Мешков А.В., Терехова В.И. Полимерные материалы, используемые в защищенном грунте

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мичуринский государственный аграрный университет»

Плодоовощной институт им И.В.Мичурина

Кафедра овощеводства

________________________________________________________________

УТВЕРЖДЕНО

протокол № 6

методической комиссии

Плодоовощного института

от 21.01.08 г.

Методическое пособие

для проведения занятий и самостоятельной работы

по овощеводству защищенного грунта на тему:

«Полимерные материалы используемые

в защищенном грунте»

для студентов по специальности

10202 «Плодоовощеводство и виноградарство»

Мичуринск 2008

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Методическое пособие подготовили: кандидаты с.-х. наук, А.В.Мешков,

В.И.Терехова, ассистент М.Ю. Невзорова.

Рецензент:

С.Л. Расторгуев ст.н. сотрудник, кандидат с.-х. наук

Рассмотрено на заседании кафедры овощеводства

Протокол № 6 от 14 января 2007 года

Содержание

Цель занятия………………………………………………………………………..……. 3

1. Вводное пояснение…………………………………………………………………… 3

1.1. Основные направления применения полимерных материалов…………………..

1.2. Требования к светопрозрачным полимерным материалам для покрытия

культивационных сооружений……………………………………………………. 4

1.3. Основные виды и агроэксплуатационная оценка светопрозрачных

материалов для покрытия теплиц………………….. ……………………………..

1.3.1. Стекло……………………………………………………….…………………… 6

1.3.2. Синтетические полимерные пленки …………………………….………..…… 8

1.3.3. Полужесткие листовые пластики………………………………………………. 13

1.4. Рациональные способы использования светопроницаемых

полимерных материалов в теплицах………………………………………………. 16

2. Порядок выполнения работы………………………………………………………... 19

3. Материалы, оборудование, пособия………………………………………………… 20

4. Вопросы для контроля знаний…………………………………………….................. 20

Приложения………………………………………………………………………………

Технический редактор – Т.И. Медведева

Отпечатано в издательско-полиграфическом центре

ФГОУ ВПО МичГАУ

Подписано в печать 1.02.08 г. Формат 60х84

Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,8 Тираж 100 экз. Ризограф

Заказ №

_______________________________________________________________

Издательско-полиграфический центр

Мичуринского государственного аграрного университета

393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101,

тел. +7 (47545) 5-55-12

E-mail: vvdem@mgau.ru

©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2008

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Цель занятия. Ознакомится с основными направлениями примене-

ния полимерных материалов в овощеводстве, с требованиями к полимер-

ным материалам для покрытия культивационных сооружений. Изучить ха-

рактеристику оптических и механических свойств основных видов свето-

проницаемых полимерных материалов и их агроэксплуатационную оценку

при использовании для ограждения теплиц, укрытий и мульчирования.

Ключевые слова: антистатичность, атмосферостойкость, гидро-

фильность, гидрофобность, запыляемость, механические свойства, муль-

чирование, нетканые полимерные материалы, оптические свойства, плен-

ка, полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), поликарбонат, полужест-

кие пластики, светопрозрачное ограждение, стабилизатор, экранирование

теплиц, эластичность, укрытия, УФ-излучение.

1. Вводное пояснение

1.1. Основные направления применения полимерных материалов

Широкое и рациональное использование полимерных материалов

является важным фактором научно-технического прогресса овощеводства.

Основными направлениями применения полимерных пленок и дру-

гих полимерных материалов в овощеводстве являются:

• Светопрозрачные ограждения культивационных сооружений:

весенних и зимних теплиц, каркасных и бескаркасных укрытий.

• Мульчирование почвы в открытом и защищенном грунте.

• Зашторивание и экранирование теплиц.

• Обустройство систем малообъемной гидропоники.

• Пропаривание тепличных почвогрунтов.

В отечественном овощеводстве полимерные материалы наиболее

широко применяют для покрытия культивационных сооружений: весенних

теплиц, а также разборно-переставных, тоннельных и простейших бескар-

касных укрытий. В этих сооружениях производится практически вся рас-

сада для открытого грунта и ранние овощи.

В последние годы в связи с появлением на рынке долговечных по-

лимерных пленок и полужестких пластиков (поликарбонат, ПВХ, Ондекс

Био и др.) заметно возрос интерес производителей внесезонной продукции

к строительству современных конструкций зимних теплиц с полимерным

покрытием (также зарубежных, например французской фирмы Ришель).

Тепличные комбинаты все шире используют эти и другие специальные по-

лимерные материалы при ремонте и модернизации остекленных теплиц.

