复合检测技术

复合检测技术（共12篇）

复合检测技术 篇1

过去50年,建筑业主要采用传统的被动的(passive)卷材防水和涂膜防水。近年来随着地下基础施工中喷射混凝土应用的不断普及以及随之产生的渗水问题,导致活性(active)防水卷材得到开发和商业化应用。

这些新的活性防水卷材通过多种材料的结合,形成复合材料产品,引入了一种新的防水理念。

复合地下防水卷材是一种将活性聚合物膜技术与传统的粘结产品技术结合的产品。通过在防水卷材中加入多种隔膜材料,新的活性聚合物复合材料弥补了传统材料必须依赖高质量的施工才能避免防水失效的不足。通过对传统卷材失效模式的研究,新的活性产品在设计中加入了与传统卷材失效模式不同的材料,提高了防水性能。在现有的活性防水系统中,一个共同的发展趋势就是产品既要适应目前的施工技术,又要有更好的防水性能。

活性聚合物能在间歇的或连续的高静水压状态下工作。大多数传统的产品依赖化学粘结材料以及具有防水性能的材料,如沥青或热塑性材料来阻止水的侵入。活性聚合物防水既有物理阻水作用,而且还能自愈、自密封,应对水的入侵。

多层材料系统

美国环境保护署(EPA)要求市政工程和危险垃圾填埋场使用多层衬垫系统,如既有普通的被动防水的聚合物卷材,还要有活性的黏土密封层。这种设置体现了一种新的防水理念———富余量防水(redundantsystem),也就是说,即使其中一层遭到破坏而第二层材料由于不同的损坏机理仍能发挥作用。在垃圾填埋场工程中,研究表明,当两种不同的材料一起使用时,整个系统的功能得到提高。活性聚合物复合防水卷材作为一种多组分、多失效机理的多层系统,符合EPA的关于富余量防水的理念。

活性卷材复合化趋势

所有的防水系统都能在不同程度上发挥作用,否则不可能成为商业上能接受的技术。然而一个重要的认识是,水的侵入通常不是材料本身造成的,施工质量差,使用不正确以及施工结束后遭第三方损坏是最终导致系统损坏的重要原因,哪怕是最好的防水技术。需要在现场混合的产品,施工需要大量劳力的产品,以及缺少工种之间的协调,都可能在现场产生问题。

由于地下防水的失效处理很难、费用也高,从而促使制造商开发活性防水卷材系统。所开发的复合产品,通过将不同材料、不同施工方法结合,提高了防水可靠性。

二层防水的优点是显而易见的,因为二层防护总比一层要好。多种材料的结合使复合的卷材在充分发挥每一层作用的同时,还通过富余量防水的理念起到杠杆放大的作用。

地下施工现场常常不利于防水卷材的施工,现场往往会有积水、泥泞、杂物,而且还经常成为材料和设备的堆放区。许多工种就在卷材上面或靠近卷材的地方施工。施工活动例如钢筋加工、机械钻孔和混凝土浇筑,都有可能使铺设好的卷材损坏。考虑到这种具有挑战性的卷材施工环境,就不难理解为什么卷材铺设后往往遭到损坏,以及带活性自密封层的复合卷材是这种不利施工环境的最佳选择。

活性聚合物复合的选择方案

活性聚合物卷材的开发起源于膨润土膜。最早的活性复合膜是由一层钠基膨润土和聚合物衬垫或耐久的聚合物土工织物结合而成。膨润土与丁基橡胶的复合就是一个例子,两者形成活性的膨胀层。自那以后,制造商进一步开发利用了亲水聚合物技术的膜材料和施工方法,例如热塑性接缝焊接。

活性聚合物芯层技术

首个活性聚合物复合卷材系统Ultraseal问世于2002年,今天这一类产品有两种截然不同的类型:一种适用于低至中等含盐地下水现场条件(Ultraseal BT和Ultraseal SP),另一种适用于高含盐地下水现场条件(Ultraseal XP)。所有这3种产品的活性聚合物层与普通的聚合物土工膜衬垫层结合在一起。每一种产品都有在复杂条件下成功使用的业绩,例如静水压高、地下水含盐、离红线近、喷射混凝土以及隧道施工等。

普通的聚合物衬垫铺设时总是向外朝向地下水压的方向,而Ultraseal这种活性卷材的设计和施工规定,活性聚合物芯层直接与混凝土接触,起到激活活性层和阻止侧向水侵入的作用。Ultraseal卷材可以使用Hydrofix与现浇混凝土墙外表面全粘。Hydrofix是一种冷施工的聚酯基防水膜,可以起胶粘剂作用,使Ultraseal卷材粘结牢固,同时还是一道附加的防水层。在底板下,Ultraseal卷材的土工织物层会与板的底面形成牢固的机械结合力,将卷材牢牢固定住。在回填基础墙施工中,在卷材搭接缝中央施加75 mm宽的连续的密封带。

Ultraseal活性聚合物防水在美国和加拿大的许多地下施工项目中得到成功应用,包括地下高静水压的情况。

活性聚合物和PVC

Cetco公司还有另一种采用活性聚合物芯层技术的产品Core Flex,是一种多组分多阻隔层的产品,同样也符合EPA关于富余量防水层的理念。焊接增强的热塑性膜与活性聚合物芯层整体结合在一起。Core Flex60是一种复合防水卷材,由1.5 mm增强塑化聚氯乙烯(PVC-P)热塑性膜与活性聚合物芯层结合,卷长15.2 m,宽1.37 m。施工期间,PVC-P膜的搭接边采用热空气焊接,形成无缝的热塑性防水卷材层。活性聚合物自密封层提供了富裕的防水功能,与浇注的混凝土粘结,在地下室混凝土底板和外墙防水应用中,起防水层与保护层的作用。而且,搭接处由于活性聚合物芯层的膨胀和密封,提高了接缝的整体性。

Core Flex60中的PVC-P热塑性膜,在聚合物总含量高的条件下,用高分子量乙烯共聚合金制成,并采用聚酯增强织物增强。乙烯共聚合金起到塑化剂的作用,是产品具有高耐化学性和长期物理性能的根本。卷材还加有抗氧化剂、杀菌剂和防火剂。

Core Flex60已经成功地通过了70 m静水压头(按ASTM D5385)和531 m静水压(按ASTM D751)测试。这种卷材透汽性低,只有0.1 perm(ASTME96),将混凝土浇在APC层面上剥离强度达17.54N/cm(按ASTM D903)。

Core Flex产品还可以与膨胀缝填料结合使用,填料直接与PVC-P膜组分焊在一起,在伸缩缝、膨胀缝处形成热熔的热塑性密封。

结论

活性聚合物复合产品已经成功地在美国和加拿大使用近15年。防水材料的选择,取决于业主对渗水危险的容忍程度,施工方法和步骤上的便利程度,以及现场的情况如地下水压。卷材能经受施工过程中各种因素的考验,是产品评估中的一个重要方面。具有双重阻隔层的活性防水卷材较之其他普通卷材具有优势。后者的现场性能取决于正确的施工,而且即使施工正确,也很容易被施工现场的各种活动所损坏。

复合检测技术 篇2

周广银

1王中青1

童建春2

（1、61255 部队航修厂，山西 侯马 043013

2、陆航学院机械工程系

北京

通州

101123）

Nondestructive Testing Technology for Aviation Composite Component 摘要：本文首先介绍了航空复合材料的结构类型和主要缺陷，研究了现有的复合材料外场无损检测方法的技术特点，最后分析了国内外先进的无损检测技术在应用于外场一线维修检测可行性。

关键词：直升机、复合材料、无损检测 引入语

随着直升机装备的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。由于影响复合材料结构完整性的因素甚多，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生缺陷，使得产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响构件的机械性能和完整性，必须通过无损检测来鉴别产品的内部质量状况，以确保产品质量，满足设计和使用要求。无损检测是确保飞行安全的必要手段，对复合材料部件尤为重要。

复合材料部件的检测与生产制造中的检测有较大的差别，其特点为：

（1)在位检测，即检测对象不动，检测围绕检测对象来进行，检测设备都是移动式或者便携式检测设备；

（2）检测对象都是部件，多为中空结构，只能从外部进行单侧检测；（3）外场检测，空中作业多，检测工作实施不便。航空复合材料结构类型及其缺陷

航空结构中常用的复合材料结构主要有纤维增强树脂层板结构和夹芯结构。纤维增强树脂层板结构按照材料的不同又分为碳纤维增强树脂结构(CFRP)和玻璃纤维增强树脂结构(GFRP)；夹芯结构主要是蜂窝夹芯结构、泡沫夹芯结构和少量的玻璃微珠夹芯结构。

复合材料构件在使用过程中往往会由于应力或环境因素而产生损伤，以至破坏。复合材料损伤的产生、扩展与金属结构的损伤扩展规律有比较大的差异，往往在损伤扩展到一定的尺度以后，会迅速扩展而导致结构失效，所以复合材料在使用过程中的检测，就显得极为重要，也越来越受到人们的重视。2.1 纤维增强树脂层板结构中存在的主要缺陷

纤维增强树脂层板结构在成型过程中往往会由于工艺原因而产生缺陷，人为操作的随机性会产生夹杂、铺层错误等缺陷；固化程控不好会产生孔隙率超标、分层、脱胶等缺陷；在制孔过程和装配中会形成孔边的分层缺陷；使用中由于受载荷、振动、湿热酸碱等环境因素的综合作用会导致初始缺陷（如分层、脱胶）的扩展和分层、脱胶、断裂等新的损伤和破坏的发生。

2.2 夹芯结构中存在的主要缺陷

夹芯结构在成型过程中也会由于工艺原因而产生某些缺陷；为操作误差等会产生蜂窝芯的变形、节点脱开、因为蜂窝芯过低导致的弱粘接等缺陷，固化程控不好会导致局部的贫胶或富胶、弱粘接、发泡胶空洞等缺陷；使用中会导致初始缺陷（如弱脱胶）的扩展和脱胶、进水、蜂窝芯压塌等新的损伤和破坏的发生。泡沫夹芯结构会产生脱胶、芯子开裂等类型的缺陷。复合材料结构外场无损检测方法

在复合材料结构的生产过程中，为了确定其技术指标是否达到设计要求，在生产的各个环节中，都会通过不同的无损检测手段来检验产品

质量，以确保产品的最终质量。其中有些方法也被移植应用于外场的检测，这些方法包括目视法、敲击法、声阻法、声谐振法、超声检测技术、射线检测技术等。

3.1 目视法

目视检查法是使用最广泛、最直接的无损检测方法。主要借助放大镜和内窥镜观测结构表面和内部可达区域的表面，观察明显的结构变形、变色、断裂、螺钉松动等结构异常。它可以检查表面划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕等缺陷；尤其对透光的玻璃钢产品，可用透射光检查出内部的某些缺陷和定位，如夹杂、气泡、搭接的部位和宽度、蜂窝芯的位置和状态、镶嵌件的位置等。

3.2 敲击法

敲击检测是胶接结构的最快捷和有效的检测方法之一，被广泛地应用于蜂窝夹芯结构、板板胶接结构的外场检测，检测速度快，准确性高。敲击检测分为：硬币敲击（Coin Tapping）；专用工具敲击，如空中客车公司推荐的敲击工具PN98A57103013；自动敲击检测工具，如日本三井公司生产的电子敲击检测仪WP-632。3.3 声阻法

声阻仪是专为复合材料板、板胶接结构件与蜂窝结构件的整体性检测发展起来的便携式检测仪器。声阻法就是利用声阻仪，通过蜂窝胶接结构粘接良好区域与粘接缺陷区的表面机械阻抗有明显差异这一特点来实现检测的，主要用于检测铝制单蒙皮和蒙皮加垫板的蜂窝胶接结构的板芯分离缺陷检测。它能检测结构件的脱粘缺陷，不能检测机械贴紧缺陷。声阻法被国内的西飞公司生产中粘接质量检测和美国波音公司飞机蜂窝部件的外场检测广泛采用。此方法操作简单，效果良好，能满足设计和使用要求。

3.4 声谐振法

声谐振法是利用胶接检测仪，通过声波传播特性的测试实现对胶接结构的无损检测。适用于检测曲率半径在500mm以上的金属蜂窝胶接结构，能检测单侧蒙皮和带垫板的金属蜂窝结构的脱粘缺陷。该方法被国内外的多家制造企业和航空公司作为外场检测的手段和规范。

3.5 超声检测技术

超声检测法是无损检测最主要的手段之一，主要包括脉冲反射法、穿透法、反射板法等，它们各有特点，可根据材料结构的不同选用合适的检测方法。

超声检测技术，特别是超声C扫描，由于显示直观、检测速度快，已成为飞行器零件等大型复合材料构件普遍采用的检测技术。由于大型超声C扫描系统需要喷水耦合，且多数为超声穿透法检测，只能在大的检测实验室进行。而使用中的飞机复合材料部件多为中空结构，超声穿透法对其无能为力。因而外场的复合材料超声检测多数为传统的人工超声波A扫描检测。人工超声波A扫描检测可以逐

