第 20 卷 第 6 期2004 年 11 月農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào)T ransactions of the CSA EV o l. 20  N o. 6N ov.   2004溫室透光覆蓋材料流滴性測試方法周長吉 , 周新群(農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所 , 北京 100026)摘 要 : 作為溫室透光覆蓋材料的塑料薄膜的流滴性日益受到關(guān)注 , 為此 , 已開發(fā)出各種無滴膜、無滴板 , 以改善溫室透光覆蓋材料的流滴性。但國內(nèi)外對材料流滴性的監(jiān)測與判斷規(guī)則卻很不統(tǒng)一 , 給溫室用戶帶來了困難。該文分析了目前幾種常用的流滴性檢測方法的原理及其適用性 , 在此基礎(chǔ)上 , 結(jié)合溫室生產(chǎn)的實(shí)際條件 , 提出在 15 30傾斜面上形成露滴后 ,材料表面凝結(jié)水滴面積占整個(gè)測試面積比例的檢測方法傾斜面上滯留水滴面積比法 , 并通過對塑料薄膜和聚碳酸酯板的分析測試 , 提出了將材料表面上計(jì)算水滴滯留面積小于 10% 作為透光覆蓋材料流滴性的判別標(biāo)準(zhǔn) , 為標(biāo)準(zhǔn)化檢測覆蓋材料的流滴性提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞 : 溫室 ; 透光覆蓋材料 ; 流滴性 ; 檢測中圖分類號 : TQ 320. 72+ 1; S62     文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : A      文章編號 : 100226819 (2004) 0620233204收稿日期 : 2004204205 修訂日期 : 2004206207基金項(xiàng)目 : 國家“十五”重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究專項(xiàng) ;“工廠化農(nóng)業(yè)設(shè)施與設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”作者簡介 : 周長吉 (1964- ) , 男 , 甘肅武威人 , 研究員 , 博士 , 主要從事溫室工程技術(shù)的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化工作。北京市朝陽區(qū)麥子店街 41 號 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所 , 100026。Em ail: zhoucjfacaae. com0 引 言近年來出現(xiàn)的具有流滴特性的透光覆蓋材料 , 在降低溫室內(nèi)濕度、克服屋面材料結(jié)露向室內(nèi)種植作物滴水、減輕室內(nèi)作物病害、提高溫室透光性能等方面都具有顯著的優(yōu)點(diǎn) , 受到種植者的歡迎 , 現(xiàn)已成為新溫室建設(shè)和舊溫室透光覆蓋材料更換的首選。然而 , 由于對溫室透光覆蓋材料流滴性缺乏科學(xué)的界定和嚴(yán)格的測試方法 1 , 大多數(shù)覆蓋材料供應(yīng)廠商又基本都不提供有關(guān)材料流滴性的指標(biāo) , 且我國也沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) , 市場上國內(nèi)外生產(chǎn)的各種覆蓋材料種類繁多 , 給用戶識別增加了難度 , 甚至使溫室最終用戶增加了很多費(fèi)用 , 但卻并未獲得真正的流滴效果 , 給溫室生產(chǎn)者帶來了一定隱患 , 有的甚至還給種植者造成了巨大的連帶經(jīng)濟(jì)損失 , 由此而引發(fā)的各種法律訴訟案件也在不斷增多。研究提出溫室透光覆蓋材料流滴性測試方法和檢驗(yàn)規(guī)則 , 不僅有利于規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量 , 保護(hù)溫室建設(shè)者的利益 , 而且也為鑒別產(chǎn)品優(yōu)劣提供了依據(jù)。