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超全!温室透光覆盖材料的种类与特性,你都get到了么?

:2022-05-24 :赞晨科技 :9973


 温室透光覆盖材料的种类


  温室透光覆盖材料主要为玻璃、塑料薄膜(软硬)和硬塑料板(图1)。普通平板玻璃或浮法玻璃通常用于玻璃;普通塑料薄膜包括聚乙烯(PE)膜、乙烯-醋酸乙烯(EVA)膜,聚氯乙烯(PVC)膜和聚烯烃(PO)薄膜;常用的硬塑料板主要是聚碳酸酯(PC)包括包括空心板和波浪板。

  


  玻璃


  玻璃是一种透光、保温、防雾滴、耐久性理想的覆盖材料,结构系数可靠,使用寿命长达25年。玻璃温室光照条件好,室内工作空间大,使用时间长,适合大规模种植。玻璃仍然是欧洲和美国大多数寒冷气候国家常用的温室透光覆盖材料。按加工方法分为普通平板玻璃和浮法玻璃,温室常选择4 mm和5 mm厚度有两种规格。浮法玻璃因其表面光滑、光学畸变小、质量好、尺寸可调范围大等优点,在温室建设中得到了广泛的应用。但玻璃密度高工尺寸和承载能力的限制,玻璃密度高、骨架承载要求高、施工维护困难,玻璃温室的高成本也限制了其在生产中的应用。雨雪过后,玻璃表面容易被灰尘污染,应及时清洗,以提高透光率。此外,玻璃的抗拉性、抗冲击性易碎性差、对冰雹等恶劣自然灾害的抵抗力差,容易对操作人员和作物造成严重损坏。


  


  软质塑料膜


  温室的大规模推广归功于塑料薄膜在农业中的成功应用。软塑料薄膜是目前设施园艺生产中应用广泛的覆盖材料。具有质地柔软、性能优良、品种多、用途广泛、透光率高、价格低廉、实用性强、粘结、铺张、装卸及相关配套设备操作简单等优点。软塑料薄膜作为温室覆盖材料,可以防止或减少自然灾害对作物的威胁,提高温室的运行效率,获得大的经济效益。生产中使用的塑料薄膜主要具有PVC膜、PE膜、EVA膜和PO目前好的覆盖材料是乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜,耐高温聚酯(PET)膜和PO膜,与EVA膜相比,PO膜的平均透光率高于15.8%,作物产量也相应增加。根据几种常用塑料薄膜的热学特性,生产温室秋冬茬或冬春茬蔬菜PVC无滴膜、PO膜或EVA薄膜是好的。

EVA玻璃膜


由于树脂和添加剂的类型、数量、质量、厚度、均匀性和制造工艺不同,软塑料薄膜的透光性和制造工艺而异。软塑料薄膜强度低、稳定性差的缺点也必须在安装和使用中给予足够的重视,棚膜的防尘、修复和防火也应在生产和应用中进行。


  


  硬塑料板和塑料膜


  硬塑料板可以改善温室的应力状态,承受更大的雨雪荷载,提高温室的安全性。适用于各种结构形式的温室,具有优异的抗冲击性和良好的抗弯强度。早期用于温室透光的硬塑料板包括聚氯乙烯(PVC)玻璃钢板(GRP)等等,由于耐候性差,近年来基本全部改为PC板。PC板材机械性能均衡,保温性好,外观整洁美观,但PC板透光率下降快,容易附着灰尘,难以清除,价格昂贵。目前广泛应用于一些高档花卉温室或展示温室。市场开发和生产PC平板有三种类型:平板、波浪板和多层空心板。平板厚度0.7~1.22 mm,波浪板覆盖的温室光线均匀,平均透光率略有提高。双层或三层聚碳酸酯空心板厚度为3~16 mm,保温效果好,其传热系数可降1.6~2.2 W/(m2·K),比玻璃节能30%~60玻璃纤维增强聚酯板(FRP)以聚酯树脂为主,加入玻璃纤维提高强度,具有不燃烧、耐腐蚀、抗拉强度高、光学性能好等优点。FRP板的透光率接近玻璃,但使用几年后,纤维开始分离,板变黄,透光率降低。聚氟乙烯薄膜(PVF)它是一种强度高、耐老化的硬膜,是近使用寿命长的塑料膜,可连续覆盖12层~15年。但由于氟的毒性,氟在制造过程中需要夹在中间层,以免使用过程中污染环境,使用后需要回收。


