利用ERE拉伸流變塑化擠出技術生產的全回收高強度農用地膜,能夠達到在棉花收獲后能使用機械進行一次性全量回收,有效解決地膜使用后長期困繞農民增產增收的殘膜白色污染問題。同時生產的地膜,具有保溫保墑性能更好的功能,用在新疆棉花種植試驗時,棉花的生產節點可以提前2周,棉花平均株高提高8cm,產量可以提高5%以上。 利用該技術生產的地膜,因有效地保護了分子量結構,同樣厚度的地膜強度更高、有更好的耐候性、高透亮度、耐刺穿性優異等性能。 目前,已開發ERE-46機型(“ERE高強度全回收農用地膜”專用加工設備),已處于產品中試階段。后續開發ERE-60、ERE-80等大型設備。 成果項目是通過自主創新,研究開發基于“拉伸流變技術”的全回收農用地膜制造成套技術裝備,是一項具有國際領先水平的新技術,具有廣闊的推廣應用前景。 成果項目是制備薄膜的成套技術裝備,主要應用在多層復合薄膜制造以及特定功能薄膜制備上,其生產的薄膜制品具有突出的物理性能,能夠實現全回收,有效提升薄膜產品的綜合性能,可應用農業覆膜種植領域,有效解決殘膜污染問題。
展開高強度農用地膜能夠實現100%全回收再利用功能,主要得益于由華南理工大學瞿金平院士發明的“基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運技術”的發明專利技術。該專利技術在2015年以獨占許可的方式授權給廣東星聯科技有限公司(簡稱“星聯科技”)使用,同時由星聯科技負責技術產業化落地工作。經過星聯科技4年多的研發工作,已成功研發并生產制造“ERE高強度全回收農用地膜”專用加工設備(簡稱“專用設備”),與東莞市正新包裝有限公司合作生產高強度全回收農用地膜。 專用設備利用ERE拉伸流變塑化擠出的特性,在高分子材料加工過程中,對原材料本身性能破壞低,且能夠實現高分子量乃至超高分子量聚乙烯薄膜的吹膜成型加工。高分子量聚乙烯具有機械強度高、耐候性好、耐刺穿性優異等特點,利用ERE高效混合分散特點,將各種功能性添加劑和難以加工卻具有良好耐刺穿性的茂金屬聚乙烯摻混到基礎樹脂中,優化配方設計及工藝調整能夠獲得綜合性能優良的高強度全回收地膜,實現100%回收再利用農用地膜的生產,新型地膜高于現有的78.6%地膜回收率。該技術其主要創新點體現在: 1、完全正位移體積輸運方式 率先利用物料加工體積連續周期性變化,實現了超高分子量材料完全正位移特性的體積輸運過程,具有輸運效率高、不依賴物料自身特性等特性,有效實現新型地膜高性能化、低能耗、短流程制造。 2、弱剪切,大幅度降低分子量損失 拉伸流變塑化擠出設備加工的產品因材料加工熱歷程短,弱剪切,相對傳統的“剪切流變”而言,高分子材料分子鏈不易斷裂,分子量下降少,有利于保持物料的完整性,材料的性能保持完好。 3、突破性創新制造共混新材料 拉伸流變塑化擠出設備加工過程中,不同物料之間塑化受拉伸形變支配,能有效打開納米粒子團聚,實現納米粒子在聚合物基體中的分散,有利于不同體系的材料混合均勻,相互滲透鉸鏈,形成高強度的新材料。
展開利用ERE拉伸流變塑化擠出技術生產的全回收高強度農用地膜,制備新膜厚度10μm,縱向拉伸力7.4/N,橫向拉伸力4.6/N,縱向撕裂力1.39/N,橫向撕裂力1.04/N。新膜使用前,相同厚度下,對比國標,橫縱向拉伸力、撕裂力均優于國家標準。 新膜在棉地覆膜使用180天后,通過釘輥機械回收,實現殘膜全回收。經檢測,殘膜的縱向拉伸力3.6/N,橫向拉伸力1.9/N,縱向撕裂力1.36/N,橫向撕裂力1.02/N。經過180天的使用后,利用ERE拉伸流變塑化擠出技術生產的全回收高強度農用地膜雖然拉伸強度下降,但是仍遠遠高于國標要求(國標1.7/N);撕裂強度基本沒有變化。 其原因在于使用過程中的薄膜的大分子量(超過10萬)聚乙烯先斷鏈降解,由于材料中的大分子量聚乙烯對薄膜的拉伸強度影響較大,所以隨著大分子量聚乙烯的降解,薄膜的拉伸性能隨著降低;但是由于該材料的耐老化性能比較好,在180天的使用期限內,決定材料韌性的分子量較低的聚乙烯降解很少,薄膜的撕裂性能得以保持。