本文分析研究了目前各種測試材料流滴性的方法 , 在此基礎(chǔ)上提出了一種實(shí)驗(yàn)室分析測試方法傾斜面上滯留水滴面積比法 , 并提出相應(yīng)的檢測判別準(zhǔn)則 , 為材料流滴性檢測方法標(biāo)準(zhǔn)化提供依據(jù)。1 溫室透光覆蓋材料霧滴產(chǎn)生的機(jī)理及對生產(chǎn)的影響由于塑料材料表面的疏水性 , 當(dāng)其表面溫度降低到周圍空氣露點(diǎn)溫度以下時(shí) , 空氣中的水分就會在材料內(nèi)表面凝結(jié)成水滴 , 并附著在覆蓋材料的內(nèi)表面上 , 當(dāng)水滴增大到一定程度時(shí)會滴落。在溫室生產(chǎn)應(yīng)用中 , 由于溫室中室內(nèi)相對濕度往往較高 , 在室外溫度較低的季節(jié) (我國長江流域主要在冬季 , 北方地區(qū)則是從秋季到春季的三個(gè)季節(jié) ) , 溫室透光用塑料覆蓋材料內(nèi)表面很容易形成結(jié)露的條件 , 溫室內(nèi)結(jié)露往往是一種難以避免的現(xiàn)象。溫室透光覆蓋材料表面霧滴對作物生產(chǎn)的不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 2 : 霧滴導(dǎo)致光線的散射和折射 , 降低覆蓋材料的透光率 ; 凝集到一定重量的霧滴滴落到作物表面上 , 將導(dǎo)致葉、莖、芽、花、果的病害 , 影響作物品質(zhì)和產(chǎn)量 ; 霧滴滴落到室內(nèi)遮陽保溫幕上 , 會引起遮陽保溫幕材料發(fā)霉 , 影響其反光、保溫和使用壽命。為解決上述問題 , 人們研究并關(guān)注透光覆蓋材料的特殊表面性能 3, 4 : 當(dāng)內(nèi)表面形成霧滴后能自動相互集聚形成水流 , 并最終沿一定坡度匯流到溫室天溝或特定的集水槽中 , 一方面可以提高材料的透光率 , 另一方面又可以避免水滴滴落到溫室作物上 , 影響作物正常生長 5 。材料的這種表面性能稱之謂“流滴性” , 其機(jī)理是將防霧滴助劑 (通常是非離子表面活性劑 ) 加入到塑料中 , 改善塑料的表面活性 , 提高塑料表面的親水能力。在溫室透光覆蓋材料中 , 通常將具有流滴功能的材料稱為“無滴材料”。2 溫室透光覆蓋材料流滴性主要測定方法及其適用性分析選用具有流滴性能的溫室塑料覆蓋材料已經(jīng)成為廣大溫室生產(chǎn)者的共識。作為溫室透光覆蓋材料的塑料薄膜或 PC 板材料 , 其流滴性應(yīng)成為其應(yīng)用功能的一項(xiàng)特定質(zhì)量檢測指標(biāo)。但到目前為止 , 該項(xiàng)指標(biāo)仍沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及檢測指標(biāo) , 各生產(chǎn)廠家只有一些簡單的測試方法和經(jīng)驗(yàn)判斷方法 6- 10 。歸納起來 , 現(xiàn)行的測試方法可分為四類 : 一類是根據(jù)固體表面潤濕原理測量其接觸角和表面潤濕張力 , 從判斷塑料表面的潤濕性能分析材料的流滴性 ; 另一類是根據(jù)塑料表面的露滴凝集現(xiàn)象來判斷塑料表面的流滴性能 ; 第三類是測定結(jié)露條件下材料透光率下降的程度來判斷材332 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.   All rights reserved.料的流滴性 ; 第四類是現(xiàn)場目測法。2. 1 根據(jù)潤濕原理的測試判斷方法根據(jù)潤濕原理 , 添加在塑料內(nèi)的流滴劑在塑料表面定向排列 , 親水基向外與水結(jié)合 , 降低水的表面張力 , 提高水對塑料表面的潤濕能力 , 表現(xiàn)為水滴在塑料表面的接觸角減小 , 呈鋪展趨勢 11 。根據(jù)潤濕原理來判斷材料流滴性的方法主要有表面張力法和接觸角法。1) 表面張力法測試水溶液在塑料表面的表面張力 , 與蒸餾水的表面張力 (72 mN m - 1) 以及塑料的臨界表面張力加以比較來判斷流滴性的好壞 7 。水溶液表面張力越小 , 越接近于塑料表面的臨界表面張力 , 塑料表面的潤濕性能越好 , 即流滴性越好。