高端棚膜的制造应用与发展

李树旺+Pavlos+Verroios1+王春雷+崔继峰

（1.Plastika Kritis Group；2.上海普拉斯克塑料有限公司，上海 201401；3.北京金华峰工贸有限公司，北京 101200）

用薄膜，主要是指棚膜、地膜、畜禽养殖畜牧膜等。农用塑料棚膜（简称棚膜）作为设施园艺重要的覆盖材料，近年来，取得了长足的发展，成为设施农业不可或缺的生产资料。中国自20世纪50年代末开始将PVC薄膜应用于温室覆盖，60年代开始生产PVC农用薄膜，70年代初开始生产PE-LD农膜。进入21世纪，EVA、涂覆膜开始作为覆盖材料应用于设施农业，其产量和覆盖面积迅速扩大，居世界首位。作为最大的农用薄膜市场，中国占全球整个农用薄膜市场的71%，农用棚膜和地膜占全球市场的80%[1]。

从应用角度看，棚膜已经广泛用于蔬菜、花卉、工厂化育苗、瓜果、水稻育秧、烟草、畜牧水产、食用菌种植、生态餐厅、智能温室等诸多领域；从温室类型看，无论是中小棚、单栋大棚、节能日光温室、连栋温室、双层充气温室、动物圈舍、食用菌大棚等，都需要选用高端棚膜达到持续稳定生产的目的。

然而高端棚膜在中国的应用并不尽如人意，市场占有率大约只有5%左右。究其原因，一是产品同质化竞争严重，企业不注重产品研发，重模仿，轻创新，导致无序竞争，陷入价格战泥潭；二是市场引导工作不到位，生产和销售多注重眼前利益，忽视长远利益，不注重研究客户真实需求，一味迎合低价需求；三是产业集中度低，企业规模小，缺乏市场竞争力，转型升级举步维艰。棚膜不仅仅是一块挡风遮雨的覆盖材料，更重要的是，它能够改变或改善温室内部小气候。一张性价比高的棚膜带来的直接收益是提高产量、提升品质、提高收成、提前上市、降低能耗、降低人工成本等。棚膜在整个温室和生产投资中所占比重虽小（约3%～8%），但是其作用绝对不能等闲视之。因此，高端农膜的发展和应用是大势所趋。下面，笔者将结合棚膜自身的规律特性来探讨高端棚膜的现状与发展。

棚膜的分类

按照加工方法分，可以分为吹塑（聚乙烯类）和压延（聚氯乙烯PVC）。本文主要探讨聚乙烯类吹塑薄膜。由于PVC棚膜自身的缺点，比如透光率衰减快、幅宽较窄、低温易脆化、耐老化性差等，其应用范围越来越小。目前吹塑聚乙烯类薄膜是市场的主流。

按照加工工艺分，可以分为内添加法和涂覆法。内添加法是指把各种功能助剂，比如耐老化、流滴、保温、消雾等，与载体树脂制成母粒，然后与基础树脂通过共混熔融、挤出、冷却定型、收卷等过程制成成品。涂覆法是指通过专用的涂覆设备将涂覆液均匀一致地涂在棚膜表面，解决因材料的疏水性强，冬季覆盖易出现水滴和雾气的问题。涂覆法生产的农膜在流滴消雾性和透明度方面有很大改进。

按照加工设备分，有单层、二层、三层、五层、七层共挤棚膜。单层共挤是将所有原料和助剂通过一台挤出机共混挤出成型，多层共挤是将不同的助剂按照科学的配方设计，在每台挤出机中搭配不一样的功能助剂和树脂，以避免不同助剂间的功能冲突，达到最优化协同效果的目的。多层共挤对功能性棚膜的改进有更多的选择，对每层原材料配方的科学合理设计是竞争力核心的体现。更为重要的是，设备的精密程度又决定了生产过程能否按照配方的要求将母料/助剂均匀分布于棚膜的每一个点上。目前，希腊P.K.集团是世界上第一家引进七层共挤设备生产农膜的厂家。高端棚膜生产厂家的吹塑机组不仅仅强调的是几层共挤，更重要的是与之相关的高端配置。如精密的模头和高效的螺杆，自动称重加料系统，在线自动测厚系统，IBC内冷系统等配置来决定硬件，硬件决定品质。

棚膜的制造

棚膜的配方

如果说先进的设备是高端薄膜的根基，配方就是高端薄膜的核心。配方的设计主要是根据不同地区，不同气候，不同作物的需求来设计棚膜的各种功能。细分市场，个性化定制，是高端棚膜最重要的特点。高端棚膜是各种功能的集成和组合，这种集成和组合应当以每个地区不同需求为基础，量体裁衣为客户提供不同的解决方案，而非棚膜的简单宣传推广。以棚膜的耐老化为例，棚膜的老化主要由光氧老化和热氧老化造成，为提高棚膜的耐候性能，棚膜配方含有高效受阻胺光稳定剂（HALS），抗氧剂等助剂；并且要根据各地光照强度的不同，设计不同的配方。由此可见，因地制宜，充分考虑光照等气候特点设计出符合当地实际情况的棚膜是高端农膜必须具备的特点之一。

