POE策略

POE策略（精选8篇）

POE策略 篇1

POE策略 [“ 预测(Predict)—观察(Observe)—解释(Explain)]是建立在“观察渗透理论”哲学观念和建构主义、人本主义、前概念、概念转变等教育理论基础之上的新型演示策略。强调以学生为本,通过营造宽松、自由、民主的氛围,激发学生的学习热情,以问题为核心,激发和维持学生的学习动机。POE策略的关键之处是当学生观察到的现象与预测不一致的时候,必须自己来解释他们对科学现象的理解。这说明了POE策略增强了学习活动的指向性和目的性,比传统的演示策略更有利于探测学生前概念的本质,能够有效促进学生前概念和迷思概念的转变。

乙醇是常用的饮品,优质的燃料,它也是烃的衍生物的一种代表物质。学生已经学习了甲烷,乙烯以及苯,因此对有机物的一般性质有了初步的认识,而且对有机物“结构决定性质”这一学习方法有了一定的体会,所以采用POE教学策略,即预测—观察—解释策略。主要的过程是实验前学生根据已有知识预测实验结果,阐明理由,教师演示操作,学生在教师的引导下,对实验过程和实验数据进行观察和记录,最后通过讨论分析实验现象和数据,得出实验结论,从结论中总结化学原理或理论。

一、POE教学策略的实施

二、教学过程

【引入】生活中有一种常见的物质,它具有水的外形,火的性格,它是什么物质?

【学生】酒精

【过渡】其实酒精的主要成分就是今天要学习的乙醇。

探究一、乙醇的物理性质

【提问】能用什么方法鉴别出无水乙醇和水?

【P—预测】通过闻气味的方法,有特殊香味的是无水乙醇。

【实验】请同学们将酒精涂在你的皮肤上,你有什么样的感觉?你闻到了什么?

【O—观察】无色液体、有特殊香味、皮肤感觉凉爽。

【E—解释】乙醇具有挥发性。

探究二、乙醇的分子结构

【过渡】我们了解了乙醇一些物理性质,那乙醇的分子式和分子结构到底是怎样呢?

【创设知识情境】已知乙醇的相对分子质量为46,0.2mol乙醇在纯氧中完全燃烧后生成17.6g CO2和10.8g H2O,通过计算确定乙醇的分子式 (乙醇分子中仅含C、H、O三种元素)。

【结论】通过李比希元素分析法计算得出乙醇的分子式为C2H6O

【提问】乙醇的分子和哪种烃分子最相近?请搭建出该烃的球棍模型。

【实验】搭建乙烷(C2H6)分子的球棍模型,培养学生的迁移能力和动手操作能力。

【提问】在乙烷(C2H6)分子结构中嵌入1个O原子(即得到C2H6O),有几种情况并组装,请写出它们的结构式。

【P—预测】有两种情况:

【实验】定量实验探究乙醇的结构式

【O—观察】金属钠沉在无水乙醇液面下,不断反应并产生气体,反应过程中钠块会上浮,试管壁发热。消耗的乙醇和生成的氢气的物质的量之比为2:1。

【E—解释】1.无水乙醇密度小于水

2.乙醇分子 结构式为 :结构简式CH3CH2OH 或 C2H5OH

3.乙醇中羟基—H的活性弱于水,反应较缓慢。

4.反应机理为:

【总结】乙醇的结构与乙烷和水有相似性,乙烷能燃烧, 水能与钠反应,乙醇也具有这样的性质。然而乙烷中的氢不易被置换而乙醇中—OH中的氢易被置换,像这样决定有机化合物化学特性的原子或原子团叫做官能团。

【举例】卤素原子(—X)、羟基(—OH)、硝基(—NO2),烯烃中的双键等

探究三、乙醇的化学性质

【过渡】那么乙醇这种结构还决定它有哪样的性质和用途呢?

【提问】乙醇有火的性格就是说乙醇能燃烧,大家是否能写出它的燃烧反应方程式。

【E—解释】

【讲述】利用这个性质,乙醇可做新型的燃料乙醇汽油。 利用它一方面减少了有毒气体的排放,同时节约了石油资源,解决了我国的能源危机。然而乙醇汽油的生产消耗了大量的玉米,从而出现了汽车与人争粮食的社会问题,造成新的粮食危机。看来任何事情都要辩证的去对待。

【提问】乙醇能溶在汽油中说明乙醇的什么性质?

【E—解释】乙醇能溶于多种有机物

【过渡】乙醇有火的性格不仅是因为能燃烧,还因为乙醇可以让人喝了之后发烫、面红。不同的人喝酒后的现象不同, 其原因是什么呢?

【E—解释】酒精在人体发生一系列的反应CH3CH2OH— CH3CHO—CH3COOH—CO2—排出体外,放出热量。这就是喝酒的人容易发热,脸红的原因。而第一步生成的乙醛是种有毒的液体,刺激人的中枢神经。饮酒过量时,甚至会导致死亡。

【提问】乙醇在铜或银催化的条件下能与氧气反应,其产物可能是什么?能观察到什么现象?(提示:CH3CHO是有刺激性气味液体)

【P—预测】有刺激性气味液体生成,氧气过量时可能有醋味液体生成,生成能使澄清石灰水变成浑浊的气体

【实验】乙醇的催化氧化,模拟乙醇变乙醛的反应,注意观察现象。

【O—观察】红色Cu受热变成黑色Cu O,热的黑色Cu O伸入乙醇中变成光亮红色,液体沸腾,反复多次后,在试管口闻到刺激性气味。

【投影】利用动画演示微观反应机理,形象生动有助于化解难点,使学生对于醇催化氧化的断键方式得到巩固。

【E—解释】

2.金属Cu在反应前后不变,做催化剂

3.乙醇催化氧化的机理是氧气结合羟基上的氢原子和羟基碳上的氢原子生成水。

【过渡】乙醇催化氧化的产物乙醛的危害之大,那么如何检验人是否喝酒了呢?

【讲述】检验酒驾原理。酒精的快速检测:让驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的氧化剂三氧化铬的硅胶,可测出呼出的气体中是否含有乙醇及乙醇含量的高低。 如果呼出的气体中含有乙醇蒸汽,乙醇会被三氧化铬氧化成乙酸,同时橙红色的三氧化铬被还原成绿色硫酸铬。

【投影】与酸性高锰酸钾溶液或酸性重铬酸钾(K2Cr2O7) 溶液反应,被直接氧化成乙酸。

【提问】乙醇似水似火,用处多多,通过今天的学习,你掌握了它的哪些用途,以及决定它这种用途的性质?