幾種溫室透光覆蓋材料的臨界表面張力如表 1。表 1 幾種塑料材料的臨界表面張力 CC 7 T able 1  C ritical surface tension of severalp lastic m aterials  mN m - 1塑料材料 CC 塑料材料 CC聚乙烯 31 聚氯乙烯 39聚酯 43 聚四氟乙烯 182) 接觸角測試判斷法根據(jù)潤濕原理 , 水溶液的表面張力與塑料的臨界表面張力越接近 , 水對塑料的潤濕性就越好 , 接觸角就越小 ; 當(dāng)水溶液的張力等于塑料的臨界表面張力時(shí) , 接觸角等于 0 , 水在塑料表面完全展開 8 。通過注射推管將蒸餾水 1 2 LL 滴落在塑料材料表面 , 用接觸角儀測量停留在塑料表面上的水滴的接觸角大小 (圖 1 中的 H角 ) , 即可判斷塑料材料的流滴性能優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明 , 目前市售的無滴薄膜接觸角一般在 30 50之間。圖 1 材料表面水滴的接觸角F ig. 1  Contact angle of drop on surface2. 2 根據(jù)流滴現(xiàn)象的測試判斷法根據(jù)凝結(jié)水在流滴性好的塑料表面很快展開成水膜并沿著塑料材料表面下流的現(xiàn)象 , 來判斷塑料的流滴性。一般來說 , 凝結(jié)水下落的時(shí)間越短說明薄膜的流滴性越好。實(shí)踐中的具體做法有停滴面積法、燒杯法和流滴時(shí)間測試法等。1) 停滴面積法與接觸角測試的方法相似 , 也是用針管在塑料表面滴落水滴 , 通過觀察一定時(shí)間內(nèi)水滴在塑料表面上的展開面積來確定塑料流滴性的優(yōu)劣。流滴性較佳的塑料薄膜 , 5 m in 潤濕面積可增加 1 2 倍 9 。2) 燒杯法在玻璃燒杯中裝入 2 3 的溫?zé)崴?, 上面罩放具有流滴性的受檢試樣并用皮筋扎緊 , 觀察水蒸氣在薄膜下表面的凝聚狀態(tài)。可通過計(jì)量薄膜表面凝結(jié)水珠的下落時(shí)間來判斷材料的流滴性能 ; 或者通過估算薄膜內(nèi)壁附著的水滴面積百分比數(shù)將流滴性分成 5 10 個(gè)等級來評價(jià)材料的流滴性 6 。3) 流滴時(shí)間測試法此方法是在恒溫水浴上 (50左右 ) , 觀察具有一定傾斜角度 (15 ) 的塑料表面凝結(jié)霧滴的滴落現(xiàn)象。通過測試塑料薄膜下表面的初滴時(shí)間和初滴 10 m in 后連續(xù)10 滴水的滴落時(shí)間 , 比較不同塑料薄膜的流滴性能 10 。2. 3 測定透光率判斷材料流滴性的方法由于流滴性對于溫室生產(chǎn)的最直接影響是使其透光率下降 , 實(shí)際生產(chǎn)中一般要求在有凝結(jié)水滴的狀態(tài)下 , 透光覆蓋材料的透光率下降不超過 30% , 否則可視為覆蓋材料沒有進(jìn)行流滴處理或者流滴性能失效。通過測定材料在結(jié)露條件下的透光率可間接地判斷材料的流滴性。2. 4 現(xiàn)場目測法現(xiàn)場目測法 , 就是在溫室生產(chǎn)現(xiàn)場直接觀察塑料表面是否有流滴的痕跡 , 如果觀測到表面結(jié)露水滴密集地不規(guī)則排列 , 并有大量水滴直接向下垂直滴落 , 則可判斷材料不具備流滴性 , 如果材料表面有明顯的流滴痕跡 , 表面結(jié)露水滴較少 , 透明度高 , 表明材料具有流滴性能。也有的按結(jié)露面積占覆蓋材料面積的百分比評價(jià)材料的流滴性能 , 一般認(rèn)為當(dāng)露滴面積 50% , 該材料失去流滴性。2. 5 現(xiàn)有測試方法的適用性分析實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn) , 對于添加不同流滴劑、具有不同流滴性能的塑料材料 , 分別用以上方法進(jìn)行測試 , 不同材料測試結(jié)果差別不大 , 較難準(zhǔn)確直觀地判斷不同材料的優(yōu)劣。