CN108891046B - 一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带及其制造方法与设备 - Google Patents

Abstract

涉及一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带，包括：微灌带本体；利用致孔剂使微灌带本体上产生多孔结构，从微灌带本体的内表面到外表面的部分孔相互连通形成具有多孔介质渗漏功能的渗水通道，开孔率为0.01％‑100％，在微灌带本体的横截面上，多孔结构的部分占比为0.01％‑100％。该微灌带可利用其多孔介质的特性将水连续、小流量输送到植物根部附近的土壤，结合膜下灌溉可保持土壤湿润状态，保证作物吸水充分，能够有效节省灌溉成本。还涉及该微灌带的制造方法和实现该制造方法的设备。该方法实现具有多孔介质渗漏功能的微灌带的一次成型，无需制造滴头，生产成本较低。属于农用灌溉用品领域。

Description

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带及其制造方法与设备

技术领域

本发明涉及农用灌溉用品领域，尤其涉及一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带及其制造方法与设备。

背景技术

微灌技术既可达到节水节肥的目的，又可增产增收，减少病虫害，对保障粮食安全，实现农业增产增收起到了重要的支撑作用，因此成为近年来的研究热点。

目前市面上的滴灌带种类主要有边缝热合式、内嵌式、贴条式三种，滴灌带的生产制造过程较为复杂，需要的配套设备较多，无法一次成型，同时滴灌带主体部分与滴头需分开成型再嵌入，既要求高精度、高质量滴头，制造成本较高，又要求昂贵而先进的土壤环境传感器、远程控制技术支持，因此需要整个产业链的各环节比如模具、生产设备的配套能力，使用成本高昂。另一方面，目前的此三种灌溉方式主要以定时定量灌溉为主，无法连续小流量供水，造成水资源的利用不够充分，且由于灌溉带的实心结构使用料成本无法进一步降低。针对这一状况，部分灌溉装置对输水带本体以及滴头进行改造，利用已成型的开口泡沫材料、纤维材料、无纺布等与防水阻隔层、软管、套管等组合形成局部渗漏点的灌溉装置，同样存在只适合单间小批量制造，无法一次成型，效率较低等问题。

开发一种可将水连续、小流量输送到植物根部附近的土壤，结合膜下灌溉可保持土壤湿润状态，保证作物吸水充分，且成型方式较为简单、可一次成型的无滴头、具有多孔介质渗漏功能特性的微灌带，对农用微灌带的发展与应用具有重要意义，同时对丰富节水灌溉技术产生积极效应。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可将水连续、小流量输送到植物根部附近的土壤，结合膜下灌溉可保持土壤湿润状态，保证作物吸水充分的基于多孔介质渗漏的塑料微灌带。

本发明的另一目的是：提供一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，该方法可制造出全新结构的多孔介质微灌带，实现具有多孔介质渗漏功能的微灌带的一次成型，无需制造滴头，生产成本较低，且可达到持续小流量灌溉，结合膜下灌溉可保持土壤湿润状态、保证作物吸水充分以及节约灌溉成本的目的。

本发明的又一目的是：提供一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造设备，该设备结构简单，可以一次成型具有多孔介质渗漏的塑料微灌带。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带，包括：微灌带本体；利用致孔剂使微灌带本体上产生多孔结构，从微灌带本体的内表面到外表面的部分孔相互连通形成具有多孔介质渗漏功能的渗水通道，开孔率为0.01%-100%，在微灌带本体的横截面上，多孔结构的部分占比为0.01%-100%。

优选地，将不含致孔剂的聚合物物料和/或含致孔剂的聚合物物料加入到挤出机共混并塑化后挤出到成型模具中并采用吹塑工艺吹塑成型为具有多孔介质渗漏功能的渗水通道的微灌带；成型后的微灌带通过牵引装置牵引至收卷装置完成收卷包装。

优选地，采用两台挤出机共同挤出物料，其中一台为用于塑化挤出不含致孔剂的聚合物物料的致密挤出机，另一台为用于塑化挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机，两台挤出机共同连接一个成型模具，同时向成型模具中挤出物料并吹塑成型为微灌带。