Для получения в ранние сроки гарантированного урожая ранних овощей

(кабачок, ранняя капуста и др.) овощеводческие хозяйства стали эффек-

тивно использовать нетканые полимерные материалы (Лутрасил, Спан-

бонд) бескаркасным способом.

Полимерные пленки и нетканые материалы широко используются

населением нашей страны для выращивания разнообразных овощей на

приусадебных и дачных участках.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1.2. Требования к светопрозрачным полимерным материалам

для покрытия культивационных сооружений

Светопрозрачное ограждение – основной элемент культивационного

сооружения, поскольку призвано обеспечить световой и тепловой режимы

в теплице.

Тепличный (парниковый) эффект основан на свойстве светопро-

зрачных материалов пропускать видимое и ультрафиолетовое излучение и

почти не пропускать инфракрасное (тепловое). Видимое излучение, прони-

кая в теплицу, трансформируется в инфракрасное, которое задерживается

внутри кровлей и стенами.

Рисунок 1. Преобразование света в тепло.

Когда луч света падает на объект, его энергия преобразуется в тепло,

а длина волны одновременно увеличивается. Светлое излучение проникает

сквозь стекло, а тепловое отражается им.

Если светопрозрачный материал плохо пропускает тепло, то в сол-

нечное время не происходит избыточного поступления тепловой энергии

извне, а в ночные часы минимальная отдача тепла защищает растения от

переохлаждения. Следовательно, коэффициент пропускания инфракрасных

лучей – это первое, что нужно знать, выбирая тип материала. Лучшим яв-

ляется стекло (пропускает менее 10% теплового излучения), не уступает

ему поливинилхлоридная пленка (ПВХ). А вот обычная полиэтиленовая

пропускает 70–80%. Поэтому при ее использовании в солнечные дни в те-

плицах наблюдается сильный перегрев, а в темное время суток — сильное

охлаждение, которое может оказаться критическим для некоторых куль-

тур, особенно в период заморозков.

При строительстве светопрозрачных конструкций используют –

стекло, акрил, прозрачный полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), по-

ликарбонат и некоторые другие материалы.

Свет (короткие

волны

Стекло

Темный объект

Тепло (длинные

волны)

Стекло

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Для правильного выбора и эффективного использования в каждом

конкретном случае необходимо учитывать требования, предъявляемые к

полимерным материалам.

Показателями пригодности полимерного материала для ограждаю-

щих поверхностей являются: светопроницаемость, проницаемость в ульт-

рофиолетовой части спектра, способность задерживать тепловое излуче-

ние, эластичность, прочность, гидрофильность, устойчивость к воздейст-

вию кислот, щелочей и микроорганизмов, морозостойкость, негорючесть,

антистатичность, стабильность линейных размеров и выравненность по

толщине.

К светопрозрачным материалам для культивационных сооружений

предъявляют следующие требования:

1. Прозрачность пленочного материала в видимой области должна

быть не менее 80%. При выращивании рассады для открытого грунта не-

обходимой является высокая проницаемость для коротковолновых УФ лу-

чей (область В) и пониженная для длинноволновых (область А). Высокая

проницаемость светопрозрачного материала для длинноволнового (инфра-

красного) излучения приводит к выхолаживанию сооружений в ночное

время. Заметное повышение ночных температур воздуха в сооружениях

можно ожидать при проницаемости полимерного материала в области 8-15

тыс. нм ниже 30%.

2. Антистатичность материала и стабильность его структуры

в процессе эксплуатации. В период эксплуатации пленочных материалов

уменьшается коэффициент светопропускания. Это может происходить за

счет изменения внутренней структуры материала в виде помутнения (это

потеря необратимая) и за счет запыления. Пылевые частицы, имеющие по-

ложительный заряд, притягиваются пленкой, которая накапливает на своей

поверхности отрицательный заряд. Запыление может быть значительным

(до 20%) в первые 1-1,5 месяца эксплуатации, что существенно влияет на

световой режим сооружений.

3. Поверхность светопрозрачного материала должна быть

гладкой, обеспечивающей минимум загрязнения и возможность легкой

очистки ограждений при эксплуатации теплиц.

4. Внутренняя поверхность светопрозрачного ограждения (сле-

довательно, и материала) должна обладать гидрофильностью, т.е. способ-

ностью смачиваться водой, чтобы формировать конденсат в виде плоских

капель, которые при определенном угле наклона кровли скатываются по

поверхности вниз. На поверхности гидрофобного (несмачиваемого) мате-

риала образуются шаровидные капли конденсационной влаги, которые от-

рываются и падают на работающих людей и растения, вызывая заболева-

ния последних.

