本發(fā)明涉及滴灌帶灌水器生產(chǎn)，具體涉及一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料及制備和噴涂工藝。

背景技術(shù)：

1、灌技術(shù)作為現(xiàn)代高效節(jié)水灌溉的核心手段，在全球農(nóng)業(yè)中占據(jù)重要地位。其通過精準(zhǔn)控制水肥輸送，可減少水資源浪費(fèi)30％-50％，同時(shí)提升作物產(chǎn)量15％-30％。滴灌帶作為滴灌系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，其性能直接決定灌溉效率，而灌水器則是滴灌帶的核心功能單元，負(fù)責(zé)通過內(nèi)部流道將高壓水流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定滴流，實(shí)現(xiàn)均勻灌溉。

2、目前，灌水器流道通常采用迷宮式或齒形結(jié)構(gòu)，通過延長(zhǎng)水流路徑、增加湍流強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)壓力消減。然而，流道狹窄、長(zhǎng)徑比高的特點(diǎn)，導(dǎo)致以下堵塞問題：①生物堵塞：微生物(如假單胞菌、藻類)在流道表面形成生物膜，導(dǎo)致流道截面積減小；②化學(xué)堵塞：水中ca2+、mg2+等離子與co32-結(jié)合生成碳酸鹽沉淀，或硅酸鹽結(jié)晶沉積；③物理堵塞：懸浮顆粒在流道內(nèi)滯留。據(jù)統(tǒng)計(jì)，滴灌系統(tǒng)因堵塞導(dǎo)致的效率損失高達(dá)40％，嚴(yán)重制約其推廣應(yīng)用。為應(yīng)對(duì)灌水器堵塞問題，現(xiàn)有技術(shù)主要從材料改性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩方面入手，例如：cn202411454419.4發(fā)明公開了一種基于新月形沙丘結(jié)構(gòu)的抗堵灌水器，包括設(shè)置在灌水器貼片上的基于新月形沙丘結(jié)構(gòu)的抗堵迷宮流道；該迷宮流道由若干個(gè)流道單元依次串連而成；流道單元為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu),包括桃心邊側(cè)結(jié)構(gòu)、新月形沙丘中置分形結(jié)構(gòu)、入水直流段和出水直流段；桃心邊側(cè)結(jié)構(gòu)和新月形沙丘中置分形結(jié)構(gòu)形成對(duì)稱的雙向分流流道；新月形沙丘中置分形結(jié)構(gòu)由迎水緩坡、新月端面和背水陡坡構(gòu)成,迎水緩坡凸出,背水陡坡凹陷,迎水緩坡和背水陡坡連接頂部形成新月端面；本發(fā)明所述灌水器在適量消耗水流能量的同時(shí)可使顆粒物隨水流流出灌水器,顆粒物不易沉積并累積于灌水器流道內(nèi)部,在保證水力性能的前提下具有較高的抗堵性能。cn03108048.0發(fā)明公開了一種微灌灌水器抗菌材料的制備工藝，利用抗菌材料滲入低壓高密度聚乙烯塑料中,并添加分散劑、偶聯(lián)劑和助劑,在灌水器生產(chǎn)線上即可制作成型。此抗菌材料為有機(jī)-無機(jī)系復(fù)合抗菌材料,其主要抗菌組分為吡啶鹽、氯酚、四價(jià)銨鹽、雙胍類化合物、乙醇、季銨鹽和銀有機(jī)絡(luò)合離子,由于采用有機(jī)-無機(jī)系復(fù)合抗菌材料,可降低銀的用量,大大降低了成本；并且有機(jī)-無機(jī)抗菌組分,ag～(+)和各種有機(jī)抗菌成分可慢慢地釋放出來,通過遷移作用不斷補(bǔ)充材料表面損失的抗菌成分,以破壞微生物細(xì)胞膜、呼吸系統(tǒng),使蛋白質(zhì)和細(xì)胞壁變性、-sh酸化、代謝受阻為主要?dú)⒕鷻C(jī)理。但是，現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷：①功能性單一：材料改性僅提升表面光滑度或短暫抗菌性，結(jié)構(gòu)優(yōu)化僅緩解物理堵塞，無法綜合應(yīng)對(duì)生物、化學(xué)、物理三類堵塞；②耐久性不足：改性材料的功能組分(如抗菌劑)易流失，結(jié)構(gòu)優(yōu)化流道在長(zhǎng)期使用中仍會(huì)因化學(xué)沉積和生物膜累積失效；③工藝成本高：復(fù)雜流道結(jié)構(gòu)需精密模具加工，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加，難以大規(guī)模應(yīng)用；此外，材料改性當(dāng)前無法做到局部改性，還需要對(duì)灌水器整體進(jìn)行改性，大幅度增加了原料成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料及制備和噴涂工藝，旨在解決以下核心問題：

