双层气柱结构的PO薄膜及在大棚上的应用   0    0

[0001] 本发明专利涉及薄膜材料和结构改变以及保温性能明显提升。

[0002] 随着城乡居民生活水平的提高，社会对超时令蔬菜的需求量日益增加，推动了以塑料大棚蔬菜生产为主的塑料园艺设施栽培的迅猛发展，进而PO膜的市场规模急剧扩大。而且大棚的研究对于高寒地区农村具有重要作用。其能够提高蔬菜单位产量，促进农业可持续发展，带动农户创收积极性、安置就业、提高农村居民生活水平。如在欧盟国家，塑料温室和大棚的面积占到总面积的74％，由于单层薄膜保温性能差的缺点比较明显，因此，在实际生产中采取了许多加强保温的措施，如北方日光温室普遍采用草苫和复合保温棉被保温，采用非充气多层薄膜覆盖加强保温。

[0003] 本发明专利提供一种保温性能较佳，结构简单，能够减少建设成本以及延长农膜的使用寿命和提高农膜的减震抗压效果的PO膜大棚，该薄膜为双层气柱结构，其中充入一定量的空气或者二氧化碳、氮气、氧气混合气体使其成为圆柱形状，充入气体后双层气柱薄膜的形状如图2和图3所示，该形状为横直交替的气柱膜，直气柱一头密封，另一头与主充气道相连，直气柱之间间距较大，每两个直的气柱之间夹着多条横气柱，且横气柱的两头与直气柱相连的地方都有着进气口，使直气柱在充气时能够同时对横气柱进行充气，并能大大挺高充气的均匀性，横气柱与横气柱之间通过热塑成型；在PO薄膜外层覆盖一层氟化镁薄膜其厚度d＝(λ/4.2n‑λ/3.8n)其中(n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长)。在薄膜中充入气体后如图2多个周期单元相切延伸。

[0004] 具体技术方案如下：一种拥有双层气柱式结构的PO薄膜，所述薄膜由多个横直气柱构成基本单元，然后通过热塑成型相切延伸，进一步所述气柱薄膜厚度为0.3～0.6mm，充气后圆柱直径为1.4～2.0cm，气柱之间通过热塑成型，横气柱与横气柱之间的部分宽度为0.15～0.2cm，气柱内设置有空气和/或混合气体气体，在PO薄膜外层覆盖一层氟化镁薄膜其厚度d＝(λ/4.2n‑λ/3.8n)其中(n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长)。在上述技术方案的基础上，本发明将所述的双层气柱结构的PO棚膜在保温大棚上的应用。

[0005] 针对传统聚乙烯薄膜的保温性在夜晚时需要棉被覆盖来达到保温效果的缺点，本发明在采用新型材料PO膜外层覆盖氟化镁增透膜的同时充入空气或氮气、二氧化碳、氧气的混合气体(混合气体成分为二氧化碳为51.2％～60.3％，氧气5％～10％，剩余量为氮气)使其成为气柱形，有效增加了薄膜的厚度以及薄膜的透光率。未充入气体时通过薄膜散失的热量较多，即热量直接从薄膜的一侧传递到另一侧介质。而当充入气体后传递介质增加了空气，可以有效的阻挡热量的传导、对流与辐射。不仅能去除盖取棉被这一过程，还能提升薄膜的保暖效果以及透光效果。

[0006] 通过设计恰当大小的气柱以及增透膜的厚度，实现了太阳光照射到PO薄膜表面时，相比单层薄膜，更多光线能透入到薄膜覆盖大棚内，少部分在薄膜表面被反射和被薄膜自体吸收。透射进来的光，被畦面、空气、植物体、设备吸收、反射及折射，再以热的形式释放和传导，使土壤深层、地表、空气和植物体保持温暖，蔬菜得到生长。

[0007] 具体的对本专利结构以及材料的研究，不同种类薄膜同体积保温性：普通薄膜降温在不到200S内，温度就迅速降低到了‑3℃，气泡薄膜400S以前，温度降低较快，随后，温度降低速度显著放缓，并在很长时间内保持温度高于盒子外面气温‑3℃。气柱薄膜的降温速度则更加缓慢，且在800S后基本保持温度不变。在相同的时间内，当普通薄膜结构已经降温到0℃时，气泡薄膜室内温度维持在零上5℃，而气柱薄膜还维持在零上9℃左右，可见气柱薄膜结构保温效果十分显著。同种薄膜不同体积保温性：单位体积薄膜降到0℃大约为350S，1.5倍体积气柱薄膜降到0℃大约为444S，两倍体积气柱薄膜降到0℃时大约为548S降温到0℃时间相对于参考空腔延长了近60％。而在透光率方面冬季典型晴天与阴天两种棚膜的光强日变化比较中PE膜覆盖的温室的透射率较PO膜分别低4.7个百分点和4.5个百分点，添加增透膜以后PO膜透射率将近一步增加，明显优于传统塑料薄膜。