点覆盖检测结构件的所有检测面，设备简单，实施方便；缺点是检测可靠性低，主要取决于检测者的技术水平和敬业精神。

3.6 射线检测技术

对于复合材料结构而言，射线检测仍然是最直接、最有效的无损检测技术之一，特别适合于检测纤维增强层板结构中的孔隙和夹杂等体积

型缺陷和夹芯结构中的芯子变形、开裂、发泡胶发泡不足以及镶嵌物位置异常等缺陷的检测。射线检测对垂直于材料表面的裂纹也具有较高的检测灵敏度和可靠性，但对复合材料结构中的分层缺陷不敏感。该方法被国内外的军方和多家航空公司作为外场检测的手段和规范。4 复合材料结构无损检测新技术、新方法

4.1 外场在位检测的便携式超声C扫描系统

IUCS-II型便携式智能超声C扫描仪由中国飞机强度研究所研制，是国内研制的唯一可用于外场飞机复合材料结构检测的设备。该设备基于超声脉冲反射法，一代产品以CTS-23A超声探伤仪为平台研制开发，外加定位系统、专用数据采集和处理软件笔记本电脑等部分组成。外接真空吸盘装置，可检测立面、顶面等状态的复合材料。超声探头采用自主研发的聚焦水囊探头，具有很高的检测分辨率，可以定位损伤所处的层；且无需喷水耦合，可用于平面、曲面及装配后结构件的检测。拉线式大位移传感器扫描定位系统可在800mm/s的探头运动速度下实现缺陷的精确定位。针对不同的材料和结构形式，可按需要进行回波距离方式和回波幅度方式成像，检测结果实时按照与实际尺寸1∶1的显示比例显示输出。正研发中的二代升级产品，基于工业控制计算机和数字超声卡的平台，实现数字超声仪和计算机的高度集成，实现产品数字化，缩小产品体积，更便于外场使用。

系统紧凑小巧，能精确定位损伤的水平面位置、大小及埋深，适用于在复杂环境下工作。可检测复合材料加筋板结构的分层、脱胶、疏松、气孔及蜂窝夹层结构的贫胶、富胶、弱粘接等缺陷。主要应用于碳纤维和玻璃纤维的层板、加筋板结构及蜂窝结构的在位检测。

4.2 X射线非胶片成像技术

X射线非胶片成像技术是近年来无损检测技术发展最快的专业之一，超小型、电池供电的X射线机、射线计算机照相（Computer Radiography，CR）成像技术、数字式辐射成像技术（Digital Radiation，DR）等逐渐由实验室走向实际应用。用可以反复使用的CR成像板（IP板）来代替传统的胶片，用CR扫描仪可快捷获取到结构内部信息的数字影像，省去了暗室处理的过程、时间和费用；由于IP板具有高灵敏度，因而只需要很少的曝光时间提高了检测效率。系统由射线机、IP板、PCS扫描设备和计算机系统组成。DR成像系统是一种可以在外场应用的X射线实时成像系统，被美国军方应用于复合材料结构无损检测，尤其是蜂窝结构的进水检测。它可以直接在计算机上成像，没有中间环节。而且系统组成简单轻巧，灵敏度高，曝光时间短，检测效率高，适合外场作业。电池供电的脉冲式射线机是射线照相技术发展的另一个新产品，重量只有12lb，约5.5kg的脉冲式的辐射X射线，辐射总量不大（可满足CR和DR成像所需），但穿透力却足够强（270kV），是外场无损检测X射线数字成像检测的好搭档。

4.3 红外热成像技术

红外热成像是利用热像仪以热图的方式非接触地测定被检工件表

面的温度分布及等温线轮廓的技术。可于检测层板结构中存在的分层、冲击损伤、脱粘和夹芯结构中的板芯脱粘、进水等缺陷。由于其非接触、成片快速检测、可应用于外场和原位检测等优点，近年来受到广泛关注。根据热激励方式的不同，分为脉冲加热法、调制加热法和超声波激励加热法。其中，美国红外热波检测（TWI）公司的脉冲闪光红外热成像检测系统已经被美国军方等应用于飞机的检测，主要检测蜂窝结构的进水、脱粘和层板结构的冲击损伤和分层类损伤。

红外热成像检测技术也被空中客车公司作为其A300系列飞机的检测方法之一，它的热激励不仅包括恒温箱、红外灯、热空气枪、电弧灯等热激发方式，还包括冷空气枪、低温流体、冰箱等冷却方式。检测的损伤类型有层板的分层、脱胶和夹杂，夹芯结构的脱胶和液体渗入，金属胶接件的脱胶和腐蚀等。结束语

光电复合缆实用技术研究 篇3

【关键词】光电复合缆；接续；成端；防护【中图分类号】TP313

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0032-01

1、引言

随着通信事业蓬勃兴起，通信网络业务中电话业务呈平稳的增长趋势，而数据业务呈指数增长态势，语音、数据和图像等的多媒体均需传输，所以需要更大的网络容量和更宽的带宽。光电复合缆适用于宽带接入网系统中作传输线，是一种新型的接入方式，它集光纤、输电铜线于一体，可以解决宽带接入、设备用电、信号传输的问题。

2、光电复合缆简介

光电复合缆的型式规格以GYTA*B1-RVnXrmm为例表示，其中“GYTA”为光缆结构松套层绞式（铝带），“*”表示光纤的芯数，“n”表示电线数量，“r”表示线径大小，层绞式光缆中心以单根磷化钢丝作为加强构件，周围以sz绞方式紧密排列着内含多芯光纤及油膏的松套管和馈电线，松套管和馈电线的间隙充满阻水油膏，外护套采用线性低密度或高密度黑色聚乙烯塑料。

3、光电复合缆的典型方案

（1）　网络解决方案1：射频拉远单元（RRU）独立安装，及3G（TD-SCDMA）室内分布系统。

应用场景：BBU安装在宏基站内，RRU挂杆或安装在楼顶，或其它需覆盖建筑物内，距BBU所在基站距离≤3Km。

（2）　网络解决方案2：RRU（或光纤直放站）+2G宏站（小容量宏蜂窝基站）

应用场景：RRU（或直放站）安装在2G宏基站内，该2G宏基站位置偏远，取交流电不方便，或交流电不稳定，且用户数量较少。

（3）　网络解决方案3：（BBU+RRU）分布式基站远离宏基站

应用场景：安装在大型写字楼内，RRU安装在楼顶，距离BBU较近。该楼附近有大容量宏基站，并且该楼附近还有其他网络覆盖设备。

（4）　网络解决方案4：光纤直放站

应用场景：偏远地（山）区、市区内不容易取电的或供电不稳定的站点，铁路、高速公路覆盖等站点。

4、光电复合缆的敷设

光电复合缆线路的敷设应符合《YD5102-2010通信线路工程设计规范》、《YD5121-2010通信线路工程验收规范》。

（1）　施工前必须对光缆进行单盘检测，如：外表质量、导线之间、导线与加强钢丝、导线与铠装层之间绝缘及导线是否导通等。

（2）　光缆布放时，需用牵引绳与光缆中间加强件相连接，并用网套或胶带与护套相固定；敷设管道光缆时，牵引绳与光缆加强件最好用一个专用旋转牵引头，确保光缆的转向力及时释放，不允许直接拉光缆外护套牵引。

（3）　对于2kM以上的光缆布放，不允许一次性从头到尾放完，需把光缆盘放在布放地段的中间，倒“8”型向两头放。

（4）　施工时切忌光缆弯曲半径小于规定的弯曲半径，切忌光缆严重弯曲导致打“死扣”。

（5）　施工过程中注意不要将光缆布放在热源附近，避免热源烫伤、烫坏光缆。

（6）　复合光缆接头注意将加强钢丝与铜（铝）导线分开，导线连接时注意检查接线装置的完好性，避免由于接续问题导致导线对地导通。

（7）　复合光缆施工时需要严格遵守光缆施工的规范，避免光缆扭伤。

（8）　布放管道光缆时，如遇管道在拐角或两侧管道孔高低不一致时，一定要指定专人看护谨慎布放。

（9）　架空、管道光缆的短暂拉力≤1500N（相当于150kg）；直埋光缆的短暂拉力≤3000N（相当于300kg）。

（10）　光电复合缆曲率半径

复合缆中含有铜导线，所以弯曲半径相对较大，允许的最小弯曲半径用缆外径D的倍数表示，它应符合下表要求，施工放线时应特别注意。

5、光电复合缆的接续

复合光电缆的接续必须使用光电复合缆专用接头盒，专用接头盒和普通光缆接头盒相比，有单独的铜线接续区。

首先剥缆后（光缆剥开长度应能满足光纤在接头盒内的盘绕以及熔接损耗的长度），将铜导线与光纤束管按区域规范、整齐的布放于接头盒内，先对铜导线进行接续，注意相同颜色导线相接，采用接线镙栓冷接应旋紧镙丝，如采用铜管压接或焊接，需用石油膏填充或硅胶密封，之后用热缩管封闭或用绝缘胶带分别缠绕包扎（2条铜线应错开接续），然后按照普通光缆的接续方法对光纤进行接续、盘纤，对接头盒进行封闭和固定。

6、光电复合缆的成端

（1）　光电复合缆成端设备的选取

光电复合缆在机房内分别成端于ODF（或ODB）和电源设备，对于ODF／ODB的选取，可采用普通光缆成端用的ODF／ODB，对于电单元的成端设备由相关电源专业提供。

（2）　光纤单元的成端

光电复合缆进入机房后，先在机房ODF／ODB处将光电复合缆剥开（剥开点至光缆末端的长度应能保证铜导线能布放至机房电源柜并进行成端），按照普通光缆的成端方法和要求对光纤进行成端。

（3）　电单元的成端

对于分离出的铜导线应通过PVC管保护，沿走线架布放至机房电源柜接线端子处进行成端。

7、光电复合缆的防雷保护

（1）　室外光缆的防雷保护

光电复合缆采用架空敷设方式，线路吊线每隔500米左右利用电杆避雷线或拉线接地一次。电杆每隔250米，做一次接地，接地时，根据情况选择采用直埋式、拉线式或者延伸式接地。

杆路吊线每1000米左右做一处吊线接续，并用绝缘子将吊线断开，吊线在进入基站前也用绝缘子（隔电子）断开，靠近变压器的电杆拉线应在中间加装绝缘子。

（2）　机房内防雷保护

机房内的光缆成端用ODF／ODB均需要按设计做接地处理，按照设计所用的接地线将ODF／ODB接入到机房的接地铜排，同时对于光电复合缆的金属加强芯也应该做接地处理，具体操作办法为：将光电复合缆的加强芯部分连接至ODF／ODB的接地排处，并保证连接可靠。

8、总结

光电复合缆作为一种新型光电解决方案，与传统光缆相比，节约了工程投资和施工周期，一次性布线能同时解决传输和电力2大问题。面临现今多方面的通信网络建设条件限制，为运营商提供提供更加全面的建设思路和方案选择。

参考文献

[1]　《光缆线路施工与维护》卜爱琴

复合顶板控制技术 篇4

该工作面采深440~479.7m, 开采10#C层, 倾角为35~37°, 按走向长壁布置, 工作面倾斜长80m, 煤厚0.9~1.1m, 煤层结构简单, 厚度稳定, 受地质构造影响有变薄现象。煤层为黑色块状长焰煤, 煤质较好灰分不高, 光亮型, 煤层下距10#B煤19m左右, 工作面伪顶厚为0.15~0.5m的炭质页岩, 性脆, 易跨落。直接顶为6.0m厚的砂质页岩, 老顶为3.0厚的砂页岩互层。伪底为0.2m左右的炭质页岩, 直接底为厚2.0m的细砂岩, 灰色长石石英砂岩, 煤层底板处泥质成分多。直接顶抗压强度为￠35.83MPa, 岩石强度指数D=15, 属Ⅱ级2类顶板。煤层顶板柱状见图1。

工作面采用单体液压支柱配HDJB-600型铰接顶梁支护顶板, 柱距0.75m, 排距0.6m最大空顶距3.4m, 最小空顶距2.8m, 采用全部陷落法管理顶板。

2 采场矿压显现特征

2.1 采场顶板的岩性及结构。

复合顶板的一般特性是下软上硬, 容易发生离层, 在软硬顶板之间存在有薄弱面与光滑面, 软硬岩层间的粘结力很小极易分离。当采掘工作进行后, 松软顶板与坚硬顶板的下沉不同步, 因而两层间发生了离层。尤其是在单体柱的初撑力很小时, 离层现象更加突出。荣华煤矿10#C煤层顶板情况, 见图2。

2.2 复合顶板的矿压特征。

经矿压观测:10#C煤层工作面采用走向长壁后退采煤法时, 伪顶随采随落。直接顶初次跨步距为13m, 初次来压步距为18m, 周期来压步距为9~11m, 超前压力影响范围为10m。

采场合理的支护必须能有效的控制顶板的下沉和垮落, 防止离层, 并能对顶板的下滑起阻挠作用, 在复合项板条件下, 若支架的初撑力:

