農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ISSN 1000-1298,CN 11-1964/S 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文 題目： DRP溫室透光覆蓋材料性能表征研究 作者： 王宇欣，李丹春，黃斌，謝鑫，馮榮輝 收稿日期： 2019-11-28 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期： 2020-02-29 引用格式： 王宇欣，李丹春，黃斌，謝鑫，馮榮輝DRP溫室透光覆蓋材料性能表征研究農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報. http:/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1964.s.20200228.1440.006.html 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)：在編輯部工作流程中，稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿等階段。錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定，且通過同行評議、主編終審?fù)饪玫母寮Ｅ虐娑ǜ逯镐浻枚ǜ灏凑掌诳囟ò媸剑òňW(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式）排版后的稿件，可暫不確定出版年、卷、期和頁碼。整期匯編定稿指出版年、卷、期、頁碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件。錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合出版管理條例和期刊出版管理規(guī)定的有關(guān)規(guī)定；學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性、科學(xué)性和先進(jìn)性，符合編輯部對刊文的錄用要求，不存在學(xué)術(shù)不端行為及其他侵權(quán)行為；稿件內(nèi)容應(yīng)基本符合國家有關(guān)書刊編輯、出版的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語言文字、符號、數(shù)字、外文字母、法定計量單位及地圖標(biāo)注等。為確保錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)的嚴(yán)肅性，錄用定稿一經(jīng)發(fā)布，不得修改論文題目、作者、機(jī)構(gòu)名稱和學(xué)術(shù)內(nèi)容，只可基于編輯規(guī)范進(jìn)行少量文字的修改。 出版確認(rèn)：紙質(zhì)期刊編輯部通過與中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社有限公司簽約，在中國學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）出版?zhèn)鞑テ脚_上創(chuàng)辦與紙質(zhì)期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡(luò)版，以單篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿。因為中國學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）是國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文視為正式出版。 DRP 溫室透光覆蓋材料 性能 表征 研究 王宇欣 1 李丹春 1 黃斌 2 謝鑫 2 馮榮輝 2 （ 1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2.沭陽正中新材料有限公司，宿遷 223800） 摘 要 :以 PET 有光切片和含有有機(jī)助劑的母料為主要原料， 經(jīng)過 結(jié)晶干燥、熔融擠出鑄片、縱橫向拉伸等工藝，研發(fā)了具有高保溫、高透光、高強(qiáng)度、耐老化的可降解并循環(huán)再生聚酯（ Degradable recyclable polyester,DRP）農(nóng)用薄膜，簡稱 DRP 薄膜。 