屋顶绿化无土栽培轻型基质成型工艺研究.pdf

<p>图 3光 敏 树 脂 模 具 （ 3D 打 印 ） 2018年 第 11期 现代 园 艺 技术 应用 屋顶 绿化 无 土栽 培 轻型基 质 成 型工艺 研究 秦瑜 瑞 ，吕 易 航 （ 郑 州大 学 产 业 技术 研究院， 河 南 郑 州 450001） ： 针 对 固 态 无 土 栽 培 轻型基 质 在发 泡 成 型 过程 中 快 速 膨 胀 、质 地 黏稠 等 特 点 ，并 根 据 市 场 对 成 型基 质 块 的 形 状 要 求 ，本 文 设 计 了 用 于 无 土 栽 培 轻型基 质 注 塑 成 型 的 模 具 。 对 模 具 进 行 改 进 ， 加 入 锁 死 机 构 ， 改 善 了 基 质 发 泡 成 型 过程 中 膨 胀 造 成 的 上 盖 顶出 问题 ；对 比不同 材 质的 模 具 ，选 取 铝 合 金 制模 具 ， 解 决 了 基 质 成 型 后 与 模 具 内 腔粘 合 、不 易 脱 模 的 现 象 。 试验 表 明 ，带 有 锁 死 机 构 的 铝 合 金 制模 具 适 用 于 无 土 栽 培 轻型基 质 发 泡 成 型 ，注 塑 成 型 后 的 基 质 块 形 状 规 则 、易 于 脱 模 。 ：无 土 栽 培 基 质 ；发 泡 ；模 具 其 中 ， 上 盖 带 有 方 形 内 芯 ，当 与 主 体 合 体后 ，模 具 的 内 腔 为 杯 型 ，满 足 市 场 所 需 的成 型 基 质 块 的 形 状 要 求 。 待 发 泡 完 毕 后 ，上 盖与 下 盖 分别 与 主 体分 离 ， 便 于 推 出 机 构 4 工 作 ， 使 成 型 基 质 块 与 主 体分 离 。 因 基 质 发 泡 成 型 的 过程 中 具 有快 速 膨 胀 的 物 理 特 性 。 上下 盖与 主 体 结合 处分别 采用 锥 度 和 螺 纹 等 锁 死 机 构 5 。 上 盖 由 于 带 有 方 形 内 芯 ， 若 采用 螺 纹 结 构 ， 当 上 盖 旋 转 时 ， 会 带 动 方 形 内 芯搅 动 成 型 基 质 的 内 壁 ，使 其 受损 。 因 此 采用 锥 度 结 构 ， 待 基 质 发 泡 反 应 完 毕 后直接 拔 出 上 盖 ， 达 到了 锁 死 模 具 和 保 护 成 型 基 质内 壁 两 方 面 的 效 果 。 其 脱模 流 程 如 图 2所 示： 将 模 具 上 盖与 锁 死 机 构 结合 后 倒 置 ，并 将 轻型 固 态 基 质 与 发 泡 剂 等 均 匀 混 合 后 注 入 模 具 内 腔 ，旋 紧 上 盖 后 将 其 翻 转 ，令 基 质 充 分 发 泡 。 待 其 发 泡 充 分后 旋 开 下 盖 ， 以 热 风 除 去水 分 ， 之 后 旋 开 上 盖 ，可 将 反 应后 的 轻型 基 质 取 出 。 2.2 不同 材 质 模 具 的 效果 对 比 以光 敏 树 脂 为 原 料 的 快 速 成 型 3D打 印 技术 ，具 有 精 度 高 、成 型 快 等 优 点 6 。将 SolidWorks建 模 后 得 到 的 step文 件 导 入 3D打 印 机 ， 得 到 的 模 具 如 图 3所 示： 于 模 具 内 腔 均 匀 喷 洒 脱模 剂 后 ，将 基 质 的 粉 状 原 料 、 发 泡 胶 、 添 加 剂 和 水 按 一 定 比 例 混 合 后 快 速 搅拌 并 注 入 模 具 内 腔 。 待 反 应 完 毕 后 ， 打 开 上下 盖 。 