单翼迷宫式滴灌带抗热氧老化性能的影响研究

单翼迷宫式滴灌带抗热氧老化性能的影响研究

王晓霞

新疆生产建设兵团第十师综合检验检测中心 新疆 北屯  836000

摘  要：单翼迷宫式滴灌带作为现代农业灌溉技术中的关键部件，其耐用性和稳定性直接关系到整体灌溉效果。随着氧化诱导时间（OIT）被纳入新的国家标准，滴灌带的抗热氧老化性能受到了广泛关注。本研究围绕滴灌带的配方设计，深入探讨了原料选择与OIT的关系，特别是不同类型聚乙烯和防老化母料的影响。研究发现，防老化母料及其内部的稳定剂比例，以及高密度聚乙烯的选用与配比，对滴灌带的OIT有显著影响。这为滴灌带的配方设计和制造提供了有力的理论依据。

关键词：单翼迷宫式滴灌带；高密度聚乙烯；滴灌带；氧化诱导时间；抗热氧老化；原料

单翼迷宫式滴灌带因其独特的设计与性能，在现代农业中被广泛应用。然而，随着对其使用寿命和稳定性的日益增长的关注，产品的抗老化性能开始受到重视。尤其是在新的国家标准中对氧化诱导时间（OIT）设定了明确标准，使得滴灌带的抗热氧老化性能成为了核心焦点。老化对滴灌带的物理和机械性能都可能产生负面影响，因此深入了解其老化机理，寻找提高其稳定性的方法，对于确保滴灌带的持久稳定性和延长使用寿命具有重要意义。本文旨在深入探讨滴灌带的配方设计与其抗热氧老化性能之间的关系，为实际生产提供理论依据。

一、实验部分

1.1 主要原料

为了确保实验的准确性和可靠性，选用了高品质的原材料进行研究。这些原料分别为：

PE-HD 5000S：来源于中国石油独山子石化公司，它呈现为白色的颗粒状物质，具有出色的稳定性和耐老化性能。

PE-LLD 0209AA：同样来源于中国石油独山子石化公司，此原料呈现为米白色的片状物质，是一个在制造中常用的高性能材料。

PE-LD 2426H：由神华新疆化工有限公司提供，呈现为白色粒状物质，是一种对环境稳定性要求较高的原料。

防老化母料 1, 2, 3 和 再生聚乙烯颗粒 PE-R：这些都是来自乌鲁木齐长景伟业有限公司的关键添加剂，尤其是防老化母料，在滴灌带的老化性能改进中起着至关重要的作用。

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| 名称（牌号）   |    外观           |

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| PE⁃HD（5000S） | 白色粒状物        |

| PE⁃LD（2426H） | 白色粒状物        |

| PE⁃LLD（0209AA）| 米白色片状物      |

| 防老化母料 1    | 蓝色片状物        |

| 防老化母料 2    | 蓝色片状物        |

| 防老化母料 3    | 蓝色粒状物        |

| PE⁃R 料       | 黑色颗粒          |

| 炭黑母料       | 亮黑色粒状物      |

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表 1 原料名称及其外观

1.2 主要设备及仪器

在进行样品的高温热处理时，我们选择了北京市永光明医疗仪器厂的SRJX-2-13和SRJX-8-13，这两种电阻炉以其优越的性能获得了行业的广泛认可。赛多利斯仪器（北京）有限公司的BS224S电子天平以其非凡的精确度为我们提供了值得信赖的测量数据。炭黑的分散度是复合材料的关键参数，为此，我们采用了卡尔蔡司光学（中国）有限公司的UT 4062进行细致的检查。承德市金建检测仪器有限公司的XWW-10A则是我们在机械性能测试方面的得力助手。为了评估滴灌带的耐久性，我们选择了沈阳紫微机电设备有限公司的抗堵塞试验台。最终，乌鲁木齐振兴瑞安塑料机械有限公司的SJ-65滴灌带生产线确保了生产的流畅和效率。

1.3样品制备

为确保原料之间的充分混合，所有原料在75~85℃的条件下进行均匀加热，以达到最佳的干燥效果，从而得到了预期的混合物料。

表2 滴灌带的样品配方表

为了保证滴灌带的均匀性和持久性，采用单螺杆挤出机对混合物料进行熔融挤出。在这一过程中，非常关注挤出温度的控制，以确保物料的顺畅流动与形态的稳定性。挤出机的各段温度精确控制在165~192℃，这一温度范围为实验得到的最佳工作条件。

1.4 性能测试与结构表征

1.4.1 滴灌带原料主要性能测试

炭黑与灰分测试：为确保滴灌带的炭黑和灰分含量在合适的范围内，我们采用了热失重法，按照GB/T 13021—1991的标准进行分析。该方法涉及在特定的温度和条件下对样品进行热解与煅烧，然后精确测量其重量变化。经过详尽的计算，我们得到了以下两个关键公式：