使用 分光光度計 、 萬能試驗機(jī) 和 熱重分析儀 等 儀器 ， 采用對比分析法 對該 DRP 薄膜的透射性、保溫性、抗拉性能、抗撕裂性能、熱穩(wěn)定性以及耐老化性能進(jìn)行了表征 研究 。結(jié)果顯示， DRP 薄膜在光合有效輻射波段透過率為 90.73%；在 中波 紫外、中紅外波段透過率分別為 0.74%、 14.56%， 表 明 DRP 薄膜有很強(qiáng)的阻隔中波紫外線能力以及優(yōu)異的夜間保溫能力。另外，通過將覆蓋于溫室上自然老化 約 1 年 的 DRP 薄膜與初始 DRP 薄膜的光學(xué)性能對比，研究 表明 自然老化的 DRP 薄膜在光合有效輻射波段透過率 降低 3 個百分點 ， 525m波段透過率 降低 4.34 個百分點 ，表明自然老化的 DRP 薄膜的仍然有較好的透光率和很強(qiáng)的紅外阻隔能力。 DRP 薄膜縱向拉伸強(qiáng)度可達(dá) 103.21MPa，可以滿足正常使用要求。并且， DRP 薄膜縱向褲形撕裂強(qiáng)度為 244.17kN/m，是 PET 膜的 19.49 倍。在升溫到 600的過程中 DRP 薄膜發(fā)生了 3 次較為明顯的失重現(xiàn)象，首次失重溫度在 250 ± 5 ，可見其熱穩(wěn)定性較好。 研究 表 明， DRP 溫室透光覆蓋材料在透光、保溫、力學(xué)性能和耐老化方面都有突出的優(yōu)勢 。 關(guān)鍵 字 ： DRP； 覆蓋材料 ； 溫室 ； 性能表征 中圖分類號： S625 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A Performance Characterization of DRP Greenhouse Transparent Covering Material WANG Yuxin1 LI Danchun1 HUANG Bin2 XIE Xin2 FENG Ronghui2 （ 1. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Shuyang Zhengzhong New Materials Co., Ltd.Suqian 223800, China) Abstract: PET slices and masterbatch with organic synthetic additives were the main raw materials. Through crystallization drying, melt extrusion casting and longitudinal and transverse stretching, a degradable and recycled polyester agricultural film (DRP film) with high thermal insulation, high transparency, high strength and aging 收稿日期： 2019-11-28 修回日期： 2020-01-18 基金項目：“十二五” 國家科技 計劃項目（ 2014BAD08B020107）和校企合作科技攻關(guān)項目（ GZXCZH201811002） 作者簡介：王宇欣（ 1967 ），男，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程研究， E-mail： meller163.com 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時間：2020-02-29 16:15:05網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1964.s.20200228.1440.006.htmlresistance was developed. The radiation transmittance, heat preservation ability, tensile properties, tear resistance, thermal stability and aging resistance of the DRP film were characterized