日光溫室保溫被同層材料的性能對(duì)比分析及選型*

姜魯艷，張彩虹，鄒 平

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，烏魯木齊 830091;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091）

新疆光熱資源豐富，地域廣闊，特殊的自然條件對(duì)日光溫室保溫被材料及熱工性能提出了特殊的要求，研究新疆地區(qū)獨(dú)特的氣候特點(diǎn)和地理特征，探索區(qū)域性保溫被的傳熱特性，從而合理有效地減少溫室前屋面的熱損失，降低能耗，對(duì)于解決日光溫室越冬生產(chǎn)實(shí)際問題具有重要的意義。

日光溫室能夠在不加溫或少加溫的條件下進(jìn)行安全越冬生產(chǎn)，與溫室前屋面夜間覆蓋保溫材料是分不開的。目前廣大種植者使用草簾、蒲席等傳統(tǒng)保溫覆蓋材料，材料存在制作質(zhì)量不均、笨重、卷放費(fèi)工費(fèi)力、防水性差、嚴(yán)重污染薄膜而降低室內(nèi)采光性能等缺點(diǎn)。當(dāng)前保溫被的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展[1-3]，研究人員研制了保溫性優(yōu)于草簾、由鍍鋁膜和微孔泡沫塑料組成的保溫被，綜合性能良好的PE 發(fā)泡自防水保溫被，分析了發(fā)泡聚乙烯、針刺毛氈、自防水發(fā)泡聚乙烯、毛氈、無紡布?xì)旨搬槾搪闅值? 種保溫被的保溫性，發(fā)現(xiàn)除毛氈外的5 種保溫被的保溫性均達(dá)到或超過了單層草簾，還將針刺非織造布與PE膜熱壓制成保溫被[4-6]。

前人在保溫被的保溫性能影響因素方面的研究，為保溫被的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供了很有參考價(jià)值的研究成果。保溫被的保溫性能的影響因素分為自身因素和外部因素兩部分，自身因素包括保溫被材料的自身熱物理性質(zhì)，即上、下表面的發(fā)射率g，材料的厚度d、材料的導(dǎo)熱系數(shù)A 等。外部因素包括室外天空輻射背景溫度T、室外的風(fēng)速V、室內(nèi)及室外的氣溫，對(duì)保溫性能的影響以面密度大于針刺密度，對(duì)剝離強(qiáng)力的影響以針刺密度大于面密度，并據(jù)此確定了該種保溫被的生產(chǎn)工藝[7-9]。文章主要對(duì)同層材料的保溫被的性能進(jìn)行對(duì)比，通過保溫材料的性能特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，來指導(dǎo)廣大農(nóng)戶選擇適合自己溫室的保溫被類型。

保溫被的基本性能

保溫性能

保溫性能是保溫被最基本也是最重要的性能。保溫被作為溫室的外保溫覆蓋材料，保溫效果主要是靠芯材中柔質(zhì)保溫材料的絕熱能力來實(shí)現(xiàn)的[10]。

防水性能

保溫被的防水性是表征材料阻止水滲入保溫層內(nèi)部能力的指標(biāo)。當(dāng)水進(jìn)入材料空隙時(shí)，增加了材料之間的接觸，使傳熱系數(shù)顯著增加，降低保溫被的保溫效果，所以良好的防水性能也是保溫被的衡量指標(biāo)之一[11-13]。

力學(xué)性能

由卷簾機(jī)對(duì)保溫被的作用力方式可知，抗拉強(qiáng)度是保溫被主要的力學(xué)性能參數(shù)。保溫被在卷鋪過程中會(huì)反復(fù)承受拉力作用，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致表層材料變形、斷裂、涂層脫落等[14]。表層材料的抗拉強(qiáng)度直接影響保溫芯材的儲(chǔ)存和使用壽命。

老化性能

當(dāng)材料老化時(shí)，其物理性能(包括抗拉性能、斷裂伸長(zhǎng)率、低溫彎曲和彎曲強(qiáng)度) 和化學(xué)性能均會(huì)有所降低。保溫材料的老化與其所處的環(huán)境、工作條件以及其外保護(hù)層有關(guān)[15]。

不同組合保溫被的基本性能對(duì)比分析研究

保溫被材料分析

覆膜氈的氈合性較好，手感柔軟但是結(jié)構(gòu)不易變形，有很好的保溫性，覆膜黑氈常作為保溫被的外層用來防雨雪，覆膜花氈的抗拉力、防老化性能較好；牛津布多用滌棉混紡紗與棉紗交織，采用緯重平或方平組織，耐磨性好，快干，吸濕性好；鍍鋁PE 織布強(qiáng)度高，耐候性好，耐磨防水，反射率達(dá)90% 以上，起到防水、隔熱保溫等功效；PE 織布以PE 材質(zhì)材質(zhì)為主，手感柔軟、有一定彈性，拉力強(qiáng)度好，能抗陽光紫外線，具有防老化、耐低溫的特點(diǎn)；拉力氈，保溫性好、抗拉、抗老化，常用于溫室保溫、公路養(yǎng)護(hù)。