【归纳总结】乙醇的三个主要的性质:与钠反应,燃烧及催化氧化。

三、教学反思

1.本节课的教学中,密切结合学生已有的生活体验创设问题情境,让学生运用已有的化学知识去“P—预测”会有何种现象发生,可能得到何种结果。从生活中学生熟悉的物质入手,激发起他们的学习兴趣、探究的欲望,再过渡到物质化学性质的学习,这样比较符合学生的认知规律。通过探究实验让学生“O—观察”有何现象发生,并记录观察结果。再让学生“E—解释”所观察到的现象和结果。同时充分利用多媒体教学手段,借助微观机理的宏观化,帮助学生理解抽象的反应机理。

2.化学概念的建立,经过了复杂化、抽象化的过程,是化学学习中较为困难的部分。基于建构主义学习理论,学生学习前具有的丰富的生活经验和已有认知导致其存在着正确或迷思的概念,其中迷思概念的干扰使得学生难以将新的材料与原有认知结构进行有效连接。POE策略的使用建立在学生了解实验或事实情境的基础上,可以引发学生的认知冲突,发现现实与预测的不一致性,从而形成正确的解释,实现概念的转变。这符合学生的认知发展规律,它不仅对演示实验的教学和探究式教学具有指导作用,而且对以实验为特色的科学教学也具有启示意义。

摘要：在乙醇性质的探究教学过程中采用POE策略,通过探究实验、微观动画演示、球棍模型搭建的融合,从定性和定量角度直观揭示物质变化的性质,更有利于探测学生前概念的本质,能够有效促进学生前概念和迷思概念的转变,完成乙醇的性质的建构。

关键词：POE策略,乙醇,教学设计

POE与商业区景观结合的重要性 篇2

由此，本文作者通过实地对上海商圈的POE考察，由具体案例说明POE与商业区景观结合的重要性。

POE的概念（PostOccuPancyEvaluation）是20世纪60年代从环境心理学领域发展起来的一种针对建筑环境的研究，英文缩写POE，意即建筑投入使用后，评价建筑的绩效 （Pciformanee）。关于POE的定义有很多种，而在中国由于起步晚于欧美，所以这里我借用早期 Friedman在其POE著作中的表述：“POE是一个度的评价：建成后环境如何支持和满足人们明确表达或暗含的需求。”也就是说POE是表达人的需求和建成的环境之间关系程度的检验。我国于80世纪引入这一方法，对POE的理论和实践方面逐步进行，在已有的研究成果中，对城市游憩广场的使用状况评价最为集中；其次是对居住小区公共空间的评价。但作为城市半开放空间的商业亚空间，对其使用状况进行全面的调查评价还处于较为空白的阶段。城市商业区通常被认为是钢筋混凝土的荒漠，尤其在城市中心的高密度区域。

然而商业区在人们的日常生活中非常重要，商业区不仅是消费者的去处，也是许多白领工作者的栖息所。而商业景观，是在时代飞速发展开来，从无意识形成商业景象，到有意识的为了某种目的而去建设出一个商业景象。商业景观设计在所有景观设计的项目中规模虽不大，项目数量虽没有居住小区的多，因其往往位于繁华而人流量大的商业中心区，所以商业景观设计项目的受众群最大、使用率最高。因此，商业圈亚空间的设计是否合理，这些场所如何被利用，哪些地方利用率较高，以及哪些要素常常受到忽视、不便利用，因此从使用者的角度出发来研究这些问题就显得至关重要，具有很大的现实意义。实际上近几年飞速的建设，商业区规模超速的发展，已经导致了设计者规划者与使用者之间的沟通缺乏，设计者设计考虑不周全，不符合消费者在商业区中的行为习惯或者忽视了消费者潜在的生理心理需求，得不到设计反馈信息，从而使商业区景观的设计步入僵硬、雷同的局面。而一个良好的商业景观，往往会成为城市的一张无形的名片，例如北京的王府井大街，香港铜锣湾、上海市的南京路、外滩等等。良好的商业景观不仅会为城市带来经济利益上的收获，还可以使得城市有着明确的发展方向和良好的资金循环。

笔者透过对上海中各大商圈进行的实际考察，通过影像分析、行为痕迹和参与观察及发放调查问卷等方式进行POE调研，通过实际的调查，来发现设计环节中的问题，以及商业区POE调研的可行性。通过一系列的数据调研发现，在各大商业区景观中，有一个突出问题，就是未能为消费者提供合适的就坐方式，未能提供一个合适走——停——留的景观区间，在这些方面需要更多的设计和考虑，也是商业区不同于公园、小区调研时候一个非常明显的特点。

如图1，大量的人群和明明空闲的座位却没有人去就坐，经过采访询问，人们普遍觉得和别人坐在一起，虽然有空位，但是总觉得不舒服；或者觉得空座位周边环境较为脏乱，不愿意前往休息；还有一部分人觉得就坐位置远离商区，不愿意走那么远去坐，而近处又没有了可以就坐的地方。而与此形成鲜明对比的地方在于，位于另一广场，明明是用来装饰的盆栽，却有着很高的就座率（如图2），经过研究数据计数，每路过14个人就会有1个人想要去那里做，每10分钟就会有2人次在花坛边就坐，一部分接受问卷调查的人提出，虽然在花坛边就坐虽然不美观，可是近乎人腰高的花坛，非常适合倚靠加上花坛离商业区非常近，人群不从里面通过，又安静很适合稍作休息。

商业区客流量变化大，节假日人流量猛增，如何满足人们休息这一需求，并通过解决这一需求来达到让人们在商区中停留时间更久的目的，让我们不得不开始重视商区景观与使用状况评价的结合。

而对此多样就坐方式的发展就显得非常有必要，在商场绿化的周围和建筑的边缘都需要在对休息方式这一问题在设计的时候加以考量，如何让人们在商业区中不仅得到很好的购物享受、视觉享受，同时又能得到足够的身心放松。

除去上述的问题，商业区中还存在非常多非人性化的设计有待我们去发现，去改进，这些信息的反馈不仅可以更好的让设计者在设计时候考虑的更为细致更为周到，也可以使景观更有利的为消费者服务，并带动商区拥有更好的经济效益，形成可持续发展和良性循环。

交联POE紫外老化行为研究 篇3

关键词：乙烯-辛烯共聚物,交联,紫外老化,降解

乙烯-辛烯共聚物(POE)是一种新型的弹性体,以其低熔点、分子量分布窄、长支链受到广泛关注。在POE中,辛烯单元随意的接在乙烯主链上,使得POE具有优异的柔韧性、透过率和撕裂强度。POE交联可以采用过氧化物、硅烷[1,2]和辐射交联[3]的方法。交联后的POE弹性回复率提高,永久变形减小。当前针对POE的研究主要集中在增韧领域[4,5],对POE单独使用的研究较少。

在使用过程中,聚合物在光、热、应力的作用下出现老化现象,目前主要集中在热氧老化和紫外老化两个方面。针对POE的老化降解行为研究较少,Liu等[6]认为POE主链上叔碳原子的β型断链是POE老化降解的主要原因。Javior[7]等人对比了辐照交联和过氧化物交联POE的热稳定性,结果显示过氧化物交联POE的降解现象更为明显,残留的过氧化物会促进POE的降解。

本文研究了不同交联剂含量下的交联POE的紫外老化行为。

1 实验部分

1.1 原料和仪器

POE[8480,密度0.902 g/cm3,MFI 1.0 g/10 min(2.16 kg)],美国陶氏公司;DCP,上海阿拉丁化学试剂有限公司;二甲苯,广州试剂有限公司。

转矩流变仪,XSS-300,上海科创橡塑机械设备有限公司;平板硫化机,QLB-D,上海第一橡胶厂;傅里叶红外光谱仪(FTIR),Nicolet 900,美国thermol公司;万能试验机,WDW3100,长春科新实验仪器有限公司;紫外-可见光分光光度计,UV2100,北京瑞利分析仪器公司,扫描电子显微镜(SEM),S-3400NQ10,日本日立公司。