by means of comparative analysis using spectrophotometer, universal testing machine and thermogravimetric analyzer. The results showed that the transmittance of DRP films in photosynthetic effective radiation wave range was 90.73%. The transmittance of ultraviolet radiation b and mid-infrared was 0.74%, 14.56% respectively, which showed that DRP film had a good ability to resist the ultraviolet radiation b and the heat preservation at night. In addition, by comparing the radiation transmittance properties of DRP films aged naturally for about one year over the greenhouse with that of initial DRP films, it was found that DRP films aged naturally declined only 3% in photosynthetic effective radiation wave range, and it still had good light transmittance. The radiation transmittance of DRP film decreased only 4.34% in 500025000 nm after aging, and it still had good heat preservation ability as the film of greenhouse at night. The longitudinal tensile strength of DRP film is 103.21 MPa, which could meet the requirements of normal use. The longitudinal trouser tear strength of DRP film was 244.17 kN/m, which was 19.49 times of that of PET film. DRP film had three obvious weightlessness phenomena during the temperature rise to 600°C in thermogravimetric test. The first weightlessness temperature of DRP film was 250± 5 , and it had better thermal stability. In conclusion, the DRP greenhouse transparent cover material had outstanding advantages in light transmission, heat preservation, mechanical properties and aging resistance. Key words: DRP; covering materials; greenhouse; performance characterization 0 引言 截止 2017 年，世界設(shè)施園藝面積 達(dá) 460 萬 hm2， 其中 我國設(shè)施園藝面積 達(dá) 370 萬 hm2，占世界設(shè)施園藝 總 面積的 80%，已經(jīng)成為世界上 設(shè)施園藝栽培面積 最大的國家 1。 目前， 我國溫室行業(yè) 應(yīng)用廣泛的農(nóng)用棚膜主要有聚烯烴（ PO） 薄 膜 、乙烯 -醋酸乙烯共聚物（ EVA）薄膜、聚乙烯 (PE)薄膜 和 聚酯 (PET)薄膜等。 透光覆蓋材料 是 溫室的重要組成部分，選擇 透光保溫 性 能 良 好 的棚膜 有助于改善 溫室環(huán)境 ， 提高 作物產(chǎn)量和品質(zhì) 2。 