如 图 4所 示 ，成 型 基 质 与 光 敏 树 脂 质 地 的 模 具 内 腔 粘 连 严 重 ， 外 力 推 出 后 对 成 型 基 质 的 损 害 较 为 严 重 。 以光 敏 树 脂 为 原 料 的 3D打 屋 顶 绿 化 是 城 市 生 态 建 设 的 主 要 组 成 部分 ， 也 是 城 市园 林 绿 化 的 延 伸 1 ， 对 改善 城 市 的 环境 有 着 重 要 的 作 用。 基 质 能有 效 地 利 用 有 机 废 物 ，有 助 于 废 物 循 环 利 用， 符 合 可 持 续 发 展 的 理 念 。 根 据 植 被 生 长 状 况 、屋 顶 场地 、市场 诉 求 等因素 ，按 固定形状 制 备 固 态 轻型 基 质 块 具 有 重 要 意义 。 由 于 固 态 轻型 基 质在 发 泡 成 型 的 过 程 中 需 添 加 发 泡 剂 ，其 发 泡 反 应 时 呈 现 出 质 地 黏 稠 、 快 速 膨 胀 等 特 性 ，故 对其 成 型 工 艺 进 行 探 究， 设 计了 针 对 固 态 轻型 基 质 注 塑 成 型 的 新 型 模 具 。 1 屋顶 绿化 无 土 栽培 基 质及 成 型 工 艺现 状 基 质 作为 无 土 栽培 的 基 础 ， 可 以 提供 植 物 生 长 所 需 的水 和 各 类 营 养 物 质 ， 有 效 地 提 高 屋 顶 植 被 的成 活 率 。 无 土 栽培 基 质 是 所 有能 为 植 物 提供 营 养 的 非 土壤 的 物 质 的 统 称 ，从 形 态 上 来 分 ， 基 质分 为 固 态 基 质 和 液 态 基 质 2 。 根 据 无 土 栽培 基 质 的 组 成成 分 ， 现 有 的无 土 栽培 基 质 主 要 分 为 有 机 基 质 、无 机 基 质 和 结合 以 上 原 料 的 混 合 基 质 。 屋 顶 绿 化 时要 考 虑 屋 顶 的 承 重 能 力 3 ， 同 时 ，阳 光 直 射 后液 态 物 质 易 于 蒸 发 ，因 此 选取 轻型 固 态 基 质 作为 屋 顶 绿 化 基 质 。 根 据 植 物 的生 长 情况不同 ， 对于 成 型 基 质 块 的 形状 、大 小 要 求 也 有 所 不同 。 由 于 轻 型 固 体 基 质 块 材 质 松 软 ， 现 多 将成 型 基 质 块 以 人 工 刀 切 的 方 式 将 其 切 削 成 不同 形状 ， 以 满 足 不同 的 需 求 。 粉 状 轻型 固 态 基 质在 混 入 发 泡 胶 、 添 加 剂 后 会 迅 速 膨 胀 。 待 发 泡 完 毕 后 ， 会 成 为 质 地 松 软 的 固 体 。 根 据 这 一 性 质 ，科 学 地 设 计 模 具 ，将 大大 提 高 成 型 基 质 块 的生 产 效 率 。 2 轻 型 基 质 块 模 具 设 计及 脱 模 流程 2.1 模 具 设 计 以 市场 需 求 量 较 大 的 杯 形 轻型 基 质 块 为 成 型 标 准 ，采用 SolidWorks建 模 并 设 计 模 具 的 雏 形 。 固 态 轻型 基 质 的 粉 状 原 料 和 发 泡 胶 、 添 加 剂 与 水 快 速 混 合 后 会 快 速 膨 胀 、 发 泡 成 型 ， 5min后 将 会 固 化 。 因 此 ， 模 具 应 有密 闭 的 空 间 以 供 发 泡 ，由 上 盖 、 主 体 、下 盖 组 成。 以 SolidWorks建 模 得 到 模 具 的 剖 面 图 与外 观 如 图 1所 示 。 