式中:P0—支柱的初撑力, 90千牛/根;H—复合顶板软岩部分的厚度1.3m;P—复合顶板的平均密度, 2.5t/m3;n—支护密度, 2.2根/平方米;a—煤层倾角, 35° (平均) ;u—复合顶板与上层硬顶层面摩擦系数, 取0.45;g—重力加速度, m/s2。

由计算可知:在保证初撑力的前提下, 复合顶板不产生严重离层, 工作面初撑力提高到90千牛/根后, 远大于30.30kN, 可以肯定冒顶区的离层不是由支柱工作性能产生的, 而是支护不及时, 质量低, 支柱受力方向改变, 顶板滑移时推倒支架发生冒顶的。因此单体液压支柱配铰接顶梁支护控制复合顶板的工作面必须保证支护的初撑力和支护质量。

2.3 复合顶板支护分析。

2.3.1 初排支撑力分析。

经观测, 在正常回采阶段, 泵站压力保证18MPa情况下, 工作面初排支柱初撑力都在90kN左右, 能够有效地控制机道顶板过早离层。大部分支柱具有较高的支撑力, 能控制直接顶的运动, 使采场顶板完整。实践证明:在长壁后退式开采工作面初次来压和周期来压期间, 工作面含泥质成分的底板就被压坏, 支柱钻底, 复合顶板被压碎, 使工作面出现漏顶事故。

2.3.2 三量参数分析。

a.试验前 (见表1) , 初排支撑力平均值较小, 而采场范围内载荷量较大。由于现场工人支柱操作的盲目性, 工作面初排支撑力悬殊较大, 支柱进入第二控顶排后受力不均;初排支撑力低易产生直接顶过早离层, 直接顶的重量能较快的施加给采场支柱, 使支柱增阻较快;支柱支撑力在各控顶排变化幅度较大, 在控顶范围内顶板容易出现台阶式下沉, 不利于顶板管理。

顶底板移近量与活柱缩量相差较大, 且变化不平衡。由于采场内支柱受力不均衡, 容易出现支柱顶破顶板或压坏底板的情况;支柱受力不动, 使高载荷支柱附近顶底板移近量较小, 低载荷支柱附近顶底板移近量较大, 从而使顶板不能作为一个整体运动, 出现移近速度不等。

b.试验后 (见表1) , 初排支撑力平均值较大, 而采场范围内载荷量较小。由于使用压力显示注液枪, 使工人消除了操作的盲目性, 做到支柱时心中有数;初排支撑力较高, 对控制机道顶板早期离层较为有利;支柱受力均匀, 能共同承担直接顶施加给支柱的压力。

顶底板移近量与活柱缩量相关较小, 且变化平衡。由于初排支撑力提高, 有利于控制顶底板, 使之基本处于整体运动状态;经观测最大顶底板移近量为72mm, 比试验前的98mm减少26.5%有利于顶板管理。

3 复合顶板控制技术

3.1复合顶板工作面的开拓布置。二采区的开拓布置形式为:沿煤层倾斜方向布置下山绞车道, 沿煤层走向布置顺槽, 上順槽到下順槽80～100m左右一条, 也就是工作面长在80～100m左右。回采巷道不得挑复合顶板掘进, 严禁上下顺槽与工作面锐角相交。

3.2 复合顶板工作面的控制技术。

3.2.1 防止空顶的形成。

由于复合顶板松软、破碎, 顶梁之间易漏顶形成空顶, 使各排支柱成为互不相连的自由体。重支轻护, “支架———围岩”力学系统得不到平衡, 支柱失去作用, 促使顶板进一步破碎、下沉量增大产生离层。若空顶继续发展, 支柱失稳, 则局部冒顶成为可能。实践证明:当工作面出现局部冒顶时, 必须及时处理好冒顶空间, 将冒顶区顶部及两端支护好, 防止顶板滑移。

3.2.2 提高支护质量。

复合顶板的采场支柱要求有足够的初撑力, 以控制上覆岩体挠曲或拉应变的作用在各结构面产生离层。使用单体液压支柱时, 在允许范围内尽量提高泵站的压力, 保证不低于18MPa, 以提高支柱的初撑力, 要保证支柱质量, 支柱要迎山有力, 升紧打牢, 特别要加强第一排支柱的支护质量, 落煤后要及时进行临时支护。

3.2.3 合理设计采场控顶距。

同等条件下, 控顶距越大, 顶板下沉量就越大, 加剧顶板破碎, 恶化支护区的顶板状态, 空顶距越大, 直接顶悬顶越长, 为维护顶板的受力平衡, 支柱反力的合力距支柱越远。工作面机道附近支撑力减少, 复合顶板出露后不能得到有效及时支护离层急剧产生, 给顶板管理造成困难。我矿在复合顶板采场中, 采取了缩小控顶距, 采用4.5排控顶, 以减少机道附近的顶板冒落, 收到良好效果。

3.2.4 窄幅小面与宽幅小面开采技术。

根据复合顶板矿压特征确定的窄幅小面与宽幅小面项结合开采技术。实践证明, 能够避开工作面初次来压与周期来压对工作面控制的威胁, 改善了采场的顶板管理难度, 控制住了复合顶板。

4 结论与建议

4.1 结论。

a.复合顶板控制采用4~5排控顶方案是可行的, 有利于顶板管理。b.提高单体支柱初撑力、加强二次注液是控制复合顶板的关键, 是防止压垮型、推跨型、漏跨型冒顶事故的有力措施。c.压力显示注液枪是保证初撑力提高的有力措施。d.经过实践证明:采用窄幅小面开采技术是控制复合顶板的关键技术。e.复合顶板控制技术是一项综合技术, 开采中必须加强对采场顶底板及乳化泵站、液压支柱的管理, 保证泵站压力18MPa。

4.2 建议。

支柱初撑力提高后, 应对支护系统的支护强度, 支护刚度, 支护密度进行优化。

5 经济效益分析

a.采场支护初撑力的普遍提高, 有效地控制了机道顶板过早的离层, 减少了二次注液工序。b.提高初撑力, 采用窄幅小面开采技术, 防止了漏顶事故的发生, 产量大幅度提高。10#C煤层由日产100t调高到180t, 平均提高效率1.8倍, 日增产80t, 月增产2400t, 采用该技术以来年增产煤炭28800t。c.采用复合顶板控制技术后, 工作面伪顶随采随落现象得到控制。使原煤外在灰分降低, 综合灰分 (外在灰分+内在灰分) 由44%降为19%。并且减少了生产工序, 减轻了工人的劳动强度, 提高了劳动效率, 提高了煤质, 扩大了煤炭销售, 社会经济效益显著。

摘要：本文通过对荣华二采区10#C右二煤采煤工作面矿压显现特征进行研究, 分析了复合顶板工作面的支护状况, 提出了控制复合顶板的有效措施, 经实践收到良好效果。

先进复合材料及技术 篇5

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授课教师：赵玉涛

1、论述国内外先进复合材料（在纳米复合材料、生物复合材料、智能复合材料中选一）的最新研究进展与发展趋势。

智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料，它实际上是集成了传感器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。其通过传感器感知内外环境状态的变化，将变化所产生的信号通过信息处理器作出判断处理，并发出指令，而后通过功能驱动器调整材料的各种状态，以适应内外环境的变化，从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能，类似于生物系统。智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物，在许多领域展现了广阔的应用前景，如机械装置噪音与振动的自我控制等，飞机的智能蒙皮与自适应机翼，桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断、自修复功能，以及各种智能纺织品。★智能复合材料最新研究进展：

智能复合材料主要由基体、传感器、信息处理器和驱动器组成。基体材料较多采用高分子物，主要作用是承载。传感器的主要作用是感知环境的变化(如温度、热、声音、压力、光等)，并将其转换为相应的信号。这类材料(一般有敏感的感知能力)有形状记忆合金(SMA)、压电材料、光纤、电/磁致粘流体、光致变化材料等，尤其是光纤应用最广(可感觉压力、温度、密度、弯曲、射线等)。信息处理器是核心的部分，它对传感器输出信号进行判断处理。构成驱动器部分的驱动。材料在一定条件下可产生较大的应变和应力，从而起到响应和控制作用，如形状记忆合金、磁致伸缩材料、pH致伸缩材料等。

复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。目前，研究者主要针对智能复合材料制备技术先进化、功能复合化、应用广泛化等一系列先进技术展开了研究，无论是在智能复合材料的制备，还是其材料结构、性能的检测方面，都取得了一定的进步。

（一）制备工艺数字化：

智能复合材料具有优异的性能而备受人们青睐，国内外研究者对如何改进工艺方法、提升制造效率、提高制造质量以及降低综合制造成本等方面提出了更高的要求，特别是在自动化制造技术迅猛发展和广泛应用的背景下，复合材料构件的加工制造设备和制造手段更加趋向于自动化及数字化，向多种技术、多种工艺、多种加工方法融合的数字化复合加工方向发展。其中主要包括：（1）数字化自动铺放工艺技术（2）超声波数控加工技术（3）与五轴数控机床组合应用的柔性夹持加工技术。这些技术主要应用于复合材料型材构件、复合材料编织物缝合成型、板材构件等的铣削钻孔和锪窝等[1]。通过相关关键技术和装备的研制和工程化应用，使复合材料构件的研制能力得到突破，整体制造水平显著提高，实现了大型复杂复合材料构件的高速度、高精度和高效率制造。

（二）原料合成表征技术：

2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”(Advanced Manufacturing Partnership,AMP)计划，呼吁美国政府、高校及企业之间应加强合作，以强化美国制造业领先地位，而“材料基因组计划”(Materials Genome Initiative,MGI)作为AMP计划中的重要组成部分，投资将超过1亿美元。随着材料基因组计划的宣布，我国材料专家也进行了相关的科学研究，如我国冶金分析表征专家王海舟院士对原位统计分布表征的研究，极大地推动了材料制备的发展进程。

（三）超声无损探伤技术：

针对航空航天高端装备制造与服役过程中复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测、快速检测、现场检测等问题，依托自主研制的新型超声检测系统开展实验研究，基于相控阵超声技术实现碳纤维增强树脂基复合材料L 型构件R 区孔隙、分层缺陷检测；基于空气耦合超声技术实现蜂窝夹芯复合材料脱黏缺陷检测；基于激光超声技术实现碳纤维树脂基复合材料孔隙、紧固孔分层检测及耐高温复合材料分层缺陷检测。分析了各项技术的关键问题、应用范围和发展方向。研究结果表明，应用超声无损检测新技术可以实现复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测和快速检测，并且可以现场应用[2]。★智能复合材料发展趋势：

智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。由此，我们也可以观察到，复合材料的发展趋势是：（1）进一步提高结构型先进复合材料的性能；（2）深入了解和控制复合材料的界面问题；（3）建立健全复合材料的复合材料力学；（4）复合材料结构设计的智能化；（5）加强功能复合材料的研究。[3] 此外,复合材料的绿色环保生产趋势也是现代文明对其发展的要求。

总的来说，先进复合材料具有高的比强度、比刚度、热稳定性，较低的热膨胀系数，优良的导热性、耐疲劳性及耐磨性等性能而广泛受到人们的关注，尤其是智能复合材料由于其特殊的结构、功能而不断地被开发利用，其发展趋势也越来越明显化。由于其具有良好的使用性能，其应用逐渐朝着广泛化发展；广泛的使用要求材料制备实现低成本、机械化、性能优良化以及多样化。目前，传统的制备方法已经不能满足生产需求，制备手段已经呈现出多样化趋势，计算机技术的引入可实现其数字化、自动化制备；原位统计分布表征与激光烧结技术的完美结合使得智能复合材料结构更加均匀化，功能实现更加精准化；高端的制备方法，不同于一般材料的优异性能使其凸显高端技术领域应用的趋势。

2、论述结构复合材料（在金属基、陶瓷基、聚合物基中选择一类）的制备技术、性能及其应用情况；

金属基复合材料是指以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。金属基复合材料按增强体的类别来分类，可分为纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按金属或合金基体的不同，金属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等[4]。★金属基复合材料制备技术：

金属基复合材料品种繁多，根据其不同性质，应选取不同的制造工艺。现有的制造工艺有：粉末冶金法、热压法、热等静压法、挤压铸造法、共喷沉积法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌法、反应自生法等。归纳起来可分为：固态法、液态法和自生成法及其他制备方法。下面简单介绍几种常见的制备方法：

（一）粉末冶金复合法

粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同，包括烧结成形法、烧结制坯加塑法加工成形法等适合于分散强化型复合材料（颗粒强化或纤维强化型复合材料）的制备与成型。粉末冶金复合法的工艺主要优点是：基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强化颗粒之间不易发生反应；可自由选择强化颗粒的种类、尺寸，还可多种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；较容易实现颗粒均匀化。缺点是：工艺复杂，成本高；制品形状、尺寸受限制；微细强化颗粒的均匀分散困难；颗粒与基体的界面不如铸造复合材料等[5]。

（二）铸造凝固成型法

铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。主要方法有搅拌铸造法、液相渗和法和共喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点，工业应用较广泛。其中，原生铸造复合法（也称液相接触反应合成技术Liquid Contact Reaction：LCR）是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中，利用高温下的化学反应强化相，然后通过浇铸成形。这种工艺的特点是颗粒与基体材料之间的结合状态良好，颗粒细小（0.25～1.5μm），均匀弥散，含量可高达40%，故能获得高性能复合材料。常用的元素粉末有钛、碳、硼等，化合物粉末有Al2O3、TiO2、B2O3等。该方法可用于制备A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基复合材料，强化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。