2、①綜合防護(hù)不足：通過復(fù)合涂層的多功能設(shè)計(jì)，同步抑制微生物附著、化學(xué)沉積和顆粒滯留；

3、②界面結(jié)合力弱：采用界面改性技術(shù)，提升涂層與聚乙烯基材的附著力；

4、③長(zhǎng)效耐久性差：通過納米材料增強(qiáng)和固化工藝優(yōu)化，確保涂層在長(zhǎng)期水流沖刷和化學(xué)腐蝕下保持性能穩(wěn)定；

5、④工藝經(jīng)濟(jì)性低：復(fù)合涂層薄，相比于灌水器整體用料改性或復(fù)雜模具加工而言，處理成本低。

6、(二)技術(shù)方案

7、一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料，包括底基涂層1、夾間涂層2和臨面涂層3；所述底基涂層1由環(huán)氧樹脂、硅烷偶聯(lián)劑、固化劑和溶劑組成，用于增強(qiáng)涂層與基材的附著力；所述夾間涂層2由聚氨酯、納米二氧化硅、分散劑和溶劑組成，用于提供耐磨性和抗腐蝕性；所述臨面涂層3由聚四氟乙烯乳液、納米銀顆粒、石墨烯氧化物、硅烷偶聯(lián)劑和去離子水組成，用于提供疏水性和抗菌性。

8、優(yōu)選地，底基涂層1組分比重按重量百分比分別為：環(huán)氧樹脂占60％，硅烷偶聯(lián)劑占5％；固化劑占10％；溶劑占25％。

9、優(yōu)選地，夾間涂層2組分比重按重量百分比分別為：聚氨酯占70％；納米二氧化硅占5％；分散劑占2％；溶劑占23％。

10、優(yōu)選地，臨面涂層3組分比重按重量百分比分別為：聚四氟乙烯乳液占50％；納米銀顆粒占2％；石墨烯氧化物占1％；硅烷偶聯(lián)劑占3％；去離子水占44％。

11、一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料制備方法，使用了上述的一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料，所述抗堵復(fù)合涂層材料制備方法包括如下步驟：

12、s1：制備底基涂層1：準(zhǔn)確稱量環(huán)氧樹脂、硅烷偶聯(lián)劑、固化劑和溶劑，過濾確保原料無雜質(zhì)；將環(huán)氧樹脂和硅烷偶聯(lián)劑加入攪拌容器中，以500-800rpm的速度攪拌10分鐘；緩慢加入固化劑，繼續(xù)攪拌15分鐘，確保混合均勻；加入溶劑丙酮，調(diào)節(jié)粘度至200-300mpa·s；使用200目濾網(wǎng)過濾混合液，去除未溶解的顆?；螂s質(zhì)；將混合液儲(chǔ)存在密封容器中，避免接觸水分和灰塵；

13、s2：制備夾間涂層2：準(zhǔn)確稱量聚氨酯、納米二氧化硅、分散劑和溶劑；確保納米二氧化硅干燥無水分；將納米二氧化硅和分散劑加入少量溶劑中，使用高速分散機(jī)以2000-3000rpm的速度預(yù)分散10分鐘；將預(yù)分散的納米二氧化硅加入聚氨酯中，以800-1000rpm的速度攪拌20分鐘；緩慢加入剩余溶劑，調(diào)節(jié)粘度至300-400mpa·s；使用三輥研磨機(jī)對(duì)混合液進(jìn)行研磨，確保納米二氧化硅均勻分散，粒徑≤100nm；使用300目濾網(wǎng)過濾混合液，去除團(tuán)聚顆粒；將混合液儲(chǔ)存在密封容器中，避免接觸水分和高溫；

14、s3：制備臨面涂層3：準(zhǔn)確稱量聚四氟乙烯乳液、納米銀顆粒、石墨烯氧化物、硅烷偶聯(lián)劑和去離子水；確保納米銀顆粒和石墨烯氧化物分散均勻；將納米銀顆粒和石墨烯氧化物加入少量去離子水中，使用超聲波分散儀分散30分鐘；將預(yù)分散的納米銀和石墨烯氧化物加入聚四氟乙烯乳液中，以500-800rpm的速度攪拌15分鐘；加入硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌10分鐘；加入剩余去離子水，調(diào)節(jié)粘度至100-200mpa·s；使用200目濾網(wǎng)過濾混合液，去除未分散的顆粒；將混合液儲(chǔ)存在密封容器中，避免光照和高溫。