芯層的材料，一般具有良好的蓬松度和較好的保溫性能，材質(zhì)的密度有所區(qū)別；太空棉是一種超輕、超薄的高效保溫材料，在防寒、保溫、抗熱等性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)保溫材料，透氣性好；無膠棉是一種毛氈，由聚合物纖維與熱塑性塑料聚合物，或者是聚合物纖維與聚氯乙烯/ 丙烯酸合成的，非常松軟，但強(qiáng)度好；再生棉是由廢棄的棉花、工業(yè)下腳料和紡織企業(yè)的布頭和紗線頭回收再利用制成；PE 發(fā)泡棉是一種新型環(huán)保材料，具有無毒、無味、隔音、吸音、隔熱、焚燒時(shí)對(duì)大氣無污染、回彈力好、可隨意調(diào)整軟硬度和厚度、重量輕等特點(diǎn)；噴膠棉又稱噴漿絮棉，是非織造布的一種，具有保暖、抗拉、回彈、防潮、耐水洗等特點(diǎn)。

不同防水表層材料組合防水性分析

在相同保溫被芯、不同防水表層材料的情況下，分析覆膜黑氈、覆膜花氈、PE 織布、鍍鋁PE 織布、牛津布、拉力氈6 種表層材料的防水性能。如表1，可以看出組合6 吸水率明顯高于其他5 種組合，而組合1 和組合4 的吸水率接近，也是最低值，可見覆膜黑氈和PE 織布的防水性能良好。

保溫被表層材料抗拉強(qiáng)度分析

如表2 所示，分別對(duì)覆膜花氈、覆膜黑氈、拉力氈、鍍鋁PE 織布、PE 織布、牛津布6 種表層材料進(jìn)行拉力試驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)得其斷裂強(qiáng)度和拉伸率。

表1 同厚度、相同保溫被芯、不同防水表層材料組合防水性

由表2 可以看出，在經(jīng)向上，PE 織布的斷裂強(qiáng)度最高，鍍鋁PE 織布次之，覆膜黑氈、覆膜花氈及拉力氈的強(qiáng)度較低；緯向上，鍍鋁PE織布的斷裂強(qiáng)度最高，PE 織布次之，覆膜黑氈、覆膜花氈及拉力氈的強(qiáng)度較低?？梢奝E 織布和鍍鋁PE 織布的抗拉性能良好。

表2 保溫被表層材料抗拉強(qiáng)度

保溫被表層材料耐老化性能分析

同樣分別對(duì)覆膜花氈、覆膜黑氈、牛津布、鍍鋁PE 織布、PE 織布、拉力氈6 種表層材料放入老化箱，利用紫外燈模擬陽光照射效果進(jìn)行老化試驗(yàn)檢測(cè)。在相同的時(shí)長(zhǎng)下，測(cè)得這6 種表層材料老化后的斷裂強(qiáng)度和拉伸率，如表3 所示。

表3 保溫被表層材料老化后的抗拉強(qiáng)度

對(duì)比表2、3，大部分材料，經(jīng)過老化后，在斷裂強(qiáng)度上都有一定的降低，但是覆膜黑氈在經(jīng)向上和緯向上抗拉強(qiáng)度及拉伸率都有一定程度的提高，覆膜花氈在緯向上有略微增加，PE 織布在緯向上有一定程度的提高。

對(duì)比后還可以看出，經(jīng)向上，斷裂強(qiáng)度降幅最大的表層材料是鍍鋁PE 織布，降低了30.8%，拉力氈排名第二，降低了19.95%，PE織布降幅最低。緯向上，牛津布的斷裂強(qiáng)度變化最大，也是降幅最大的，達(dá)到了47.28%?？梢奝E 織布和覆膜黑氈在經(jīng)向和緯向上，無論是斷裂強(qiáng)度還是拉伸率，降幅都不大，甚至有不降反升的現(xiàn)象，抗老化性能良好。

相同厚度、相同表層材料、不同保溫被內(nèi)芯組合保溫性能

在相同防水表層材料，相同厚度的情況下，分析太空棉、無膠棉、再生棉、PE 發(fā)泡棉、噴膠棉、毛氈6 種保溫被芯層的厚度、單位面積質(zhì)量、傳熱系數(shù)、熱節(jié)省率指標(biāo)，可以看出再生棉的傳熱系數(shù)最高，其他均在1.0～1.4，測(cè)的數(shù)值最小的是太空棉，保溫性能最佳。

圖2 保溫被芯層材料

表4 同厚度、同表層材料、不同保溫被內(nèi)芯組合保溫性能比較

總結(jié)

保溫被從外到內(nèi)由外表層材料、保溫芯層材料和內(nèi)表層材料組成，外表層材料主要對(duì)中間的保溫芯層起到保護(hù)作用，防水防老化，保溫芯層為了達(dá)到更好的保溫隔熱效果，常采用多種材料疊加使用，內(nèi)表層材料也具有一定的保護(hù)作用，有的會(huì)采用低反射率材料，增強(qiáng)保溫效果。不同結(jié)構(gòu)的保溫被其性能有所不同，各種材料取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮其各自的效用。

綜合各個(gè)材料的性能參數(shù)，太空棉的保溫性能相比其他5 種保溫被芯層材料性能最佳；覆膜黑氈和PE 織布的防水性能不相上下，優(yōu)于其他4 種表層材料；在抗拉強(qiáng)度方面，PE 織布和鍍鋁PE 織布的抗拉性能良好，而且PE 織布在經(jīng)過老化后，抗拉強(qiáng)度少量降低，覆膜黑氈的抗拉強(qiáng)度和拉伸率不降反升。

材料的各個(gè)性能參數(shù)，作為一種參考量，不僅是一種約定條件下的表征，也是在微觀條件下反映了材料的某些特質(zhì)和特征。不同的生產(chǎn)工藝，外表層、隔熱層、內(nèi)表層的不同材料組合結(jié)構(gòu)也會(huì)影響保溫被的性能