优选地，采用一台挤出机连接一台成型模具，将含致孔剂的聚合物物料加入致孔挤出机共混并塑化挤出到成型模具中并吹塑成型为微灌带。

优选地，致孔剂为发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维中的至少一种，水溶性致孔剂为聚乙二醇或无水硫酸钠。

优选地，含发泡剂的物料挤出后得到带有多孔结构的微灌带；含水溶性致孔剂的物料挤出后得到的微灌带在通水后形成多孔结构并同时开孔得到渗水通道；含植物纤维的物料挤出后得到的微灌带经吹塑及牵引拉伸后，因植物纤维的毛细吸水特性及脱粘作用，形成多孔结构并同时开孔得到渗水通道。

一种用于实现上述基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法的设备，包括：挤出机、成型模具、吹塑装置、牵引装置和收卷装置；成型模具包括芯棒、模芯和模套，芯棒与模套之间的间隙形成流道，芯棒的中心设有与吹塑装置连通的进气通道；流道包括沿物料输送方向依次连通的进料段、输送段、扩散段和成型段；在成型模具的出口端面中，流道呈圆环状；牵引装置和收卷装置依次设在成型模具出口一侧，用于牵引、收卷成型后的微灌带。

优选地，挤出机的数量为两台，一台为用于挤出不含致孔剂的聚合物物料的致密挤出机，另一台为用于挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机，两台挤出机分别设于成型模具的两侧，进料段包括与致孔挤出机连通的进料段Ⅰ和与致密挤出机连通的进料段Ⅱ。

优选地，挤出机的数量为一台，挤出机为用于挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机，设于成型模具的一侧，进料段包括与致孔挤出机连通的进料段Ⅰ。

优选地，进料段与输送段的下部垂直连接，进料段的进料口位于成型模具的侧壁上；输送段为圆环直径不变的筒状结构，扩散段为圆环直径逐渐增大的喇叭状结构，成型段为圆环直径不变的筒状结构；进料段的流道宽度大于输送段的流道宽度，输送段的流道宽度大于成型段的流道宽度，扩散段连接于输送段和成型段之间，扩散段的流道宽度沿物料流向逐渐减小。

总的说来，本发明具有如下优点：本多孔介质渗漏微灌带制造原理简单，通过采用普通的挤出吹塑成型装备，所制造出的微灌带为一种无需二次成型、无需成型滴头便可将水连续输送到植物根部附近的土壤、结合膜下灌溉可保持土壤湿润状态、保证作物吸水充分的高性能微灌带，对于农用灌溉带的成型加工与应用以及农业节水灌溉具有重要意义。其优点具体体现在以下几方面：

1.利用发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维单独或组合与聚合物物料共混加入挤出机，并在挤出机中均匀分散、熔融塑化，加入发泡剂时，微灌带本体在挤出时发泡成具有一定开孔率的多孔结构，形成具有多孔介质渗漏功能的微灌带。单独加入足够多水溶性致孔剂时，形成共连续的相结构，通水后可形成渗漏通道。单独加入植物纤维时，其毛细吸水特性以及界面脱粘可形成渗水通道。微灌带选择性地组合发泡剂、聚乙二醇与元明粉等水溶性致孔剂和植物纤维，其成型效率极高；在发泡剂的作用下挤出成型时发泡形成泡孔；挤出的泡孔胀大后，其后的牵引拉伸过程可导致植物纤维从聚合物基体中脱粘，聚合物与植物纤维间的通道，可导致泡孔的连通形成渗水通道，同时由于植物纤维具有毛细吸水性也可导致泡孔在通水后形成更多的渗水通道；在水溶性致孔剂的作用下，通水后分散于泡孔壁中的水溶性致孔剂溶于水中从而使泡孔与泡孔之间相互连通形成更多渗水通道。发泡剂中同时含有发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维的情况下，经过多次开孔，开孔效率高。

2.开孔率（即渗水通道的数量）可作为控制灌溉流量的重要手段。由于多孔特性的渗水通道众多且细小，微灌带具有毛细灌溉的作用，通过控制孔径大小、开孔率以及灌溉压力，使微灌带在使用时保持连续小流量的通水状态，无需定时定量供水，节省成本。

