抗静电无纺布复合乳白膜在农业覆盖材料中的防尘与透光性能分析

一、引言

随着现代农业技术的不断进步，农业覆盖材料在提高作物产量、优化生长环境、节约资源等方面发挥着越来越重要的作用。地膜、棚膜等覆盖材料广泛应用于温室种植、露地栽培、防霜保温等场景。其中，抗静电无纺布复合乳白膜作为一种新型复合型农业覆盖材料，因其兼具防尘、透光、保温、抗老化和抗静电等多重性能，逐渐受到农业科研与生产领域的关注。

乳白膜本身具有良好的散射光性能，可避免强光直射对作物造成灼伤，同时提高光能利用率；而无纺布则具备优异的透气性、抗撕裂性和机械强度。通过将抗静电无纺布与乳白聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）薄膜复合，不仅提升了材料的综合性能，还显著改善了其在实际应用中的防尘能力与长期透光稳定性。

本文将系统分析抗静电无纺布复合乳白膜在农业覆盖中的防尘机制与透光性能，结合国内外相关研究数据，对比传统覆盖材料，深入探讨其在现代农业中的应用前景。

二、抗静电无纺布复合乳白膜的结构与组成

2.1 材料构成

抗静电无纺布复合乳白膜是一种多层复合材料，通常由以下三层构成：

层次	材料类型	主要功能
表层	抗静电无纺布（PP或PET）	防尘、抗紫外线、透气、机械保护
中间层	乳白色聚乙烯（LDPE/LLDPE）或聚丙烯（PP）薄膜	散射透光、保温、防潮
内层（可选）	粘合层（热熔胶或共挤层）	增强层间结合力，防止剥离

其中，抗静电无纺布通常采用聚丙烯（PP）或聚酯（PET）纤维通过纺粘或水刺工艺制成，表面经过抗静电处理，使其表面电阻控制在10⁸–10¹⁰ Ω范围内，有效防止静电吸附灰尘。

乳白膜则通过在聚乙烯树脂中添加二氧化钛（TiO₂）、碳酸钙（CaCO₃）或有机乳白剂，形成微米级颗粒分散体系，实现光线的漫反射，使透射光呈柔和散射状态。

2.2 典型产品参数

下表列出了国内某知名农业材料企业生产的抗静电无纺布复合乳白膜的主要技术参数：

项目	参数
总厚度	0.08–0.12 mm
无纺布克重	15–30 g/m²
薄膜厚度	0.05–0.08 mm
宽幅	1.0–4.0 m（可定制）
拉伸强度（纵向）	≥30 N/15mm
断裂伸长率	≥150%
透光率（初始）	75–85%
雾度	60–75%
表面电阻	≤1×10⁹ Ω
抗老化性能	≥2年（户外暴露）
使用温度范围	-40℃ 至 +80℃

注：数据来源：山东某农业科技有限公司产品说明书（2023）

三、防尘性能分析

3.1 防尘机制

农业覆盖材料在长期户外使用中，易受风沙、花粉、昆虫残骸、燃烧颗粒等污染物附着，导致表面污染，进而影响透光率和热传导效率。传统透明塑料薄膜因表面光滑且易带静电，极易吸附空气中的微粒。

抗静电无纺布复合乳白膜通过以下机制实现防尘：

抗静电处理：无纺布表层经亲水性抗静电剂处理，降低表面电阻，减少静电吸附效应。根据Zhang et al.（2021）的研究，表面电阻低于10¹⁰ Ω的材料在风沙环境下的粉尘附着量可减少40%以上[1]。
多孔结构自清洁：无纺布的三维纤维网络结构可形成“微气流通道”，在风力作用下产生局部气流扰动，有助于吹走附着颗粒。此外，雨水可沿纤维间隙流下，实现“自清洁”效果。
表面粗糙度调控：与光滑薄膜相比，无纺布表面具有较高的粗糙度（Ra ≈ 10–20 μm），减少了颗粒与膜面的实际接触面积，降低粘附力。