  


  多功能透光覆盖材料


  随着农业生产对数据需求的增加,与普通覆盖材料相比,新的覆盖材料在光环境调节、遮阳冷却、生理活动调节、除湿防雾等方面具有特殊功能。例如,添加不同颜料制成的彩色薄膜对满足不同作物的特殊光谱需求具有重要的调节作用;减少光中的紫外线UVC膜,可以防止害虫,减少农药的使用;使可见光尽可能通过,减少红外遮阳保温膜,可以达到提高温室温度的目的,也可以通过温室通风和其他控制方法来控制温室温度。一些散射光材料可以均匀地分布到温室中,以改善植物群体底部的光合作用。此外,通过调整不同波长的光,不断报告作物对胡椒和西红柿的光合作用。鉴于温室高湿度的环境条件,利用吸湿材料提高防雾和滴水性能也是扩大覆盖材料功能的重要方面。在生产应用中,应根据不同作物的生长特点、生产目的和栽培系统选择合适的多功能透光覆盖材料。

温室透光覆盖材料的特点


  温室内获得的光能主要取决于透光覆盖材料的光学特性。太阳辐射的微小差异将显著影响作物的生长发育。此外,透光覆盖材料还可以调节温室的温度。根据温室建设区的气候和作物种植的生长要求,温室透光覆盖材料的选择应主要考虑其光学特性、热学特性、机械性能、防雾滴性能和耐候性(表1)。


  


  


  光学特性


  光学特性是温室透光覆盖材料重要的性能,在一定程度上决定了温室内的光强度和光谱分布,显著影响了作物的光合作用和器官的形成。因此,温室透光覆盖材料的光学特性需要高透光率。其次,透光谱适合作物的生长。透光率主要包括五个含义:①材料对光线垂直入射的透光率;②不同入射角下的透光率;③透光率随时间衰减;④散射光与直射光的比例;⑤不同光质的透光率。透光覆盖材料应具有大的透光能力,因此理想的透光覆盖材料应为400波段~700 nm光合有效辐射(PAR)区域透光率高,其他波段透光率低。太阳辐射透光率与温室透光覆盖材料的特性及其污染和老化密切相关。新温室棚膜的透光率为88%~95%,如果使用滴膜而不经常清除污染,再加上自身老化和温室结构遮阳,日光温室的低透光率只有40%左右。研究表明,PVC膜透光率低,PE膜透光率高,EVA膜透光率介于两者之间PVC膜较PE膜很容易被污染。部分高散光覆盖材料可将部分直射光转化为散射光并传输到阳光温室,使辐射分布更加均匀,在一定程度上避免了弱光区的出现。近年来开发的多功能抗老化、防尘无滴膜,使PVC和PE光学性能不断提高。不同的覆盖材料对不同光质的透光率有很大的不同,PE膜在270~380 nm紫外光区的透光率为80%~90%,而PVC膜在350 nm紫外光透过率低于0.1 mm厚的PVC膜对5000 nm上述远红光透光率为25%,EVA膜透光率为55%,PE膜透光率为88%。4000~700 nm蓝光波段可见光区,PVC膜透光率高,EVA膜透光率低;黄绿光区,PE膜透光率高,EVA膜次之,PVC膜低。另外,由于内部添加剂不同,同一覆盖材料的透光率也不同,如PE膜的透光率由高到低PE耐老化膜>PE无滴膜>PE草莓专用膜>PE无滴耐老化膜。


  