棚膜生产的工艺流程

将混合均匀的物料加入挤出机料斗，在螺杆的加热、输送、剪切作用下，熔融料从机头圆形的口模连续挤出，呈厚度均匀的圆形膜管；从机头下部吹入适量的压缩空气，使其径向吹胀；同时被上牵引夹辊纵向牵伸；位于机头上部的冷却风环将冷风吹向膜泡外表面，使膜泡冷却定型；通过人字板压叠或插叠，进入上牵引夹辊，成为扁平状；在下牵引夹辊作用下，薄膜经导向辊、印字装置、剖刀、展平辊等，进入中心或表面收卷装置，最后被切割的膜卷即为薄膜成品[2]。

棚膜的质量标准

目前国内农膜企业执行的棚膜国标有2个，一是《农业用聚乙烯吹塑棚膜》GB 4455-2006，二是《农业用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）吹塑棚膜》GB/T 20202-2006。这2个标准是对棚膜最基本的要求，生产企业必须按照标准的要求进行生产。为提高产品竞争力，高端农用薄膜企业往往会有企业标准或内控标准，主要指标均远远高于国家标准的要求。以厚度为例，按照GB 4455-2006的要求，幅宽>8 m，厚度>0.08 mm的棚膜，厚度极限偏差为±25%，平均厚度偏差为±12%；以生产高端棚膜的上海普拉斯克塑料有限公司的内控标准为例，厚度极限偏差±15%（实际控制指标可在±10%左右），平均厚度偏差为±5%。由“木桶理论”可知，最短板决定了木桶的容积，同样，棚膜的使用寿命或功能丧失也往往从最薄点开始。因此，在棚膜的质量指标当中，其关键点就是对厚薄均匀度的控制，这往往体现了生产企业的设备精密程度和管理水平。严苛的质量控制，才能保证棚膜质量的持续稳定，减少质量波动给客户带来的不必要损失。对于质量的控制，很多厂家并没有真正建立起自己的质量控制体系，有的甚至连基本的检测设备都没有，基本凭經验、靠人工判断。高端棚膜生产的基本要求为：工厂既要有完备的检测检验设备，又要有严格的质量保证体系并一以贯之的执行。

棚膜的基本性能

棚膜最核心的性能是耐老化，耐老化性出现问题，其他功能就是无源之水，无本之木；功能化棚膜是图3所表述功能中一种或多种的集成组合，高端棚膜厂商有义务根据客户的需求和当地气候特点有针对性提供相应的产品和解决方案。另外，图3只是列举了目前棚膜常用的功能，随着科技的发展，相信未来的科技会赋予棚膜更多样化的功能。针对上述功能中的几个主要功能，笔者做如下阐述：

耐老化性能

目前，市面上能够提供书面质保的耐老化棚膜1～5年不等。长效耐老化棚膜可以达到节省人工换膜费用、节约资源等目的，是性价比更高的棚膜。生产高端农膜必须从基础树脂、耐老化助剂、生产工艺、加工设备等方面进行严格控制，缺一不可。不注重研发和设备升级，粗放式生产，甚至偷工减料是不可能生产出耐候性优异的棚膜的。近年来，由于酸性农药喷施和硫磺熏蒸剂的使用、气候异常、环境污染、酸雨等造成的提前老化现象时有发生。对于这种苛刻条件下的棚膜，抗硫（S）氯（Cl）的专用棚膜型号应运而生，成为提高棚膜耐候性的“安全带”。

机械性能

机械性能包括断裂拉伸强度、断裂伸长率、抗撕裂强度、抗冲击强度等指标，是棚膜的基本性能之一。这些性能体现的是薄膜的抗风、抗拉、抗冲击、抗撕扯等强度指标。对于棚膜安装过程中容易出现的问题和易出现强风冰雹地区造成的损失和危害，只有物理机械强度优异的高端棚膜才能提供更安全放心的保障。劣质棚膜甚至会出现在没有使用之前用手就可以轻易撕裂的现象。

防流滴性能

若棚室密闭，由于土壤水分的蒸发和作物的呼吸作用，会在膜内层布满露滴，影响透光。坠落的水滴还会使作物冻伤或灼伤，产生霉变且加重病害。露滴的产生是由于水和膜的表面张力不一样所致。棚膜中添加流滴剂或者干法涂覆后，薄膜表面具有了亲水性，使水与膜的表面张力接近。当接触角趋近于零的情况下，凝结的水即铺展成水膜，并沿倾斜的棚膜表面流下，此种薄膜即称为流滴膜。目前，由于棚内通风排湿设施的差异，温室结构设计不合理等因素的影响，特别是北方日光温室中，极易产生露滴。流滴功能普遍存在流滴持效期短的状况。高端涂覆棚膜在改善流滴方面取得了显著成效。

