复用型滴灌带氙弧灯人工老化与甘肃典型地区自然老化性能比对

李芳莹 赵生兰 高宏卓

（甘肃省产品质量监督检验研究院，甘肃 兰州 730050）

1.前言

我国是一个水资源贫乏的国家，滴灌带的出现大力推动了我国农业发展，使传统粗放型农业转变为现代精准型农业，经济效益和社会效益颇为显著。滴灌是一种高效的节水灌溉方式，不但能高效节水，使农作物大幅增产，还能够实现水肥一体科学灌溉，可见滴灌技术具有广阔的发展前景。然而高分子材料的使用寿命很大程度上受到自然环境、气候的影响和制约，且呈现较大差异。甘肃地区水资源比较缺乏、有着独特典型气候条件，这很大程度上影响到了复用型滴灌带制品的使用寿命和回收再利用。因此，对于复用型滴灌带制品在甘肃典型地区的耐老化性能的研究意义重大。

内镶式滴灌带分为非复用型和复用型两种，复用型滴灌带是指可以移动和重新安装，并进行适当处理，能够重复使用的滴灌带。国家标准GB/T 19812.3-2017《塑料节水灌溉器材第3部分：内镶式滴灌管及滴灌带》产品类别增加了复用型滴灌带，规定了复用型滴灌带人工老化、耐拉拔、氧化诱导时间性能及要求。目前，国内外对单翼迷宫式滴灌带、非复用型滴灌带的研究较多，对于复用型滴灌带的研究较少；就人工老化试验的光源，紫外光人工老化试验研究备受关注，氙弧灯光源人工老化研究却存在空白，且相关文献资料甚少。因此，本文旨在研究复用型滴灌带在甘肃典型地区自然老化和氙弧灯人工加速老化变化规律，进而寻找两种老化试验方法的相关性，从而探讨复用型滴灌带的再使用。

2实验部分

2.1 主要原料

高密度聚乙烯（PE-HD）：2480，中国石化齐鲁石化公司；

低密度聚乙烯（PE-LD）：2426H，中国石油兰州石化公司；

线性低密度聚乙烯（PE-LLD）：7042，中国石油兰州石化公司；

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；

复用型滴灌带，甘肃青龙管业有限责任公司；

2.2 主要设备及仪器

人工加速氙灯耐候试验机，Ci4000，美国ATLAS公司；

滴灌管（带）水利性能测试系统，PYDG-A，承德市方元智控设备有限公司；

微机控制电子万能拉力试验机，CMT-4204，深圳新三思材料检验有限公司；

冲片机，XJY—1，承德市金建检测仪器有限公司；

内镶扁平滴头滴灌带生产线，WDG-JY，天津盛大机械制造有限公司；

塑料注射成型机，MA2500II/1000，海天塑机集团有限公司；

2.3 样品制备

以高密度聚乙烯和低密度聚乙烯以及线型低密度聚乙烯材料为主，以黑色母及必要的功能添加剂为辅料，挤出温度为180～240℃，模具温度为240～250℃，生产速度为120～200m/min，相同原材料、配方、生产工艺，生产的复用型滴灌带规格型号如表1所示。

表1 试样规格型号

2.4 性能测试与结构表征

2.4.1 自然老化试验

自然暴露试验设在张掖市党寨镇下寨村玉米试验田，试验田种植时间为2021年4月到10月，周期为6个月。选择甘肃青龙管业有限责任公司生产的复用型滴灌带A、B进行试验，采取膜下铺设，铺设后，取样间隔为3个月，间隔取样2次，然后按照标准要求进行状态调节和试验。

2.4.2 氙弧灯人工老化试验

选用美国ATLAS公司人工加速氙灯耐候试验机，实验条件为：辐照度0.55W/m2，波长340nm，黑板温度65℃，湿度50%；程序为：光照102min，光照+喷淋18min，黑暗44min，光照58min，光照+喷淋18min，试验时间为300h，间隔取样3次，然后按照标准要求进行状态调节和试验。

2.4.3 复用型滴灌带老化前后老化性能测试

试样A、B分别进行氙弧灯人工老化和自然暴露老化，测定老化前后试样断裂伸长率、拉伸强度，依据GB/T 8804.3-2003标准要求，沿滴灌带纵向方向制成2型试样，试验速度100mm/min，并计算断裂伸长保留率。选用滴灌管（带）水利性能测试系统对老化前后试样水利性能进行测试，采用闭路法，加压至额定工作压力，测量并记录氙弧灯人工老化（300h）前后每个滴水孔的出水量，计算老化前后每个滴水孔流量的变化率。