1.2 POE胶膜的制备及老化试验

将POE、DCP(0.2%,0.4%,0.6%)在转矩流变仪110 ℃ 下混合均匀,转速50 rpm,在此过程确保POE未发生交联。混合后利用平板硫化机,在110 ℃下将POE压成0.5～0.6 mm 厚的胶膜。后在140 ℃下热压制备交联POE胶膜。

将POE胶膜裁成相应的哑铃型试样放置在自制的紫外老化箱中老化。紫外光强度120 W,连续照射720 h,每隔120 h取样一次,跟踪测试老化性能。

1.3 测试与表征

1.3.1 透过率

按照国家标准GB/T 2410-2008测试,取样品在波长为555 nm、700 nm和900 nm处的透过率的平均值[8]。

1.3.2 力学性能

拉伸性能测试按照GB/T 528-1998测试,速率500 mm/min;撕裂性能按照GB/T 529-2008测试,速率500 mm/min。

1.3.3 凝胶含量

采用索氏抽提器,将已知重量的POE样品浸泡在沸腾的二甲苯中,72 h后测量重量,计算凝胶含量。凝胶含量按以下公式计算:

Wt=(W1/W0)×100%

式中:W0——溶胀前试样的质量,g

W1——真空干燥后试样质量,g

1.3.4 微观结构

将试样切片,喷金后用SEM观测,测试电压15 kV,放大倍数500倍。

1.3.5 CI值计算

采用ATR-FTIR跟踪老化过程的红外光谱,光谱范围600～4000 cm-1。利用CI值跟踪老化过程各官能团产生的情况。

CI=A1715/A2850

其中A1715、A2850为1715 cm-1、2850 cm-1处吸光率。同理还可计算其它官能团CI值,如A1750/A2850,A1735/A2850,A1700/A2850和A1100/A2850等,其中1750 cm-1是酸酐中羰基的吸收峰,1735 cm-1是酯基中羰基的吸收峰,1715cm-1是酮的羰基峰,1700 cm-1是羧基的特征峰,1100 cm-1是仲醇的特征峰。

2 结果与讨论

2.1 紫外老化过程POE胶膜透过率变化

采用紫外-可见分光光度计跟踪测试了胶膜在紫外老化过程透过率的变化,如图1所示。在老化初期均出现了透过率下降现象。DCP含量0.2 phr时,360 h后透过率基本不变;DCP含量0.4 phr和0.6 phr时,360 h后反而出现了透过率升高现象。老化过程中,体系内生成了较多的生色基团,导致透过率减小。DCP含量为0.2 phr时,残留的DCP较少,后期促进再交联的情况不明显,透过率呈递减趋势。随着DCP含量的增加,残留DCP增多,这些交联剂在紫外光作用下分解为自由基,促进体系的加速降解和再交联,导致再交联过程透过率升高后又出现下降。DCP含量为0.6%时,透过率回升了34%,这种现象最明显。

2.2 紫外老化过程POE胶膜力学性能变化

图2是老化过程POE胶膜拉伸强度和撕裂强度的变化情况。可见,随着老化过程进行胶膜的力学性能下降;随着交联剂含量的增加,拉伸强度和撕裂强度的变化更明显。同时在POE体系中,结晶对POE力学性能的贡献要高于交联,也就是说交联程度越低,POE的力学性能越好,随着交联剂用量的增加,交联度提高,力学性能变差。老化过程残留的交联剂转化为自由基进而加速降解,使得体系内的凝胶团变多,导致力学性能下降。DCP含量为0.6 phr时,力学性能下降最明显,拉升强度降低了70%,撕裂强度降低了33%。

2.3 紫外老化过程POE胶膜凝胶含量变化

图3给出了老化过程中POE凝胶含量的变化。初始样品中,随着DCP含量的增加凝胶含量提高。DCP含量0.2 phr时,老化480 h之前,凝胶含量变化不明显,之后凝胶含量迅速降低。DCP含量0.6 phr时,360 h后,体系发生再交联,凝胶含量有所增加,老化进一步进行凝胶含量同样出现了迅速下降现象。再交联现象证明了图1中360 h后透过率有所提高实验现象。

2.4 紫外老化过程POE胶膜表面形貌

图4给出了老化过程POE胶膜表面形貌。随着老化时间的延长,胶膜表面变得粗糙,出现了很多皱纹和微裂纹。老化过程中出现断链和析出小分子物质都会导致表面变得粗糙,同时也使表面的折光率发生变化,降低了可见光透过率。随着交联剂含量的增加,胶膜的表面破损越明显,同时伴有白色物质析出。

2.5 紫外老化过程POE胶膜老化机理

表1给出了老化过程中不同交联剂含量下各官能团的CI值。POE在紫外光照射下,首先出现酮(1715 cm-1)和仲醇(1100 cm-1),这是由于断链后形成了双键和自由基,这两者均不稳定,发生转化形成酮和仲醇。随着紫外光照射时间的延长,部分酮变成酸(1700 cm-1),酸和仲醇反应生成酯(1735 cm-1)。当光照时间继续延长,部分酸之间反应生成酸酐(1750 cm-1)。在整个体系中老化现象导致光学性能和力学性能的变化。随着交联剂含量的增加,在同样反应时间内残留DCP含量增加,在紫外光照射下引起DCP活化,形成新的自由基,这些自由基促进POE老化,形成活性基团的含量也增加。

图5给出了POE紫外老化过程中可能的降解机理。在紫外线的照射下,两侧具有辛烯支链的亚甲基变得不稳定,易发生β型断链,形成自由基和双键。含有双键的部分在氧和紫外光的双重作用下,α-H变得不稳定,被氧化成酮,而自由基的一侧被氧化成含有仲醇的部分。随着照射时间的延长,酮变得不稳定,转化为酸,进而和仲醇部分发生酯化反应,发生再交联。酸与酸之间也会发生酸酐化反应,脱除水形成酸酐,促进再交联反应的进行。当然相较于β型断链而言,酯化或酸酐化反应的程度要小很多。

3 结 论

POE耐紫外老化性能不如预期,在未加入稳定剂的条件下,老化720 h后性能迅速下降。

(1)POE的断链后主要生成酮和酯,酯化和酸酐化的反应会是POE再交联。未完全反应的交联剂会促进降解。

(2)体系内凝胶含量呈波动变化,老化360 h后,由于再交联,使得体系内的凝胶含量上升。

(3)交联POE的光学性能随着老化过程逐渐下降,但再交联过程是使得透过率上升,DCP残留量越多,在交联过程越明显。

(4)老化使得力学性能下降,POE胶膜的表面变得粗糙。

参考文献

[1]Sohaib A,Emmanuel B,Philippe C,et al.Rheological study of diffu-sion-controlled crosslinking of poly(ethylene-octene)elastomer viaperoxide-trapped fumed silica[J].Mater Chem Phys,2009,51:482-488.

[2]Chuan M J,Zheng Zh W,Zhou G,et al.Silane grafting and crosslinkingof ethylene-octene copolymer[J].Eur Polym J,2005,41:1204-1211.

[3]Mishra J k,Young W Ch,Lee B Ch.Mechanical properties and heatshrinkability of electron beam crosslinked polyethylene-octene copoly-mer[J].Radiat Phys Chem,2008,77:675-679.

