泥炭营养块压制过程中的合理工艺参数探究

　　压缩泥炭块是以我国蕴藏丰富的低位草本泥炭为原料，添加成型固化剂、高吸水树脂以及作物必需的常量和微量营养元素，经高压赋型制成与基质合一的新型育苗材料，其可广泛用于林木、蔬菜、花卉、药材及其他经济作物的育苗生产。具有使用方便、节省空间、便于机械化育苗操作等优点，尤其适用于干旱、盐碱及风沙地区的早春育苗生产，压缩泥炭块在林业及农业市场上的需求量日益增加。

　　泥炭营养块压制成型是指将泥炭混合基质填充到一定规格的模具中并施以一定的压力，形成尺寸、形状、密度及强度均达到固定规格要求的压块，然后再从模具中取出的完整工艺流程。整个流程由泥炭基质填充、压制成型和泥炭块脱模三个步骤组成。目前，市场上销售的泥炭块在运输过程中容易破损，影响了泥炭块的品质及使用效果，其主要原因是泥炭营养块的抗压能力和压实程度不理想，经研究分析认为，影响泥炭块成型的主要因素有物料装填量、压制方式、成型压力、颗粒体性能、水分、固化剂的类型与用量、成型块截面积与高度之比等。为了找出泥炭营养块压制过程中的合理工艺参数，本研究从物料装填量、成型压力、粒度配比和水分含量四个方面对泥炭营养块压制成型的影响进行了试验分析。
　　
　　1 试验内容

　　（1）泥炭营养块原料：泥炭土、蛭石、珍珠岩、沙子，以及添加的成型固化剂、高吸水树脂、微量营养元素。

　　（2）试验设备：电脑控制电液伺服试验机，其传感器最大负荷值 500kN，分辨率 0.1N；位移测量分辨率0.05mm；压缩速度 0.5～60mm/min，最大伸缩量 12mm；50 分度游标卡尺；电子天平，精度 0.01g。

　　（3）试验模具：压制成型模具，合金材质，模具内径50mm、高 180mm，上模冲直径 50mm、高 200mm，下模冲直径 50mm、高 18mm，安装有定位装置。

　　（4）试验指标：考虑到压实程度、抗压能力决定压缩泥炭块的性能和质量，压缩程度决定基质的物理属性，因此确定试验指标为压实程度、抗压能力及压缩程度。【1】
　　
　　（S2=S1，柱状垂直压缩、压缩前后截面积不变）式中：m 为基质总质量（g）；ρ 为压实密度（g/cm3）；V1为泥炭块体积（mm3）；R 为泥炭块半径（mm）；H1为成型后泥炭块高度（mm）；V2为基质体积（mm3）；S1为泥炭块截面面积（mm2）；S2为基质截面面积（mm2）；H2为自然堆积基质高度（mm）；H3为上模冲移动行程（mm）；F 为泥炭块所承受的最大载荷（N）。

　　其中基质的大中小颗粒粒径依次为 1.8～4.55mm、0.6～1.8mm、0.6mm 以下。根据指标及水平选择正交试验表 L16（45），见表 1。【表1】

　　
　　2 试验结果与分析

　　2.1 试验结果。
　　试验结果见表 2。【表2】

　　2.2 统计分析
　　2.2.1 方差分析
　　应用相关软件对试验结果进行分析表明，物料填充量因素对压实程度、抗压能力、压缩程度影响显着；粒度配比因素对压实程度和压缩程度影响显着，对抗压能力影响不显着；成型压力因素对抗压能力、压缩程度、压实程度影响显着；水分含量因素对抗压能力、压实程度、压缩程度影响不显着。各因素对压实程度的影响从大到小依次为：成型压力、粒度配比、物料填充量、水分含量；对压缩程度的影响从大到小依次为：粒度配比、成型压力、物料填充量、水分含量；对抗压能力的影响从大到小依次为：物料填充量、成型压力、粒度配比、水分含量。