[0008] 图1：长阳县冬季月平均气温以及极端最低气温。

[0009] 图2：本发明PO薄膜横直结构示意图，其中，1.进气口，2.直气柱，3.横气柱。

[0010] 图3：本发明PO薄膜实验装置图，其中，1.照明光源，2.薄膜覆盖层，3.支撑薄膜结构。

[0011] 图4：本发明PO薄膜与不同种类薄膜同体积保温性的对比图。

[0012] 图5：本发明PO薄膜在空腔为单位体积，1.5倍体积，2倍体积下的保温效果图。具体实施方案

[0013] 下面结合附图对本发明的保温性研究结果进一步说明，本申请的技术方式是针对长阳县火烧坪冬季的温度进行的实验，如图1所示，记录了长阳县火烧坪从2013‑2017年冬季11月到次年3月份的月平均气温以及极端最低气温，由图看出每年1月2月这两个月极端气温最低且平均气温也处于较低状态大约在零下3℃左右；极端气温大约分布在‑5℃～‑10℃，但极端气温毕竟出现的较少，而平均气温大都在0℃左右，即在冬季时月平均气温在0℃左右严重影响蔬菜的存活甚至导致蔬菜无法生长。

[0014] 实施例1

[0015] 不同种类薄膜同体积保温性

[0016] 一种拥有双层气柱结构的PO膜大棚，所述的薄膜由直气柱和横气柱组成，横气柱的两头与直气柱相连的地方都有进气口，使直气柱在充气时能够同时对横气柱进行充气，大大挺高了充气的均匀性，横气柱与横气柱之间通过热塑成型，所述气柱薄膜厚度为0.6mm，充气后圆柱直径为2.0cm，气柱之间通过热塑成型部分宽度为0.16cm，气柱内设置有空气或氮气、二氧化碳、氧气的混合气体(混合气体成分为二氧化碳为58％～60％，氧气9％～10％，剩余量为氮气)，其外部覆盖一层增透膜，增透膜材料为氟化镁薄膜。本实验基地为长阳县，保证光照充足前提下调节室温在20℃左右，清除恒温器内部水珠并调节恒温器温度控制在‑3℃，保持内部空气湿度与大气湿度相同利用温度计检测确定其读数正常。装好温度计与设备连接信号灯正常闪烁，将温度计放入单位体积(0.95立方分米)纸盒中，记录温度，然后将纸盒放到恒温器中，观察温度变化，记录实时温度。将记录的温度导入到软件中保存，保证其他条件不变的情况下，更换覆盖薄膜，依次记录温度到软件中。做温度时间曲线图，比较薄膜保温性能以及降到零下3℃摄氏度时的时间长短。由图5可以看出当光照条件正常的情况下普通薄膜降温到‑3℃大约在200S左右，而泡泡薄膜基本降不到‑3℃，且温度下降速度低于普通薄膜，气柱薄膜降温速度更加平缓明显慢于普通薄膜，且在800S后基本保持温度不变。普通薄膜降到0℃时，气柱薄膜在零上9℃左右，泡泡薄膜在零上5℃左右。

[0017] 实施例2

[0018] 同种薄膜不同体积保温性

[0019] 一种拥有双层气柱结构的PO膜大棚，所述的薄膜由直气柱和横气柱组成，横气柱的两头与直气柱相连的地方都有进气口，使直气柱在充气时能够同时对横气柱进行充气，大大挺高了充气的均匀性，横气柱与横气柱之间通过热塑成型，所述气柱薄膜厚度为0.6mm，充气后圆柱直径为2.0cm，气柱之间通过热塑成型部分宽度为0.16cm，气柱内设置有空气或氮气、二氧化碳、氧气的混合气体(混合气体成分为二氧化碳为52％～55％，氧气5％～7％，剩余量为氮气)，其外部覆盖一层增透膜，增透膜材料为氟化镁薄膜。本实验基地为长阳县，保证光照充足前提下调节室温在20℃左右，清除恒温器内部水珠并调节恒温器温度控制在‑3℃，保持内部空气湿度与大气湿度相同利用温度计检测确定其读数正常。装好温度计与设备连接信号灯正常闪烁，将温度计放入单位体积(0.95立方分米)纸盒中，记录温度，然后将纸盒放到恒温器中，观察温度变化，记录实时温度。将记录的温度导入到软件中保存，保证其他条件不变的情况下，更换支架体积大小分别为1.5倍，2倍，依次记录温度到软件中。做温度时间曲线图，比较薄膜保温性能以及降到零摄氏度时的时间长短。由表1为PO薄膜薄膜的体积与降温的相关性图、图5可以看出单位体积薄膜降到0℃大约为六分钟左右而1.5倍体积气柱薄膜降到0℃大约为七分多钟，两倍体积气柱薄膜降到0℃时大约为九分钟左右，显而易见两倍体积气柱薄膜降到0℃时比单位体积气柱薄膜降到0℃时间要长约180S。曲线下降比较平缓且温度下降到0℃时间随体积增大而延长，足以证明保温效果随体积增大而增加。

[0020] 表1PO薄膜薄膜的体积与降温的相关性图

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