[4]梁基照,马文勇.PP/POE共混物力学性能研究[J].塑料科技,2010,38(11):56-58.

[5]解磊,黄源,王国全.PP/POE共混体系的脆韧转变的定量研究[J].高分子材料科学与工程,2007,23(1):161-164.

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[7]Liu J Y,Yu W,Zhou Ch X.The effect of shear flow on reaction of meltpoly(ethylene-α-octene)elastomer with dicumyl peroxide[J].Poly-mer,2006,47(20):7051-7059.

应用于校园的PoE电源的设计 篇4

当前,校园安全是全社会关注的焦点,它与每个学生、家长、老师都有着密切的联系。随着科学技术的进步,越来越多通信及安防技术在校园中得到了应用。但是随着用电设备的增加,用到电线的地方越来越多,电线表面的绝缘体是胶质的,易老化破损,在使用中不可避免会发生磨擦,加速了电线的破损,极易引起火灾、造成触电事故。另外,电线的安装敷设是一项非常需要专业知识和技能的工作,国家明文规定,安装电线和电气设备必须由专业电工操作。对此,PoE电源的安全性、敷设的简易性等优势得到人们的广泛关注。

1 PoE电源工作原理

以太网供电 (Power over Ethernet, PoE)是指在现有的以太网布线基础架构下,不需要电线就可以用同一条以太网电缆为基于以太网的终端设备供电并传输数据信号。PoE系统主要由供电设备PSE(Power Sourcing Equipment)和受电设备PD(Powered Device)构成。目前已经定义了两种供电方式,分别为模式A和模式B。通过数据对(1/2、3/6)给PD供电被称为模式A(如图1)。由于直流48 V与数据频率不同,互不干扰,所以可以在同一对线上既传数据又传电源。1/2相连,既可为正也可为负,3/6反之。模式B(如图2)是通过空闲线(4/5、7/8)传输电源。4/5为正,7/8为负。一般来说,标准的PD必须支持两种受电方式,而PSE只需采用任意一种供电方式即可[1,2]。

标准PoE电源供电方式有5个步骤,分别为:

1) 设备检测。检测PD是否支持IEEE 802.3af/802.3at标准。

2) 功率分级。由于PD种类较多,所需要的电源功率不同,所以当PSE设备检测到PD设备之后,需要为PD进行分类,评估此PD需要的功率。

3) 正常供电。

4) 电源管理。实时监控并管理PD受电设备,为其提供稳定、可靠的48 V直流电。

5) 断电。当检测到PD设备断开时,PSE设备就会快速地停止供电[3]。

2 低成本PoE电源设计方案

目前有很多成熟的PoE管理芯片及解决方案,需要结合MCU来实现整个PoE方案,在保证了安全的同时也造成了较高的价格。现在设计一种低成本的PoE电源,即去掉管理芯片及相应的软件也可以通过较为便宜的硬件电路实现输入过压、输出过流、过压保护、输出短路保护等安全措施。本文以60 W双口PoE电源为例(最大输出可达70 W),每口的最大功率30 W,效率≥87%,电压调整率≤±0.5%,负载调整率≤±2%,输出纹波及噪音≤100 mV。采用以空闲线传输电源的供电方式B。

2.1 AD/DC主电路设计

AC/DC电源采用单端反激电路(如图3),先经整流滤波,交流220 V变成直流,由PWM控制器进行脉宽调制,经高频变压器变成高频交流,再经整流滤波产生直流48 V。

U1为UC2845,是一种高性能的固定频率电流型PWM控制器,自带欠电压锁定、过电压保护、过电流保护等保护功能[4]。Q2为Infineon生产的SPA06N80C3,其VDS=800 V,ID=6 A,RON-DS=0.9 Ω,低导通电阻有利于提高电源的效率。取样反馈电路由U2、U4及周边的电阻、电容构成。U2为PC817型光电耦合器,具有上下级电路完全大于等于隔离的作用,减少了电磁干扰,抗干扰能力较强。U4为三端可调稳压管TL431。

稳压效果好是本电路最主要的特点。电路的反馈环路工作过程如下:当输出电压升高时,分压电阻两端电压VR38升高,即接到U4的参考输入端的电压升高,后与其内部的2.5 V基准电压作比较,U4阴阳极间电压VKA降低,流过PC817型光耦的发光二极管电流增大,通过“电-光-电”的转换,U2集射极间电压变低,U1的1脚(UC2845内部的误差放大器输出端)电平变低,占空比减小,传输到次级线圈和自馈线圈的能量减小,最终,输出电压被降低。反之亦然,总的效果是实现输出电压保持恒定,不受电网电压或负载变化的影响。该电路不仅外接元器件较少,而且在电压采样电路中采用了三端可调稳压管TL431和线性光耦PC817做外部误差放大器,比UC2845内部的误差放大器精度高,使得输出电压在负载发生较大的变化时,输出电压基本上没有变化,具有很好的稳压效果。

2.2 保护电路

为了提高电源的安全性,还需增加几个保护电路,包括:防雷电路、输入过压保护电路、输出过电压、过电流保护电路等。

2.2.1 防雷电路

防雷电路(如图4)由保险丝F1、压敏电阻MOV1、MOV2、MOV3(型号:TVR20621)和气体放电管Z(型号:2R600)组成,雷电防护等级10 kA。交流输入火线经保险F1与零线接压敏电阻MOV1,当交流输入L、N电压过高时,MOV1短路,保险管F1熔断,从而保护后级电路。当交流输入受到雷击,气体放电管Z1瞬间放电,L通过MOV2,N通过MOV3与Z1一起对地泄放雷击电流,可以泄放10 kA电流,从而保护后级电路。

2.2.2 输入过压保护电路

经过电阻分压,R36的电压大于2.5 V时,TL431输出级导通,R46两端电压降低,Q3通,UC2845A的1脚被下拉,UC2845A输出端关闭(如图5)。

2.2.3 输出过电压、过电流保护电路

U7为电压比较器,对电阻参数进行调整,可以设置理想的保护点(如图6)。

U7A为输出过压部分的比较器,其中

$V{}_{\text{R}{}_{37}}=\frac{V{}_{\text{o}\text{u}\text{t}}\times R{}_{37}}{R{}_{60}+R{}_{37}}(1)$

当输出电压升高时,一旦VR37>VREF,电压比较器输出低电平,D8导通,光耦中发光二极管的电流变大,光电三极管导通,UC2845的1脚为低电平,PWM锁存器复位,关闭输出。这时,UC2845的脚6无输出,MOS管Q2截止,从而保护了电路。

U7B为输出过电流保护电路的电压比较器,其中Iout取自主电路中取样电阻R63、R64并联处,电压为负值。输出过流保护电路的原理与过电压保护电路类似,该电路还采用了PI调节器,提高响应速率。

3 低成本非标PoE电源应用方案

PoE电源使一些小型网络设备,例如VoIP设备、WLAN的接入点AP、视频监控网络摄像头等基于IP的终端设备,可以利用网线传输数据信号的同时直接获得电源,不必再单独铺设电力线。这样大大简化了布线,保证了用电安全、降低了建设费用、节省了使用空间。另外,若结合UPS电源,还可以使网络设备免受电网掉电的影响,在停电的时候仍然可以运转。