MFR分析：为了理解滴灌带原料的流动特性，我们按GB/T 3682—2000的标准测定了其熔体的质量流动速率(MFR)。此分析提供了原料在特定条件下流动的能力。计算公式如下：

OIT分析：采用差示扫描量热法分析OIT，按照GB/T 19466. 6—2009的标准进行，确保精确测量其氧气中断时间。这是一个关键指标，可以评估滴灌带的耐热性。

二、结果与讨论

2.1不同原料的性能指标

这些原料在不同的比例下混合会影响滴灌带的性能。例如，PE⁃HD 可增强强度，而 PE⁃LLD 和 PE⁃LD 则优化加工性能和韧性。这些原料的性能指标，如 OIT（氧化感应时间）、MFR（熔体流动速率）、炭黑和灰分含量，都有标准测试结果。

2.2 新国标下滴灌带配方设计及检验结果

根据新的国标 GB/T 19812.1—2017，滴灌带的配方设计有严格要求。为了确保性价比，主要原料 PE⁃R 的比例范围在 81% 至 100%。通过不同的原料配方，研究者得到了 D1 到 D32 的滴灌带，并对其性能进行了测试。测试结果显示，大多数样品的各项性能指标均满足新国标的要求。

2.3 滴灌带性能检验结果分析

2.3.1 滴灌带各组分比例对其OIT的影响

滴灌带由多种聚合物和添加剂组成。这些组分在不同比例下，对OIT有不同的影响。例如，柔软剂的增加可能会降低OIT，因为它可能促使链断裂，从而加速氧化。但是稳定剂和一些防老化剂可能会增加OIT。

2.3.2 防老化母料对滴灌带OIT的影响

防老化母料包括多种抗氧化剂和UV稳定剂。这些化学物质被设计为延缓或抵抗聚合物的降解。高品质的防老化母料通常会显著提高OIT值，因为它们能有效地中和或消除可能导致聚合物降解的自由基。

2.4 滴灌带的MFR与OIT的变化关系

MFR（熔体流动率）是衡量聚合物熔体流动性的指标。通常MFR的增加可能意味着聚合物分子量的减小或聚合物的降解。与OIT的关系，高MFR值可能与低OIT值相关，因为较低的分子量或更多的链断裂会增加氧化的机会。

图1 滴灌带的MFR与OIT的关系

2.5 滴灌带炭黑含量与OIT的变化关系

炭黑是一个常用的填料和增强剂。炭黑具有良好的紫外线（UV）屏蔽性能，可以提高聚合物的防老化性能。因此增加炭黑的含量可能会提高OIT，因为它可以抵抗由紫外线引起的氧化。过多的炭黑可能会导致滴灌带的其它性能降低，如柔韧性和弯曲性，因此需要权衡。

图2 滴灌带的炭黑含量与OIT的关系

三、结论

材料选择的重要性：经过综合分析，我们发现材料选择在滴灌带的OIT中起到了核心作用。特别是防老化母料在OIT方面表现出了显著的优越性，远远超过了PE-HD、PE-LLD和PE-LD。这意味着为了获得最佳的老化性能，我们需要调整滴灌带的组成，优先选择高防老化性的母料。

防老化母料的组成与效应：单纯增加防老化母料并不意味着会产生最佳效果。母料中不仅要含有高效的抗氧化剂以确保本身具有高OIT，而且还需要适当的稳定剂以确保整体滴灌带具有稳定的抗热氧老化性能。这种平衡确保了滴灌带在长时间暴露于恶劣环境下仍然保持其功能。

PE的种类对性能的影响：在我们研究的三种PE中，PE-HD在提高滴灌带的OIT中表现最好。这意味着增加PE-HD的比例并适当降低PE-LLD和PE-LD的含量可以有效提高滴灌带的老化性能。然而PE-LD在老化性能方面的贡献最小，这需要我们在设计滴灌带时重新考虑其在配方中的比例。

其他因素的影响：虽然我们发现MFR和炭黑含量与OIT之间的关系并不显著，但这不意味着它们对滴灌带的整体性能没有影响。未来的研究可能需要更深入地探索这些参数与其他性能指标（如机械强度、紫外线稳定性等）之间的关系。

参考文献：

[1]黄 河，张 薇，雷振凯，等 . 滴灌带灰分分析及其对拉伸性能的影响［J］. 现代塑料加工应用，2016，28（6）：42⁃44.

[2]魏 健，李双全，常 军，等 . 塑料节水灌溉器材单翼迷宫式滴灌带：GB/T 19812. 1—2005［S］. 北京：中国标准出版社，2005．

[3]雷振凯, 张熙, 龚洁, 等. 单翼迷宫式滴灌带抗热氧老化性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 40.