（三）喷射成形法

喷射成形又称喷射沉积（Spray Forming），是用惰性气体将金属雾化成微小的液滴，并使之向一定方向喷射，在喷射途中与另一路由惰性气体送出的增强微细颗粒会合，共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上，凝固成复合材料。凝固的过程比较复杂，与金属的雾化情况、沉积凝固条件或增强体的送入角有关，过早凝固不能复合，过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀。这种方法的优点是工艺快速，金属大范围偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免复合材料发生界面反应，增强体分布均匀。缺点是出现原材料被气流带走和沉积在效应器壁上等现象而损失较大，还有复合材料气孔率以及容易出现的疏松。利用喷射成形原理制备工艺有添加法（inert spray form-ing）和反应法（reactive spray forming）两种。Osprey Metals研究的Osprey工艺是喷射成形法的代表，其强化颗粒与熔融金属接触时间短，界面反应得以有效抑制。反应喷射沉积法是使强化陶瓷颗粒在金属雾或基体中自动生成的方法。

（四）叠层复合法

叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法复合，然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。

（五）原位自生成复合法

原位自生成复合法也称反应合成技术，金属基复合材料的反应合成法是指借助化学反应，在一定条件下在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种复合方法。这种增强相一般为具有高硬度、高弹性模量和高温强度的陶瓷颗粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它们往往与传统的金属材料，如Al、Mg、Ti、Fe、Cu等金属及其合金，或（NiTi）（AlTi）等金属间化合物复合，从而得到具有优良性能的结构材料或功能材料。

金属基复合材料的原位复合工艺基本上能克服其它工艺中常出现的一系列问题，如基体与增强体浸润不良、界面反应产生脆性、增强体分布不均匀、对微小的（亚微米和纳米级）增强体极难进行复合等。它作为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍的重视，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生长法等。★金属基复合材料性能：

金属基复合材料的增强体主要有纤维、晶须和颗粒，这些增强体主要是无机物（陶瓷）和金属。无机纤维主要有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维等。金属纤维主要有铍、钢、不锈钢和钨纤维等。用于增强金属复合材料的颗粒主要是无机非金属颗粒，主要包括石墨、碳化硅、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼等。

金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。通过优化组合可以既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能。

综合归纳金属基复合材料有以下性能特点： A．高比强度、比模量； B.良好的导热、导电性能； C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好； D．良好的高温性能和耐磨性； E．良好的断裂韧性和抗疲劳性能； F．不吸潮、不老化、气密性好。★金属基复合材料的应用：

近些年来正在迅速开发研究适用于350℃～1200℃使用的各种金属基复合材料。金属基复合材料 是以金属或合金为基体与各种增强材料复合而制得的复合材料。增强材料可为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。金属基体除金属铝、镁外，还发展有色金属钛、铜、锌、铅、铍超合金和金属间化合物，及黑色金属作为金属基体。金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量外，它能耐高温，同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。是令人注目的航空航天用高温材料，可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。目前不断发展和完善的金属基复合材料以碳化硅颗粒铝合金发展最快。这种金属基复合材料的比重只有钢的1/3，为钛合金的2/3，与铝合金相近。它的强度比中碳钢好，与钛合金相近而又比铝合金略高。其耐磨性也比钛合金、铝合金好。目前已小批量应用于汽车工业和机械工业。在5～15年内有商业应用前景的是汽车活塞、制动机部件、连杆、机器人部件、计算机部件、运动器材等。

总之，金属基复合材料具有高比强度、比模量，良好的导热、导电性、耐磨性、高温性能，较低的热膨胀系数，高的尺寸稳定性等优点，它在航天、航空、电子、汽车、轮船、先进武器等方面均具有广泛的应用前景。

3、论述功能复合材料（在压电复合材料、导电复合材料、磁性复合材料、摩擦功能复合材料、阻尼复合材料、光电功能复合材料等中选择一类）的制备技术、性能及其应用情况。

磁性复合材料是以高聚物或软金属为基体与磁性功能体复合而成的一类材料。现代信息化技术的发展对磁性材料提出了高磁饱和强度、高磁导率、高频、轻型和微型化等要求,传统磁性材料已不能适应这些要求。磁性复合材料是在磁性材料的基础上添加各种不同的功能因子,从而既保持了磁学特性,又带来了巨磁阻效应、巨霍尔效应、小尺寸效应等。因此这类材料的研究现状、制备方法以及应用前景受到人们的关注,成为现代材料研究的热点。磁性复合材料主要分为永磁复合材料和软磁复合材料川两大类。稀土永磁材料是最早发展起来的永磁材料,一直据主流地位。它是稀土元素和过渡族金属形成的一类高性能永磁材料,其性能特征是磁化强度高,剩余磁感应强度高,矫顽力性能较好,且是目前种类最多和应用最广的磁性材料。★磁性复合材料的制备技术：

磁性复合材料主要由强磁性粉、聚合物粘结剂、加工助剂三大部份组成。其中, 磁粉性能的优劣对磁性复合材料的磁性能影响最大。粘结剂性能的好坏对磁性复合材料的磁性能、力学性能及成型加工性能的影响甚大[6]。而加工助剂主要是从改善加工成型性能方面提高磁性能。

由于磁性复合材料的种类繁多,因此其制备方法也不尽相同。同一种功能的材料可以采用不同的方法制备,也可以用同一种方法制备出不同功能的复合材料。目前比较常用的制备方法主要有溶胶一凝胶法、化学共沉淀法、磁控溅射法和激光脉冲沉积法等。[7]

（一）溶胶一凝胶法

溶胶—凝胶法是近期发展起来的能代替高温固相合成反应制备陶瓷、玻璃和固体材料的一种方法。该法是将易于水解的金属化合物(金属醇盐或无机盐)在某种溶剂中与水发生反应,经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化,在十燥、烧结等处理后得到氧化物或其他化合物固体。溶胶一凝胶法制膜的关键步骤如下:复合醇盐的制备、成膜、水解反应和聚合反应、干燥、烧结。

（二）化学共沉淀法 化学共沉淀法是在原材料溶液中添加适当的沉淀剂,使原料中的阳离子形成各种形式的沉淀物(其颗粒大小和形状由反应条件控制),然后经过滤、洗涤、干燥得到所需的微粒,有时还需经加热分解等工艺才能得到纳米复合颗粒。在沉淀过程中,温度、pH、表面活性剂、添加剂、溶剂等都是影响沉淀性质及组成的重要因素。一般沉淀过程是不平衡的.为了避免局部组分偏析,通常需添加缓释剂,以控制沉淀的生成速度,避免浓度不均匀,从而获得凝聚少、纯度高的纳米催化复合颗粒。

（三）磁控溅射法

磁控溅射是20世纪70年代发展起来的一种高速溅射技术,其原理是利用直流或高频电场使惰性气体发生电离,产生辉光放电等离子体。电离产生的正离子和电子高速轰击固体表面,使固体原子(或分子)从表面射出。这些溅射出来的原子带有一定的动能和方向性,沉积到基片或一件表面形成薄膜。

（四）脉冲激光沉积法

脉冲激光沉积法是近年来新出现的沉积技术。通过高强度、短脉冲的激光束照射到处于真空状态的固体靶上,使靶材表面产生高温及熔蚀,将其离解成前驱等离子体。这种等离子体定向局部膨胀发射,并在基底上沉积薄膜。★磁性复合材料的性能：

磁性复合材料性能与填充磁体含量的关系，对低填充量的颗粒状磁性功能体填充的复合材料：μr(V)= 1 + A V。其中，μr 为相对磁导率，A 为依赖于磁性材料性能、形状和填充量的系数，V 为磁性材料填充的体积分数。可见，随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。而μr(V)= 1 + B V 2其中，B为磁感应强度。

对于填充两种或两种以上不同尺寸磁粉及不同尺寸分布和形状的混杂磁性复合材料，如果其粒子形态相似而磁性能不同，则μr 与各磁性材料体积分数Vi 的关系可表示为：μr(V1，V2)= 1 + B1V2 2+ B2V2 2[8] 由于磁性材料有软磁和硬磁之分，因此也有相应的软磁和硬磁复合材料。此外，强磁性(铁磁性和亚铁磁性)细微颗粒涂覆在高聚物材料带上或金属盘上形成磁带或磁盘用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料，又如与液体混合形成磁流体等。一般情况下，永磁材料的密度较高，脆而硬，不易加工成复杂的形状。但是，制成高聚物基或软金属基复合材料后，上述难加工的缺点可得到克服。永磁复合材料的功能组元是磁性粉末，高聚物和软金属起到粘结剂的作用。其中，高聚物使用较为普遍，常用的有环氧树脂、尼龙和橡胶等材料。

软磁材料，除在静态磁场下有高饱和磁化强度和高磁导率外，还具有低的交流损耗PL。通常较大尺寸的金属软磁材料，其相对磁导率μr随驱动频率的增大而急速下降。

★磁性复合材料的应用：

（一）永磁性复合材料的应用

上述各种永磁材料与聚合物(或低熔点金属)构成的复合材料具有成型方便和有复杂精密构形的特点，目前已大量用于各种门的密封条和搭扣磁块，如常用的橡胶基磁性复合材料。各种磁性玩具等低档用品和永磁电动机、微波铁氧体器件、磁性开关、磁浮轴承和电真空器件等高技术用途也在开发之中。此外，用于信息记录的磁记录材料(磁带、软磁盘等)要求较高的剩磁和矫顽力，同时为使材料满足记录密度高，噪声低及有高强度、柔韧性和表面光滑的要求，必须采用聚合物基永磁性复合材料。它是用超细铁氧体磁粉(使之有小的磁畴)和聚合物基体复合后再涂覆在聚酯薄膜及基片上制成。

由于复合永磁材料的易成形和良好加工性能，因此常用来制作薄壁的微型电机使用的环状定子，例如计算机主轴电机，钟表步进电机等。复合永磁材料的良好成型性，使其适用于制作体积小、形状复杂的永磁体。如汽车仪表用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器等。复合永磁材料的功能体可看作是各类磁体粉末（如铁氧体、铝镍钴、Nd--Fe--B等）制成的粘结磁体。也可以选用两种或两种以上的不同磁粉与高分子材料复合，以便得到更宽范围的实用性能。

（二）软磁性复合材料的应用

软磁性材料要有低矫顽力和高导磁率，并尽量减小导磁率随频率提高而迅速下降的效应，因此要求软磁性片材厚度低而电阻率高。这正是聚合物基磁性复合材料发挥特长之处。因为聚合物基复合材料容易压延成强度好的薄片，同时聚合物基体是电绝缘材料，与导电的无机磁性材料复合后能大大提高电阻率，由于绝缘的聚合物包裹了磁体颗粒，电涡流损耗得以大大降低。这些特点表明，用这种材料制造低频(或工频)中小型变压器铁芯是最适合的，不仅效率高(铁芯损耗为12W/kg)，而且温升很低。

（三）在吸波材料上的应用

在国防科学技术中隐身技术很重要。隐身技术中的关键材料是吸波(雷达电磁波)材料，聚合物磁性材料特别适合作为吸波材料，这是主要的用途。吸波材料与聚合物基体构成涂料或者与其他有吸波功能的增强体(如碳纤维、碳化硅纤维)和树脂基体构成兼有吸波和结构功能的复合材料。[9]

（四）磁流变体的应用

如前所述，磁流变体是能在调节外界磁场的情况下迅速改变黏度，甚至由液态变为固态的复合材料。利用这种功能磁流变体可在机械传动以及自动化控制系统中，特别是在机敏和智能系统中用作智能阻尼执行机构的关键材料。目前已经试用于车辆的刹车，传动耦合机构中。它与原有的机械摩擦式刹车和离合器相比，传动效率大大提高，而且操纵平稳、精确。特别是正在试验中的车辆智能阻尼，可以使车辆在崎岖不平的道路上行驶时根据路况自动调节阻尼，使之不发生颠簸，类似的用途正在开发之中。

（五）磁性复合材料其他潜在应用前景

除了上述已经开发和正在试用中的磁性功能复合材料外，还可利用复合效应中非线性的乘积效应开发磁性伸缩复合材料、磁光复合材料以及其他与磁性能有关的功能复合材料。参考文献：

超净电袋复合除尘技术研究 篇6

关键词：超净电袋；分区供电；气流均布；高精滤料

中图分类号：TM621；X513 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0011-02

1 概 述

随着国家深入推进大气污染治理，有些地方政府及电力企业提高了燃煤机组大气污染治理的主动性，广东、陕西、山西等省政府先后出台逐步实现超清洁排放的计划目标，鼓励燃煤电站按超清洁排放要求实施。

2015年，李克强总理在政府工作报告中提出要“推动燃煤电厂超低排放改造”。为此，国家环保部7月发出《关于编制“十三五”燃煤电厂超低排放改造方案的通知》，要求有条件的企业将原计划2020年完成的超低排放改造任务提前到2017年完成，并要求在全国范围内实施。