目前,几乎所有的高校会在宿舍楼的多个地方安装视频监控摄像头,对不良人员起到一定威慑作用;由于无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)采用无线数据通信,不仅对有线连网方式进行了补充和扩展,还使网上的计算机具有可移动性,在校园里得到了广泛应用,每栋宿舍楼都覆盖了一定数量的接入点(Access Point,AP)设备。另外,虽然目前VoIP技术在我国没有受到政策的支持和保护,但是在校园网内使用还是非常有前景的。据了解,目前AP设备和枪式摄像机的最大功率一般不超过30 W,VoIP电话所需的功率则更小,并且由于网线能够允许的电流不是太大,传输能力也跟距离有关,所以本文设计的带各种保护功能、每口最大可提供30 W功率的低成本PoE电源非常适合于用电设备较集中、功率不太大但用电设备较多而又有一定成本压力的校园。

本文设计的电源在实际生活中已得到应用,除了用电安全、施工方便外,它还有非常好的抗干扰、防雷性能。网线本身很容易受到磁场的干扰,但是采用PoE电源供电后就不需要再单独敷设220 V的电源了,这样便减少了对信号的干扰、降低了信号的衰减。另外,由于使用了不超过100 m的网线对设备进行集中供电,在雷雨天气,该网线上不易形成感应电势,击坏用电设备中的电子元器件,有效保证了用电设备的使用寿命。在使用PoE电源时可以根据实际需要选择多口的PoE电源,这样既节省成本也便于管理。

4 结束语

“以人为本,平安为先,加快建设平安校园”绝不是一句空洞的口号,每个人都应该为此做出一些努力。低成本PoE以太网供电技术可以很好地应用在对安全要求较高、用电线路改造成本控制较严的场合,有一定的现实意义。如何提高PoE电源的功率、效率、稳定性并进一步降低成本是人们需要继续研究的课题。

参考文献

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[3]黄继文,张劲松,彭星波.以太网供电技术[J].低压电器,2011(22):40-43.

PoE+工业级以太网络交换机 篇5

网管型的EDS-P506A-4PoE和非网管型的EDS-P206A-4Po E PoE Plus以太网络交换机所支持的电源输入为24/48 V, 它们藉由备援电源输入以保障供电不中断, 并确保于自动化控制网络中能够掌握更高层级的作业便利性。这2个型号是特别针对不同的关键应用而量身订做的:EDS-P506A-4Po E提供高阶的网管功能, 如SNMPv1/v2c/v3、IEEE 1588 PTP、DHCP Option 82、Modbus/TCP、Turbo Ring、Turbo Chain、RSTP/STP、IGMP snooping和GMRP;而紧固型的EDS-P206A-4PoE则特别适用于空间吃紧的应用环境, 如路侧机柜内的安装应用。至于INJ-24 10/100/1000Mbps PoE injector则是用于将现有的非PoE工业级以太网络升级为支持PoE的网络。

EDS-P506A-4Po E和EDS-P206A-4Po E PoE Plus工业级以太网络交换机的加入让Moxa PoE解决方案的产品组合更为完整。此2款产品使得Moxa原本包含广泛的PoE解决方案更臻丰富, 此解决方案的产品线包含如下:

POE策略 篇6

目前聚乙烯的交联主要采用辐射交联、硅烷交联和过氧化物交联三种方法实现。过氧化物交联(亦称化学交联),一般采用有机过氧化物为交联剂,在热的作用下,分解而生成活性的游离基,这些游离基使聚合物碳链上生成活性点,并产生交联,形成网状结构[2]。

过氧化物交联具有适应性强,交联制品性能好等优点,因而得到了广泛的工业应用。过氧化物交联反应必须在一定温度下进行。当交联剂是单纯过氧化物时,其反应过程如下:

过氧化物受热分解生成自由基;自由基进攻PE大分子链,夺取分子链上的氢原子,生成PE大分子链自由基;PE大分子链自由基具有高度反应活性,当两个PE分子链自由基相遇时,便相互结合,形成高分子链间的化学键而交联。

乙烯-α-辛烯共聚物(POE),外观为透明颗粒,易燃,有少量黑烟。有橡胶和乙烯的石蜡味。是一种典型的热塑性弹性体,对比传统的聚合物材料,具有更好的加工成型性能,成型时不需加任何塑化剂。由于结构上的相似性,与各种聚乙烯具有很好的相容性。乙烯聚合物经交联后一般硬度较大,制品柔韧性差,在聚乙烯中引入适当的POE后,有望改善交联后制品的柔韧性和耐划擦性能。

本文选用POE对LLDPE进行共混改性,采用过氧化物交联工艺。考察了引发剂DCP用量、交联时间和温度变化对LLDPE/POE共混物交联行为的影响。利用动态力学分析仪(DMA)等检测手段,系统的研究了过氧化物交联前后的动态力学行为,研究了LLDPE/POE共混物的交联行为,对比了其与纯LLDPE交联行为的区别,为LLDPE的改性研究提供依据。

1 实验部分

1.1 主要原料及助剂

线性低密度聚乙烯(LLDPE):7042,熔体流动速率为1.9g/10min,吉林石化;乙烯-α-辛烯共聚物(POE):8999,美国杜邦公司;过氧化二异丙苯(DCP):化学纯,北京市西中化工厂;二甲苯:化学纯,北京化工厂。

1.2 试验仪器和设备

双锟开炼机:SK-160B型,上海橡胶机械厂;平板硫化机:XLB型,青岛亚东橡胶机械有限公司;动态力学分析仪(DMA):DMA242,德国Netzch公司;万能拉力机:AGS-H5KN,日本岛津电子公司。

1.3 样品的制备

采用过氧化物交联法,先取一定配比的LLDPE/POE共混物和DCP在SK-160B型双锟开炼机中混炼,改变DCP的百分含量,通过凝胶含量的测试观察不同百分含量DCP对LLDPE/POE共混物交联情况的影响。开炼机的温度设定在110℃~120℃之间,熔融混合的时间约为8min,使之成为混炼均匀又不至于交联的坯料。然后在高于引发剂分解温度下的平板硫化机上将混合的物料压制成1mm厚的试片。不需交联的样品直接快速冷却,其它样品模压成片后保持至预定的时间再取出冷却。

1.4 性能测试及结构表征

凝胶含量测试:将试样切成小薄片,精确称取0.15g,放于200目的铜网中包成小样包,放入索氏提取器抽桶中,以二甲苯为萃取剂,于120℃回流萃取10h后,取出放入65℃烘箱中烘干至恒重,取出试样包称重。按下式计算凝胶含量:

凝胶含量(%)=(W3-W1)/(W2-W1)×100%

式中:W1——铜网质量

W2——铜网和试样初始质量

W3——铜网和试样残余质量

力学性能测试:模压好的样片裁切成标准哑铃形拉伸测试样条,按照ASTM D-638标准测试拉伸性能,拉伸测试速率为50mm/min,测试温度为23℃。每次测试样条为3个,最终结果取其测量的平均值。

动态力学性能测试(DMA):模压好的样片裁切成6×40mm的样条,在Netzch DMA242型动态力学分析仪上测试含有不同DCP的不同组成LLDPE/POE共混物的动态力学性能,频率为1Hz,升温速率为3℃/min。