5. Эластичность и прочность светопрозрачных пленок при рас-

тяжении. В процессе эксплуатации эластичность пленки снижается,

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

уменьшается относительное удлинение при разрыве. Критическим значе-

нием относительного удлинения является 80-100%. Потерявшая эластич-

ность пленка не может выдерживать даже незначительных ветровых на-

грузок и вибрации. Снижение относительного удлинения пленки на карка-

сах происходит неравномерно. В первую очередь это происходит на опор-

ных элементах каркаса и в местах рукавных складок. Причина быстрого

старения пленки на опорных элементах заключается в высоких температу-

рах, которые здесь наблюдаются. Быстрое старение пленки в местах ру-

кавных складок происходит в тех случаях, когда в процессе изготовления

рукавная пленка туго наматывается в рулоны в недостаточно остывшем

состоянии. Введение стабилизаторов при изготовлении пленки значитель-

но удлиняет срок ее службы. Стабилизатор, например, антиоксидант бен-

зон ОА, поглощает УФ-излучение и защищает пленку от разрушения. Ли-

нейное расширение пленки по длине и ширине под воздействием темпера-

туры и влаги должны быть минимальными, иначе неизбежно провисание

пленки и быстрое ее разрушение.

6. Светопрозрачный материал должен быть устойчив к воздей-

ствиям кислот, щелочей, масел, температуры (–60...+80°С). Негорю-

честь, водонепроницаемость – также важные свойства. Кроме того, ли-

нейные изменения по длине и ширине под воздействием температуры и

влажности должны быть минимальны.

1.3. Основные виды и агроэксплуатационная оценка светопрозрачных

материалов для покрытия теплиц

1.3.1 Стекло

В защищенном грунте применяют разные виды стекла: оконное,

прокатное, закаленное, солнцезащитное, плавающее, профильное, много-

слойное, питтсбургское, цветное, алмазное, стеклопакеты.

Оконное листовое стекло толщиной 4 мм широко используют для

зимних теплиц. Это стекло выпускают длиной от 600 до 1800 мм и шири-

ной от 400 до 1200 мм. Указанные размеры позволяют применять для ос-

текления теплиц крупные пластины, что способствует улучшению осве-

щенности и сокращению теплопотерь.

Оконное листовое стекло толщиной 4 мм имеет коэффициент на-

правленного пропускания света не менее 0,85, рассеянного – не менее 0,82.

При проектировании ограждений теплиц расчетное сопротивление стекла,

характеризующее его прочность, принимают равным не менее 12,5 МПа, а

среднюю плотность – 2500 кг/м. Следовательно, масса 1 м стекла толщи-

ной 4 мм составляет 10 кг. Цена оконного стекла зависит от толщины и

площади листов, сорта стекла и территориального пояса, в котором нахо-

дится хозяйство.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Прокатным называют листовое стекло, вырабатываемое способом

горизонтального проката и имеющее одну гладкую (кованую) поверхность,

другую – сглаженную рельефную. Его выпускают стеклозаводы в мерном

ассортименте специально для теплиц. Прокатное стекло обладает такими

же физико-механическими свойствами, как и оконное. Положительная

особенность данного стекла – рассеивание падающего прямого потока све-

та, недостаток – повышенная интенсивность загрязнения. Поэтому прокат-

ное стекло необходимо устанавливать гладкой поверхностью наружу, а

рельефной – внутрь теплицы. Кроме того, его сопротивление ударным на-

грузкам (например, града) ниже, чем у оконного стекла, поэтому прокатное

стекло не рекомендуют применять в градобойных районах.

Закаленное стекло получают при специальной термической обра-

ботке листов оконного стекла, в результате которой в поверхностных его

слоях образуются остаточные напряжения сжатия, обеспечивающие по-

вышенную механическую прочность и безопасный характер разрушения

стекла. В результате прочность закаленного стекла на изгиб и удар в пять-

шесть раз превышают прочность оконного при одинаковой их светопропу-

скной способности. Закаленное стекло нельзя резать, поэтому оно должно

поступать на тепличные комбинаты в мерном ассортименте. Опыт приме-

нения закаленного стекла в ограждениях теплиц показал, что даже в градо-

опасных районах его бой при эксплуатации практически исключается.

Солнцезащитным, или теплопоглощающим, называют листовое

светопрозрачное стекло, обладающее более низким по сравнению с окон-

ным пропусканием инфракрасных и других тепловых солнечных лучей,

сохраняя достаточно высокое светопропускание. Применение данного

стекла позволяет в зимнее время уменьшить теплопотери через огражде-

ния теплиц, а летом снизить уровень проникающей тепловой радиации, что

уменьшает перегрев в теплицах.