2 电袋复合除尘器原理

电袋复合除尘技术是继电除尘器、袋式除尘器之后，在充分消化吸收两者机理优势的基础上，将荷电除尘及过滤拦截机理有机结合，创新开发的一种全新的除尘技术[1]。它把前级电场除尘区和后级布袋除尘区紧凑的安装在同一个除尘器壳体内，如图1所示。

充分利用前级电场高效除尘效率来去除烟气中80%以上的粗颗粒粉尘，最大程度上降低进入布袋除尘区烟气的含尘浓度，剩余10%～20%的细颗粒粉尘由后级布袋区进行过滤拦截捕集，有效降低了布袋除尘区负荷。一方面避免了烟气中大量粗颗粒粉尘对滤袋的冲刷和磨损，另一方面由于粉尘颗粒荷电的作用，有效改善了布袋表面的粉饼层结构。电袋复合除尘技术的前后两区分级除尘特点，大大提高了整体除尘效率，有效实现了除尘器出口长期稳定达标排放，具有除尘效率高、排放稳定、运行阻力低、节能、运行成本低、占地面积小等优点[2-3]。

3 超净电袋复合除尘技术的提出

很长时间以来，我国多数燃煤电厂由于“市场煤”的供求情况，极其严重的影响了进入锅炉煤的质量稳定性，致使进入除尘器的烟尘浓度、烟气量等工况复杂、变化幅度大，造成后续静电除尘器除尘效率上下波动极不稳定，这种前端失控致使后端湿式除尘不堪负重“兜不住”的现象，根本无法实现当前形势下超清洁排放目标的实现。

龙净环保通过总结已投运的电袋复合除尘器工程并深入研究，提出了超净电袋复合除尘技术。超净电袋技术在各种烟尘工况下保证除尘器出口排放浓度小于5（或10） mg/Nm3，在烟囱前采用湿电除雾技术确保出口烟尘浓度小于5（或10） mg/Nm3，从而实现超净排放，解决了我国燃煤电厂煤种变化带来除尘效率波动排放不稳定的问题。

4 超净电袋复合除尘的技术措施

超净电袋的选型技术思路为：电场区根据煤种、烟气工况条件，设计满足除尘效率要求的规格容量，提高电场的除尘效率，有效降低袋区的入口粉尘浓度，使滤袋区工作于恒定的低粉尘浓度工况，同时采用高精度滤料，实现超净排放。

经工程应用和试验表明，随着布袋除尘区入口浓度的增加，出口粉尘浓度也随之缓慢增加，当入口粉尘浓度达到一定值时，入口浓度的不断增加而出口排放则趋于平稳。也就是说，如果要在除塵器出口实现超净排放，需适当加大前级电场规格，提高前级电场的除尘效率，合理控制布袋除尘区的入口粉尘浓度。

4.1 提高电场除尘效率

4.1.1 选择合理的极配形式，强化颗粒荷电

根据工程项目煤种、灰份特点，选择相适应的极板、极线形式，采取合理的极配形式，从而适应工况条件，提高电场除尘效率。

合理的极配形式能提高驱进速度，从而提高除尘效率。选择与烟气特性、含尘浓度高低等工况条件相适应的的电晕线，提高放电性能，从而提高电场强度，使得粉尘颗粒充分荷电，充分发挥电场的除尘效率。

4.1.2 采用分区供电技术，增强颗粒荷电，提高电场可靠性

前后分区供电技术，即将每一机械电场沿气流方向细化分成两个供电分区。对于一个电场内部，其前半部电场的最大工作电压较后半部电场的最大工作电压小，多级机械电场除尘器的第一电场内部差距尤为明显。如采用两台变压器来对一个机械电场的前后部分进行分别供电，即分为两个独立的供电分区，提高了平均工作电压，相应的提高了粉尘颗粒荷电量，尤其对细颗粒粉尘荷电与电凝并发挥了重要的作用[4]。因此，电场分区供电技术大大提高了除尘效率。

此外，由于细化了电场供电分区，电场发生故障时可退出的工作区域也少一半，从而大大提高了电场的可靠性。

4.2 合理选择高精滤料

滤袋是电袋复合除尘器实现稳定达标排放的最关键部件，不同的滤料结构形式直接影响到除尘器的整体性能，不同滤料的过滤精度决定了不同的排放值。要保证超净电袋出口长期稳定小于5（或10） mg/Nm3的超低排放，滤料过滤精度的选择也是至关重要。

当前过滤精度最高的是PTFE覆膜滤料，其次是超细纤维梯度滤料，这两种都属于高精度过滤滤料，是超净电袋复合除尘器滤料的首选。

为深入研究各种滤料的过滤精度，选择了四种不同的滤料在VDI试验机上按国标工况条件下（入口浓度为5.0 g/m3，过滤风速2.0 m/min）进行测试。

试验表明，PPS超微孔PTFE覆膜滤料的排放浓度极其稳定，而且比PPS常规PTFE覆膜的低50%左右，比PPS梯度滤料的低90%，比常规PPS滤料的低95%。

4.2.1 PTFE覆膜滤料

滤料覆膜是在滤料的迎尘面覆上一层PTFE微孔膜的一种加工工艺。覆膜滤料不借助粉饼层进行过滤的方式称为“表面过滤”，绝大多数粉尘被阻挡在PTFE滤膜的外面，甚至可以实现“零排放”。同时由于PTFE滤膜本身摩擦系数小，不易粘灰，使得表面的粉饼层容易脱落，容易清灰。

4.2.2 超细纤维梯度滤料

梯度滤料是指滤料沿气流方向，迎尘面采用一定厚度的超细纤维层，后续采用常规纤维层，从形成孔隙分布呈“外小内大”梯度状结构形式。由于迎尘面超细纤维层能有效拦截细颗粒粉尘的渗透，因此梯度滤料的过滤精度与阻力性能介于PTFE覆膜和常规滤料之间。

4.3 改进滤袋制作工艺

滤袋加工过程中，用缝线缝制的部位留有针孔，易造成粉尘颗粒渗透逃逸。在超净排放要求时可采用针孔处进行涂胶或热熔贴胶带工艺防止粉尘泄漏。

4.4 采取強化颗粒荷电与电凝并技术

电袋复合除尘器电场与滤袋区之间存在相互影响的机制，特别在滤袋表层，因颗粒的荷电特性，其过滤机理发生了重要变化。

经过电区时细颗粒物发生了极化和凝并，并形成大粒径颗粒，且随着颗粒荷电量的增大，其极化和凝并程度越显著，细颗粒形成大颗粒的效果就越明显。通过颗粒荷电，增强了电袋对细颗粒物，特别是PM2.5的捕集性能力。

4.5 采用高均匀性流场分布技术

大型化电袋复合除尘器的总体结构、布置具有进口数量多、除尘器横向尺寸宽、断面大、滤袋数量多等特点，若除尘器气流分布不均匀，将直接影响到出口排放、阻力、滤袋使用寿命。所以采用高均匀性流场分布技术是保证综合性能的必要条件之一。

5 结 语

超净电袋复合除尘技术是在常规电袋的技术升级，在保留常规电袋技术优势的基础上，提高了除尘效率，保证长期稳定的烟尘小于5（或10） mg/Nm3超清洁排放的同时，确保除尘设备运行阻力低、滤袋使用寿命长、性能稳定等优异的综合性能。超净电袋复合除尘技术对我国燃煤电厂“市场煤”现状适应性强，工艺路线简化，同比常规超清洁工艺路线，其稳定性、可靠性更高，是当前超净排放形式下燃煤电厂除尘器增效改造的首选技术。

参考文献：

[1] 修海明.超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J].电力科技与环保，2015，（4）.

[2] 黄炜，林宏，修海明，等.电袋复合除尘技术的试验研究[J].中国环保产业，2011，（7）.

[3] 聂孝峰，李东阳，郭斌.燃煤电厂电袋复合除尘器技术优势[J].电力科技 与环保，2013，（1）.

复合地层盾构纠偏技术研究 篇7

成都地铁7号线八里小区站至东区医院站区间隧道右线长1171.529m, 最小左转平曲线半径450m, 最大坡度28.912‰, 区间呈“V”形节能坡设计, 区间隧道中心线间距9.45~15m, 隧道顶埋深10.34~20.33m。隧道衬砌采用外径6m, 厚30cm, 宽1.5m C50钢筋混凝土管片错缝拼装而成。

1.1 凌云阁大酒店现状

该酒店为7层钢筋混凝土结构, 酒店长度27.07m, 宽13.69m, 建筑面积为6023.92m2。建成于1997年, 基础为φ600机械冲击桩基础, 桩长13m, 主筋为准20@200, 桩底位于<3-8-2>中密卵石土。右线下穿长度28m (670~689环, 共19环) , 桩底与隧道顶部垂直距离约1.3m。

1.2 工程水文及地质情况

地下水无承压水存在, 主要为赋存于黏土层之上的上层滞水、第四系孔隙水和基岩裂隙水, 工程周边范围无较大地表径流存在。水位高度在地表以下7~10m。隧道上方覆土主要为:<1-2>人工杂填土、<3-1-2>粘土、<3-8-2>中密卵石土、局部含有<3-5-2>透镜状中砂层;隧道断面范围主要有:<3-5-2>透镜状中砂层、<5-1-2>强风化泥岩、<5-1-3>中风化泥岩;下卧层主要为:<5-1-3>中风化泥岩。

2 盾构上漂过程描述

八~东区间右线盾构机在2014年11月25日掘进至643环后, 停机等待41d。

2015年1月6日复推发现, 盾构姿态不受控, 在将上下千斤顶油压差调至极限状况下, 盾首姿态仍然以30mm/环左右的速度向上偏离轴线。虽采取了增设千斤顶、“地坦克”减小掘进速度等措施, 但效果不明显。掘进至648环时, 盾构垂直姿态偏差为 (盾首:165mm, 盾尾:203mm) 。此段位于全断面砂卵石层中。

2015年1月14日, 因盾构姿态控制较差, 经讨论, 将40号滚刀 (边缘滚刀) 换成开挖直径为6404mm的超挖刀, 并将9#~36#滚刀全部拆除。换刀完成后, 于1月19日试掘进完成第649环, 盾构姿态继续上偏, 但趋势有所减小。

2015年1月25日, 由于盾构即将穿越凌云阁酒店, 为减小超挖对建筑物的不良影响, 遂取消超挖刀。

取消超挖刀后, 千斤顶上下油压差达到极限状态时 (约320bar) , 盾构姿态能保持慢速回归设计轴线。由于在纠偏过程中, 管片破损、错台、漏水严重, 遂减小纠偏速率, 一直掘进至669环。

掘进至670环时, 盾构轴线趋势变化为-10mm/m左右, 盾构姿态再次不受控制, 盾首以8mm/环的速率向上偏离轴线。直到掘进至675环后, 于1月31日暂停施工。

2月13日下午14时继续掘进第677环 (同步浆液换为惰性浆液) , 掘进过程中, 将盾构机下部千斤顶停用, 盾构垂直姿态变化为盾首/中盾:39/63mm, 变化量为盾首/中盾:7/3mm。盾首变化速度为16.7mm/m。垂直趋向变化为-5.6mm/m。

盾构机上下千斤顶油压差已经达到极限值时, 盾构姿态仍会不断向上偏离设计轴线, 盾构轴线垂直趋势不断增大 (盾首向上倾斜) 。将盾构下部千斤顶停用以后, 盾构姿态仍得不到有效控制, 但盾构姿态偏差变化量减小, 盾首上升的速率减小。通过停用盾构下部的千斤顶, 可以起到一定的作用, 但还不能有效地控制盾构姿态“上漂”。

3 纠偏措施

3.1 纠偏管理措施

(1) 严格方案评审:就纠偏措施, 先后组织6次专家咨询会, 邀请了全国范围内知名的专家学者, 提出了一系列的意见建议, 对专家提出的意见认真总结分析, 落实到现场管理过程中。

(2) 严控措施落实:为切实将方案落实到实处, 在每次复推前和换刀前, 均组织了条件验收, 该阶段累计进行了6次条件验收, 严格把控措施到位情况。

(3) 加强信息反馈:为指导推进过程中的参数控制, 参建各方均建立了现场值班表, 24h安排人员现场盯控。

3.2 纠偏技术措施

(1) 加密地质补勘:为了解掌握真实地质情况, 项目在盾构机停机前方进行了加密地质补勘工作, 进一步探明隧道范围内地质分布情况。

(2) 增设扩挖刀。4月1日至4月3日进行了盾构换刀作业, 将最外侧40#单刃滚刀更换为超挖3cm的撕裂刀 (考虑位于房子正下方) , 开挖能力由原来的6304mm变化为6364mm, 同时对刀具进行了检查和更换, 对刀箱和刀盘开口进行了清理。