3.微灌带只经历挤出吹塑和/或发泡成型，无需进行二次加工、无需成型滴头便可得到具有一定开孔率的多孔结构，实现灌溉功能，而多孔结构可有效降低原料使用量，进一步降低成本。

4.本制造方法与设备对物料具有广泛适应性。

附图说明

图1为本发明的制造设备的仅采用一台致孔挤出机的结构示意图。

图2为图1中成型模具的出口端面结构示意图。

图3为图2中A-A的剖面结构示意图。

图4为图1中的设备制得的多孔介质渗漏微灌带的结构示意图。

图5为本发明的制造设备的采用一台致孔挤出机和一台致密挤出机的结构示意图。

图6为图5中成型模具的出口端面结构示意图。

图7为图6中B-B的剖面结构示意图。

图8为图5中的设备制得的多孔介质渗漏微灌带的结构示意图。

图中的标号和对应的零部件名称为：1为致孔挤出机，2为致密挤出机，3为成型模具，4为成型后的微灌带，5为牵引装置，6为收卷装置，7为模套，8为流道，8-1为进料段Ⅰ，8-2为竖直输送段，8-3为扩散段，8-4为成型段，8-5为进料段Ⅱ，9为芯棒，10为进气通道，11为渗水通道。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造设备，如图1所示，包括：一台用于挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机、成型模具、吹塑装置（图中未示出）、牵引装置和收卷装置。本实施例中，牵引装置和收卷装置采用现有的装置。成型模具包括芯棒、模芯和模套，芯棒与模套之间的间隙形成流道，芯棒的中心设有与吹塑装置连通的进气通道。如图2所示，成型模具的出口端面中，流道呈圆环状，本实施例中成型模具为一般的滴灌带成型模具。

如图3所示，流道包括沿物料输送方向依次连通的进料段Ⅰ、输送段、扩散段和成型段；进料段Ⅰ与输送段的下部垂直连接，进料段Ⅰ的进料口位于成型模具的侧壁上；输送段为圆环直径不变的筒状结构，扩散段为圆环直径逐渐增大的喇叭状结构，成型段为圆环直径不变的筒状结构；进料段Ⅰ的流道宽度大于输送段的流道宽度，输送段的流道宽度大于成型段的流道宽度，扩散段连接于输送段和成型段之间，扩散段的流道宽度逐渐减小。

致孔挤出机设于成型模具的一侧，致孔挤出机的出口端与流道的进料段Ⅰ连通。牵引装置和收卷装置依次设在成型模具出口一侧，用于牵引、收卷成型后的微灌带。

本实施例中，致孔挤出机采用公布号为CN105690688A的发明专利中的偏心转子体积脉动形变塑化加工设备，其具有分散混合混炼效果好、物料经过的热历程短等特点。

该设备使用时，原理是：致孔挤出机向成型模具注入含有发泡剂、聚乙二醇与无水硫酸钠等水溶性致孔剂和植物纤维的聚合物物料，聚合物物料在流道中依次经过进料段Ⅰ、输送段、扩散段和成型段，微灌带在成型段的上部经口模环形流道出口流出，经历吹胀过程，成型后的微灌带具有多孔结构。具体过程为：聚合物物料和致孔剂经偏心转子体积脉动形变塑化加工设备塑化后挤入成型模具的薄膜圆环形流道（即流道）中，聚合物物料和致孔剂经过流道流出形成具有一定开孔率的多孔结构微灌带（单独含有水溶性致孔剂的情况下，需通水后形成）。通过调控成型工艺与聚合物物料和致孔剂的配方，从而控制多孔介质的开孔率。

