王欣 王克儉（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院成型制造研究中心）

一、概述

中國(guó)自古以來(lái)是以“農(nóng)”立國(guó)，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，中國(guó)始終把農(nóng)業(yè)的發(fā)展放在首位。而農(nóng)用薄膜在利用國(guó)土資源、增加作物產(chǎn)量和提高經(jīng)濟(jì)效益等方面有著極大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展起著重要的作用。在20世紀(jì)50年代，農(nóng)業(yè)開(kāi)始運(yùn)用塑料薄膜，在60年代中國(guó)開(kāi)始制造使用薄膜。目前我國(guó)已經(jīng)成為世界上使用農(nóng)業(yè)薄膜最多的國(guó)家。其產(chǎn)量和覆蓋率位居世界第一。大力發(fā)展塑料薄膜應(yīng)用技術(shù)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增益、糧食作物產(chǎn)量有著很好地幫助。農(nóng)業(yè)薄膜按其分類(lèi)分為地膜和棚膜兩種。隨著農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，開(kāi)發(fā)及使用棚膜的技術(shù)也逐漸提高。

本文簡(jiǎn)單介紹近年來(lái)國(guó)內(nèi)外塑料棚膜的發(fā)展概況、農(nóng)用棚膜所應(yīng)用的材料以及使用情況，并對(duì)我國(guó)塑料棚膜發(fā)展存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出發(fā)展建議。

二、國(guó)內(nèi)外農(nóng)用棚膜現(xiàn)狀及發(fā)展

目前我國(guó)已成為世界上棚膜覆蓋率的最高的國(guó)家，據(jù)最新資料顯示，農(nóng)用棚膜的覆蓋面積近20萬(wàn)公頃，我國(guó)每年各種棚膜的使用量約140多萬(wàn)噸，棚膜每年的需求量約70多萬(wàn)噸[1]。通過(guò)近30年的努力和發(fā)展，我國(guó)研制出的農(nóng)用塑料棚膜逐漸與國(guó)外的塑料棚膜減小差距。對(duì)于一些發(fā)達(dá)國(guó)家如北美、荷蘭和日本等國(guó)已經(jīng)形成了相對(duì)成熟的農(nóng)用棚膜市場(chǎng)，在這些地區(qū)的市場(chǎng)占很大比例的是具有多種功能、有效使用壽命長(zhǎng)的三層共擠棚膜。而像印度、越南、菲律賓等人口高度密集的國(guó)家，棚膜的使用量劇增，增長(zhǎng)速度很快。我國(guó)在塑料棚膜技術(shù)上不斷跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，PVE、PE、EVA無(wú)滴膜已在 90年代逐步普及應(yīng)用，近兩年開(kāi)發(fā)成功的PVC、PE、EVA消霧型無(wú)滴膜將在3、5年內(nèi)逐步取代普通無(wú)滴膜在冬暖式大棚上的推廣和使用[2]。消霧型無(wú)滴膜是配方中加入了防霧氣的特殊塑料助劑（有機(jī)氟或有機(jī)硅），生產(chǎn)出這種消霧無(wú)滴膜不僅具備了普通無(wú)滴膜的透光、保溫、防老化及無(wú)滴功能，而且能使靠近棚膜的空氣中的水汽吸附在膜的表面，形成水膜向下流沿，從而防止和消除棚內(nèi)的霧氣，降低了空氣相對(duì)濕度，并增加了棚內(nèi)光照強(qiáng)度，從而達(dá)到了升高棚內(nèi)氣溫和地溫，減輕病害發(fā)生，提高作物產(chǎn)量的目的。這種PVC、PE、EVA等樹(shù)脂生產(chǎn)的消霧膜從功能性和價(jià)格等多方面非常適合我國(guó)現(xiàn)階段設(shè)施園藝發(fā)展水平的需要，應(yīng)加大推廣開(kāi)發(fā)力度[3]。BOPET（雙向拉伸聚酯薄膜）是一種新型高分子薄膜材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)性能好、使用溫度范圍寬、耐折、耐腐蝕等優(yōu)良的綜合性能，它已廣泛用于包裝材料等諸多領(lǐng)域。在國(guó)外 BOPET在農(nóng)用大棚膜方面已得到較為廣泛應(yīng)用。BOPET大棚膜其抗拉強(qiáng)度是PE膜的9倍且透光性更好、壽命更長(zhǎng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，PET棚膜在美國(guó)和日本發(fā)展較快、應(yīng)用較多。PET棚膜在我國(guó)目前尚未得到應(yīng)用，但是 BOPET的優(yōu)良的綜合性能已受到有關(guān)方面的關(guān)注，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮?，前景無(wú)限，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)農(nóng)用塑料棚膜依然有很大的發(fā)展空間[4]。表1是我國(guó)棚膜發(fā)展歷史。