程強(qiáng) 和李東星等 3-4 在 冬季 對結(jié)構(gòu) 相同的 PO 膜與 PE 膜 日光溫室內(nèi) 的 溫光環(huán)境監(jiān)測， 表明PO 膜覆蓋的溫室具有升溫快、保溫好、溫度高的特點， 并且 PO 膜溫室 中的草莓產(chǎn)量和品質(zhì) 優(yōu)于 對照 PE膜 溫室 。 李勝戰(zhàn) 等 5對日產(chǎn)明凈華 涂層 膜、國產(chǎn)國盾型 PE 膜和國產(chǎn)華盾型 PE 膜 等 3 種薄膜的光學(xué)性能進(jìn)行 了 測試， 結(jié)果 顯示 ，日產(chǎn)明凈華 涂層膜 ， 比國盾型棚膜和華盾型棚膜有著較好的 紅外輻射阻隔性能，同時對紫外有害輻射 幾乎 可完全阻隔 。 在光合有效輻射 PAR 波段 ，明凈華涂層膜 PAR 透射率達(dá)到 90.0%。 EVA型樹脂具有較好的保溫透光性能 ， 王楠等 6對多種厚度的 PE 和 EVA 透光覆蓋材料在 3002500nm 波長范圍的分光透過率進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn) 不同厚度的 EVA 膜透過率相近且均高于 PE 膜。 李永勃等 7將 EVA 型樹脂加入 PO 膜中研制 出 EVA 型高保溫 復(fù)合 膜，研究發(fā)現(xiàn)由于 EVA 的存在，其保溫性能、透光性能都比普通PO 膜有所提高。 但是， 李衍素等 8在 探究 PO 膜和 EVA 膜在設(shè)施黃瓜生產(chǎn)中的應(yīng)用效果 時 發(fā)現(xiàn)， EVA 膜溫室 光照強(qiáng)度、溫度及產(chǎn)量都 低于 PO 膜溫室 。蔣學(xué)勤等 9對新研發(fā)的納米轉(zhuǎn)光膜與 PO 膜進(jìn)行 了 對比，發(fā)現(xiàn)PO 膜 溫室 不僅氣溫和光照強(qiáng)度比納米轉(zhuǎn)光膜略低，并且 番茄果實產(chǎn)量 也比納米轉(zhuǎn)光膜溫室低 12.34%。王宇欣等 10對 PET 膜的各項性能分析表明， PET 膜具有良好的物理性能、化學(xué)性能 和 耐久性能等，可以大幅度提高溫室保溫 能力和 透光 能力 ，但是 PET 薄膜 有 遇到缺口易撕裂，影響正常使用 的 缺點 。 FADEL 等 11在實驗室測試 了 聚碳酸酯 板 、玻璃纖維 板 和有機(jī)玻璃的隔熱和透射率 ， 結(jié) 果表明，聚碳酸酯在隔熱和光透射率方面和有機(jī)玻璃相當(dāng)，比玻璃纖維更好 ，但是 其 也有生產(chǎn)工序復(fù)雜，成本較高的缺點 。 此外， 劉建等 12研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)紫外線照射容易導(dǎo)致薄膜老化，機(jī)械性能下降，破損嚴(yán)重，影響正常使用，卡簧卡槽的夾持 也 會加速薄膜老化。 KAVGA 等 13對以二 氧化鈦與低密度聚乙烯為主要成分的溫室覆蓋材料進(jìn)行了環(huán)境性能和 力學(xué)性能測試， 結(jié)果 顯示 ， 此種 材料對亞熱帶條件下溫室的隔熱性能有所改善，與對照材料相比，其 楊氏模量和硬度分別 增加了 80.0%和 32.9%。 XIE 等 14為了解決炎熱地區(qū)日光溫室內(nèi) 夏季 溫度過高 問題 ，研發(fā)了一種由氧化銦錫和金屬材料組成的太陽能覆蓋材料，研究發(fā)現(xiàn) 這種材料 可見光的透過率大于 95，而近紅外反射率在 90以上，可以有效解決夏季高溫地區(qū)日光溫室存在的問題。 目前 ， 我國 農(nóng)膜的生產(chǎn)和使用量極大，廢舊 農(nóng)膜對 農(nóng)業(yè)生態(tài) 環(huán)境造成 的影響也日益突出 15。 雖然很多農(nóng)膜 可回收 再利用，但是仍存在 薄膜回收降解 成本高 、降解再生 品性能遠(yuǎn)低于原材料等不足 問題 。 因此，本 文 以 聚對苯二甲酸乙二醇酯 為母料， 研發(fā) 可循環(huán)再生 的 聚酯 （ Degradable recyclable polyester,DRP） 農(nóng)用薄膜 ，簡稱 DRP 薄膜。 對該 DRP 薄膜的透 射性、保溫性、抗拉性能、抗撕裂性能、熱穩(wěn)定性以及耐老化 等性能的 表征 進(jìn)行研究 ， 以 解決目前我國設(shè)施農(nóng)業(yè)存在的問題 。 1 DRP 薄膜生產(chǎn)工藝 采用 五釜工藝 生產(chǎn) 母料 聚對苯二甲酸乙二醇酯 ， 簡稱聚酯 。 