本文關(guān)鍵詞：PVFM負(fù)壓滲水材料的制備與性能分析

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【摘要】：負(fù)壓灌溉是一種根據(jù)作物對水分的需要適時(shí)灌水的節(jié)水灌溉方式。負(fù)壓灌溉系統(tǒng)中通常有儲水水源、控壓閥、負(fù)壓連接管、灌水器四個(gè)部分組成,其中灌水器處于水土界面,是直接與土壤和作物根系接觸的部分,對整套裝置的高效運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。前人對于負(fù)壓灌溉的研究較少,對于負(fù)壓灌水器的探索方面也步履緩慢,其研究領(lǐng)域主要集中在無機(jī)陶土陶瓷類材料,但是他們易碎、韌性差、價(jià)格較高,不適合大面積推廣。查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn),高分子材料中有一類微孔發(fā)泡材料,按照孔隙是否連通分為開孔型和閉孔型,而我們需要的負(fù)壓滲水器材料應(yīng)當(dāng)是微米級別的、開孔的微孔結(jié)構(gòu)。若孔徑太小,滲水速率會(huì)降低,孔徑過大毛管吸力作用小,無法達(dá)到較高的發(fā)泡點(diǎn)值。經(jīng)過篩選發(fā)現(xiàn)一種親水性高的微孔泡沫塑料——聚乙烯醇縮甲醛泡沫塑料(PVFM),它是由聚乙烯醇(PVA)與甲醛縮醛化而成,其柔韌性高、有可調(diào)的微孔結(jié)構(gòu)、較好的滲透水性能。本試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將PVFM進(jìn)行改良,對自行設(shè)計(jì)制備出的PVFM進(jìn)行孔徑分布、發(fā)泡點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度、硬度、在土壤中累積入滲量、滲水速率、濕潤峰運(yùn)移等指標(biāo)的測試,以研究不同配比、反應(yīng)條件、助劑、規(guī)格對所制PVFM負(fù)壓滲水性能的影響,闡明其制備成負(fù)壓滲水材料的可行性。經(jīng)過研究分析,本文得到以下主要結(jié)論:(1)原料配比對PVFM的性能有影響。當(dāng)水比例為8.75時(shí)表觀密度最小、吸水倍率最大。9種不同配比的PVFM樣品發(fā)泡點(diǎn)值在26.7~73.3kPa之間變化,且在水比例7.50或者甲醛比例0.75時(shí)會(huì)達(dá)到較高水平。在-5kPa與-10kPa下,水比例≥7.50的PVFM樣品,滲水速率相對較快。PVA:水:甲醛為1:7.50:0.75的5號PVFM樣品的平均孔徑小,發(fā)泡點(diǎn)值為65.3kPa,飽和導(dǎo)水率可達(dá)7.45×10-4cm?s-1,理論上可以作為高性能負(fù)壓滲水材料在負(fù)壓灌溉中使用。(2)反應(yīng)條件對PVFM的性能有影響。反應(yīng)溫度55℃、反應(yīng)時(shí)間≥10h時(shí),表觀密度、吸水倍率、孔隙率均有較高表現(xiàn),并且三者分別在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速2000r?min-1、1500r?min-1、1000r?min-1時(shí)達(dá)到最高;反應(yīng)溫度55℃時(shí),或者反應(yīng)時(shí)間≥10h,或攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速≤1500 r?min-1,發(fā)泡點(diǎn)值及對土壤的供水速率較高;綜合對比分析,反應(yīng)溫度55℃、反應(yīng)時(shí)間10h、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為1500 r?min-1的樣品,發(fā)泡點(diǎn)與負(fù)壓下的累積入滲量同時(shí)達(dá)到較高水平,物理性能也較好,因此確定為制備負(fù)壓滲水材料的最佳反應(yīng)條件。(3)不同助劑的加入對PVFM各性能有不同程度的影響。助劑的加入使吸水倍率下降,使發(fā)泡點(diǎn)、表觀密度、孔隙率升高,使PVFM的機(jī)械性能、累積入滲量有不同程度的升高或降低。綜合看來,硅油與高嶺土混合加入使表觀密度和孔隙率有較大提高,對于硬度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率也有增強(qiáng),尤其對發(fā)泡點(diǎn)值提升最明顯,對入滲量的增強(qiáng)上則表現(xiàn)一般,總體表現(xiàn)優(yōu)于其他助劑。(4)滲水器規(guī)格對PVFM滲水器的負(fù)壓滲水性能有影響�？招腜VFM滲水器的負(fù)壓滲水性能優(yōu)于實(shí)心,實(shí)心PVFM滲水器的累積入滲量與其長度負(fù)相關(guān)。15×3cm空心PVFM滲水器的負(fù)壓滲水性能優(yōu)于陶瓷頭,不同負(fù)壓下,其相同時(shí)間內(nèi)單位面積累積入滲量均高于陶瓷頭,土壤水分運(yùn)移也要快,且能控制比陶瓷頭更大的土壤水分空間。在低吸力階段15×3cm空心PVFM滲水器所確定的土壤水吸力隨土壤含水量的變化關(guān)系與陶瓷頭幾乎一致,可以代替陶瓷頭進(jìn)行土壤水分特征曲線的測定。在適宜常見作物生長的-5~-10kPa范圍內(nèi),15×3cm空心PVFM滲水器比陶瓷頭更易滿足作物對水分的需求。