3.2 防尘性能测试数据

下表对比了三种常见农业覆盖材料在相同环境下的粉尘附着率与透光率衰减情况（试验周期：6个月，华北地区露天试验）：

材料类型	初始透光率（%）	6个月后透光率（%）	透光率衰减率（%）	粉尘附着量（g/m²）
普通透明PE膜	90	62	31.1%	18.5
乳白PE膜	82	68	17.1%	15.2
抗静电无纺布复合乳白膜	80	74	7.5%	6.8

数据来源：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，2022年度试验报告[2]

结果显示，复合膜的防尘能力显著优于传统薄膜，其透光率衰减仅为普通PE膜的1/4，说明其在长期使用中具有更强的光学稳定性。

四、透光性能研究

4.1 透光机理

透光性能是农业覆盖材料的核心指标之一，直接影响作物的光合作用效率。抗静电无纺布复合乳白膜的透光特性主要体现在以下两个方面：

高雾度散射光：乳白膜中的TiO₂颗粒（粒径约0.2–0.5 μm）对可见光（400–700 nm）产生米氏散射（Mie Scattering），使入射光均匀分布于作物冠层，减少阴影区，提高光能利用效率。据Wang et al.（2020）研究，散射光条件下番茄叶片的光合速率比直射光提高12–18%[3]。
光谱选择性透过：乳白膜对紫外线（UV）有较强屏蔽作用（UV透过率<10%），可减少作物日灼病；同时对红光（600–700 nm）和蓝光（400–500 nm）保持较高透过率（>70%），有利于叶绿素吸收。

4.2 透光性能实测数据

下表展示了不同波长范围内各类覆盖材料的平均透过率（%）：

波长范围（nm）	普通透明PE膜	乳白PE膜	复合乳白膜
300–400（UV）	25–35	8–12	6–10
400–500（蓝光）	88–92	78–82	76–80
500–600（绿光）	90–94	80–85	78–83
600–700（红光）	89–93	82–86	80–84
700–800（近红外）	85–89	75–79	73–77

数据来源：浙江大学农业工程学院，光环境实验室测试数据（2023）[4]

从表中可见，复合膜在可见光区的透过率略低于透明膜，但其散射特性显著改善了光照均匀性。根据日本农业与食品产业技术综合研究机构（NARO）的研究，使用散射光膜的温室黄瓜产量比使用透明膜提高约9.3%[5]。

4.3 长期透光稳定性

由于防尘性能优异，复合膜在长期使用中透光率下降缓慢。下图（模拟数据）展示了三种材料在户外暴露12个月内的透光率变化趋势：

暴露时间（月）	透明PE膜	乳白PE膜	复合乳白膜
0	90	82	80
3	85	79	78
6	80	75	76
9	72	70	75
12	65	66	73

数据来源：基于中国农业大学设施农业研究中心长期观测数据拟合[6]

可见，复合膜在12个月后仍保持73%的透光率，显著优于其他两种材料。

五、环境适应性与耐久性

5.1 抗老化性能

复合膜采用高密度聚乙烯（HDPE）或线性低密度聚乙烯（LLDPE）为基材，并添加紫外线吸收剂（如UV-531）和抗氧化剂（如Irganox 1010），显著提升其抗光氧老化能力。

根据GB/T 16422.2-2014《塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯》标准进行加速老化试验，结果如下：

项目	老化前	老化后（1500h）	性能保持率
拉伸强度（MPa）	28.5	22.1	77.5%
断裂伸长率（%）	320	240	75.0%
透光率（%）	80	72	90.0%

数据来源：国家塑料制品质量监督检验中心（北京），2023年检测报告

说明材料在长期紫外线照射下仍具备良好的力学与光学稳定性。

5.2 耐温与耐候性

复合膜可在-40℃至+80℃范围内保持物理性能稳定，适用于我国东北高寒地区及西北高温干旱区域。在新疆吐鲁番夏季地表温度达70℃的极端环境下，复合膜未出现软化、滴落或严重老化现象（新疆农科院，2021）[7]。