(3) 管片选型:为进一步控制盾构推进过程中向下趋势的形成, 调整选用1.2m环宽管片, 及时对盾构间隙及管片超前量进行调整。

(4) 盾构上部增加辅助油缸:在推进过程中, 使用辅助油缸增加向下压力, 推进过程中, 考虑管片的受力能力, 单个油缸加力至100t。

(5) 盾构上部油缸增加靴板:在推进过程中, 在上部油缸与管片间增加5cm厚靴板及楔形板, 减小上部千斤顶行程, 减小向上分力, 增大与管片接触面积。

(6) 收放铰接和加大上下油压差:考虑到初始阶段铰接压力在240bar左右, 为减少为铰接的约束, 考虑管片选型阶段以调整盾尾间隙为主, 从693环开始铰接压力已下降100bar以下;为保证向下趋势的形成, 上部千斤顶的油压基本位置在340bar左右, 下部基本控制在20~40bar左右, 压差300bar左右。同时将6~14号油缸电磁阀拔除, 仅保留11号油缸。

(7) 渣土改良方面:由于掘进速度较慢, 因此将泡沫原液从3%增加至4%, 并适当增加泡沫流量。渣样基本成流塑状。

(8) 钻孔碎化盾构背土:在恢复推进前钻孔碎化盾构背土, 并在探孔内注入液压油, 用以润滑上部盾尾, 降低盾壳摩阻力。

(9) 盾构机重心前端配重:采用铅块在盾构机前盾增加35t配重, 增大盾构机前盾重量, 便于盾构机向下趋势加大。

4 纠偏情况

4.1 第一阶段纠偏情况

(1) 677~686环, 对应里程4105.511~4094.913, 该段掘进长度10.598m, 该阶段盾构切口垂直姿态从44mm上升至106mm, 上升速率5.85mm/m;盾尾从63mm上升至187mm, 上升速率11.7mm/m, 前后点上升速率基本一致, 后端稍快。该阶段掘进符合增设扩挖刀后姿态理论变化趋势, 扩挖超过盾构重心前, 趋势变化基本保持线型变化。

(2) 686~698环, 对应里程4094.913~4079.56, 该段掘进长度15.353m, 该阶段盾构切口垂直姿态在96~116mm之间波动, 盾尾在178~193.6mm之间波动, 该阶段盾构垂直姿态基本保持平稳, 存在小幅波动。

4.2 第二阶段纠偏情况

为验证第一阶段纠偏措施的效果, 在停机位置处进行开仓换刀作业。更换刀具12把, 其中39#、40#刀具更换为超挖5cm的撕裂刀, 更换单刃滚刀8把, 更换中心滚刀2把。刀具磨损主要为偏磨。

699环至725环推进期间, 维持原有措施不变情况下进行推进, 盾构姿态由开始的高偏:前/后127.18mm/204.79mm变化到前/后0.22mm/74.64mm (相对应坡度28.912‰) 。通过该阶段的纠偏, 盾构姿态基本趋于正常。

5 房屋沉降情况

凌云阁酒店最大沉降-10.27mm, 后续通过地面注浆和隧道内二次注浆, 基本稳定在-8mm左右, 未突破沉降控制值-20mm。具体监测数据变化如图2。

6 结论

(1) 停机地点的选择:造成八东区间直接原因为停机点的选择不当和停机后采取的措施不当, 停机位置选择在全断面膨胀岩的地质条件下, 浆液将盾尾包裹, 虽采用惰性浆液, 但随着时间的推移, 浆液强度逐渐上涨, 且该处泥岩具有一定的膨胀性, 加剧了浆液对盾体的握裹力, 从而导致盾体背土现象的发生。

另一方面停机点较靠近穿越建筑物, 发现异常后可处置的空间和时间有限, 不能采取有效直接的方法, 且面临风险较大。因此对长时间停机的地点必须严格进行论证, 同时在停机期间应注入膨润土和惰性浆液润滑盾体。

(2) 增设超挖刀的利弊:从本次纠偏情况进行分析, 增加超挖刀为最直接、最有效的方法, 可在短时间内起到纠偏的效果, 但对超挖量的大小和超挖刀具的方式还有待考证。特别是穿越建筑物期间, 盾构纠偏与建筑物的沉降是个矛盾体。从本次情况看, 在原有基础上超挖3cm基本能够维持建筑沉降在1cm以内, 超挖5cm能够在短期内看到纠偏的效果。

(3) 推进速度的选择:在纠偏阶段, 刀具磨损较大, 与推进速度息息相关, 在纠偏阶段速度基本维持在1cm/min以内, 滚刀刀具的磨损均较大, 建议将速度控制在1.5cm/min左右。

(4) 上下油压差及趋势的选择:为保持盾构向下趋势的形成, 上下油压差基本保持在280bar左右, 同时必要时拔出下部油缸的电磁阀, 如此情况下才能向下纠偏, 但同时带来的后果就是上部管片破裂较多, 下部管片环缝较大, 给施工质量带来一定的影响。就具体趋势而言, 从整体推进过程分析, 趋势在维持-18mm/m以下时, 姿态才能逐渐下行。

(5) 管片姿态的稳定:为保证管片在脱出盾尾后不出现大的上浮量, 采用5道槽钢拉紧装置, 使所有的管片形成整体, 同时在脱出盾尾后3环即开始二次注浆, 保证及时填充上部空隙。

参考文献

[1]竺维彬, 鞠世健.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究[M].广州:暨南大学出版社, 2009.

[2]张凤祥, 朱合华, 傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[3]杨书江.富水砂卵石地层盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[4]《地下铁道设计规范》 (GB50157-2003) .

红枣复合果冻加工技术研究 篇8

一、研究材料以及方法

1.1材料与仪器

在本实验中所用的原料主要有一下几种:市售红枣;白糖 (市售) ;明胶、琼脂、魔芋胶、柠檬酸、柠檬酸钠 (均为市售食品级添加剂) ;果胶酶。

在做红枣工艺技术研究的时候, 我们所要用的仪器主要有五种:组织捣碎机;恒温水浴锅;灌装机;阿贝折光仪;酸度计

1.2工艺流程以及操作注意点

首先进行红枣汁的制备:将新鲜的红枣去核制成泥, 在恒温水浴锅中 (大约70摄氏度) 加入果胶酶, 用纱布过滤, 放入杯中备用。然后白糖加适量水溶解过滤备用。同时进行混合胶的制备:称取一定量的魔芋胶等, 以一定的比例 (魔芋粉:琼脂:明胶的比例为2:3:2) 混入均匀后缓缓撒入一定量的冷水中, 并且不断地搅拌由于三种胶的耐热性不同, 故选择煮胶温度为75摄氏度。加热煮约10分钟, 并且注意边煮边搅拌, 以免焦壁, 致使胶完全溶解。将三种原材料同时制备完成之后进行调配工作:将过滤后的糖液加热, 加入制备好的红枣, 与过滤后的混合胶趁热混合, 当温度降至70摄氏度左右时, 加入柠檬酸 (柠檬酸应先用少量水溶解) , 注意在搅拌时候要均匀, 以免造成局部温度偏高。当三种原材料完全混合的时候再将调配好的胶液立即灌注到经过消毒处理的果冻杯中并封口 (以免微生物污染杯口) , 放入85摄氏度的热水中3到5分钟进行灭菌处理。最后进行用喷淋方法进行冷却风干注意冻凝后要在50摄氏度的热风下使其表面水分蒸发掉, 以免在包装袋中产生水蒸气而长霉。

1.3产品评分标准

以果冻的风味、色泽、口感、组织状态这四项感官指标来对制作的红枣果冻的质量进行评定, 满分100分, 由20位经过训练的专业人员组成评价小组, 根据GB 1983-2005的标准制定产品中和评分标准, 并且根据其标准进行评分, 评定结果取平均值。

1.4单因素实验

单因素试验设计通过控制变量法来改变果冻中各个因素, 并且以此来测定出红枣果冻的最佳配方以及各个因素对果冻的影响。实验结果表明:柠檬酸主要用于调节产品的风味, 并且可以降低PH值, 并且抑制细菌生长, 其用量对口感和胶的稳定性影响较大, 当混合胶比例为2:3:2, 总胶量为0.7%时候, 柠檬酸添加量为0.2%时候产品的凝胶性和口感都较为合适。同样糖酸比也影响着果冻的口感, 适当的比例让其食用爽口。

1.5果冻的最佳配方正交实验

根据单因素实验结果选取混合胶浓度, 红枣汁用量、糖浓度含量和柠檬酸的浓度, 选用四因素三水平的设计正交试验表来确定红枣复合果冻的最佳配方。

二、结果研究及其分析

1、红枣果冻的配方确定

根据四因素三水平的正交实验表可以看出, 混合胶的用量对产品质量的影响是最大的, 然后依次为糖、红枣汁、柠檬酸。根据正交实验表的分析结果, 确定出果冻配方的较佳配方为:40%的红枣汁, 5%的混合胶, 0.25%的柠檬酸, 15%的糖, 以此配方做出的果冻, 其感官评分达到了90分, 处于最高分数。

2、红枣汁的提取方法及其用量

红枣汁有不同的提取方法, 在本实验中先加热提取再用果胶酶水解提取的复合方法所知趣的红枣汁其可溶性固形物、还原糖、和总酸含量都是比较高的, 出汁率高达70%, 颜色纯正, 有浓郁的枣香味。随着红枣汁的加入, 颜色越深, 味道越浓。加入40%的红枣汁是, 味道浓郁, 口感甚佳。

3、由于混合胶凝结速度慢, 因此采用喷淋冷却工艺来使胶体凝结。

三、产品要求指标及其分析方法

在对红枣果冻进行产品质量进行评定的时候, 要注意一下几个指标:

1. 感官指标

风味、口感和组织状态是感官指标的三个重要的评比标准。对于一个质量上佳的果冻而言, 风味自然, 口感细腻、光滑, 成冻完整不粘壁有弹性是不可或缺的条件。而红枣果冻除具备以上条件还应该在色泽上呈现出枣红色并且具有一定的红枣的香味, 这样的果冻才能基本达标。

2. 理化指标

理化指标是在微观上对于红枣果冻进行一些检测。果冻除了有良好的外观和口味之外, 应该还需要注重果冻所含微生物等微观元素是否达标。在本次实验中, 测得的可溶性固形物大于25%, PH值4.0左右, 重金属的含量复合国家标准

细菌总数不大于100个/g, 大肠菌群不大于6个/g, 无致病菌。 (固体物含量的测定参照GB10788-1989;微生物指标的测定参照GB19299-2003;)

四、实验结论

通过正交实验结果和对产品质量的评比结果, 确定出红枣果冻的较优配方为:40%的红枣汁, 5%的混合胶, 0.25%的柠檬酸以及15%的白糖。利用该配方制作的果冻颜色呈橘黄色, 成冻完整, 有浓郁的红枣味, 弹性、韧性强, 爽滑可口等特点, 并且大大增加了果冻的营养价值。

总而言之, 红枣是我国独有的优良品种, 同时在中国, 红枣和魔芋的种植面积很广, 原材料丰富而廉价。研制出的红枣复合果冻不仅可以让原材料得到充分的利用, 还可以集红枣和魔芋精粉的独有的特色于一体以此来提高其附属价值, 使得其产品在口味和功能上能够得到进一步的提高和优化。对于当今时代而言, 食品发展的新方向和目标是将食品本身所有的营养与功能性相结合, 红枣复合型果冻不仅可以使食用者在享受的同时增进健康, 而且具有很大的发展空间和市场价值, 值得我们更加深入的研究和开发。

摘要：以红枣等原材料研制红枣复合果冻加工技术, 通过正交实验设计对红枣复合果冻的配方与工艺进行研究。试验结果表明, 40%红枣汁、5%明胶、15%白糖、0.25%柠檬酸的工艺参数能制造出口感细腻, 色泽均匀, 香味浓郁的红枣复合果冻。

关键词：红枣,复合果冻,加工技术,正交实验

参考文献

[1]李改燕, 裘迪红, 郭丽萍.红枣汁与魔芋凝胶复合果冻的研制[J].宁波大学学报 (理工版) .2010年02期.

[2]徐润, 梁庆华.明胶的生产及应用技术[M].北京:中国食品出版社, 1988:239-247.

[3]刘树兴, 陈明, 刘丽, 等.复合魔芋胶果冻的研制[J].食品科技, 2002 (10) :30-32.