Плавающее стекло – очень ровное и относительно прочное, цена

€ 3,5/м, в зависимости от метода изготовления и партии, светопроницае-

мость составляет 88-90,5%. При его закаливании прочность значительно

возрастает и оно становится самым безопасным.

Профильное стекло – его поверхность обеспечивает рассеивание

света. Применяется для производственных помещений и иногда для ниж-

ней части фасада теплиц. Относительно дорогое. Светопроницаемость и

рассеяние света – высокие.

Многослойное стекло – имеет 2 слоя стекла (по 3 мм) с 2 слоями

пленки (0,38 мм). Не представляет интереса из-за высокой стоимости и

большой толщины. Возможна высокая светопроницаемость (в зависимости

от метода изготовления и пленок).

Питтсбургское стекло – изготавливают методом вытяжки, оно ме-

нее прочное, чем плавающее стекло. Высокая светопроницаемость пред-

ставляет интерес, но редко применяется из-за хрупкости. Светопроницае-

мость - до 91%.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Цветное стекло – может иметь покрытие для улучшения светопро-

ницаемости, но очень дорогое.

Алмазное стекло – это плавающее стекло, из которого удалена

окись железа. Может быть закаленным. Несколько дороже плавающего

стекла. Светопроницаемость выше 91%.

Стеклопакеты – это изделия, состоящие из двух или более листов

стекла, соединенных между собой по контуру так, что между ними образу-

ется прослойка, заполненная сухим воздухом или газом. По конструктив-

ным особенностям стеклопакеты подразделяют на клееные и сварные.

Стеклопакеты изготавливают в заводских условиях, что обеспечивает чис-

тоту и высококачественное соединение стекол, осушение воздушных про-

слоек и их надежную герметизацию. Опыт показал, что применение стек-

лопакетов возможно не только в вертикальных (боковых и торцовых), но и

кровельном ограждениях. Рекомендуемые размеры для кровли – 740x1280

мм, для вертикальных ограждений – 740x1100 мм. Толщина воздушной

прослойки 9 мм. Применение стеклопакетов экономически выгодно.

Листовое стекло всех видов укладывают в теплицах на полки шпро-

сов шириной 8...10 мм. При увеличении ширины полок снижается осве-

щенность в теплице, при уменьшении возникает опасность выпадения

стекла. Ширина пластин стекла для зимних теплиц зависит от снеговой на-

грузки и составляет от 60 до 75 см. Для закрепления стекол к элементам

ограждений применяют специальные кляммеры (узкие прямые или изогну-

тые металлические пластинки-зажимы).

Герметизацию стеклянных ограждений теплиц осуществляют при

помощи нетвердеющей мастики «Гемаст», ее наносят на шпросы при по-

мощи электрогерметизатора «Тепличный». Мастика сохраняет свои физи-

ко-механические свойства в интервале температур -40…+ 80°С. Срок

службы мастики десять лет; расход на 1 м поверхности стеклянного огра-

ждения составляет 0,5 кг.

1.3.2 Синтетические полимерные пленки

Для покрытия культивационных сооружений в нашей стране пленки

производят в основном из полиэтилена (ПЭ), свыше 90%, и не более 10%

из поливинилхлорида (ПВХ) и других полимеров.

Синтетическая полимерная пленка для укрытия теплиц обладает не-

оспоримыми преимуществами перед стеклом:

• не требует металлоемких, мощных поддерживающих конст-

рукций;

• быстро и легко заменяется;

• ее стоимость ниже.

Теплицы с пленочным покрытием имеют меньшую материало- и

энергоемкость.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 1 – Характеристика светопроницаемых видов пленки

Полиэтиленовая Поливинил-

хлоридная

нестабилизированная

стабилизированная

армированная

гидрофильная.

антистатичная

неармированная

армированная

Коэффициент пропускания в

области спектра, %:

ультрафиолетовой 72-80 6-26 10-18 60-65 10-18 8-18

видимой 80-90 80-87 85 90 88-92 80

инфракрасной 80 80 37 35-60 10 5

Морозостойкость,

С -60 -60 -50 -60 -35 -35

Теплостойкость,

С 80 80 60 80 110 110

Срок службы, мес. 4-5 6-9 18-25 6-7 24-48 30-36

С ростом потребности в пленочных материалах возрастают и предъ-

являемые к ним требования: пленки должны служить долго, обладать эла-

стичностью, легкостью, прочностью, способностью предотвращать скоп-

ление воды, преобразовывать электромагнитное излучение в УФ- и ИК-

диапазонах, включая теплосбережение и предохранение от перегрева.