聚酯中添加特 有 的有 機(jī)合成添加劑 ，以改善薄膜的透光、保溫、抗老化以及延展性等性能。然后，對 其進(jìn)行預(yù)結(jié)晶和干燥，干燥工藝采用 熱風(fēng) 法，降低聚酯切片中所含有的水分。采用急冷輥 、 驟冷的方式對其進(jìn)行熔融擠出鑄片，以抑制結(jié)晶的生長，提高聚脂薄膜 的 成膜性。最后對厚片采用 特有的 雙向拉伸薄膜生產(chǎn) 工藝， 先進(jìn)行縱向拉伸再進(jìn)行橫向拉伸，最終制造出 DRP 薄膜。 圖 1 DRP 薄膜生產(chǎn)工藝流程圖 Fig. 1 DRP film production process flow chart 專 用 聚 酯 預(yù) 結(jié) 晶干 燥熔 融 擠 出鑄 片雙 向 拉 伸 D R P 薄 膜2 材料與方法 2.1 材料 新 的 薄膜： 0.12mm 厚的 DRP 薄膜、 0.12mm 厚的 PET 薄膜 、 0.12mm 厚的明凈華 PO 膜 和 0.12mm 厚的 PE 膜 。 自然老化薄膜：自然老化 約 1 年的 0.12mm 厚的 DRP 薄膜。 DRP 薄膜自然老化試驗在山東省壽光市蔬菜集團(tuán)農(nóng)業(yè)園區(qū)中進(jìn)行。從 2018 年 秋季 開始 將 DRP 薄膜覆蓋于試驗溫室上進(jìn)行 約 1 年的 自然老化試驗。試驗區(qū)內(nèi)一年的平均氣溫為 13.8，極端最高氣溫為 37.4，極端最低氣溫為 -15.6，平均降水量為 593.8mm，平均相對濕度為 66%。 所有塑料薄膜 試樣 在試驗前 均在 溫度 23± 2 ，相對濕度 （ 50%±5 %） 的環(huán)境下狀態(tài)調(diào)節(jié)不少于 4h。 2.2 方法 2.2.1紫外 -可見 光 -近紅外 透 過 率 試驗使用 日本島津生產(chǎn)的 UV-3150 型 紫外可見 光 分光光度計 （ 波長范圍為 1903200nm， 最小采樣間隔為 0.1nm） 。 試驗環(huán)境溫度為 23± 2 ， 相對 濕度為 （ 50±5） %。 將儀器和 UV-Probe 軟件 開啟后 ，待儀器自檢完成，設(shè)置波長范圍為 1902500nm， 掃描速度為中速 ，采樣間隔為 2nm，測量模式為 Transmittance。設(shè)置完成后，樣品架不放置樣品，點擊 Baseline 進(jìn)行基線校正，然后將 50mm×50mm 薄膜樣品放入樣品架 ，開始 試驗 ， 試驗 完成后，保存數(shù)據(jù)。 每 種 薄膜 取 3 個試樣 進(jìn)行上述 試驗 ， 分別計算平均值作為其 最終 結(jié)果。 2.2.2 525m紅外譜線 透 過 率 試驗 使用 日本島津生產(chǎn)的 FTIR-8400S 型 傅 里 葉變換紅外分光光度計 （掃描次數(shù)為 1400，波數(shù)范圍為4004000cm-1）。試驗環(huán)境溫度為 23± 2 ，相對濕度為 （ 50±5） %。 開啟儀器和 IRsolution 軟件，設(shè)置測量模式為 %透射率，掃描次數(shù)為 10， 分辨率 為 4.0cm-1，波數(shù)范圍為 40200cm-1。設(shè)置完成后，先進(jìn)行背景掃描，然后將 25mm×50mm 的薄膜試樣 放到 樣品架 上，點擊樣品按鈕進(jìn)行掃描，掃描完成后，保存數(shù)據(jù)。每 種 薄膜 取 3 個試樣 進(jìn)行上述 試驗 ， 分別計算平均值作為其 最終 結(jié)果。 2.2.3力學(xué)性能 （ 1） 按照 國家標(biāo)準(zhǔn)： 塑料拉伸性能測試 （ GBT 1040.3-2006） 16、 塑料直角撕裂性能試驗方法 （ QBT 1130-1991） 17和 塑料薄膜和薄片耐撕裂性能的測定第 1 部分：褲形撕裂法 GB/T16578.1-200818的規(guī)定 將 塑料 薄膜沖切為圖 2 所示試樣，確保 試樣邊緣光滑且無缺口， 每 種薄膜 制備 5 個試樣。 (c)褲形撕裂 試樣 (a)拉伸試樣 (b)直角撕裂 試樣 圖 2 拉伸 撕裂 試樣 規(guī)格圖 Fig.2 Specification drawing of tensile tear specimen 單位： mm （ 2） 塑料拉伸 強(qiáng)度 試驗 。 試驗 使用 WDW-10E 型微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)（試驗力精度 為 0.1N，變形精度 為 0.001mm，時間精度 為 0.1s）。 