复合材料修复技术概述 篇9

20世纪40年代, 为满足航空工业发展的需求, 美国生产出了第一代复合材料—玻璃纤维增强塑料, 自此复合材料走入了人们的视线中。20世纪90年代, 波音787飞机大范围使用新型碳纤维复合材料, 标志着复合材料技术已经较为成熟, 材料已克服成本障碍, 应用于越来越多高性能结构中, 新型材料用量占整体结构总质量不低于50%。现阶段高性能新型复合材料已经进入许多关键领域, 如运行在铁路线路上的高速列车[1]。

复合材料优越的性能展现在越来越多的领域。20世纪70年代初期, 澳大利亚研究人员Alan Baker博士就已经开始对金属飞机结构损伤修复进行了探索[2], 并首次运用在飞机结构件的维修。复合材料修复结构损伤已经作为对精密部件修复的首选技术。截止2010年, 北约国家在用复合材料修复结构损伤已超过万例[3]。

相比与传统机械联接, 复合材料修复损伤技术具有明显的优越性。现阶段已经在航空、航天飞行器, 高速列车结构件得到应用, 并逐渐涉及生物学, 力学, 材料, 医学和计算机技术等领域及学科[4]。本文主要介绍碳纤维复合材料修复损伤技术。

1 碳纤维修复损伤介绍

碳纤维复合材料修复技术是指用高性能的碳纤维复合材料修补缺陷或损伤的结构, 实现降低裂纹的扩展速率、制止裂纹的扩展、降低结构损伤部位的应力水平的效果, 在一定程度上提高临界裂纹长度, 使损伤构件的功能和承载能力得以最大限度的恢复, 达到延长结构使用寿命的目的[5]。

复合材料修复结构技术有如下优点:

1) 新型修复方法不破坏结构的原始状态, 并较大程度地减少应力集中、改善承载情况以及避免二次损伤, 从而提高结构性能。

2) 最大程度恢复和增强原始结构的强度和刚度。

3) 由于纤维及基体材料的密度较小, 相比于原始修理方法, 新型修理方法修理后结构整体增重小。

4) 新型复合材料修复后的结构抗疲劳性能和耐腐蚀性能良好。

5) 复合材料修复技术消耗时间短、经济性好、成本低。

6) 复合材料修复技术适用于修理各种复杂表面, 有效恢复原有结构形状, 保持光滑气动外形[6]。

2 碳纤维复合材料修复技术应用领域及研究现状

碳纤维复合材料修复技术应用广泛, 并逐渐成为重点注目的研究和发展课题[7]。1982年, 阿拉尔塔里木河大桥建成通车, 结构为钢筋混凝土简支T梁特大桥。其承载力近年来明显下降。检测大桥的基本结构损伤后, 确定使用粘贴碳纤维布的加固方案, 获得圆满成功。碳纤维复合材料修补、加固桥梁效果显著。日本也采用这种工艺对大地震造成损坏的钢筋混凝土桥板、桥墩进行修补作业[8]。

碳纤维复合材料修复技术不只于应用修复桥梁损伤, 在其他领域也有很好的成效。2007年6月, 鄯善输气站进行了腐蚀缺陷检测, 并少量进行开挖验证。检测发现多处管体腐蚀缺陷, 最严重处达到壁厚的67%, 常规的焊接修复方法难以进行修复。综合考虑下游居民、企业的正常用气以及可能会给输油公司造成巨大的经济损失等多方面因素, 最终选用碳纤维复合材料修复技术。测试发现管道均恢复了正常的运行压力[9]。

近些年在对海底管道例行的检测中, 检测人员发现渤西中段海管登陆段管道多处达到高风险评级。为保证海上油气田的生产安全, 最终采用Perpe Wrap复合材料系统对高危段管道进行了修复[10]。

2.1 碳纤维表面处理

改善与提高纤维基体界面的结合强度, 应从增强界面结合能力的方式实现:增加基体对纤维表面的润湿性能, 去除纤维表面的污染层, 增加纤维表面的粗糙度, 引入一些极性基团对纤维进行活化, 以及多种方法共同使用等。

处理纤维表面常用的方法有如下几种。1) 湿化学处理;2) 电化学处理;3) 偶联剂处理;4) 等离子体处理;5) 高能辐照处理。当前主要使用空气氧化法和硝酸氧化法。

特别需要注意:复合材料成型模表面为了脱模, 常涂有含氟聚合物或硅酮类的脱模剂, 这些脱模剂有可能降低碳纤维和基体材料的结合强度, 也要对此情况进行考虑[11]。

通过分析碳纤维 (CF) 增强热塑性复合材料的力学性能发现, 浓硝酸对碳纤维表面刻蚀沟明显, 纤维与基体界面结合良好[12]。

特殊的纤维, 其纤维表面需要进行涂层处理等手段, 使得结合强度达到要求的水平;适时地发生界面脱粘, 界面位置出现的裂缝生长、伴随的滑移、纤维拔出以及摩擦滑移过程中, 吸收较多的能量, 使材料保持较好的韧性[13]。

2.2 碳纤维三维编织方法增强复合材料的性能

对于连续纤维增强相, 纤维的排列结构方式大致可分为单取向、二维 (2D) 和三维 (3D) 。

二维织物增强聚合物基层压结构复合材料的发展和应用已经较为成熟, 但这种工艺本身存在一系列不可抗拒的缺陷, 造成在厚度方向的力学性质较差;易出现分层;抗冲击性能;损伤容限较低。

三维结构碳纤维在面内方向和厚度方向都有一定比例的纤维, 厚度方向的纤维将各层的面内方向的纤维捆绑成了一个整体。三维结构的聚合物基复合材料结构的整体性较高, 抗分层性能较好。三维编织是解决分层问题的有效途径[14]。

三维编织纤维技术还可以运用在零部件的设计中。针对一个零部件的工作环境、受载荷情况以及其他诸多条件, 利用特定原料, 特别设计编织方法, 达到增强零部件整体性能的目的。

2.3 耐高温高压管路修复技术发展现状

国外管道修复方式及方法包括沟内修复和沟外修复、停输或不停输修复、人工修复或机械化修复、内修复和外修复等。其中较多地采用停输修复的方式, 对于不宜停输的管道亦采用不停输的方式进行修复。在允许停输条件下, 采用沟外修复方法多于沟内修复法。

目前, 国外采用较为多样的内修复方法, 包括管道内衬法、PE管道插入法或软翻内衬套修复法等。低压天然气管道、煤气管道、自来水管道或污水管道等民用设施管道一般使用内修复方法。对于高、中压油气管道等复杂管道, 则多采用外修复法[25]。

外修复方法还可细分为管体缺陷补强修复和管道防腐层修复。管体缺陷补强的方法一般有补焊、打补丁、半圆套管、整圆套管、环氧填充套筒修复以及复合材料修复。国内的管道修复中已广泛采用换管法、打补丁、金属卡具法这三种方法。

国内复合材料修复是一项较新的技术, 2004年, 四川省西南油气田分公司首次应用美国的Clock-spring复合材料贴片修复天然气管道。在北美和欧洲的各类油气管道修复中此技术应用已非常普遍, 成为可供选择的经济、有效的永久性管道修复方法。

复合材料修复的原理是将缺陷部位所承受的应力通过高强度的填充物转移至复合套筒上。常用的复合材料有加入玻璃纤维或碳纤维等强化物质的基体材料。

管道补强套件可用于腐蚀或损伤程度低于80%的管道补强。修复后的管道, 其承压能力将会100%地恢复到新建管道的水平。

摘要：复合材料修复技术是一种使用胶结方法对损伤结构进行修复的新技术, 其中碳纤维复合材料表面胶结损伤修复技术是综合性能最优、前景最为广阔的维修技术。文中介绍了碳纤维复合材料修复表面损伤在管道修复领域的应用现状, 以及可能对修复性能有效提升的碳纤维表面改性技术和三维编织技术。分析认为碳纤维复合材料修复技术将在航空航天、管道修复以及更多其他领域广泛应用。

复合检测技术 篇10

复合绝缘子相对于瓷、玻璃绝缘子具有质量小、强度高、耐污闪性能强、维护方便等突出优点, 因此在电力系统内得到了广泛应用。随着运行时间的延长和运行数量的增长, 复合绝缘子的故障次数逐渐增加。复合绝缘子的故障类型主要包括芯棒脆断、内部击穿、内部产生气孔气隙、局部裂纹、憎水性丧失、局部产生导电通道、生物附着等。内部脱黏会在芯棒中产生气孔或气隙, 端部的压接失当或者外力破坏可能在芯棒上产生裂纹。在内部气孔、芯棒表面裂纹附近往往存在严重的电晕放电, 长期作用会蚀穿护套, 进而可能引发芯棒脆断[1]。复合绝缘子内部的局部导电通道产生后会逐渐延伸发展, 最终可能造成内部击穿。由于绝缘子的老化或者长期电晕作用, 复合绝缘子可能出现憎水性的下降甚至完全丧失, 对其抗污闪性能带来负面影响。生物如藻类、真菌覆盖伞群后会积聚水分, 导致伞群表面呈亲水性, 引起湿闪电压明显下降[2]。为避免上述严重故障的发生, 必须及早掌握复合绝缘子运行及故障信息。目前带电检测技术已经成为电力系统中获取设备信息的重要手段, 通过对比分析各种复合绝缘子带电检测技术, 为推进输电线路状态检修工作提供依据。

1 复合绝缘子憎水性的带电检测

1.1 复合绝缘子憎水性的表征

目前适用于现场带电检测的憎水性表征方法主要是憎水性指示函数法, 其特征量有灰度特征量、水珠形状特征量等[3,4,5]。

灰度特征量利用了湿润表面照片的灰度信息。憎水性较好时, 表面水分以孤立的球型水珠存在, 光照下水珠中心、边缘的灰度不同, 此时图像的灰度信息量大, 或者分形维数高。灰度特征量的主要缺点是对拍照环境和图片质量要求过高。

水珠形状特征量由水珠形状因子和最大水迹占所分析面积的比例两个参数组成。随憎水性下降, 最大水迹倾向于覆盖整个表面, 面积比趋近1, 而形状因子则呈现先减小后增大的趋势[5]。水珠形状特征量接近水珠附着特性的物理本质, 但形状因子与憎水等级之间的关系需大量统计数据作为支撑, 目前不同文献使用的判定阈值差异较大[3,5], 尚不完善。可见, 描述憎水性的特征量需要进一步研究。

1.2 基于数字图像处理的憎水性带电检测

国内外一些研究者以憎水性指示函数法为核心, 研发了基于数字图像处理的憎水性带电检测方法, 可以实现复合绝缘子憎水性的带电检测, 基本步骤如图1所示。

图像采集通过微型数码摄像机实现。参考文献[4]的研究仅进行了实验室测量, 而参考文献[6]所用方法仍是人工登塔进行喷水和照片拍摄, 因此图像采集尚需要自动化程度更高的方法。

图像预处理包括裁减、去噪、增强等步骤。图片的增强方法有采用直方图均衡与局部对比度相结合的方法[3]、基于区域相似特征的增强方法等, 通过图片增强能减弱对光照的要求, 增强对水珠与背景的辨识能力, 从而将憎水性判断扩展到污秽绝缘子表面。

基于灰度信息的检测方法在图片去噪后可直接进行特征提取, 而形状因子法还需进行水珠边缘检测。现场应用中由于光线、震动、污秽的影响, 会给边缘提取带来较大困难。

总体而言, 基于数字图像处理的憎水性带电检测法在寻找更合适的特征量和适应现场条件的图像获取、特征提取方法方面需要进一步研究。

2 复合绝缘子局部缺陷的带电检测

2.1 电场法

电场法通过复合绝缘子轴向电场强度是否存在畸变来检测内部导通性缺陷及缺陷的位置。目前加拿大、中国等多国研究者已进行了实验室和现场试验[7,8,9,10,11], 证明了电场法的有效性, 并对电场法所能检测的最短导通性缺陷长度 (灵敏度) 及其影响因素进行了研究, 将不同文献研究结果进行统计, 如表1所示。

由上表可知:

(1) 缺陷位于高压端时电场法灵敏度最高;

(2) 均压环会显著减小高压端检测灵敏度, 这是由于施加均压环后绝缘子高压端电场减弱, 相同长度的导通性缺陷导致的电场分布畸变减弱;

(3) 电压等级越高, 灵敏度越高, 以中部缺陷为例, 带均压环时110、230、735 k V检测灵敏度分别为20、12.5、8 cm。

此外, 电场法灵敏度还受环境因素 (如水分和污秽) 影响, 参考文献[12]研究表明伞群表面水分、污秽同时存在时也会引起绝缘子轴向电场强度畸变, 导致局部缺陷无法辨认。

总体而言, 电场法适用于检测复合绝缘子的导通性故障, 判断准确度较高;但对于低电压等级绝缘子其灵敏度较低, 适用性不强。在现场使用时往往需要登塔操作, 不及红外等方法方便。

2.2 红外法

温度是表征复合绝缘子缺陷的有效特征。复合绝缘子的发热来源主要有极化损耗、局部放电、泄漏电流等[13]。前两者都源于缺陷引起的电场过分集中;泄漏电流发热多见于绝缘子伞面发生劣化的情况, 泄漏电流集中在劣化部分, 与周围出现明显的温差。通常气隙、碳化通道的端部由于局部放电情况的存在将成为“热点”, 而碳化通道中间部分由于电场较弱, 往往温度较低[13]。

目前红外法已经在较多地区得到了实际应用, 使用经验表明, 红外成像技术对于明显导通性缺陷、材料严重老化、芯棒断裂缺陷检测效果良好, 但对芯棒界面气隙、表面裂纹, 只有湿润或发展到一定深度后才引发电晕, 检测效果难以保证。

红外法的优点是检测距离远, 大大减轻了工作量, 提升了操作安全度, 其缺点是易受环境因素及污秽等能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响, 且存在一定检测盲区。