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，将发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维和聚合物加入到致孔挤出机中，该致孔挤出机为偏心转子挤出机，经偏心转子挤出机挤出后发泡剂、水溶性致孔剂和植物纤维均匀分散于聚合物物料中并塑化挤出到成型模具的流道中依次经过进料段Ⅰ、输送段、扩散段、成型段，在成型段中挤出成型的同时利用吹塑装置吹塑成型为带有泡孔结构且含有聚乙二醇与无水硫酸钠等水溶性致孔剂和植物纤维的微灌带，部分泡孔间相互连通使得微灌带具有多孔介质渗漏功能。成型后的微灌带通过牵引装置牵引至收卷装置完成收卷包装。由于微灌带中含有植物纤维，在牵引拉伸过程中，由于牵引拉伸作用，植物纤维从聚合物基体中脱粘，聚合物与植物纤维间的通道，可导致泡孔相互连通形成渗水通道，同时由于植物纤维具有毛细吸水性也可导致泡孔在通水后形成更多渗水通道。由于微灌带中含有聚乙二醇、无水硫酸钠等水溶性致孔剂，通水后分散于聚合物基体中的水溶性致孔剂溶于水中从而使泡孔与泡孔之间相互连通形成更多渗水通道。致孔剂由发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维的混合而成，经过多次开孔，开孔效率高。

一种由上述设备以及上述方法制得的多孔介质渗漏微灌带，包括微灌带本体；微灌带本体充满水的横截面为圆环形结构，微灌带本体上具有多孔结构，开孔率为90%。如图4所示，从微灌带本体的内表面到外表面的部分孔相互连通形成具有多孔介质渗漏功能的渗水通道，在微灌带本体的横截面上，具有多孔结构的部分占比为100%。

实施例2

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造设备，如图5所示，包括：一台用于挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机、一台用于挤出不含致孔剂的聚合物物料的致密挤出机、成型模具、吹塑装置（图中未示出）、牵引装置和收卷装置。如图6所示，成型模具的出口端面中，流道呈圆环状。

如图7所示，流道包括沿物料输送方向依次连通的进料段、输送段、扩散段和成型段；其中进料段包括进料段Ⅰ和进料段Ⅱ。进料段Ⅰ和进料段Ⅱ均与输送段的下部垂直连接，进料段Ⅰ和进料段Ⅱ的进料口分别位于成型模具相对的两侧壁上；输送段为圆环直径不变的筒状结构，扩散段为圆环直径逐渐增大的喇叭状结构，成型段为圆环直径不变的筒状结构；进料段的流道宽度大于输送段的流道宽度，输送段的流道宽度大于成型段的流道宽度，扩散段连接于输送段和成型段之间，扩散段的流道宽度逐渐减小。

两台挤出机分别设于成型模具相对的两侧，用于挤出含致孔剂的聚合物物料致孔挤出机的出口端与流道的进料段Ⅰ连通，用于挤出无致孔剂的聚合物物料的致密挤出机的出口端与流道的进料段Ⅱ连通。牵引装置和收卷装置依次设在成型模具出口一侧，用于牵引、收卷成型后的微灌带。

该设备使用时，原理是：两台挤出机共同向成型模具注入成型物料（成型物料为不含致孔剂的聚合物物料和含致孔剂的聚合物物料），无致孔剂的聚合物物料在流道中依次经过进料段Ⅱ、输送段、扩散段和成型段；含致孔剂的聚合物物料在流道中依次经过进料段Ⅰ、输送段、扩散段和成型段。微灌带在成型段的上部经口模环形流道出口流出，经历吹胀过程，成型后的微灌带具有多孔结构。具体过程为：不含致孔剂的聚合物物料和含致孔剂的聚合物物料分别经两台偏心转子体积脉动形变塑化加工设备塑化后挤入成型模具的薄膜圆环形流道（即流道）中，成型物料经过流道流出形成含有多孔结构且具有一定开孔率的微灌带。通过调控成型工艺（包括两台挤出机的挤出速率）与含有致孔剂的物料的配比，控制开孔率，通过调控无致孔剂的聚合物物料与含致孔剂的聚合物物料的比例，可调控在微灌带本体的横截面上，多孔结构的部分占比。