除了按薄膜內(nèi)壁附著的水滴面積百分比來評價(jià)可以從直觀上判斷塑料材料是否流滴外 , 其它幾種方法都沒有明確的判斷標(biāo)準(zhǔn) ; 或者即使提出判斷標(biāo)準(zhǔn) (如接觸角法和流滴時(shí)間測試法 ) , 也只是基于對幾種假定為流滴的薄膜進(jìn)行試驗(yàn)的推斷標(biāo)準(zhǔn) , 缺乏理論依據(jù)和實(shí)際使用的反饋驗(yàn)證信息。而且 , 這些方法都沒有結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對溫室透光覆蓋材料的具體要求來提出確切的判斷材料是否具有流滴特性的指標(biāo)。因此 , 筆者認(rèn)為 , 上述這些方法只是對于在同一試驗(yàn)條件下定性地比較說明塑料材料表面的流滴性能好壞具有一定意義 , 而對于用戶來說 , 由于沒有明確的量化指標(biāo)依據(jù)來具體判斷所購的覆蓋材料是否適用于溫室生產(chǎn)中的流滴要求 , 對用戶的實(shí)際指導(dǎo)意義不強(qiáng)。溫室中對作物造成危害的結(jié)露水滴主要來自于屋面。溫室生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室觀測都發(fā)現(xiàn)不論材料的流滴性好壞 , 只要覆蓋材料為水平或接近水平位置放置 (如在拱圓頂塑料溫室中的屋脊附近 ) , 結(jié)露水滴將由小到大集聚而最終垂直滴落到溫室地面 (或室內(nèi)種植作物上 ) , 水平面上的霧滴幾乎沒有向邊緣游動的可能性。這種現(xiàn)象表明 , 不論是按濕潤原理提出的表面張力法或接觸角法 , 還是依流滴現(xiàn)象提出的停滴面積法或燒杯測試法等測定出的材料的流滴性與溫室生產(chǎn)中材料432 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2004 年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.   All rights reserved.流滴實(shí)際發(fā)生的條件相差甚遠(yuǎn) , 因?yàn)橹挥袃A斜的平面才會有流滴發(fā)生 , 在尖屋頂溫室屋面上或在拱圓形溫室屋面接近天溝的部位才能真正反映出材料流滴性的優(yōu)劣。從這個(gè)意義上講 , 上述“流滴時(shí)間測試法”中對檢驗(yàn)材料采用一定傾斜角度的做法有一定的合理性。流滴性優(yōu)良的覆蓋材料 , 在一定的傾斜角度下形成的水滴會很快集聚而沿斜面下滑 , 而不是垂直滴落 , 因此 , 流滴時(shí)間測試法中測定初滴 10 m in 后連續(xù) 10 滴水滴下落時(shí)間的做法就值得商榷。3 新型測試方法傾斜面上滯留水滴面積比法3. 1 測試原理為了研究一種既結(jié)合實(shí)際 , 又便于實(shí)驗(yàn)室測定的試驗(yàn)方法 , 本文在研究分析上述測試方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上 , 提出測定傾斜面上滯留水滴多少的方法來判斷材料的流滴性傾斜面上滯留水滴面積比法。采用傾斜面就是充分考慮了透光覆蓋材料在溫室上使用的現(xiàn)實(shí)條件。用滯留水滴多少來判斷材料的流滴性是基于無滴材料在傾斜面上幾乎沒有水滴滯留的現(xiàn)象和要求提出的。無流滴特性的材料表面結(jié)露后由于表面張力的作用 , 水滴由小變大集聚 , 在重力的作用下直接垂直向下滴落 , 而不能進(jìn)一步匯集在材料表面形成徑流。在水滴不斷滴落的同時(shí)又有新的水滴不斷形成 , 在材料表面總是有大小水滴長期密布 ; 而具有流滴特性的材料在表面結(jié)露后 , 水滴將呈鋪展趨勢并最終能形成表面徑流 , 在流動過程中將徑流路線上的全部水滴同時(shí)帶走 , 不斷形成的水滴將不斷沿材料表面下流 , 材料表面不能形成長期密布的水滴 , 而只能看到不規(guī)則的徑流流線。所以測定材料表面滯留水滴的多少是采用反證原理 , 不直接測定流滴材料流滴性的好壞 , 而是測定材料不具備流滴性的程度 , 從事物的反面來判定材料的流滴性。此外 , 采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù) , 測定和分析材料表面水滴所占面積大小和比例的方法也基本成熟 , 這種測試方法為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了條件。