試驗環(huán)境溫度為 23± 2 ，濕度為 （ 50±5） %。 首先將 SmartText 軟件與 萬能試驗機(jī) 聯(lián)機(jī)，調(diào)節(jié)試驗機(jī)橫梁到適當(dāng)位置，將 試樣 固定于夾具上， 試驗類型 選擇 “ 塑料拉伸性能的測試 （ GBT 1040.3-2006）”， 選擇圖像模式為應(yīng)力 -應(yīng)變圖， 輸入試樣的厚度為 0.12mm，標(biāo)距為 25mm， 按照 GBT 1040.3-2006 的規(guī)定 ， 拉伸速度 設(shè)置 為 100mm/min，將儀器 試試驗力、位移和時間數(shù)據(jù)置零，開始 試驗 ，待試樣撕裂后，點擊結(jié)束回位按鈕，保存數(shù)據(jù) 。 每種類型薄膜試驗 5 次， 分別計算平均值作為其結(jié)果 19。 （ 3） 直角 撕裂強(qiáng)度試驗和 褲形撕裂強(qiáng)度試驗 。 與上述 塑料拉伸 強(qiáng)度 試驗 方法相同，標(biāo)準(zhǔn)參考 QBT 1130-1991 和 GB/T16578.1-2008， 拉伸速度 均 設(shè)置為 200mm/min。 2.2.4熱穩(wěn)定性 試驗 使 用 TGA-101 型 熱重分析儀 (溫分辨率 0.1 ，靈敏度 0.01mg， 溫度波動± 0.1 ，升溫速率 180/min)。在 試 驗開始前 3h 將儀器通電并且控制室內(nèi)溫度為 23± 2 ， 稱量并設(shè)置 坩堝質(zhì)量為 10mg， 試驗條件為空氣氛圍，升溫速度為 20 /min， 溫度升 至 600 。 將薄膜切碎 ， 別 取 4mg 放置于坩堝中， 用鑷子緩慢將坩堝放置于 爐體 內(nèi)的 樣品托盤上 ，蓋上爐體蓋， 開始試驗 ，待 試 驗結(jié)束后導(dǎo)出數(shù)據(jù) ，重復(fù)上述步驟對下一種薄膜進(jìn)行 試 驗，直到 試 驗完成 。 3 結(jié)果與分析 3.1 光學(xué)性能表征 3.1.1 紫外 -可見 光 -近紅外 透 過 率 如圖 3 為 4 種薄膜紫外 -可見 光 -近紅外透射譜線 圖 。 從圖 3 可知 ， 在 190400nm 波段 DRP 膜透過率最低； 在 4002500nm 波段中， DRP 薄膜的透過率和其 他 三者相比基本處于中間位置。為了精確得知 4 種薄膜在 各 波段輻射的平均透過率， 需 依據(jù) GB/T 2680-9420中的 計算 方法進(jìn)行計算 。 紫外透過率 計算式為 = ()320300 320300（ 1） ,= ()380320 380320（ 2） 式中 S 紫外輻射相對光譜分布 ， W/(m2·nm)； () 分光透過率 ， %； 波長間隔 ， nm； UV-B波段透過率 ， %； , UV-A 波段透過率 ， %。 PAR 透過率是基于植物響應(yīng)下的太陽 光 400700nm 波長范圍內(nèi)的輻射透過率，與作物對光的響應(yīng)程度有關(guān)。 PAR 透過率 計算 式為 = ()700400 700400（ 3） 式中 S 太陽光輻射相對光譜分布 ， W/(m2·nm） ； D 相應(yīng)波長上的光譜輻射權(quán)重系數(shù)，即光譜響應(yīng)敏感系數(shù) 。 作物對太陽光譜響應(yīng)的敏感程度并不均一， 而是呈現(xiàn) 2 個峰值，分別在 440 和 620 nm 處，而在 400 nm以下和 670 nm 以上敏感程度急劇下降 , 所 以用植物響應(yīng)系數(shù)計算材料的透光特性 很 有意義 21， 將 植物響應(yīng)系數(shù) 記為 Dp； STIJGER22研究認(rèn)為， 可見光中各波長的輻射對植物的光合作用都有重要影響 ，如透過覆蓋材料進(jìn)入溫室內(nèi) 沒有參與光合作用 的藍(lán)光 對作物品質(zhì)改善 有重要 影響 ，將這時權(quán)重系數(shù) 記為 D1=1。 使用兩種權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計算 ， 結(jié)果如表 1 所示 。 可見光透過率是在波長為 380780nm 范圍內(nèi)的透過率。 