图 1 模 具 外 观 和 剖 面 图 4 脱 模 后 的光 敏 树 脂 模 具 图 2 脱 模 流 程 87 技术 应用 现代 园 艺 2018年 第 11期 喷 洒 至模 具 内 腔 表 面 ， 但此 举 将 基 质 轻型 过程 中 的 工 艺 流 程 复 杂 化 ， 同 时 也增加 了 生 产 成 型 基 质 的成 本 。 因 此 分别设置 添 加脱模 剂 与 否 的 2个 实 验 组 ， 对 反 应 过 后 的 模 具 内 腔 进 行 对比 。 通 过 图 10和 图 11的 对比 可 发现 ， 铝 合 金 制 模 具 内 腔 较 为光 滑 ，基 质 与 内 壁 的 粘 连 程 度 较 小 。 因 此 ， 基 质 的生 产 过程 中 可 略 去 脱模 剂 。 3.3 加热 烘 干 对 于 基 质 成 型 的影 响 由 于 基 质 的 吸 水 和 持 水 性 8-10 ， 反 应 过程 中 添 加 的水 分对其 体积 有较 大 的 影响 。 轻型 基 质在 加 热 烘 干后体积 收 缩 11 ， 更 利 于 脱模 。 对 发 泡 成 型 完 毕 后 的 基 质 块 用热 风 机 进 行 烘 干 。 其 烘 干 前 后 的 基 质 块 如 图 12、 13所 示： 从 图 12、 13可 以 看 出 ，成 型 基 质 烘 干后 ， 体积 缩 小 程 度 较 为 明 显 ， 与 模 具 基 本 不 存 在 粘 连 情 况 ，易 于 脱模 。 4 总 结 与 展望 本 文 采用 铝 合 金 制 模 具 ， 设 计了 一 种新 型 锁 死 结 构 ， 可 改善 轻型 基 质 发 泡 成 型 中 的 膨 胀 问题 ；讨 论了 脱 模 剂 对于 脱模 过程 的 影响 ， 简 化 了 实 际 生 产 中 无 土 栽 培 基 质 的成 型 工 艺 ；提 出 热 风 烘 干 的 方 式 ， 可 缩 小 成 型 基 质 的 体积 ，便 于 脱模 ，发 泡 完 毕 后 用热 风 将成 型 基 质 块 吹 干 ，可 得 到 成 型 度 较 好的 杯 形 基 质 块 。铝 合 金 制 模 具 加 工 周 期 短 、易 于 维 护 和 量 产 ， 也 易 于 和 自 动 化 流 水 线 相配合 ， 具 有 广 阔 的 市场前 景 。 （ 收 稿 ： 2018-06-22） ： 1张 智 斌 ,王 蕾 ,杜 喜 春 .屋顶 绿化 无 土 栽 培 基 质研究 J.陕 西 农 业 科 学 ， 2014,60(09):61-63. 2张 鹏 骞 ,白 加 德 ,谷 林林 ,等 .对 十 种 屋顶 绿化 基 质的 理 化分析 J.太 原学 院 学 报 .2016,34(4):54-47. 3江南 ,苗 兵兵 ,庾 富文 ,等 .无 土 栽 培 技术 在 屋顶 绿化 中的 应用 J.广 东 园 林 ,2007(S1):37-38. 4李 小海 ,王 晓 霞 .模 具 设 计 与 制造 M.北京 :电子 工 业 出 版 社 ,2011 5杨 可 桢 ,程 光 蕴 ,李 仲 生 .机 械 设 计 基 础 M.北京 ：高 等 教 育 出 版 社 , 2013 6何 岷 洪 ,宋 坤 ,莫 宏 斌 ,等 .3D打 印 光 敏 树 脂 的研究 进展 J.功能 高分 子 报 ,2015,28(01):102-108. 7王 霆 ,卞 云霞 ,周海 飞 .铝 合 金 模 具 的 特 点 与 应用 J.轻 金 属 ,2017 (08):51-53. 8邓 琦 子 ,汪 天 .高 吸 水性树 脂 在 无 土 栽 培 中的 应用 与 展 望 J.中国 农 学 通报 ,2013,29(13):90-94. 印 模 具 成 本 高 、 脱模 效 果 差且 不 易 维 护 。 