表1 棚膜發(fā)展

三、農(nóng)用塑料棚膜的選材

生產(chǎn)農(nóng)用棚膜之前我們應(yīng)該對(duì)選用原材料的主要性能有所了解，為了使制備出的塑料棚膜具有更加穩(wěn)定的產(chǎn)品性能以及有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，原材料基礎(chǔ)樹(shù)脂的選擇是制備農(nóng)用棚膜的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)農(nóng)用塑料棚膜所用原材料主要為聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（LDPE，LLDPE，HDPE，mLLDPE）和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）這三種樹(shù)脂。國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)的樹(shù)脂有聚酯、離子型交換樹(shù)脂、PET及ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚樹(shù)脂）等樹(shù)脂[5][6]。

3.1 聚氯乙烯（PVC）樹(shù)脂

聚氯乙烯（PVC）是線(xiàn)型分子無(wú)定形結(jié)構(gòu)，沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)。一般相對(duì)密度為1.4 g/cm3，折光率為1.544。聚氯乙烯（PVC）棚膜具有保溫性、透光性、耐候性好，易造型等特性，初期透光率高，有彈性適合作為溫室、大棚及中小拱棚的外覆蓋材料[14]。PVC是非結(jié)晶性高聚物，一般僅有5%左右的少量結(jié)晶，其透明性?xún)?yōu)于PE、EVA等樹(shù)脂。PVC的最大優(yōu)點(diǎn)是具有難燃性和自熄性。缺點(diǎn)是薄膜比重大，一定重量的棚膜覆蓋面積比PE少1/3且成本增加。在低溫下易脆化、易變硬，在高溫下易軟化、易松弛、耐老化性也變差，這是由于增塑劑等助劑的析出防塵性不好，相對(duì)使用期較短，對(duì)應(yīng)力敏感，故變形后不能完全復(fù)原。因?yàn)镻VC棚膜配方工藝較復(fù)雜、存在著增塑劑毒性及增塑劑遷移等問(wèn)題，特別是PVC不易回收，殘膜不能燃燒處理，焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的氯化氫氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境，所以現(xiàn)在其應(yīng)用范圍越來(lái)越小，用量逐漸減少。因?yàn)镻VC的熔融溫度接近于其分解溫度，會(huì)使PVC的熱穩(wěn)定性不好，成型加工性能不好，加工溫度控制不好易于降解、糊料[7][8]。

3.2 聚乙烯樹(shù)脂

聚乙烯樹(shù)脂包含PE、LDPE（高壓聚乙烯）、LLDPE（線(xiàn)型低密度聚乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯膜）等。聚乙烯棚膜質(zhì)地輕，柔軟，易造型，透光性好，無(wú)毒，適于做各種棚膜，是我國(guó)主要的棚膜品種。其缺點(diǎn)是：耐候性及保溫性差，不易粘接。如果生產(chǎn)大棚薄膜，必須加入耐老化劑、無(wú)滴劑、保溫劑等添加劑，才能適于生產(chǎn)的要求。目前國(guó)內(nèi)棚膜以PE膜為主，由于PE耐老化性較差，我國(guó)PE厚度0.05 mm長(zhǎng)壽膜（用于中小棚）和0.08 mm（用于大棚）膜使用壽命僅為1～2年。國(guó)際上近年新開(kāi)發(fā)的茂金屬線(xiàn)形低密度聚乙烯（mLLDPE），則以?xún)?yōu)異的高透光率、低霧度（與純 EVA薄膜、PVC棚膜相近）的光學(xué)性能及突出的高拉伸、高穿刺強(qiáng)度的力學(xué)性能，贏得國(guó)內(nèi)農(nóng)膜企業(yè)的青睞[9][13][15]。

3.3 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）樹(shù)脂

EVA樹(shù)脂是近年來(lái)用于農(nóng)業(yè)上的新的棚膜材料，用其制造的棚膜，透光性、保溫性及耐候性都強(qiáng)于PVC或PE棚膜。EVA棚膜覆蓋可較其他棚膜增產(chǎn)10%左右，可連續(xù)使用2年以上，老化前不變形，用后可方便回收，不易造成土壤或環(huán)境污染。EVA樹(shù)脂是乙烯-醋酸乙烯共聚物，它的性能與醋酸乙烯酯（VA）的含量高低有很大關(guān)系：VA越小，性能越近似高壓聚乙烯，而VA越多越像橡膠。