3. 2 測試裝置與測試結(jié)果分析試驗(yàn)裝置是在水浴鍋上安裝一個(gè)封閉的汽室 , 汽室頂部覆蓋透光覆蓋材料 , 根據(jù)溫室常用的屋面坡度 , 分別采用了三種測試坡度 , 如圖 2。在測試坡面垂直的方向上安裝照相機(jī)進(jìn)行拍照 , 照片傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和分析 , 可獲得水珠在整個(gè)測試面上占有的面積。試驗(yàn)步驟 : 將密封好的汽室放在水浴鍋上。打開水浴鍋電源 , 并控制溫度為 40。試驗(yàn)進(jìn)行約 1 h, 塑料表面出現(xiàn)均勻分布的非常細(xì)密的霧滴 (直徑約 0. 2 0. 5mm )。對于具有流滴性能的塑料表面 , 細(xì)密霧滴逐漸沿坡匯集呈水膜下滑 , 塑料表面呈現(xiàn)水膜下滑軌跡和一些零星的不規(guī)則小面積的水膜 ; 而不具備流滴性能的塑料表面則表現(xiàn)為細(xì)小霧滴逐漸擴(kuò)大成明顯的均布水珠并垂直滴落。加熱 4 h, 系統(tǒng)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) (塑料表面水滴穩(wěn)定 ) , 此時(shí)垂直于塑料表面的相機(jī)攝像。圖 2 流滴性測試試驗(yàn)裝置F ig. 2  T est instrum ent fo r m easuring theanti2drop p roperty of glazing m aterials圖 3 和圖 4 分別為無、有流滴性能的塑料薄膜的表面結(jié)露狀況及其計(jì)算機(jī)分析結(jié)果。結(jié)果表明 : 當(dāng)塑料薄膜表面水滴集聚量的計(jì)算值達(dá)到 15% 以上時(shí) , 塑料薄膜表面已經(jīng)基本布滿水珠 (圖 3) , 不適于溫室內(nèi)使用。只有在計(jì)算值  10% 時(shí)作為薄膜無流滴性的標(biāo)準(zhǔn)。其缺點(diǎn)在于 : 沒有結(jié)合在結(jié)露條件下溫室生產(chǎn)對覆蓋材料透光性能的要求進(jìn)行流滴性能的判斷。在以后的試驗(yàn)測試中 , 可以進(jìn)一步完善并加以標(biāo)準(zhǔn)化。參 考 文 獻(xiàn) 1  刑 穎 . 農(nóng)膜用防霧劑發(fā)展概況 J . 吉化科技 , 1997,(2): 20- 23.2 曹玉廷 . 塑料防霧化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用問題 J .浙江食品工業(yè) , 1992, 4 (2): 9- 12. 3 孫壽家 , 石建旺 , 王 軍 . 透明材料防霧化技術(shù)研究趨勢J . 化工時(shí)刊 , 1993, (6): 17- 21. 4 申屠寶卿 , 趙 黎 , 翁志學(xué) . 表面光接枝法改善 LD PE 膜的防霧滴性 J . 中國塑料 , 2002, 16 (1): 51- 54.5 張福墁 . 設(shè)施園藝學(xué) M . 北京 : 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社 ,2001, 96- 107.6 陸 軍 , 沙惠惠 . 薄膜用防霧滴劑 J . 廣東塑料 , 1993,(1): 29- 31. 7 顧惕人 , 朱步瑤 , 李外郎 , 等 . 表面化學(xué) M . 北京 : 科學(xué)出版社 , 1994, 359- 362, 371- 372.8 楊叔嫻 . 接觸角儀在研制防霧膜中的應(yīng)用 J . 蘭化科技 ,1994, 12 (2): 95- 97. 9 翟 健 . 農(nóng)用蔬菜大棚膜無滴防霧性能的常溫檢測方法J . 聚氯乙烯 , 1996, (6): 54- 55.10 曾兆華 , 馮冠民 , 韋節(jié)標(biāo) . 聚氯乙烯大棚薄膜無滴性能的檢測方法 J . 中國塑料 , 1999, 13 (3): 66- 72.11 楊建一 , 郝喜利 , 劉樹彬 . 液體在固體表面的潤濕特征及熱力學(xué)分析 J . 