一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，将含聚乙二醇、无水硫酸钠等水溶性致孔剂、植物纤维、发泡剂和聚合物物料加入到致孔挤出机中，致孔挤出机为偏心转子挤出机，经偏心转子挤出机挤出后发泡剂、水溶性致孔剂和植物纤维均匀分散于聚合物物料中并塑化挤出到成型模具的流道中依次经过进料段Ⅰ、输送段、扩散段、成型段；同时将无致孔剂的聚合物物料加入到致密挤出机中，致密挤出机为偏心转子挤出机，经偏心转子挤出机塑化挤出到成型模具的流道中依次进料段Ⅱ、输送段、扩散段、成型段。在输送段、扩散段、成型段中两股物料料流汇聚并挤出发泡成型的同时利用吹塑装置吹塑成型为部分带有泡孔结构且含有水溶性致孔剂和植物纤维的微灌带，部分孔洞间相互连通使得微灌带具有多孔介质渗漏功能。成型后的微灌带通过牵引装置牵引至收卷装置完成收卷包装。

一种由上述设备以及上述方法制得的多孔介质渗漏微灌带，包括微灌带本体；微灌带本体充满水的横截面为圆环形结构，微灌带本体上有多孔结构，开孔率为90%。如图8所示，从微灌带本体的内表面到外表面的部分孔相互连通形成具有多孔介质渗漏功能的渗水通道，在微灌带本体的横截面上，多孔结构的部分占比为25%。

本实施例未提及部分同实施例1，此处不再赘述。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于，包括：微灌带本体；利用致孔剂使微灌带本体上产生多孔结构，从微灌带本体的内表面到外表面的部分孔相互连通形成具有多孔介质渗漏功能的渗水通道，开孔率为0.01%-100%，在微灌带本体的横截面上，多孔结构的部分占比为0.01%-100%；

将不含致孔剂的聚合物物料和含致孔剂的聚合物物料分别加入到挤出机共混并塑化后挤出到成型模具中并采用吹塑工艺吹塑成型为具有多孔介质渗漏功能的渗水通道的微灌带；成型后的微灌带通过牵引装置牵引至收卷装置完成收卷包装；

采用两台挤出机共同挤出物料，其中一台为用于塑化挤出不含致孔剂的聚合物物料的致密挤出机，另一台为用于塑化挤出含致孔剂的聚合物物料的致孔挤出机，两台挤出机共同连接一个成型模具，同时向成型模具中挤出物料并吹塑成型为微灌带。

2.按照权利要求1所述的一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于：致孔剂为发泡剂、水溶性致孔剂、植物纤维中的至少一种，水溶性致孔剂为聚乙二醇或无水硫酸钠。

3.按照权利要求2所述的一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于：含发泡剂的物料挤出后得到带有多孔结构的微灌带；含水溶性致孔剂的物料挤出后得到的微灌带在通水后形成多孔结构并同时开孔得到渗水通道；含植物纤维的物料挤出后得到的微灌带经吹塑及牵引拉伸后，因植物纤维的毛细吸水特性及脱粘作用，形成多孔结构并同时开孔得到渗水通道。

4.按照权利要求1所述的一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于：所应用的设备包括挤出机、成型模具、吹塑装置、牵引装置和收卷装置；成型模具包括芯棒、模芯和模套，芯棒与模套之间的间隙形成流道，芯棒的中心设有与吹塑装置连通的进气通道；流道包括沿物料输送方向依次连通的进料段、输送段、扩散段和成型段；在成型模具的出口端面中，流道呈圆环状；牵引装置和收卷装置依次设在成型模具出口一侧，用于牵引、收卷成型后的微灌带。

5.按照权利要求4所述的一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于：两台挤出机分别设于成型模具的两侧，进料段包括与致孔挤出机连通的进料段Ⅰ和与致密挤出机连通的进料段Ⅱ。

6.按照权利要求4所述的一种基于多孔介质渗漏的塑料微灌带的制造方法，其特征在于：进料段与输送段的下部垂直连接，进料段的进料口位于成型模具的侧壁上；输送段为圆环直径不变的筒状结构，扩散段为圆环直径逐渐增大的喇叭状结构，成型段为圆环直径不变的筒状结构；

进料段的流道宽度大于输送段的流道宽度，输送段的流道宽度大于成型段的流道宽度，扩散段连接于输送段和成型段之间，扩散段的流道宽度沿物料流向逐渐减小。