2 结果与讨论

聚乙烯及其共混物在应用时,有很多的用途是要通过交联后才能满足应用要求,比如做为电缆材料使用等。一般将采用有机过氧化物进行交联的使用方式称为化学交联法。进行化学交联时,一般加工过程分为两个步骤,第一步将聚乙烯原料与加工助剂以及过氧化物混合均匀,在此过程中应严格控制加工条件,避免聚合物提前发生预交联,否则将影响后续的加工成型过程。第二步,将聚合物成型后再升高温度,保持一定时间,使聚合物达到一定的交联程度,以满足使用要求。交联反应为一个不可逆过程,一但发生交联反应,聚乙烯将不再具有可加工性能。在实验过程中,采用双辊开炼机对聚乙烯和过氧化物进行混合,混合温度设定在110℃~120℃之间,经测试发现,在此条件下进行共混加工时,混有过氧化物的LLDPE在进行凝胶含量测试时全部能被二甲苯溶解,也就是说LLDPE未发生预交联。此实验确定的共混加工条件是合适的。

2.1 DCP用量对凝胶含量的影响

在影响共混物交联程度的诸多因素中,只要交联条件合适,过氧化物用量是影响最大的关键因素,实验过程中,首先考察了DCP用量对共混物交联程度的影响。DCP在170℃以上即可以发生分解,引起交联反应的发生,为了保证实验结果的可比性,在此部分确定了一个相对容易发生交联的条件,交联温度为190℃,交联时间40min,在此条件下基本能够使混入共混物中的DCP全部发生分解,共混物在继续延长交联时间或提高交联温度时,其交联度不再继续增加。图1是引发剂DCP用量对不同组成LLDPE/POE共混物凝胶含量影响的变化关系曲线。以不同组成LLDPE/POE共混物为基体树脂,DCP用量为变量。在相同的试验条件下,测得了DCP含量与凝胶含量间的关系。从图中可以看出,不同组成LLDPE/POE共混物在DCP含量为0.3%时都不发生交联,或者说在此测试方法下测不出其内有交联的聚合物。DCP用量超过0.6%之后,共混物开始出现不同程度的交联,凝胶含量随DCP用量的增加而增加,但并非呈线性关系。当DCP用量少于1.5%时,凝胶含量随DCP用量的增加快速增加;当DCP用量继续增加,凝胶含量增加幅度不大。当DCP用量较少时(1%以下)不同组成的共混物间的凝胶含量相差较大,DCP用量超过1.5%以后,不同组成的共混物的交联程度相差不大。一般认为,随DCP用量的增加,引发产生的大分子自由基增多,但当DCP用量较多时,聚合物的凝胶含量已经相当高,内部形成了三维网状结构。继续交联的过程是与产生的过氧化物自由基的数量的聚合物链的活动能力直接相关的,即使自由基数量较多,如果聚合物链的活动能力不足,自由基经过一定时间之后即会在局部自行消耗,对提高凝胶含量没有贡献。引发剂DCP用量达到1.5%以后,共混物的凝胶含量即可达到80%以上,已经能够满足交联应用的要求,所以测试结果表明,在LL-DPE/POE共混物中,DCP用量达到1.5%即可满足关联要求。

2.2 交联温度对凝胶含量的影响

聚合物进行过氧化物交联时,在过氧化物的用量确定以后,交联温度和交联时间共同作用,影响最终的交联度。基本的要求是,过氧化物的量要能满足交联要求,通过交联温度和时间的控制要使聚合物能够达到一定程度的交联,同时交联过程中要使聚合物的交联基本达到某种程度的饱和,即一但交联过程完成,在后续的使用过程中不会因为温度过高等因素使聚合物的交联程度继续发生变化。实验过程中,固定关联时间为40min,DCP用量为1.5%,考察了交联温度对共混物凝胶含量的影响。图2是交联温度对不同组成LLDPE/POE共混物凝胶含量影响的变化关系曲线。从图中可以看出,尽管从理论上来说,温度超过130℃时,DCP即可发生分解引发交联反应,但在此条件下140℃时,共混物的凝胶含量只有10%左右,也就是说只发生了轻微交联,这是过氧化物分解的量不足以及聚合物链的活动能力不足共同影响的结果。交联温度继续增加时,共混物的凝胶含量迅速增加,达到170℃时共混物的凝胶含量即达到80%以上,与前面以相对容易交联的条件得到的结果相近,交联温度再增加时,共混物的凝胶含量不再继续增加,反而略有下降。说明交联温度达到170℃后,在此时间范围内已经能够使DCP充分分解,对共混物进行交联了。说明在此时间范围内170℃的交联温度足够使不同组成的LLDPE/POE共混物发生交联反应。同时也可以注意到,在凝胶含量达到一定程度后,含有较多POE的共混物的凝胶含量较低,大约相差10%左右。

2.3 交联时间对凝胶含量的影响

在确定了交联温度后,有必要确定前面采用的交联时间是否合适,实验过程中根据前面得到的相关数据,固定交联温度为170℃,引发剂DCP为1.5%,考察了交联时间对共混物凝胶含量的影响。如图3是交联时间对不同组成LLDPE/POE共混物凝胶含量影响的变化关系曲线。从图中可以看出,在此条件下,DCP分解速率较快,在大约5min的时间内共混物即会发生不同程度的交联,但其凝胶含量的偏差较大,交联时间达到10min后共混物的凝胶含量即可达到80%左右,交联时间超过30min后,共混物凝胶含量基本饱和,即使将交联时间延长到90min,共混物的凝胶含量也不再增加。说明在此条件下,经过30min,已经能够使共混物充分发生交联了。

2.4 LLDPE、POE和DCP共混顺序对凝胶含量的影响

此体系为一个LLDPE与POE的两组分共混体系,混入过氧化物DCP后可能是均匀地分散在体系中,也有可能由于DCP与某种组分的亲和力不同而在混合好的两相体系中分布不均匀。所以有必要考察DCP的混入顺序对共混物交联行为的影响。实验过程中,改变了DCP的加入顺序考察了加入顺序对共混物交联行为的影响。共混温度110℃,混合时间8min,交联温度170℃,交联时间30min。凝胶含量测试结果列于表1中,以LLDPE/POE=70/30的共混物为例,样品1是在双辊开炼过程中直接将三种组分加在一起进行共混,样品2和样品3是先将同样量的DCP与纯的LLDPE或POE混合均匀后,再加入另一种纯组分,继续进行共混。测试结果发现,以三种不同混合顺序制备的共混物在相同条件进行交联时,共混物的交联度十分接近。这说明由于两组分间较好的相容性,在此共混条件下DCP在两相间非常容易分布均匀,不会因为先与某一组分进行共混而在此组分中含量过高,而影响最后的交联效果。

2.5 凝胶含量对LLDPE/POE共混物动态力学行为的影响

图4和图5分别给出了LLDPE/POE/60/40和LLDPE/POE/90/10两种共混物的动态力学分析中的内耗-温度曲线。从图4中可以看出,LLDPE/POE共混物在进行DMA测试时,其内耗-温度曲线上均匀出现两个内耗峰,在未进行交联时,低温转变对应的峰值温度约为-14℃,高温转变对应的峰值温度约为55℃。当凝胶含量达到40%左右时,高温转变的峰值温度升高了10℃左右,凝胶含量达到90%左右时又升高了约10℃。说明交联对聚合物的热响应有明显影响。但经过交联后低温转变对应的峰值温度不但没有升高,反而降低了约10℃~15℃。另外,可以很明显的发现,经过交联后内耗曲线上出现的转变峰明显变得范围更宽,而且交联程度越大,这一现象变得越明显,说明经过交联后,聚合物受邻近分子链的影响,其热响应速度变慢了。由图5中的曲线可以发现,LLDPE/POE=90/10的共混物的内耗曲线变化受交联程度的影响与组成为60/40的共混物相似,只是与低温转变相对应的内耗峰的变化不同,其峰值温度不再降低,反而略有升高,与高温转变对应的峰的变化情形差不多[3]。