　　2.2.2 S-N-K 法检验
　　为了对比同一条件下各水平之间差异的显着性，把多个平均数用 α 检验法（S-N-K 法检验）进行多重比较，最终得出如下结论。

　　（1）压缩程度：条件“Ⅰ”的 b、c 水平差异均不显着，其余差异显着，a 水平压缩程度最大；条件“Ⅱ”各水平之间差异均不显着，b 水平压缩程度最大；条件“Ⅲ”各水平之间差异均显着，d 水平压缩程度最大；条件“Ⅳ”各水平之间差异均显着，a 水平压缩程度最大。仅考虑压缩程度最好的加工条件应选择ⅠaⅡbⅢdⅣa。

　　（2）压实程度：因素“Ⅰ”各水平之间差异均显着，a水平压实程度最大；因素“Ⅱ”各水平之间差异均不显着，d 水平压实程度最大；因素“Ⅲ”的 a、b、c 水平差异显着，b、d 水平之间差异不显着，c 水平压实程度最大；因素“Ⅳ”各水平之间差异均显着；a 水平压实程度最大。仅考虑压实程度最好的加工条件应选择ⅠaⅡdⅢcⅣa。

　　（3）抗压能力：因素“Ⅰ”各水平之间差异均显着，a水平抗压能力最大；因素“Ⅱ”各水平之间差异均不显着，d 水平抗压能力最大；因素“Ⅲ”各水平之间差异均不显着，a 水平抗压能力最大；因素“Ⅳ”各水平之间差异均显着，a 水平抗压能力最大。仅考虑抗压能力最好的加工条件应选择ⅠaⅡdⅢaⅣa。

　　综合考虑每项试验数据，得出最好的加工条件为ⅠaⅡbⅢaⅣa，即填充量 150g、含水率 1%、颗粒配比20%：50%：30%、成型压力 247.302kN。

　　3 分析与讨论

　　（1）物料填充量越多，物料本身与模具发生接触的数量越多，在相同的粒度配比和成型压力下，需要克服的外摩擦压力就会增大，使得泥炭块压实程度减小；外摩擦力增大、成型压力作用不均匀将导致泥炭块压缩能力降低，压实程度减小，抗压能力减小。

　　（2）粒度配比不同，粒度越小，流动性能越差，装填时越困难，容易形成拱桥效应，压实程度减小；粒度越小松装密度越低，使模具内部的装填容积变大，在成型过程中模冲的运动行程与物料之间的相互摩擦力增加，成型压力也会有一定的消耗，影响泥炭块压实程度，使泥炭块抗压能力减小；粒度小，物料间的接触增多，接触面积增大，压缩能力减小。

　　（3）泥炭块压制成型过程中随着压力的增加，物料之间空隙减少，由于颗粒之间存在结合力，泥炭块强度也随之增大，在物料压制成型末段，物料受强大成型压力的作用而发生位移和形变，物料分子相互接近，当进入万有引力范围之内时，颗粒因万有引力作用结合，抗压能力增强；成型压力增加，物料流动性增强，小颗粒容易填补到大颗粒之间的缝隙中去，进而增大了压缩程度，压实程度也随之增大。

　　4 结 论

　　物料装填量、成型压力、粒度配比对泥炭块压缩成型影响均十分显着，在保证生产率和不影响泥炭营养块品质的情况下，物料的装填量要适当减少；生产设备的成型压力应大于 100MPa；合理的颗粒配比也能提高泥炭块抗压强度及压实密度，在大粒度粒径 1.8～4.55mm、中粒度粒径 0.6 ～1.8mm、小粒度粒径小于0.6mm 时，推荐采用的基质粒度配比为小粒度含量25%～30%、中粒度含量 50%、大粒度含量 20%～25%。

　　主要参考文献：

　　［1］ 底姝霞.营养泥炭块育苗技术在蔬菜上的应用［J］.农业技术与装备，2008（12）：24-26.
　　［2］ 侯雪，赵子红，倪正云，等.CIS 营养块蔬菜育苗技术试验［J］.天津农业科学，2009（15）：96-97.
　　［3］ 辛益军.方差分析与试验设计［M］.北京：中国财政经济出版社，2001.
　　［4］ 陈魁.试验设计与分析［M］.北京：清华大学出版社，2005.
　　［5］ 王颉.试验设计与 SPSS 应用［M］.北京：北京化学工业出版社，2006.