可見光透過率 計算式為 = ()780380 780380（ 4） 近紅外透過率 計算 式為 = ()2500780 2500780（ 5） 式 （ 1） （ 2） （ 4） （ 5） 中計算 得的 各 種 材料在不同波段的透過率如表 2 所示 。 圖 3 DRP、 PET、 PO 和 PE 薄膜 1902500nm 透 過 率 曲線 Fig.3 Transmittance of DRP, PET, PO and PE films at 1902500 nm wave range 500 1000 1500 2000 2500020406080100透過率/%波長/nmDRPPETPOPE表 1 DRP、 PET、 PO 和 PE 薄膜 400700nm 波段透光率 Tab.1 Light transmittance of DRP, PET, PO and PE films at 400700 nm wave range 權(quán)重系數(shù) DRP PET PO PE Dp 90.73 89.65 92.50 91.56 D1 90.56 89.60 92.48 91.52 表 2 DRP、 PET、 PO 和 PE 薄膜各波段透 過 率 Tab.2 Transmittance of DRP, PET, PO and PE films at different wavelength 薄膜類型 300320nm 320380nm 380780nm 7802500nm DRP 0.74 2.51 88.40 88.95 PET 1.01 78.19 89.59 87.88 PO 61.32 77.04 92.55 91.41 PE 87.50 89.56 91.65 89.12 注：數(shù)據(jù)均為直射光的透射情況 。 光環(huán)境是影響作物生長的重要因素 23。 在太陽光譜中， 300nm 以下的波段對人和植物危害極大 ，但是基本被臭氧層阻隔，并不會對 人 們造成危害。 300320nm 波段為 UV-B 波段，該波段 透過率大 容易造成植株矮化、葉面積降低和光合速率降低等危害 ，過低的 UV-B 透過率容易影響植物色素合成 24， DRP 薄膜在該波段的透過率僅為 0.74%，比 PET 略低，比 PO 膜低 60%， 比 PE 膜低 近 87%， 可見 PET 材料的阻隔 UV-B的能力較強(qiáng)，改性后的 PET 材料 DRP 膜 對 UV-B 波段的阻隔能力略有增強(qiáng)。在 320380nm 波段 為 UV-A 波段 ， 相關(guān)研究表明該波段的紫外線對植物的生長既有危害也有促進(jìn)作用，輻射過多會對植物產(chǎn)生 類似 UV-B波段的危害，但是適量的 UV-A 輻射會促進(jìn)植物生長，促進(jìn)蛋白質(zhì)、糖、酸類的合成，增加種子發(fā)芽率，還能提高植物抗病能力。 DRP 薄膜在該波段的透過率 為 2.51%，而 PET 和 PO 膜的透過率基本相同，分別為78.19%和 77.04%， PE 膜透過率最高為 89.56%。 所以 DRP 薄膜 在 阻隔紫外光方面的能力 遠(yuǎn) 強(qiáng)于其 他 3 種膜 。380780nm 波段為可見光波段， DRP 薄膜在該波段透過率為 88.40%， 比 PET 略低，比 PO 膜低 4.15 個 百分點 ， 比 PE 膜低 3.25 個百分點 ， 從圖 3 可以看到 ， 此種差距主要是由于 DRP 薄膜在靠近紫外波段的透過率極低所引起的。在可見光波段中 400700nm 波段為植物光合有效輻射 (PAR)波段 ，對植物的 光合作用有較大影響。 使用 植物對光敏感系數(shù)以及常數(shù) 1 分別對 PAR 波段 的透過率 進(jìn)行 了 計算，表 1。從 表 1 可 得知，兩種權(quán)重系數(shù)下光的透過率基本相同， 與丁小明 等 25研究結(jié)果一致， 但按照植物對光敏感系數(shù)計算的結(jié)果比常數(shù) 1 略高。在 PAR 波段中 ， 透過率 由大到小為 PO 膜 、 PE 膜 、 DRP 膜 、 PET 膜，且 DRP 膜透過率僅比明凈華 PO 膜低 1.77 個百分點 ，因此 DRP 膜在光合 有效輻射 波段具有較好的透光率。在 7802500nm 波段為近紅外波段，該波段透過率高不僅可以提高溫室內(nèi)部的溫度還可以促進(jìn)植物生長 。該波段透過率 由大到小為 PO 膜 、 PE 膜 、 DRP 膜 、 PET 膜， PO 膜比 DRP 膜高 2.46 個百分點 ，在 7802500nm 波段 DRP 薄膜透過 率較好。 