15、一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料的涂覆方法，使用了上述的一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料，所述抗堵復(fù)合涂層材料涂覆方法包括如下步驟：

16、s1:表面預(yù)處理：使用超聲波清洗機(jī)，用乙醇清洗灌水器流道5表面，去除油污和雜質(zhì)；用低溫等離子體處理灌水器流道5表面，增加表面活性，提高涂層附著力；

17、s2:底基涂層涂覆：使用高壓無氣噴涂設(shè)備控制0.3-0.5mpa噴涂壓力、20-30cm噴涂距離，將底基涂層材料均勻噴涂在灌水器流道5表面，厚度控制在10-15微米，在80℃下預(yù)固化30分鐘，然后在120℃下完全固化1小時(shí)，固化后形成底基涂層1；底基涂層固化后，噴涂一層硅烷偶聯(lián)劑，噴涂厚度1-2微米，室溫下靜置10分鐘，然后在80℃下烘干20分鐘；形成化學(xué)橋接層，所述硅烷偶聯(lián)劑中的硅氧烷基團(tuán)與底基涂層1中環(huán)氧樹脂的羥基反應(yīng)，同時(shí)其有機(jī)基團(tuán)與夾間涂層2的聚氨酯形成化學(xué)鍵；

18、s3:夾間涂層涂覆：使用高壓無氣噴涂設(shè)備控制0.3-0.5mpa噴涂壓力、20-30cm噴涂距離，將夾間涂層材料均勻噴涂在底基涂層上，厚度控制在20-30微米，在100℃下固化1小時(shí)，然后在150℃下后固化30分鐘，固化后形成夾間涂層2；在夾間涂層表面噴涂濃度5-10％的功能性單體接枝液，形成活性表面；這些單體可以與臨面涂層聚四氟乙烯中的氟原子形成氫鍵或范德華力，增強(qiáng)結(jié)合力；噴涂后紫外線固化5分鐘；

19、s4:臨面涂層涂覆：使用高壓無氣噴涂設(shè)備控制0.3-0.5mpa噴涂壓力、20-30cm噴涂距離，將臨面涂層材料均勻噴涂在夾間涂層2上，厚度控制在5-10微米；在180℃下固化30分鐘，確保聚四氟乙烯和納米銀顆粒充分結(jié)合；

20、s5:后處理：在臨面涂層涂覆后，使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在表面沉積一層超薄硅氧烷膜，進(jìn)一步增強(qiáng)疏水性和耐磨性；使用紫外線照射涂層表面，進(jìn)一步交聯(lián)涂層分子，提高耐久性。

21、一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料適用的灌水器，使用了上述的一種滴灌帶灌水器抗堵復(fù)合涂層材料，所述抗堵復(fù)合涂層材料適用于灌水器流道5截面呈上部寬大下部窄小的結(jié)構(gòu)

22、本發(fā)明的有益效果：

23、①綜合抗堵能力顯著提升：多功能協(xié)同作用：通過底基涂層(附著力增強(qiáng))、夾間涂層(耐磨抗腐蝕)和臨面涂層(疏水抗菌)的三層復(fù)合設(shè)計(jì)，同步解決生物堵塞(抑制微生物附著)、化學(xué)堵塞(減少礦物沉積)和物理堵塞(降低顆粒滯留)，實(shí)現(xiàn)全方位防護(hù)。

24、②界面結(jié)合力大幅增強(qiáng)：化學(xué)鍵合與物理錨定：通過硅烷偶聯(lián)劑橋接層和等離子表面活化技術(shù)，涂層與聚乙烯基材的附著力提升，層間結(jié)合強(qiáng)度提高30％以上，有效避免分層剝離。

25、③長(zhǎng)效耐久性優(yōu)異：納米材料增強(qiáng)：納米二氧化硅(硬度hv≥0.3gpa)和石墨烯氧化物(化學(xué)惰性高)的引入，顯著提升涂層的耐磨性和抗腐蝕性。

26、④工藝經(jīng)濟(jì)性突出：低成本工業(yè)化生產(chǎn)：采用標(biāo)準(zhǔn)化噴涂設(shè)備和等離子預(yù)處理技術(shù)，涂覆效率提升50％，且無需復(fù)雜模具加工，生產(chǎn)成本降低20％-30％。

27、⑤泛適用性：適配復(fù)雜結(jié)構(gòu)：尤其適用于截面呈“上部寬大、下部窄小”的迷宮式流道設(shè)計(jì)，涂層厚度可控(10-30μm)，不影響流道原有消能性能。

28、⑥拓展應(yīng)用潛力：該技術(shù)可推廣至其他農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備或工業(yè)管道的內(nèi)壁防護(hù)，具有廣闊市場(chǎng)前景。