若VA含量一定，MFR增加則軟化點(diǎn)下降而加工性能及光澤性得以改善，但強(qiáng)度低；反之MFR減小，則分子量增大，能提高它的耐沖擊性及應(yīng)力開(kāi)裂性。若VA增加，則EVA樹(shù)脂的結(jié)晶度下降，密度增加，透光性好，保溫性好。由于EVA樹(shù)脂具有弱極性，所以與流滴劑、防霧劑的相容性好于聚乙烯，其耐寒性、耐沖擊性、透明性、可焊接性都優(yōu)于PE樹(shù)脂[10][16]。表2是幾種EVA的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)[11]。

表2 EVA的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 棚膜的分類(lèi)

3.4 棚膜的分類(lèi)

控制性功能塑料棚膜是21世紀(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)，是人工環(huán)境溫室發(fā)展和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。內(nèi)添加法是指把各種功能助劑，比如耐老化、流滴、保溫、消霧等，與載體樹(shù)脂制成母粒，然后與基礎(chǔ)樹(shù)脂通過(guò)共混熔融、擠出、冷卻定型、收卷等過(guò)程制成成品。涂覆法是指通過(guò)專(zhuān)用的涂覆設(shè)備將涂覆液均勻一致地涂在棚膜表面，解決因材料的疏水性強(qiáng)，冬季覆蓋易出現(xiàn)水滴和霧氣的問(wèn)題。涂覆法生產(chǎn)的農(nóng)膜在流滴消霧性和透明度方面有很大改進(jìn)。單層共擠是將所有原料和助劑通過(guò)一臺(tái)擠出機(jī)共混擠出成型，多層共擠是將不同的助劑按照科學(xué)的配方設(shè)計(jì)，在每臺(tái)擠出機(jī)中搭配不一樣的功能助劑和樹(shù)脂，以避免不同助劑間的功能沖突，達(dá)到最優(yōu)化協(xié)同效果的目的[12][17][18]。

3.5 棚膜生產(chǎn)的工藝流程

將樹(shù)脂、防老劑和加工助劑三者高速攪動(dòng)混合在一起，再將混合均勻的物料加入擠出機(jī)料斗，分別進(jìn)行單螺桿、雙螺桿造粒，在螺桿的加熱、輸送、剪切作用下，熔融料從機(jī)頭圓形的口模連續(xù)擠出，呈厚度均勻的圓形膜管；從機(jī)頭下部吹入適量的壓縮空氣，使其徑向吹脹；同時(shí)被上牽引夾輥縱向牽伸；位于機(jī)頭上部的冷卻風(fēng)環(huán)將冷風(fēng)吹向膜泡外表面，使膜泡冷卻定型；通過(guò)人字板壓疊或插疊，進(jìn)入上牽引夾輥，成為扁平狀；在下?tīng)恳饔孟?，薄膜?jīng)導(dǎo)向輥、印字裝置、剖刀、展平輥等，進(jìn)入中心或表面收卷裝置，通過(guò)吹塑機(jī)組進(jìn)行制造，最后被切割的膜卷即為薄膜成品[19]。

圖1 棚膜生產(chǎn)的簡(jiǎn)易流程圖

圖2生產(chǎn)的棚膜

3.6 棚膜的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)農(nóng)用棚膜的國(guó)標(biāo)有2個(gè)，一是《農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑棚膜》GB4455-2006，二是《農(nóng)業(yè)用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）吹塑棚膜》GB/T20202-2006。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)棚膜最基本的要求，生產(chǎn)企業(yè)必須按照標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行生產(chǎn)。為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，指標(biāo)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。以厚度為例，按照GB4455-2006的要求，幅寬＞8 m，厚度＞0.08 mm的棚膜，厚度極限偏差為±25%，平均厚度偏差為±12%；以生產(chǎn)高端棚膜的上海普拉斯克塑料有限公司的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為例，厚度極限偏差±15%（實(shí)際控制指標(biāo)可在±10%左右），平均厚度偏差為±5%。棚膜的使用壽命或功能喪失往往從最薄點(diǎn)開(kāi)始。因此，在棚膜的質(zhì)量指標(biāo)當(dāng)中，其關(guān)鍵點(diǎn)就是對(duì)厚薄均勻度的控制，這往往體現(xiàn)了生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備精密程度和管理水平。對(duì)于質(zhì)量的控制，嚴(yán)格的質(zhì)量控制，能保證棚膜質(zhì)量的穩(wěn)定，但很多廠(chǎng)家并沒(méi)有真正建立起自己的質(zhì)量控制體系，有的甚至連基本的檢測(cè)設(shè)備都沒(méi)有，基本憑經(jīng)驗(yàn)、靠人工判斷，給客戶(hù)帶來(lái)的不必要損失。棚膜生產(chǎn)的基本要求為：工廠(chǎng)既要有完備的檢測(cè)檢驗(yàn)設(shè)備，又要有嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系[20]。