展開“ERE高強度全回收農用地膜”專用生產設備使用的技術標準是由星聯科技制定的茂金屬聚乙烯拉伸流變擠出機(Q/XLKJ1-2019);設備生產的高強度產薄膜,主要對比參考《聚乙烯吹塑農用地膜覆蓋薄膜標準》(GB 1373-2017),所有數據均高于國標。
展開(一)成果項目技術成熟程度方面 自2017年開始,星聯科技聯合華工、新疆農墾科學院、東莞正新包裝開展高強度全回收農用地膜的田間覆膜試驗,在新疆覆膜棉花地500畝進行首次試驗,基本解決了地膜普遍存在破損嚴重、強度低、延展性差等問題,當年秋天使用周期結束后進行地膜回收,效果良好且回收后地膜強度如下:縱向拉伸力≥3N,橫向拉伸力≥2.5N,直角撕裂力≥1N,斷裂伸長率≥300%,滿足高強度回收地膜的性能要求。 2018年4月,在新疆覆膜棉花地4000畝進行第二次試驗。取得了全回收的理想效果。“ERE高強度全回收農用地膜”專用設備研發已取得階段性成果,成功完成產量100Kg/h地膜專用ERE-46機型的試驗試制工作,項目進入了中試階段。后續,將根據地膜加工的特點,進行中大ERE機型的研發試制,計劃2年內完成500Kg/h產量ERE地膜設備的中試工作,有效提高產能,降低生產成本,為高強度全回收農用地膜的大規模生產作技術上的準備。 (二)市場接受程度 目前,因為設備投入致使新型地膜直接使用成本高于普通地膜,而節省的成本及增加的收入用戶沒有親身體會,因此農戶沒有使用高強度地膜的積極性。高強度地膜的推廣,需要相關部門進行示范性推廣補貼。高強度地膜使用的直接成本雖然高于普通地膜,但是其使用后棉花增產、棉花品質提升、農機使用費下降、薄膜回收分離費用降低、回收的地膜價值比較高等優勢,完全能夠補償該成本,甚至實現增收,市場接受需要一個過程,以及政策的引導。 (三)市場優勢 當前,地膜多以LLDPE為原料,厚度小于0.01mm,使用后容易老化變成碎片,造成回收困難。多年持續使用地膜而未重視回收,致使農田地膜殘留量累積,造成嚴重的“白色污染”。殘膜污染已成為影響農田生態環境和農業可持續發展的重要因子,對優勢農業和區域經濟的發展構成威脅,迫切需要對其進行有效治理。本項目成果能夠實現農用地膜全回收,直擊殘膜回收難、再利用率低的行業痛點,填補農用領域內的多項空白,提升我國在農用薄膜應用領域的市場競爭力。與國內外企業相關技術產品對比,有較大優勢,主要表現為: 1、成型裝備技術優勢:完全自主知識產權生產專用設備,采用的新技術具有國際領先水平,是塑料加工領域的重大創新,能部分替代現有傳統設備實現技術升級,也能被用于特定功能薄膜的生產,具有極大的市場競爭優勢。 2、產品性能、使用成本優勢:利用“ERE高強度全回收農用地膜”專用設備生產的薄膜具有較完整的分子鏈結構,賦予薄膜良好的橫向性能,實現薄膜的自增強。在滿足薄膜使用要求的條件下降低薄膜的厚度。由于薄膜厚度降低,一方面將減少了塑料材料的用量,從而在源頭上節能降;另一方面,減少的塑料用量將為終端客戶帶來巨大的成本節約,提高相關產品的市場競爭力。
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