而 铝 合 金 制 的 模 具 硬 度 高 ，表 面 光 滑 的 特 点 。 其 原 料 成 本 、 加 工 成 本 、 保 养 成 本 都 远远 低 于 光 敏 树 脂 3D打 印 模 具 7 。采 用 车 削 模 具 外圆 、雕 铣 模 具 内 腔 的 方 式 对 6061号 铝 合 金 进 行 机 加 工 。 得 到图 5所 示 的 铝 合 金 制 模 具 。 采用 和 光 敏 树 脂 模 具 大 小 、 形状 相 同 的 铝 制 模 具 ，并 分别 向 两 者 中 注 入 等 量 的 混 合 物 ，在 充 分 反 应后 ， 进 行 脱模 。 如 图 6所 示 ， 可 看 出 光 敏 树 脂 内 壁 有 大 量 残 留 ，而 铝 制 模 具 内 壁 残 留 极 少 。 且 铝 制 模 具具 有 成 本 低 廉 、易 于 维 护 等 特 点 。 因而 铝 制 模 具 更 适 用 于 屋 顶 绿 化 轻型 基 质 。 3 屋顶 绿化 轻 型 基 质的 成 型 工 艺 探 究 3.1 基 质 发 泡 时 的 膨 胀 特 性 及 解 决 措 施 前文 所 述 的 模 具 上 盖 为 避 免旋 转 时 带 动 内 芯 ，损 坏 成 型 基 质 ，因而 采用 锥 度 机 构 ， 可 将 上 盖 垂 直 拔 出 。 但 其 锁 死性 能与 螺 纹 结 构 相 比 较 差 ， 且 由 于 基 质 原 料 与 发 泡 胶 、 基 质 添 加 剂 和 水 等 物 质 充 分 混 合 后 ， 会 快 速 膨 胀 。 在 发 泡 成 型 的 过程 中 ， 如 图 7 所 示 ， 出 现 了 上 盖被 顶 出 的 现 象 。 基 质 发 泡 成 型 时 的 密 闭 性 难 以 得 到 保 证 。 因 此 ，在 模 具 主 体 两 侧 进 行 打 孔 攻 丝 ，用 螺 钉 在其 两 侧 放置 2个 可 旋 转 的 卡 扣 结 构 ， 并 于上 盖两 侧 增加 凸 起 结 构 便 于 和 卡扣 的 衔 接 。 在 基 质 反 应 过程 中 ，将 卡扣 旋 至 上 侧 ，与 上 盖 的 凸 起 处 相 抵 ，避 免 了 上 盖 的 顶 出 。 其在 Solid- works中 剖 面 图 如 图 8所 示 。 将 等 量 的 混 合 物 分别 注 入 改 进后 的 模 具 ， 并 在 反 应 过程 中 观察 顶 盖与 主 体 的 贴 合 程 度 。 如 图 9所 示： 将 图 9与 图 7对比 ，可 见 ， 改 进后 的 模 具 上 盖与 模 具 贴 合 度 较 好， 改善 了 发 泡 过程 中 基 质 将 上 盖 顶 出 的 问题 。 3.2 脱 模 剂 的影响 因 混 合 物中 含有 发 泡 胶 ， 考 虑 到 容 易 引 起 基 质 与 模 具 内 壁 粘 连 的 状 况 。 可 在 发 泡 成 型 前 将 脱模 剂 均 匀 图 5铝 合 金 制模 具 图 6铝 合 金 制模 具 与光 敏 树 脂 模 具 的对 比 图 7锥 度结 构 模 具 上 盖 被 顶出 图 8 改 进 后 的 模 具 剖 面 图 图 9 改 进 锁 死 结 构 后 发 泡 成 型 过程 中的 模 具 图 11加 脱 模 剂 后 的 脱 模 情 况 图 13烘 干后 的 发 泡 情 况 图 10不 加 脱 模 剂 的 脱 模 情 况 图 12 不 烘 干 时 的 发 泡 情 况 88 9陈 莹 ,刘 新 鲁 ,孙 克 君 ,等 .基 质 吸 水性 和 持 水性的 初 步 研究 J.广东 园 林 ,2012,34(02):68-71. 10刘 凤 明 ,赵 占 丰 ,李 志 坚 ,等 .