  热学特性


  选择具有良好隔热性能的透光覆盖材料对降低温室运行能耗起着重要作用。覆盖材料的传热方式主要包括传导、对流和辐射。温室透光覆盖材料薄,传导热阻小。对流传热强度主要取决于室外风速和室内空气流动。因此,辐射性能是衡量透光覆盖材料隔热性能的重要依据。太阳辐射进入太阳能温室后,被其内部土壤、墙壁、骨架和作物吸收,转化为长波辐射向外释放。这些长波辐射的进出取决于覆盖材料。透光覆盖材料可以防止室内地面、作物等低温物体的长波辐射进入温室,从而起到保温作用。低红外辐射渗透性的温室覆盖材料有利于保持温室内的热量和温度。为了提高材料的长波辐射性能,红外屏障剂经常添加到塑料中。一般来说,PVC膜长波辐射透过率低,保温性能好,PE膜不易污染,但长波辐射透射率高,保温性能差,EVA膜长波辐射渗透率高,保温性能差,但优于PE膜,PO膜的性能明显优于传统膜PE膜及EVA膜,其中PO膜覆盖温室的温度比PE高膜覆盖温室1~2℃。


  


  机械性能


  透光覆盖材料作为园艺设施的主要外壳,多年暴露直暴露在自然界中。它必须坚固耐用,能承受风、雨、阳光、冰雹、雪压和极端温度的影响,但也应便于运输、安装和控制,因此必须具有较强的机械性能。机械性能是指透光覆盖材料在使用过程中承受荷载能力和影响安装施工难度的重要指标,主要包括材料强度、抗冲击性、热膨胀和冷收缩性能。软塑料薄膜通常用纵向和横向拉伸强度和断裂拉伸率来表示材料的强度指标,而玻璃和其他刚性材料则用抗压强度、抗拉强度、弯曲强度和抗冲击强度来衡量。软塑料薄膜具有较大的伸缩性和较小的抗裂强度;玻璃具有良好的透光性、绝缘性和抗老化性,但抗冲击性弱、易碎性和无弯曲性;硬塑料不仅具有良好的抗冲击性、绝缘性和耐候性,而且具有较强的抗弯曲性、整洁美观,适用于各种温室。


  


  防雾滴性


  由于棚内外温差,特别是冬季,棚膜内外温差较大,棚内空气中的水蒸气会在棚膜表面液化凝结成水滴。这些水滴会散射和反射到棚内的光线,降低棚膜的透光率和温度,从而阻碍作物的生长发育。如果凝结的水滴滴落在作物表面、幼苗雄蕊或幼苗雄蕊上,会引起烧心,容易诱发作物疾病的发生和传播。鉴于这一现象,温室覆盖材料应具有减少内壁水滴吸附和直接滴落的功能,以增强薄膜表面的亲水性。露滴沿棚膜表面扩展到薄水层,并沿表面流下。这种性能被称为无滴或滴。使覆盖材料流滴的方法主要是在棚膜制备过程中添加或在棚膜表面喷的流滴剂,使覆盖材料的表面具有高亲水性。棚膜的流滴性能不仅与棚膜的制膜原料和制膜工艺有关,还受土壤水分、空气湿度、棚膜覆盖方法等因素的影响。


  


  耐候性


  随着使用时间的延长,温室透光覆盖材料的外观逐渐变暗,透光率下降,机械性能减弱,易撕裂,终不能满足透光、保温、保湿、防止滴水、减少雾等使用要求。因此,棚膜的光温功能需要与长寿保持同步。结构良好的聚合物分子不易被光氧化或热氧化降解,或选择耐候性好的材料,是延长温室透光覆盖材料耐候性的有效途径,但研发成本高,周期长,价格高。目前,综合性能好,寿命可达10年PET膜的使用寿命更长PC板、ETFE棚膜已投入使用,但价格相对较高。在现有材料配方的基础上,添加光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂,延长温室透光覆盖材料的使用寿命,增加棚膜拉伸和抗撕裂强度,不易吸收灰尘,长期保持高透光率,配方设计、加工成型、验证试验周期短,应用效果显著。


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