【關(guān)鍵詞】：聚乙烯醇縮甲醛(PVFM) 微孔材料 制備 負(fù)壓滲水性能 負(fù)壓灌溉
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ328;S275
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景及意義15
• 1.2 負(fù)壓滲水器概述15-18
• 1.2.1 負(fù)壓滲水器材料的基本特點(diǎn)15
• 1.2.2 負(fù)壓滲水器的作用原理15-16
• 1.2.3 負(fù)壓滲水材料的研究進(jìn)展16-18
• 1.3 高分子材料簡介18-20
• 1.3.1 微孔發(fā)泡高分子材料概念及特性18-19
• 1.3.2 微孔發(fā)泡高分子材料研究進(jìn)展19-20
• 1.4 PVFM材料簡介及研究進(jìn)展20-23
• 1.4.1 PVFM簡介20
• 1.4.2 PVFM研究進(jìn)展20-21
• 1.4.3 PVFM制備的影響因素21-23
• 1.5 研究契機(jī)23
• 1.6 研究目標(biāo)23
• 1.7 研究內(nèi)容23-24
• 1.8 技術(shù)路線24-25
• 第二章 材料與方法25-28
• 2.1 PVFM材料的制備25-26
• 2.1.1 試劑與儀器25
• 2.1.2 樣品制備25
• 2.1.3 測試與表征25-26
• 2.2 對滲水器供水性能的測試——土柱實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.2.1 供試土壤26
• 2.2.2 不同負(fù)壓下累積入滲量、滲水速率、土壤含水量的測定26
• 2.2.3 不同負(fù)壓下濕潤峰的觀測26-27
• 2.3 數(shù)據(jù)分析方法27-28
• 第三章 原料配比對PVFM負(fù)壓滲水性能的影響28-37
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)28
• 3.2 結(jié)果與分析28-34
• 3.2.1 配比對PVFM樣品外觀質(zhì)量的影響28-29
• 3.2.2 配比對PVFM樣品基本物理性能的影響29-32
• 3.2.3 配比對PVFM樣品孔隙結(jié)構(gòu)的影響32-34
• 3.3 討論34-35
• 3.4 小結(jié)35-37
• 第四章 不同反應(yīng)條件對PVFM負(fù)壓滲水性能的影響37-42
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)37
• 4.2 結(jié)果分析37-40
• 4.2.1 不同反應(yīng)條件對表觀密度、吸水倍率、孔隙率的影響37-38
• 4.2.2 不同反應(yīng)條件對發(fā)泡點(diǎn)及供水速率的影響38-39
• 4.2.3 不同反應(yīng)條件下四種PVFM樣品性能的比較39-40
• 4.3 討論40-41
• 4.4 小結(jié)41-42
• 第五章 不同助劑對PVFM負(fù)壓滲水性能的影響42-46
• 5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)42
• 5.2 結(jié)果分析42-45
• 5.2.1 不同助劑對PVFM基本物理性能的影響42-43
• 5.2.2 不同助劑對PVFM機(jī)械性能的影響43
• 5.2.3 不同助劑對PVFM負(fù)壓滲水性能的影響43-45
• 5.3 討論45
• 5.4 小結(jié)45-46
• 第六章 物理規(guī)格對PVFM負(fù)壓滲水性能的影響46-56
• 6.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)46-47
• 6.1.1 參與實(shí)驗(yàn)的滲水器規(guī)格46
• 6.1.2 觀測項(xiàng)目46-47
• 6.2 結(jié)果分析47-53
• 6.2.1 一維條件下PVFM滲水器與陶瓷頭滲水性能的比較47-52
• 6.2.2 三維條件下較優(yōu)PVFM與陶瓷頭在不同負(fù)壓下的濕潤峰運(yùn)移狀況386.3 討論52-53
• 6.3 討論53-54
• 6.4 小結(jié)54-56
• 第七章 全文總結(jié)與展望56-58
• 7.1 全文主要結(jié)論56-57
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)57
• 7.3 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 附錄63-68
• 致謝68-69
• 作者簡歷69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：522109