不同 配 比 的 基 质育苗 土壤 吸 水性测定 试验 J.天津 农 林 科 技 ,2008(05):7-8. 11张 德 威 ,牟 咏 花 ,徐 志 豪 ,等 .几 种 无 土 栽 培 基 质的 理 化 性质 J.浙 江 农 业学 报 ,1993(03):166-171. ： 秦瑜瑞 （ 1994-）， 男 ， 河 南 开 封 人 ， 硕 士 ，研究方 向 为 电 气 工程 电 工 理 论 与 新 技术 。 侧柏裸 根 苗的 容器 育苗技术 蒲 莉 玲 （ 甘 肃 省 天 水 市 秦 州区 林 业 局 ， 甘 肃 天 水 741000） ： 侧 柏 属 于 乡 土 树种， 因其 寿 命 较 长 ， 适 应 能力 强 ，尤 其 是 耐 瘠 薄 和 耐 干旱 ，是 天 水 地区 干旱 区 域 人 工造 林 、绿化 的 首 选 树 种 。 但 侧 柏 在 苗 期 直 根发 达 ，在 运输过程 中 不 易带 土 ， 裸 根 移 栽 容易 伤 根 ，影响 造 林 成 活 率 ，而 采 用 容器 苗， 移 栽 后 缓 苗 快 ， 造 林 成 活 率 高 。 本 文 简 介 了 侧 柏 裸 根 苗的 容器 育苗技术 。 ：侧 柏 ；裸 根 苗 ；容器 育苗 紧 ， 不 要 留 空 间 ， 尽 量 摆 放在同一个 平 面 ，防 止 后 期 间 隙 太 大 ，水 土 流 失 ， 不 利 于 苗 木 后 期 的生 长及 苗 木 的 管 理 ， 影响 出 苗。 2.6 填 土 一个 苗 床 的 容 器 袋 摆 满 后 ，将 容 器 袋 之 间 的 空 隙 ，用 土 填 满 防 止 之 后 浇 水 时 倒 袋 。 2.7 浇 水 填 土 夯 实 袋 与 袋 之间 的 空 隙 后 ， 要 立即 对 装 袋 苗 木 浇 水， 浇 水 时 可 以 漫 灌 ， 以 便 使 每一个 容 器 袋 内 的苗 木都 浇 透 ，之 后 再 覆土 。 2.8 追 肥 一 般 全 年 追 肥 23次 ， 667m 2 施 硫 酸 铵 46kg，在 速 生 前 期 追 1次 ，半 个 月 后 再 追 1次 。 2.9 除草 按 照“ 除 早 ，除 小 ，除 了 ”的 原则 ，每 年 人 工 拔除 杂 草 46次 。 3 苗 木的 出 圃 苗 木 出 圃 包括 起 苗、 分 级 、包 装 运 输 等 内 容 。 这些 工 作 做 得 好 坏 ，不 仅 影响 全 年 的育苗 工 作 ， 而且影响 到 造 林 质 量 。 因 此 ， 起 苗 前 最 好 灌 透 水， 起 苗 时要 少 伤根 系 ，护 好苗 根 ，严 防 失 水， 只 有 这 样 才 能 保 证 苗 木 质 量 。 4 大 容 器 侧柏 造 林 的 技术 要 点 采用 大 容 器 侧 柏 造 林 ,苗 木 抗 旱 能 力强 ， 造 林 成 活 率 高 ，长 势 好， 造 林 绿 化 效 果 明 显 。 4.1 造 林 时 间 春 秋 冬 季 均 可 进 行 ， 最 好选 在 雨 后 。 4.2 起 苗 、 运 苗 起 苗 前 应对 苗 木 进 行 1次 漫 灌 ，将 苗 木 浇 透 ， 隔 日 起 苗， 起 苗 时要 从苗 床一 端 扒 开 土 起 床 ，将 容 器 袋 逐 个 取 开 轻轻 放 入 塑 料 周 转 箱 或 大 塑 料 袋 ， 要 将 容 器 袋 摆 放 整齐 ， 严 格 禁 止 将 容 器 袋 随 意 丢 放 ， 造 成 容 器 袋 内 的 土 散 落 及 对 苗 木 造 成 不 必 要 的 机 械 损 伤 。