2.3 紫外法

复合绝缘子的表面缺陷引起电晕时, 利用紫外成像仪可对电晕实现观测, 因此紫外法可用于检测能引起复合绝缘子外表面稳定放电的缺陷, 比如碳化通道和蚀损[6]。

紫外法的优点是检测距离远, 对电晕的检测灵敏度高, 利于尽早发现缺陷, 对导通性缺陷的检测灵敏度高于红外法。紫外法的缺点是能检测的缺陷类型较受限, 并非所有缺陷都产生稳定电晕, 比如芯棒表面的裂纹只有受潮后才会产生电晕, 但此时污秽绝缘子的干燥带及凝露处可能产生电弧, 给缺陷的判断造成困难。现场操作中, 紫外法对光照有一定要求。此外, 紫外法对检测位置要求较高, 只有在放电的正面才能得到放电图像。由于上述特点, 目前紫外法主要用于电晕放电的检测, 对于绝缘子局部缺陷的判断则主要处于辅助地位, 通常与红外法配合使用。

2.4 光纤传感器法

复合绝缘子出现损伤后其芯棒上的应力、温度分布将发生变化, 因此可以通过检测芯棒应力和温度实现对复合绝缘子缺陷的带电监测。在复合绝缘子芯棒基体内植入布拉格光栅, 利用其反射光的特征波长受温度、应力影响的特性, 实现对温度和应力的带电检测[14]。

国家电网电力科学研究院已经开发出样品并进行了实验室模拟试验和实际挂网运行, 试验结果表明, 10 k N轴向拉力下此方法可以有效检测到芯棒上4 mm深的裂纹。

光纤传感器法的优势是能直接获取绝缘子芯棒内部的应力和温度, 并且有希望成为研究芯棒劣化规律的手段。芯棒内部温度对缺陷的指示作用强于表面温度, 因此光纤传感器法灵敏度高于红外法。另外, 内部应力的检测有利于防止脆断的发生, 因此该方法值得进行深入研究。但光纤传感器法应力检测的不足是容易受风偏、覆冰的干扰。

3 复合绝缘子带电检测前沿技术

3.1 微波法

向复合绝缘子发射微波, 若绝缘子中存在气孔、导电缺陷或脱黏, 微波的反射波形将发生改变, 从而实现对缺陷的检测。参考文献[15]搭建了复合绝缘子缺陷微波检测系统。结果表明, 微波法可发现芯棒内部宽1.5 mm的金属杂质、直径2 mm的气泡, 另外利用探头的移动还可以实现缺陷定位。

微波法能检测芯棒中的微小气泡, 在此方面优于电场法、红外法, 而且微波法可以进行非接触检测, 有希望应用于带电检测;但微波法的缺点是无法穿透金属, 因此绝缘芯棒和金具压接处的状况无法用微波法获取。

3.2 激光诱导荧光法

为了检测复合绝缘子上附着的青苔、真菌等生物, 国外研发了激光诱导荧光法 (LIF) 。往绝缘子表面发射激光后, 表面原子被激发至高能态, 随后这些原子回复至基态, 并向外发射光波, 光的波长信号包含了绝缘子表面的信息, 从而实现对绝缘子表面状态的检测。

初步应用表明, LIF能发现绝缘子表面的藻类、真菌, 可以在远达60 m的距离上实现检测, 此外LIF还能实现绝缘子表面成分、伞群老化的检测[2], 因此LIF有希望成为一种绝缘子多功能检测方法, 值得进一步深入研究并应用于工程实际。

4 结语

1) 复合绝缘子憎水性的带电检测可通过基于数字图像处理的憎水性检测方法实现, 但要实现现场应用还需要对特征量的选择和复杂条件下的图像获取、特征提取方法进行进一步研究。

2) 电场法对复合绝缘子内部导通性缺陷检测效果良好, 利于预防内部击穿的发生, 但电场法不适用于低电压绝缘子;红外法适用于多类型缺陷的检测、能实现远距离高效率检测;紫外法能远距离检测引发表面放电的缺陷, 灵敏度高。现场应充分利用红外、紫外法对复合绝缘子进行检测, 以尽早发现缺陷。

3) 光纤传感器法可以实现对绝缘子内部应力、温度的检测, 利于及早发现芯棒的裂纹及导通性故障, 灵敏度高于红外法。

三大技术助力数码复合机节能减排 篇11

等待状态最耗电

一般这种产品会有四种模式，一是运行模式：就是打印、复印、扫描、传真等的工作状态；二是待机模式：就是不工作，但面板所有的灯都亮着，可随时进行打印、复印、扫描、传真等；三是节能模式：就是面板屏幕已经黑了，但是没有关机，还是可以经过预热使用的；另外，还有一种就是休眠模式。在这种模式下灯管已经不加热了，如果从休眠模式转到运行(工作)模式，就和重新开机启动的过程一样，需要等待很长的一段时间，否则它不能工作，因为定影单元的温度达不到机器运行的要求。

图一中所列出来的就是数码复合机在不同模式下的能源消耗图，我们可以看出，虽然数码复合机在工作时的能耗非常大，但是由于其24小时开机的使用特性，竟然高达70％以上的能耗都消耗在等待状态中。这是因为在等待过程中，数码复合机中最耗费电量的设备——灯管还一直处于加热状态，以便于在有工作任务的时候，产品能够尽可能在较短的时间内恢复至“Ready”状态。

对于数码复合机来讲，工作的效率和能源的节约似乎成为了无法调和的矛盾——如果想要节约能源，就要更多地利用能耗很小的“节能状态”，但是这种状态下5~10分钟的等待时间确实让人有些无法承受。如何使数码复合机在不工作的时候立刻将能耗降至最低，而同时又能保证任务来临时的即时响应，这成为了数码复合机节能减排的关键所在。

富士施乐“三管齐下”

富士施乐(中国)有限公司产品经理郭峰告诉我们，对于降低数码复合机的能耗，富士施乐有三个技术来保驾护航：传导式加热定影技术、EA环保碳粉和LED光源。通过这三个技术，目前富士施乐有些产品在待机状态下的能耗仅为1.1W(见图2)，非常惊人。

传导式加热技术

“传导式加热定影”技术使用超薄定影带，所需热能仅仅是传统定影带的17％~25％。富士施乐的“传导式加热定影”技术和电磁炉的原理比较相近，都是采用载体和磁壁线——电磁炉通电时，如果不放锅电磁炉是不加热的，基本上没有什么能耗。只有当锅放上去，磁壁线才开始工作加热了，才会有能耗。因此这种新技术将为数码复合机带来以下四个方面的革新：

第一，大大缩短了定影的启动时间。采用这种新技术的设备虽然没有灯管，但是可以在10秒钟之内恢复到工作状态，这也是目前最快的定影启动时间。

第二，设备的预热时间也缩短很多。之前的彩色设备一般要等5分钟，也就是通常所说的240～300s。现在采用了新技术，设备只要等28s就可以工作了。

第三，设备在休眠模式的时候基本上是没有能耗的。

第四，使用寿命延长。大多数时候，客户的设备都是处于待机或者休眠状态，所以设备没有磨损，如果是传统的灯管技术，灯管一直在发热，设备的使用寿命就短。

LED光源

之前的复印机为了达到高速复印，扫描的光源必须达到很高的亮度，只有这样扫描的文件才不会有重影或者黑线。之前的机器一般是采用疝气灯，非常亮，但能耗比较高。而富士施乐采用地LED光源的扫描仪比疝气灯还要亮1.5倍，但能耗却非常低，在扫描的速度上也大大提高了。这一系列技术不仅能大幅降低设备能耗，还能提高品质、效率。

EA碳粉

目前富士施乐还在自己新推出的数码复合机上使用了融入新技术的EA环保型碳粉。EA环保型碳粉由于使用了新材料，因此其定影温度比传统墨粉的定影温度低20度。并且比起传统的原料成分，环保EA碳粉所含的低溶树脂附着性更强。同时由于EA碳粉中有蜡的成分，输出品具有较强的光泽感，很能赢得用户的认可。

结语

浅议编织复合材料技术 篇12

在航空航天方面, 编织结构复合材料主要应用于航天飞机及飞机的机翼、飞行器机体的骨架、火箭和导弹发动机壳体、喷管和压力容器等。不光在航空航天方面, 在其他工程领域编织复合材料也有很好的应用前景。编织复合材料由于其比硬度大、比强度高、整体性能好而在实际应用中有着许多的优势。织物结构增大了聚合物基体的强度, 同时改善了材料整体中的应变分布。编织复合材料的热膨胀性小、耐腐蚀、在较大的温度范围内都可以保持良好的空间稳定性。现今无人机的应用越来越广泛, 其中减重是无人机结构设计的一个永恒的话题, 而如何合理的应用复合材料是解决这一问题的一个有效途径, 本文对编织复合材料进行了初步探索, 为以后无人机研制奠定理论基础。

2 编织复合材料技术

2.1 立体织物的分类

立体织物主要分为以下五类:

(1) 机织;

(2) 针织;

(3) 三维编织;

(4) 正交及非正交;

(5) 针刺、穿刺缝合。

2.2 编织复合材料基体

编织复合材料的基体主要是聚合物, 有热塑性树脂和热固性树脂两大类。热塑性树脂的特点是遇热软化或熔融而处于可塑性状态, 冷却后又变坚硬, 而且这一过程可以反复进行。热塑性树脂复合材料需要在一定的温度和压力下加工, 适于大规模的自动化生产, 并能降低单位产品的成本。

2.3 编织复合材料成型技术

编织复合材料的成型技术与单向纤维增强复合材料的成型技术有很大程度的相似性。主要涉及到的成型技术有:模压成型、树脂传递模塑 (RTM) 成型、手工成型和真空浸渍法成型等。成型过程中同样涉及到树脂浸渍、固化定型等过程, 但在树脂浸渍方面明显地优于传统的浸渍法。在这些成型技术中, 应用最多的是RTM (Resin Transfer Mould) 工艺。由于纤维纺织结构物具有很好的整体性和均匀性, 其整体性保证了纤维不会因注入树脂产生的流动压力而引起纤维的变位, 而其均匀性保证了预制品空隙均匀, 使注胶的压头平齐, 不会造成回流包住气体而形成气孔, 所以, 可生产出高性能RTM结构制品。

2.4 中空织物

中空织物的设计:主要包括:

(1) “逆向”交织成芯技术;

(2) 芯部形态的多结构设计;

(3) “8”字形芯部形态设计。

织物复合成型方法:织物可采用手糊, 浸胶, 喷射或抽真空等成型方法。

夹芯材料性能对比, 如表1所示。

从表中可以看出:

(1) 整体中空夹层复合材料的平拉、双层剪切性能明显优于传统蜂窝夹层复合材料, 平压、弯曲性能二者差异不大, 且该种材料为整体成型, 因此, 在很多方面的实际使用中可替代传统蜂窝夹层符合材料。

(2) 中空夹层复合材料纬向剪切性能和弯曲性能均优于经向。实际应用中应根据结构载荷方向进行合理设计, 使结构受力达到最佳状态。

对比结果:

(1) 中空织物复合板可采用气压压注的方法进行发泡, 但由于板的空间较小, 泡沫密度不得低于70Kg/m3。发泡工艺方法可用于制作批量泡沫夹层中空织物复合板。 (2) 泡沫夹层中空织物复合板整体性能高于泡沫夹芯板;高密度泡沫夹层中空织物复合板和高密度泡沫夹芯板均高于低密度泡沫夹芯板;泡沫夹层中空织物复合板的经向侧压和面板强度高于纬向, 弯曲性能经纬向差别不大。 (3) 泡沫夹层中空织物复合板及泡沫夹芯板力学性能均随泡沫密度的提高而提高, 实际应用时应考虑性能与重量的优化设计。 (4) 加工工艺、材料选择对力学性能有一定的影响, 性能对比时应考虑各种条件的一致性问题。本次试验两种泡沫夹层结构性能对比时泡沫密度有一定差别, 主要是由于泡沫中空板与面板及芯材接触处泡沫密度偏高, 但基本能反映性能差异。 (5) 将PU聚氨酯硬泡灌注填充中空织物复合板中间空腔部分使PU硬泡和中空织物复合板有机粘接在一起, 在增加很小质量下能较好的提高中空织物复合板的各项机械性能。

结语

(1) 编织结构具有高强度、高模量, 特别是在厚度方向, 使材料具有高损伤容限、高断裂韧性、耐冲击、抗分层和抗疲劳等;

(2) 编织结构具有优良的可设计性, 可根据要求增减增强纤维的含量, 并可一次完成复杂构件的成型;

(3) 整体成型中空复合材料的预制体为三维整体成型, 可以充分保证材料的整体力学性能, 夹芯层的空间可以成为充分利用的功能层, 如预埋件、监控探头、导线与发泡成型;

(4) 整体夹芯中空复合材料比其它夹芯材料具有更加优异的力学性能, 尤其是层间强度大大增强, 解决了一般夹芯材料层间强度低、易分层的缺点。

(5) 编织复合材料的初步探索, 为以后无人机复合材料的研制奠定了理论基础。

参考文献

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[2]杨桂, 敖大新, 张志勇, 姚学锋.编织结构复合材料制造[J].工艺及工业实践, 1999 (2) .

[3]沃丁柱.复合材料大全[M].北京:化学工业出版社, 2000.