图6以LLDPE/POE=60/40的共混物为例,给出了共混物的储能模量-温度曲线。从图中可以看出,在较低温度时共混物的储能模量较高,并且在其它条件不变的情况下,共混物的凝胶含量越高,其储能模量也越高,在经过-20℃左右的转变后,共混物的储能模量值降低较多,同时不同凝胶含量的共混物的储能模量相差较小,经过交联的共混物的储能模量只比未经交联的共混物略高。经过60℃左右的转变后,则不同凝胶含量的共混物的储能模量几乎没有任何差别。其它组成的共混物经过测试后发现,其储能模量受凝胶含量的影响与60/40共混物的变化规律基本相同。

2.6 不同组成LLDPE/POE共混物的拉伸性能

图7~图9分别给出了通过改变过氧化物DCP含量,经过相同条件交联后得到的不同凝胶含量的LLDPE/POE/60/40和LLDPE/POE/90/10共混物的拉伸屈服强度、断裂强度及断裂伸长率。由图1中的数据可以知道,改变不同的DCP用量时,得到的共混物的凝胶含量变化范围较大,从20%到90%左右。从图7及图8中的数据可以发现,共混物的拉伸屈服强度约为5MPa左右,数值很低,其中共混物中LLDPE含量较高的共混物的屈服强度略高一些。在经过拉伸屈服后,会表现出较为明显的应变硬化现象,造成断裂强度明显比屈服强度要高,可以达到15MPa左右。但数据较分散,规律性不是很好。共混物的延展性较好,由图9中的数据可以看出,不同组成及不同凝胶含量的共混物的断裂伸长率都可以达到300%以上,个别样品的断裂伸长率可以达到1000%以上,但受组成及凝胶含量的影响变化不大,没有明显规律。共混物的凝胶含量变化较大时,其拉伸性能变化不大。LLDPE本身即是一种延展性特别好的材料,加入POE后,共混物的延展性就更好。经过交联后使用的聚合物主要是为了避免应力开裂等长期效应,在这样的静态测试中从性能上体现得不明显[4,5]。

3 结论

(1)在实验确定的共混条件下,共混物不会发生预交联。在过氧化物交联反应中,LLDPE/POE共混物的凝胶含量随DCP的用量、交联温度和交联时间的增加而增加,达到一定程度后不再继续增加,在DCP用量为1.5%、交联温度为170℃和交联时间为30min条件下,DCP可以充分分解引发交联反应,共混物的交联程度可以满足交联应用要求。

(2)DCP的加入顺序对体系的凝胶含量影响不大。

(3)动态力学分析(DMA)分析结果表明:共混物的凝胶含量对不同组成LLDPE/POE共混物的热转变峰值温度和转变峰的形态有影响。在温度较低时,凝胶含量高的共混物的储能模量较高,末温时共混物储能模量没有明显区别。

(4)经过相同条件交联后得到的不同凝胶含量的LLDPE/POE/60/40和LLDPE/POE/90/10共混物,在拉伸测试中同样保持良好的延展性,通过使用不同用量的过氧化物DCP得到的不同凝胶含量的共混物的拉伸屈服强度、断裂强度及断裂伸长率变化不大,规律不明显。

参考文献

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POE策略 篇7

尼龙6/粘土纳米复合材料是最早实现工业化的PLS纳米复合材料[9], 聚烯烃弹性体 (POE) 具有很强的增韧作用, 可低温使用, 耐水。以PA6为基体, 与POE和粘土制备三元PLS纳米复合材料, 可以有效改善PA6的低温韧性, 易吸水等性能。因此, 笔者采用熔融方法制备PA6/POE/粘土纳米复合材料, 并对其性能和结构进行研究测试。

1实验部分

1.1原料

尼龙6 (PA6) :310/210, 古比雪夫氮工程塑料有限公司 (上海) ;聚烯烃弹性体 (POE) :8003, The Dow Chemical Company;蒙脱土:张家口市清河化工厂;偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷 (KH-550) :工业级, 南京曙光化工集团有限公司;马来酸酐:分析纯, 湖南湘中精细化学品厂。

1.2设备及仪器

双螺杆挤出机:TE-35, 江苏科亚工装备公司;注塑机:HFT-1508, 海天机械有限公司;高速混合机:GH-10, 北京塑料机械厂;转矩流变仪;微机控制电子万能试验机:GMT6104型, 深圳新三四计量技术有限公司;简支梁冲击试验机:XJJ-5型, 承德市金建检测仪器制造厂;广角X射线衍射仪 (WAXD) :Bruker D8, 德国Brucker公司;电子扫描电镜 (SEM) :JSM-6490LV, 日本电子公司。

1.3PA6/POE/粘土纳米复合材料制备

采用偶联剂KH-550作为有机改性剂对粘土进行改性, 首先把粘土分散于乙醇/蒸馏水 (3/1) 混合溶液中, 混合均匀, 加热至80℃恒温, 然后将乙醇/蒸馏水混合溶液处理后的偶联剂混合液滴加入粘土混合液中, 恒温搅拌6h;抽滤, 洗涤, 真空干燥24h, 研磨后过325目筛。

采用熔融方法在POE上接枝马来酸酐, 首先按照一定比例称取MAH和BPO加入到丙酮中溶解, 溶液与POE混合均匀, 自然挥发除去丙酮, 在单螺杆挤出机上挤出造粒。

将所有原料充分干燥后按照一定的比例在高速混合机中混合均匀, 原料配比如表1所示。然后在双螺杆挤出机上挤出, 冷却, 造粒, 双螺杆挤出机各区温度设置为200、230、240、240、230℃ (机头) , 螺杆转速为180～200r/min。粒料70℃鼓风干燥12h后, 用注塑机注塑成标准样条。

1.4力学性能测试

注射好的标准样条室温放置72h, 标准样条参照GB/T1040-92标准在微机控制电子万能试验机上进行拉伸性能测试, 拉伸速度为50mm/min。参照GB/T4454-84标准在简支梁冲击试验机上进行缺口冲击强度测试, 所有测试每组样条测10次, 取其平均值。

1.5结构表征

WAXD分析在室温下进行, 射线源为Cu靶, Kα激发的射线 (λ = 0.154nm) , 管电压50kV, 管电流30mA, 扫描范围2θ=3°～15°, 扫面速率为2°/min, 扫描步长为0.02。

样品在液氮下冲断, 用SEM观察其断面情况。测试前将样品放入二甲苯中, 室温蚀刻20h, 真空干燥12h, 样品表面喷金后在SEM上进行测试, 加速电压为10kV。