苗 木 运 到栽 植 地 后 ，如 果 不 能 及时 栽 完， 应在 造 林 地 内 找 一 阴 凉 处放置 ， 摆 放 好， 并 喷 水。 4.3 栽 植 苗 木 栽 植 最 好选 在 雨 后进 行 ， 植 苗 时要 挖 深 25cm、 宽 30cm的 坑 ，将 容 器 袋 放于 坑 中 ，用 细 土 填 埋 后 ， 踩 实， 并 用 土 培 出 蓄 水 圈 ， 整 块 造 林 地种 完 后 要及时浇 水、 覆土 、覆 膜 ，覆 膜 的 作 用 一 是 保 墒 二 是 蓄 水， 能 提 高 造 林 成 活 率 。 （ 收 稿 ： 2018-06-20） ： 1胡 雪 峰 ,焦 明 ,宫 小 迪 .侧 柏 育苗技术 M.山 东 林 业 科 技 ,2005（ 3） 。 2黄 云鹏 主 编 .林 业 栽 培 技术 M.中国 林 业 出 版 社。 1 苗 木的 准 备 选 择一 年 生 健 壮 裸 根 侧 柏 苗 作为 侧 柏 容 器 育苗的 移 植 苗 木 ，备 选 种 苗 应 具 有 无病虫害、 须 根 完 整 无 机 械 损 伤 ， 最 好 是 随 起 随 装 袋 ， 减 少 因 假 植而造 成的苗 木 失 水。 若 远 距 离 调 运 苗 木 ，要 防 止 调 运 过程 中 苗 木 严 重 失 水， 应 及时 假 植 ， 假 植时 间 不 宜 超 过 35天 。 在 装 袋 前 剪 去 过长 的 根 ，然后 将 根 置于 APT生 根 粉 200mg/L的 溶液 中 68小 时 后 可 进 行 装 袋 。 2 苗 圃 地 的 选择 苗 圃 地 应 当 选 择 交 通 方 便 ， 劳 力 充 足 ， 地 势 平 坦 ， 排 灌 方 便 ，土 层 厚 度不 少 于 50cm的 肥 力 较 好的 土壤 。 2.1 整 地 整 地 时 间 春 秋 均 可 ， 移 栽 前 30天进 行 整 地 。 整 地 时要 深 耕 细 耙 ，施 足 底肥 。 第 1次 翻 耕 后 将 地 块 内 的 枯枝 烂 叶 ，石 块 ，树 根及草根等 杂物 耙 去， 之 后 翻 耕 时 667m 2 施 加 腐 熟 农 家 肥 50kg、 硫 酸 亚 铁 20kg （ 磨 成 粉 末 状 ） 、 过 磷酸 钙 40kg， 以 便 在 翻 耕 时 与 肥料 于土壤 搅拌 均 匀 。 2.2 作 床 常 用 低 床 ， 床 底 要 平 整 ， 步 道 要 高出 床 面 25cm， 压 实 整 平 底 部 ，苗 床 宽 1.5m， 长 随 地 块 形状定 ， 苗 床 间步 道 3050cm，要 坚 实 耐 踩 踏 。将 作 床 时 挖 出 的 土置于 2个 苗 床 间 的 步 道 上 。 2.3 容器 袋 的 选择 选 择 塑 料 薄 膜 15cm× 20cm或 12cm× 18cm的 容 器 袋 ， 袋 底 粘 封 ， 靠 近 底 部 打 69对 即 （ 1218个 ） 直 径 1.2cm大 小 的 孔 。 以 便 通 气 透 水。 2.4 装 钵 一 般 用 作 床 时 挖 出 的 土 即 可 ， 把 土 再 过 1 次 筛 ， 装 袋 时 将 土 装 于 袋 中 1/3， 把准 备 好的 裸 根 苗 木 置于 袋 中 ，尽 量 放在 钵 体 的 中 间 ， 1个 容 器 袋 栽 1棵 裸 根 苗， 之 后 再装 好 1/3的 土 ， 提 苗 使 根系 舒 展 ，之 后 再 把 土 装 满， 装 土 时要 将 钵 体内 的 土 压 实 装 满。 2.5 摆 放 摆 放 移 栽 好的 容 器 袋 时 ， 要 摆 放 整齐 挤 2018年 第 11期 现代 园 艺 技术 应用 89</p>