四、發(fā)展推廣塑料棚膜的建議措施

開(kāi)發(fā)適合當(dāng)前市場(chǎng)需要的新一代功能性棚膜生態(tài)膜，既能提高產(chǎn)品的功能性，如長(zhǎng)壽耐老化、高保溫等還要增加作物產(chǎn)量，最主要能有效改善作物品質(zhì)、減輕作物病蟲(chóng)害，這已成為農(nóng)膜行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急[20][21]。我國(guó)農(nóng)用塑料棚膜雖然發(fā)展了近30年，但是還存在許多問(wèn)題：

（1）棚膜制造廠(chǎng)規(guī)模小沒(méi)有過(guò)硬的品牌，企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)投入少、規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益差，導(dǎo)致棚膜質(zhì)量不穩(wěn)定造成大棚過(guò)早破壞，給農(nóng)民帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

（2）我國(guó)農(nóng)膜生產(chǎn)使用的原材料樹(shù)脂不多且不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要；農(nóng)膜使用助劑生產(chǎn)水平也低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平，很難滿(mǎn)足要求。目前國(guó)內(nèi)采用代用品樹(shù)脂較多，加上助劑質(zhì)量不穩(wěn)定或差，也引起大棚過(guò)早破壞，造成經(jīng)濟(jì)損失。

（3）使用者過(guò)分追求經(jīng)濟(jì)效益、選購(gòu)棚膜的厚度逐年下降帶來(lái)安全系數(shù)較小的問(wèn)題，加上使用不當(dāng)，也引起大棚過(guò)早破壞，造成經(jīng)濟(jì)損失。多層共擠對(duì)功能性棚膜的改進(jìn)有更多的選擇，對(duì)每層原材料配方的科學(xué)合理設(shè)計(jì)是競(jìng)爭(zhēng)力核心的體現(xiàn)。更為重要的是，設(shè)備的精密程度又決定了生產(chǎn)過(guò)程能否按照配方的要求將母料/助劑均勻分布于棚膜的每一個(gè)點(diǎn)上。

所以政府應(yīng)積極向農(nóng)民推廣新棚膜及配套技術(shù)，也可適當(dāng)給予經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助，采取經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼或減免生產(chǎn)新型棚膜產(chǎn)品稅的政策激勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)新型棚膜；要充分利用電視、報(bào)刊等宣傳渠道，加大宜傳力度。

最近國(guó)家農(nóng)業(yè)部將新型膜的開(kāi)發(fā)推廣列人了全國(guó)豐收計(jì)劃后備技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行配套技術(shù)研究和推廣，這將促進(jìn)新型多功能大棚膜技術(shù)的研究發(fā)展[22][23]。

五、結(jié)論

農(nóng)用棚膜的廣泛應(yīng)用，對(duì)農(nóng)膜生產(chǎn)企業(yè)的要求越來(lái)越多。生產(chǎn)出高性能（如高透光、高保溫、長(zhǎng)流滴持久期、長(zhǎng)防霧效果、高透明、超長(zhǎng)壽等功能）、高質(zhì)量、低成本的農(nóng)用棚膜是每個(gè)農(nóng)膜生產(chǎn)企業(yè)所致力的方向。功能化、無(wú)毒化、專(zhuān)用化是農(nóng)用棚膜的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)的棚膜在功能化方面將繼續(xù)發(fā)展、提高；加強(qiáng)對(duì)有色薄膜的研究；能夠適應(yīng)不同作物對(duì)溫度需求的薄膜將有很大的發(fā)展空間。在如今經(jīng)濟(jì)和科技技術(shù)飛速發(fā)展的環(huán)境下，要以注重細(xì)節(jié)和不斷創(chuàng)新的進(jìn)取精神不斷前進(jìn)，只有這樣，中國(guó)的農(nóng)用棚膜市場(chǎng)必能快速發(fā)展。