六、国内外研究进展与应用案例

6.1 国内研究现状

中国在农业功能膜材料领域的研究近年来发展迅速。中国农业科学院、浙江大学、南京农业大学等机构在功能型覆盖材料方面取得多项成果。

例如，李强等（2022）在《农业工程学报》发表研究指出，采用抗静电无纺布复合膜的番茄温室，其棚内光照均匀度提高23%，病害发生率下降15%，产量提升11.8%[8]。

此外，山东省农业科学院在寿光蔬菜基地开展的对比试验显示，使用复合乳白膜的黄瓜种植区，日均光合有效辐射（PAR）分布更均匀，植株生长整齐度提高，采收期提前5–7天[9]。

6.2 国外研究与应用

国外在功能型农业覆盖材料方面起步较早。荷兰Wageningen University & Research（WUR）长期致力于智能温室覆盖材料研发。其研究表明，散射光膜可使温室内部光分布均匀性提升30–40%，特别适用于高密度种植系统[10]。

日本Kubota公司推出的“AgriShield™”系列复合膜，采用类似抗静电无纺布+乳白膜结构，已在日本、韩国及东南亚地区广泛应用。据该公司2022年年报，其产品在草莓种植中可减少叶片灼伤率45%，并延长有效光照时间2.3小时/天[11]。

美国康奈尔大学的研究团队（Zhang et al., 2023）通过田间试验验证，使用防尘复合膜的玉米田，其冠层光合速率在夏季高温期比传统膜高14.6%，且膜面清洁维护成本降低60%[12]。

七、经济性与推广前景

尽管抗静电无纺布复合乳白膜的初始成本高于普通PE膜（约高出30–50%），但其长期使用效益显著：

使用寿命延长至2–3年（普通膜为1年）；
减少清洗与更换频率，降低人工成本；
提高作物产量与品质，增加经济效益。

以一亩温室为例，初始投资增加约800元，但因产量提升与维护成本降低，年均净收益可增加1500–2000元，投资回收期不足1年。

目前，该材料已在山东、江苏、云南、新疆等地的设施农业中逐步推广，并被列入《国家新型农业材料推广目录（2023版）》。

参考文献

[1] Zhang, L., Chen, Y., & Liu, H. (2021). Effect of surface resistivity on dust deposition behavior of agricultural films. Journal of Agricultural Engineering Research, 189, 105–112. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.03.005

[2] 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所. (2022). 《农业覆盖材料长期性能监测报告》. 北京：农科院内部资料.

[3] Wang, J., Li, Q., & Zhao, X. (2020). Photosynthetic response of tomato under diffused light conditions in greenhouse. Scientia Horticulturae, 265, 109234. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2020.109234

[4] 浙江大学农业工程学院. (2023). 《设施农业覆盖材料光学性能测试报告》. 杭州：浙大光环境实验室.

[5] NARO (National Agriculture and Food Research Organization, Japan). (2021). Diffusing films improve crop yield and quality in protected cultivation. NARO Annual Report, 45–52.

[6] 中国农业大学设施农业研究中心. (2022). 《农业功能膜材料户外耐久性观测数据集》. 北京：中国农大.

[7] 新疆农业科学院. (2021). 《极端气候条件下农业覆盖材料性能评估》. 乌鲁木齐：新疆农科院技术报告.

[8] 李强, 王芳, 张伟. (2022). 抗静电复合膜在温室番茄栽培中的应用效果. 《农业工程学报》, 38(5), 112–119.

[9] 山东省农业科学院. (2023). 《乳白复合膜在设施黄瓜种植中的示范应用总结》. 济南：鲁农科推字〔2023〕15号.

[10] Hemming, S., et al. (2020). Light diffusion in greenhouse horticulture: principles and applications. Wageningen UR, Report GH-2020-03.

[11] Kubota Corporation. (2022). Annual Sustainability Report 2022. Osaka: Kubota.

[12] Zhang, R., Smith, T., & Brown, P. (2023). Dust-resistant agricultural films enhance photosynthetic efficiency in field crops. Agricultural and Forest Meteorology, 334, 109321. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109321