3.1.2 5-25m紅外 透過 率 相關(guān)研究表明，冬季溫室夜間熱量散失主要依靠輻射散熱，保持溫室內(nèi)作物正常生長的適宜溫度為 15 ，% % 此時熱輻射能量有 80.74%集中在 500025000nm 波段 26，因此光譜范 圍取 為 500025000nm。 圖 4 為 4 種薄膜的紅外透射譜線 。 從圖 4 可知 ， 在整個 500025000nm 波長范圍內(nèi) DRP 膜的透射率最低， PE 膜最高。 為了精確對比 4 種薄膜在該波段的透過率，對 500025000nm 波段范圍內(nèi) 透過率 做簡單的均值計算（意義是假設(shè)全投射為 1 的情況下，實際投射譜線下面積的積分和均值） 如 表 3 所示 。 表 3 DRP、 PET 和 PO 薄膜 500025000nm 波段透 過 率 Tab.3 Transmittance of DRP, PET, PO and PE films at 500025000nm wavelength 薄膜種類 DRP PET PO PE 透過率 14.56 18.69 46.59 74.99 從表 3 可看出 ， 在 500025000nm 范圍內(nèi)紅外透過率 由小到大為 DRP 薄膜 、 PET 薄膜 、 PO 薄膜 、 PE薄膜 ， DRP 薄膜 在 500025000nm 透 過 率僅為 14.46%， 可見其 紅外阻隔能力很強(qiáng)， 比明凈華 PO 膜 的紅外透過率低 32.03 個百分點 。 因此 ， DRP 薄膜 可以有效 地 阻隔溫室內(nèi)部的熱量散失，在夜間 具 有很好的保溫效果 。 3.1.3 DRP 薄膜自然老化后光學(xué)性能 自然老化的 DRP 薄膜與初始 DRP 薄膜的光學(xué)性能 表征 結(jié)果如圖 5 所示 。 從圖 5 可以看 出， 老化后的DRP 薄膜在 1902500nm 波段透過率僅發(fā)生微小衰退 。 在 500025000nm 波段也發(fā)生微小衰退，但比1902500nm 波段衰退略大。為了更加準(zhǔn)確對比 兩 者的變化 情況， 各波段 DRP 老化前后的透過率 如表 4 所示。 % 5000 10000 15000 20000 25000020406080100 25 00 0n m wavele ng thFig. 4 Transmit tan ce o f DRP , PET, PO and PE f ilms at 5 00 0透過率/%波長 /nmDRPPETPOPE圖 4 DRP 、 PET 、 PO 和 PE 薄膜 5000 25000nm 透過率圖 5 DRP 薄膜老化前后 透 過 率圖 Fig.5 Transmittance of DRP films before and after aging 從表 4 可知， 老化后的 DRP 薄膜在 300320nm 和 7802500nm 波段 透過率分別減少 0.33 個百分點 和0.17 個百分點 ，基本沒有明顯變化，說明在 自然老化的 DRP 薄膜阻隔 UV-B 的能力比初始狀態(tài)的 DRP 薄膜略微增強(qiáng)， 且仍 比其 他 3 種薄膜的初始狀態(tài)下強(qiáng)。在 7802500nm 熱效應(yīng)波段中，老化后的 DRP 薄膜透過率比初始的 PET 薄膜略高。在 400700nm 光合有效輻射波段中，老化后的 DRP 薄膜 透過率為 87.73%衰退了 3 個百分點 ， 比較接近初始的 PET 薄膜在該波段的透 過率。在 525m波段中，老化后的 DRP 薄膜紅外阻隔能力降低了 4.34 個百分點 ，為 18.90%，仍比初始的 PO、 PET 和 PE 膜紅外阻隔能力強(qiáng)， 對于溫室的保溫效果顯著。 表 4 DRP 老化前后透過率比較 Tab.4 Comparison of transmittance of DRP films before and after aging 項目 300320nm 400700nm 7802500nm 500025000nm 初始 DRP 0.74 90.73 88.95 14.56 老化 DRP 0.41 87.73 88.78 18.90 % 500 1000 1500 2000 2500020406080100透過率/%波長/nm初始DRP老化DRP（ a ） 190 2500nm 波段5000 9000 13000 17000 21000 25000020406080100透過率/%波長/n m初始 DRP老化DRP（ b ） 5000 25000nm 波段