的导热系数A 等。外部因素包括室外天空辐射背景温度T、室外的风速V、室内及室外的气温，对保温性能的影响以面密度大于针刺密度，对剥离强力的影响以针刺密度大于面密度，并据此确定了该种保温被的生产工艺[7-9]。文章主要对同层材料的保温被的性能进行对比，通过保温材料的性能特点及优势，来指导广大农户选择适合自己温室的保温被类型。

保温被的基本性能

保温性能

保温性能是保温被最基本也是最重要的性能。保温被作为温室的外保温覆盖材料，保温效果主要是靠芯材中柔质保温材料的绝热能力来实现的[10]。

防水性能

保温被的防水性是表征材料阻止水渗入保温层内部能力的指标。当水进入材料空隙时，增加了材料之间的接触，使传热系数显著增加，降低保温被的保温效果，所以良好的防水性能也是保温被的衡量指标之一[11-13]。

力学性能

由卷帘机对保温被的作用力方式可知，抗拉强度是保温被主要的力学性能参数。保温被在卷铺过程中会反复承受拉力作用，长此以往会导致表层材料变形、断裂、涂层脱落等[14]。表层材料的抗拉强度直接影响保温芯材的储存和使用寿命。

老化性能

当材料老化时，其物理性能(包括抗拉性能、断裂伸长率、低温弯曲和弯曲强度) 和化学性能均会有所降低。保温材料的老化与其所处的环境、工作条件以及其外保护层有关[15]。

不同组合保温被的基本性能对比分析研究

保温被材料分析

覆膜毡的毡合性较好，手感柔软但是结构不易变形，有很好的保温性，覆膜黑毡常作为保温被的外层用来防雨雪，覆膜花毡的抗拉力、防老化性能较好；牛津布多用涤棉混纺纱与棉纱交织，采用纬重平或方平组织，耐磨性好，快干，吸湿性好；镀铝PE 织布强度高，耐候性好，耐磨防水，反射率达90% 以上，起到防水、隔热保温等功效；PE 织布以PE 材质材质为主，手感柔软、有一定弹性，拉力强度好，能抗阳光紫外线，具有防老化、耐低温的特点；拉力毡，保温性好、抗拉、抗老化，常用于温室保温、公路养护。

芯层的材料，一般具有良好的蓬松度和较好的保温性能，材质的密度有所区别；太空棉是一种超轻、超薄的高效保温材料，在防寒、保温、抗热等性能方面远远超过传统保温材料，透气性好；无胶棉是一种毛毡，由聚合物纤维与热塑性塑料聚合物，或者是聚合物纤维与聚氯乙烯/ 丙烯酸合成的，非常松软，但强度好；再生棉是由废弃的棉花、工业下脚料和纺织企业的布头和纱线头回收再利用制成；PE 发泡棉是一种新型环保材料，具有无毒、无味、隔音、吸音、隔热、焚烧时对大气无污染、回弹力好、可随意调整软硬度和厚度、重量轻等特点；喷胶棉又称喷浆絮棉，是非织造布的一种，具有保暖、抗拉、回弹、防潮、耐水洗等特点。

不同防水表层材料组合防水性分析

在相同保温被芯、不同防水表层材料的情况下，分析覆膜黑毡、覆膜花毡、PE 织布、镀铝PE 织布、牛津布、拉力毡6 种表层材料的防水性能。如表1，可以看出组合6 吸水率明显高于其他5 种组合，而组合1 和组合4 的吸水率接近，也是最低值，可见覆膜黑毡和PE 织布的防水性能良好。

保温被表层材料抗拉强度分析

如表2 所示，分别对覆膜花毡、覆膜黑毡、拉力毡、镀铝PE 织布、PE 织布、牛津布6 种表层材料进行拉力试验检测，测得其断裂强度和拉伸率。

表1 同厚度、相同保温被芯、不同防水表层材料组合防水性

由表2 可以看出，在经向上，PE 织布的断裂强度最高，镀铝PE 织布次之，覆膜黑毡、覆膜花毡及拉力毡的强度较低；纬向上，镀铝PE织布的断裂强度最高，PE 织布次之，覆膜黑毡、覆膜花毡及拉力毡的强度较低。可见PE 织布和镀铝PE 织布的抗拉性能良好。

表2 保温被表层材料抗拉强度

保温被表层材料耐老化性能分析

同样分别对覆膜花毡、覆膜黑毡、牛津布、镀铝PE 织布、PE 织布、拉力毡6 种表层材料放入老化箱，利用紫外灯模拟阳光照射效果进行老化试验检测。在相同的时长下，测得这6 种表层材料老化后的断裂强度和拉伸率，如表3 所示。

表3 保温被表层材料老化后的抗拉强度

对比表2、3，大部分材料，经过老化后，在断裂强度上都有一定的降低，但是覆膜黑毡在经向上和纬向上抗拉强度及拉伸率都有一定程度的提高，覆膜花毡在纬向上有略微增加，PE 织布在纬向上有一定程度的提高。

对比后还可以看出，经向上，断裂强度降幅最大的表层材料是镀铝PE 织布，降低了30.8%，拉力毡排名第二，降低了19.95%，PE织布降幅最低。纬向上，牛津布的断裂强度变化最大，也是降幅最大的，达到了47.28%。可见PE 织布和覆膜黑毡在经向和纬向上，无论是断裂强度还是拉伸率，降幅都不大，甚至有不降反升的现象，抗老化性能良好。

相同厚度、相同表层材料、不同保温被内芯组合保温性能

在相同防水表层材料，相同厚度的情况下，分析太空棉、无胶棉、再生棉、PE 发泡棉、喷胶棉、毛毡6 种保温被芯层的厚度、单位面积质量、传热系数、热节省率指标，可以看出再生棉的传热系数最高，其他均在1.0～1.4，测的数值最小的是太空棉，保温性能最佳。

图2 保温被芯层材料

表4 同厚度、同表层材料、不同保温被内芯组合保温性能比较

总结

保温被从外到内由外表层材料、保温芯层材料和内表层材料组成，外表层材料主要对中间的保温芯层起到保护作用，防水防老化，保温芯层为了达到更好的保温隔热效果，常采用多种材料叠加使用，内表层材料也具有一定的保护作用，有的会采用低反射率材料，增强保温效果。不同结构的保温被其性能有所不同，各种材料取长补短，发挥其各自的效用。

综合各个材料的性能参数，太空棉的保温性能相比其他5 种保温被芯层材料性能最佳；覆膜黑毡和PE 织布的防水性能不相上下，优于其他4 种表层材料；在抗拉强度方面，PE 织布和镀铝PE 织布的抗拉性能良好，而且PE 织布在经过老化后，抗拉强度少量降低，覆膜黑毡的抗拉强度和拉伸率不降反升。

材料的各个性能参数，作为一种参考量，不仅是一种约定条件下的表征，也是在微观条件下反映了材料的某些特质和特征。不同的生产工艺，外表层、隔热层、内表层的不同材料组合结构也会影响保温被的性能