2.4.4 复用型滴灌带老化前后耐拉拔性能测试

首先对氙弧灯人工老化和自然暴露老化前后试样耐拉拔性能进行测定，耐拉拔性能试验载荷为110N，保持15min后卸载，放置30min后测量标线间距，计算标线间距变化量。其次，采用闭路法，加压至额定工作压力，测量并记录拉拔前后每个滴水孔的出水量，计算拉拔前后每个滴水孔流量的偏差率。

3.结果与讨论

3.1 复用型滴灌带老化前后老化性能分析

3.1.1 老化前后试样力学性能分析

将试样A、B在相同条件下分别进行氙弧灯人工老化和自然老化试验，老化前后的拉伸强度、断裂伸长率分别见表2、表3。

表2 人工老化前后力学性能分析

拉伸强度/MPa 40 38 36 37 B断裂伸长率/% 496 439 363 336

表3 自然老化前后力学性能分析

国家标准GB/T19812.3-2017对复用型滴灌带性能提出了新要求，规定了复用型滴灌带人工老化300h后断裂伸长率的保留率应≥50%，说明复用型滴灌带未老化失效。试样A氙弧灯人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，断裂伸长率的保留率分别为89.8%、72.9%、67.4%；自然老化120d、190d后，断裂伸长率的保留率分别为68.6%、65.3%；试样B氙弧灯人工老化5d（120h）、9d（216h）、12.5d（300h）后，断裂伸长率的保留率分别为88.5%、73.2%、67.7%，自然老化120d、190d后，断裂伸长率的保留率分别为69.6%、64.1%。数据表明：首先试样A与试样B老化后的断裂伸长率的保留率，均随着老化时间的推移而呈下降趋势，且试样A与试样B断裂伸长率数值较稳定；其次拉伸强度自然老化后较氙弧灯人工老化降低更明显，但是氙弧灯人工老化和自然老化老化后断裂伸长率变化趋势比较吻合，氙弧灯人工老化可以很好地模拟自然老化，可以克服自然老化实验周期长的缺点；人工老化试验300h后的断裂伸长率的保留率均大于50%，表明复用型滴灌带防老化性能较好，可重复使用。

3.1.2 老化前后滴水孔流量的变化率分析

表5 自然老化（190d）前后滴水孔流量的变化率分析

新标准对于复用型滴灌带规定了其老化试验前后的滴水孔流量变化率应小于或等于5%，选用未老化和人工老化300h（12.5 d）后试样A、B，未老化和自然老化190 d后试样A、B分别进行试验，从表3、4可以看出，人工老化300h前后，自然老化190 d前后试样的滴水孔出水量基本无变化，老化前后每个滴水孔流量的变化率均在5%的范围内，试样防老化性能比较好，满足标准对复用型滴灌带的要求。

3.2 复用型滴灌带老化前后耐拉拔性能分析

表6 老化后耐拉拔性能分析

对于未老化的试样A、B进行耐拉拔性能试验，110N载荷无断裂现象，滴水孔间距变化率分别为1.4%、1.8%，拉拔前后的滴水孔流量偏差率分别为-0.9%～+1.4%、-1.2%～+1.4%。试样A、B老化后的耐拉拔性能结果见表4，试样A、B氙弧灯人工老化和自然老化，老化前后试样A、B仍能够承受110N的载荷，且无断裂现象，试样A、B进行氙弧灯人工老化和自然老化后试验前后标线间距变化量略微增大，实验前后标线间距的变化量均不大于5%；氙弧灯人工老化和自然老化前后的滴水孔流量偏差率试验数据无明显变化，且试验前后流量偏差率均在±5%的要求范围内。因此，复用型滴灌带能够满足重复使用铺设时纵向受力性能的要求，滴水孔正常出水且出水量均匀稳定，无明显变形，能够正常重复使用，从而降低更换滴灌带的成本，降低农民经济压力。

表4 人工老化（300h）前后滴水孔流量的变化率分析

4.结论

4.1 氙弧灯人工老化后断裂伸长率的保留率非常接近自然老化后试验结果，说明两种老化方式对滴灌带老化性能的影响基本一致，且氙弧灯人工老化可以很好的模拟自然老化条件。

4.2 通过对未老化、老化后试样耐拉拔性能、滴水孔流量的变化率的分析，得出复用型滴灌带的受力性能较好、滴水孔出水量很均匀，满足标准对复用型滴灌带的要求，能够重复利用，避免资源浪费，同时减轻农民经济负担。