河北輕化工學(xué)院學(xué)報(bào) , 1997, 18 (4): 38-41.M ethod for evaluating an ti-drop property of glaz ingmater ials for greenhouseZhou C ha ng ji, Zhou Xinqun(Ch inese A cad em y of A g ricu ltu ral E ng ineering , B eij ing 100026, Ch ina)Abstract: W ith the rep lacem en t of glazing m aterial by p lastic, m o re and m o re atten tion has been paid to the w aterdrop p rob lem in the greenhou se. N ow , a lo t of an ti2drop p lastic film s and rigid p lastic sheets are availab le in them arket, w h ich can be u sed to im p rove the ligh t condition s in greenhou ses. How ever, the check ing criteria fo r thean ti2drop m aterial vary from p lace to p lace in the w o rld, w h ich m akes it difficu lt fo r greenhou se grow ers to selectglazing m aterial. In th is paper, the p rincip les and p racticab ility of several an ti2drop detection m ethods w ereanalyzed. It w as found that in m o st of the detection m ethods the test m aterial is ho rizon tally p laced acco rding togreenhou se condition s, the an ti2dry p roperty of glazing m aterials shou ld be detected at a slope, as the roof andw alls of the greenhou se are no t ho rizon tal and the an ti2drop p roperty has a great difference betw een slope andho rizon tal condition s. T hu s a new m ethod by calcu lating the area ratio of w ater drop s on a 15 30 slope p lasticm aterial w as pu t fo rw ard and the area ratio of w ater drop w as less than 10% fo r the p lastic w ith an ti2dropp roperty in a series of tests in p lastic film s and PC sheets, w h ich is expected to be ab le to p rovide basis andstandard fo r evaluating the an ti2drop p roperty of glazing m aterial.Key w o rds: greenhou se; glazing m aterial; an ti2drop p roperty; detection632 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2004 年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.   All rights reserved.