В наибольших объемах поступает на рынок и до сих пор для этих

целей широко используется нестабилизированная полиэтиленовая

пленка ГОСТ 10354-82, изготавливаемая из полиэтилена высокого давле-

ния марки 10803-020 и 15803-020. Однако эта пленка, несмотря на высо-

кую проницаемость для видимого света (85-87%), а также в ультрафиоле-

товой области В (65-70%), имеет ряд существенных недостатков, главными

из которых являются короткий срок службы (3-5 месяцев) и высокая про-

ницаемость для длинноволнового инфракрасного излучения (75-80%), что

приводит к сильному выхолаживанию сооружения в ночное время. По-

верхность пленки гидрофобная, что приводит к капели, она быстро теряет

светопроницаемость (на 10-20%) за счет запыления и помутнения. Эту

пленку можно использовать на весенних теплицах с коротким сезоном

эксплуатации.

Полиэтиленовая стабилизированная пленка марка СТ 108-08 и

158-08, ГОСТ 10354-83. За счет введения в ее состав стабилизатора бензо-

фенона ОА имеет более длительный срок службы (7-10 месяцев) и слабую

проницаемость для УФ лучей (5-7%), в остальном эта пленка не отличается

от нестабилизированной. Ее целесообразно использовать для покрытия те-

плиц с длительным периодом сезонной эксплуатации.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Полиэтиленовая армированная пленка марки А предназначена

также для покрытия сезонных теплиц (срок службы 15-18 месяцев), пленка

армирована нитями полиэтилена высокого давления, размеры ячейки ар-

мирующей основы 20х20 мм, ширина пленки 200 см, толщина 300 мк, что

в 2 раза повышает ее расход на теплицах, по сравнению с неармированной

пленкой толщиной 150 мк, а ее светопроницаемость на 10% ниже. Бугри-

стая наружная поверхность пленки способствует повышенному ее загряз-

нению. Урожайность в теплицах под этой пленкой на 10% ниже, чем под

обычной ПЭ пленкой. Благодаря очень высокой прочности армированную

пленку рекомендуется применять в районах с высокой ветровой нагрузкой.

За рубежом давно отказались от применения армированных пленок на теп-

лицах в связи с очень большим ее расходом и высокой стоимостью.

Поливинилхлоридная пленка ПВХ кроме полимера – поливинилд-

хлорида, содержит пластификаторы, термостабилизаторы и светостабили-

заторы. Пленка ПВХ толщиной 150 микрон дороже обычной ПЭ пленки

такой же толщины в 4,5 раза. Для покрытия теплиц пригодна ПВХ пленка

марки С (сельскохозяйственная), она производится в виде полотна шири-

ной 120-140 см. Срок службы ее со снятием на зиму – 4 сезона. Снятие с

необогреваемых теплиц обязательна, так как морозостойкость (хрупкость)

пленки всего лишь -20

С.

Проницаемость новой пленки ПВХ марки С для видимого света -

80%, ультрафиолета области В - 20% и теплового излучения - 25%. Пленка

на теплицах загрязняется быстро и устойчиво, светопроницаемость ее в те-

чение первого сезона становится в среднем на 6% ниже исходной, требует-

ся ежегодная промывка пленки.

Механическая прочность ПВХ пленки в 2 раза выше, чем у ПЭ плен-

ки. Она несколько резиноподобная, легко растягивается от небольших

усилий порядка 20-30 кг на 1 м

и довольно тяжелая (ее плотность - 1,4 г

см

). На теплицах под собственным весом пленка провисает, образуя впа-

дины на кровле вблизи вертикальных стен. В них накапливается огромное

количество дождевой воды, происходит необратимое вытягивание пленки

и деформация каркасов. Для избежания провисания пленку на теплицах во

время теплой погоды необходимо периодически подтягивать.

Применение ПВХ пленки для покрытия теплиц экономически вы-

годно, однако недопустимость контакта с пищевыми продуктами и выде-

ление токсичных веществ при утилизации сжиганием не позволяют реко-

мендовать ее к широкому использованию, особенно на садовых и приуса-

дебных участках.

Этиленвинилацетатная сополимерная пленка (сокращенные оте-

чественные названия ее - ЭВА, СЭВА, СЭВИЛЕН).

В настоящее время эта пленка по масштабам применения в защи-

щенном грунте за рубежом занимает второе место после полиэтиленовых,

а в некоторых странах - первое. По внешнему виду ЭВА и ПЭ пленки

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com