保温性能

温室内白天蓄积热量，夜晚会以远红外线（7～13 μm）辐射热的形式散失热量。功能性高保溫薄膜由于添加了保温助剂，可以最大程度降低夜间热量损失，提高夜间棚内温度，防止温度陡降，保护作物不受低温冻害，增加作物积温，帮助作物提早上市，降低连栋温室冬季加温费用。无论南方还是北方，高保温薄膜的应用都会对温室生产产生积极的正面效应。当外界环境温度高于棚室内温度时，棚膜可以把热量阻隔在温室外。上海普拉斯克塑料有限公司最新研制开发的遮光（遮阳）膜，不同型号具有不同的光线透过率，用于连栋温室的侧膜，对温室内降温有显著的作用，同时改善温室的整体感官效果。

紫外线屏蔽（UV-BLOCK）和紫外线透过（UV-OPEN）性能

紫外线屏蔽薄膜可将400 nm以下的紫外线几乎全部阻隔在外，390 nm以下的紫外线透过率<2%，便可以达到理想效果。降低温室中白粉虱、蓟马、潜蝇、蚜虫和其他病虫害的数量；减少昆虫携带的病毒；通过减少致病性真菌孢子的形成，控制某些病害的传播（如灰霉病）；预防黑斑病，提高商品价值。紫外线透过薄膜允许大部分紫外光谱进入到温室，允许280～300 nm以上紫外线透过，也就是UVB和部分UVA短波波段。紫外线透过膜的优点是：可以使作物提前成熟，可缩短节间距，果实变大，帮助着色，果实颜色更鲜艳，帮助产生更多糖分和营养成分。但是在高海拔地区和光照强烈地区可能产生灼伤，需慎用。

透光性能

光线可以通过散射光薄膜进入温室后发生折射，这种薄膜看起来有些“朦胧”，但不会减少光合作用（PAR）所需要的光线。这种薄膜可以使温室内的光照更均匀，分布在各个角落，作物底部无阴影，减少直射光的灼伤，提供更好的工作环境。炎热的天气和日照充足的地区，有较好的效果。低温寡照地区需慎用。

转光性能

植物的光合作用主要靠叶绿素完成，叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱有两个峰区，分别位于蓝紫光和红橙光区，对作物的叶片和果实的生长和发育产生重要影响，其吸收光谱与转光剂的发射光谱具有吻合性，说明转光膜可以促进作物生长。转光膜基本功能就是将紫外光和绿光转为蓝光或红光。

防尘性能

棚膜经过长时间使用后，其表面会积聚大量粉尘，导致薄膜透光率会明显降低。高端薄膜的外层一般会有防尘配方的设计，经过雨水冲刷，透光率衰减会明显减慢，尽可能使薄膜保持较高的透光性。

如何选择适用的高端棚膜

棚膜的种类繁多冗杂，质量参差不齐。笔者认为，高端棚膜并不意味着就是高价格，用户更应该关注的是性价比，选用合适的棚膜，需要考虑以下几方面的因素：① 综合考虑所种植作物的种类、生长习性、对光线的要求、当地气候光照特点等因素；② 综合考虑棚型结构和温室内设施。比如，选用的设施是日光温室、单拱大棚还是连栋大棚；温室内是否有加温、通风排湿设施；其覆盖采用单层覆盖、双层充气还是多层覆盖，每层所起的作用不一样，对功能的要求也不一样；③ 是否有特殊的要求，比如夏天降温、防止灼伤、作物着色、防台风、防止低温冻害、抗农药抗硫磺熏蒸等；④ 选用棚膜绝对不能仅仅只考虑厚度，更重要的是考虑所需的功能。两个极端情况是，有的只考虑厚度和耐老化，有的认为所有功能都具备才是好薄膜。这都是不正确不全面的认识；⑤ 购买棚膜以面积为计量单位，如果是厚薄差异度大的棚膜，往往会人为提高棚膜的平均厚度，以达到提高最薄点数值的目的，最终用户还是要为多余的平均厚度买单；⑥ 选用经验丰富、专业化程度高、有实力的生产商和经销商，他们会根据用户的情况提供合适的、系统的解决方案。

高端棚膜的特征及发展趋势

综上所述，高端棚膜需要具备如下的特征：① 高端棚膜首先是功能化的薄膜，并且是科学合理集成与组合的功能薄膜；② 高端棚膜是精益求精、质量持续稳定、性价比高的薄膜；③ 高端棚膜是量体裁衣、个性化定制的薄膜；④ 高端棚膜是能够改善温室小气候，给用户带来附加值和经济效益的薄膜。

我国设施农业的发展潜力巨大，前景无限。与发达国家相比，中国高端棚膜依然有很大的发展空间。未来的高端棚膜在功能化方面将继续扩展、提高，具有亲水功能的新型复合长效功能膜值得期待；加强对有色薄膜的研究；适应不同作物对光谱和温度需求的专用光质调节（转光、反光、调光）膜大有可为。在经济新常态和加大供给侧改革的大背景下，以注重细节、追求极致的“工匠精神”和不断创新的进取意识，中国的高端棚膜市场必能大有所为。

参考文献

[1]田岩.中国聚烯烃功能性农膜研究及应用进展[J].中国塑料，2004，18（11）：1-8.

[2]秦立洁，陈宇，高继志.农用塑料制品生产与应用[M].北京：化学工业出版社，2002.