2结果与讨论

由图1可知, 蒙脱土的 (001) 面特征衍射峰位于2θ=7.2°处, 有机蒙脱土的 (001) 面特征衍射峰位于2θ=4.02°处, 根据Bragg方程计算 (001) 面晶面间距, 得到的蒙脱土和有机蒙脱土所对应的 (001) 晶面间距分别为1.23和2.16nm, 改性后的粘土晶面间距增大, 这说明粘土改性成功。由图2可以看出, POE接枝后的产物在1700cm-1处出现了马来酸酐的特征吸收峰, 这说明马来酸酐已经成功接枝到POE上面。

2.1复合材料力学性能

如图3所示, PA6/POE/粘土纳米复合材料的拉伸强度略低于PA6, 但缺口冲击强度要远远高于PA6。复合材料中, 随着有机粘土含量的增加, 材料的拉伸强度和冲击强度均是先增高后降低。POE是一种强增韧剂, 加入POE时会提高复合材料的韧性, 但同时也会破坏材料的拉伸强度。当复合材料中有机粘土含量适当时, 有机粘土片层可以在PA6和POE共混体系中形成物理交联点, 在受到外力的作用时, PA6与POE分子链在有机粘土片层交联作用下, 能够产生很好的协同作用, PA6/POE/粘土纳米复合材料结构不易发生破坏, 有利于改善材料的力学性能。但是, 当有机粘土含量过大时, 有机粘土将会在复合材料内部产生聚集, 这时, 有机粘土粒子却成为复合材料中的应力集中物, 材料的易于在粘土粒子聚集处产生破坏, 使复合材料的拉伸强度和冲击强度下降。

2.2复合材料结构表征

为了研究有机粘土在复合材料中的分散情况, 对复合材料进行了WAXD分析测试。由图4可以看出, POE含量对有机粘土分散情况没有明显影响, 当复合材料中有机粘土含量比较少时, 其 (001) 面衍射峰基本上消失, 这说明在制备过程中, 有机粘土基本上剥离于复合材料中, 当有机粘土含量增加时, 部分有机粘土会在材料中产生聚集, 其 (001) 面衍射峰会逐渐显现。

由图5可以看出, 通过熔融挤出方法制备的PA6/POE/粘土纳米复合材料中, POE在PA6基体相中呈微相球形粒子分布, 分散比较均匀, 没有明显的集聚现象。图a和b显示, 随着有机粘土量的增多, 分散相粒子尺寸增大, 这是由于有机粘土的加入对相形态有两个竞争性的影响。一方面粘土可以阻碍POE粒子连接, 从而形成POE微相粒子;另一方面粘土的加入可以减弱PA6与POE之间的界面粘结, 导致POE粒子增大[10]。随着粘土量的增加, 第二个方面的影响因素逐渐占主导地位, POE球形粒子尺寸增大。随着分散相POE比重增多, 分散相粒子尺寸增大。

3结论

(1) 将制备的有机粘土以及马来酸酐成功接枝到POE上。

(2) 当有机粘土含量少于3份时, PA6/POE/粘土纳米复合材料具有良好的力学性能, 在冲击强度大幅度提高的情况下, 其拉伸强度并没有显著降低。

(3) WAXD分析显示, 当有机粘土含量较少时, 有机粘土在PA6/POE/粘土纳米复合材料制备过程中基本上剥离于PA6基体中。

(4) POE相以岛状结构均匀分散在PA6基体中。

参考文献

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POE策略 篇8

乙烯-辛烯共聚物(POE)是美国DOW化学公司以茂金属为催化剂开发成功的具有窄相对分子质量分布和窄共聚单体分布、结构可控的新型聚烯烃热塑性弹性体(POE)。分子结构的特殊性赋予了POE优异的耐紫外光性、良好的力学性能和流变性能、与聚烯烃亲和性好、低温韧性好、性价比高等优点,因而广泛应用于聚烯烃的增韧和改性工作[1]。此外,POE还具有高透明性、高阻水性和高绝缘电阻率等特性,被认为是一种极具潜力的新型太阳能电池用封装材料。

晶硅电池直接暴露在大气中,受到光、热、雨、雪等气象因素的影响,晶硅电池的转换效率和使用寿命大大降低。因此,需要采用适合的封装系统对光伏组件进行保护,以提高电池的使用寿命和转换效率。在封装系统中的一个重要组分就是封装材料,它可以为太阳能的安装提供结构支撑、光学匹配、电隔离、保护和热传导作用。20世纪80年代起,国外开始研制并使用EVA胶膜,至今仍是以EVA胶膜为基体,并对EVA胶膜的耐老化、耐紫外线、耐热等性能作了改进[2]。

EVA胶膜在长期使用过程中吸收水汽,水解产生的醋酸腐蚀电池片上的透明涂层和电路,另外由于EVA的水解还会导致组件边缘分层、沿着汇流条形成通路和黄变,这些问题都会降低太阳能组件的稳定性和发电效率[3]。EVA胶膜吸水水解放出醋酸是由于其结构中的含有大量的醋酸乙烯单元。POE由乙烯和辛烯单体共聚而成,因其物理性能优秀,化学性能稳定,已经在太阳能封装材料领域展露头角。

POE是一种非极性高分子材料,基本不具有界面粘接性能,对POE进行反应性接枝改性,可以改善它的界面粘接性能。近年来,关于POE接枝改性的文章很多,龚春锁等人研究了POE熔融挤出接枝马来酸酐[1],唐毓萍等人研究了POE熔融接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯[4],李海兰等人研究了POE熔融接枝甲基丙烯甲酯[5],但是经这些材料接枝改性后POE的粘接性能仍无法满足封装材料的要求,硅烷接枝改性POE可以提供足够的粘接性能,然而这方面的文献特别少,焦川梅等人对POE的硅烷接枝和交联性能进行了研究[6],研究所使用的交联剂不能在光伏密封材料中使用,而且也没有提及改性后的POE的粘接性能的变化。

本文利用傅里叶红外光谱法(FTIR)详细研究了影响POE接枝效率的三个因素(交联剂TBEC的用量、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)的用量和接枝温度),进而研究了硅烷接枝改性后的POE与玻璃及背板剥离力的情况以及高温高湿老化后剥离力保持情况。

2 实验

2.1 实验材料

乙烯-辛烯共聚物(POE)由DOW化学公司提供,型号为Engage 8137,熔体流动指数为13g/10min,密度为0.863g/cm3;交联剂由AKEMA提供的过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC),该交联剂在EVA胶膜中大量使用,对胶膜的老化黄变影响较小;硅烷偶联剂由道康宁公司提供的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)。

2.2 样品制备

按表一规定的比例将VTMS和TBEC添加到POE母粒中,使用混料机预先混合30min,确保混合完成后液体助剂被POE母粒吸收。混合好的物料经双螺杆挤出机造粒,进行接枝反应形成硅烷接枝产物,造粒机各区参数设定65℃、165℃、185℃、195℃、210℃、200℃,造粒机螺杆长径比为40∶1,将造粒机造出的POE颗粒使用压片机压制成420um厚的薄膜。为了使没有与POE接枝成功的硅烷偶联剂尽可能得脱除,将制得的薄膜放在80℃的真空干燥箱中干燥4h。

2.3 测试方法

2.3.1 FTIR测试

在进行红外测试之前,需要将样品薄膜放入丙酮溶液中浸泡12h以去除POE薄膜中未接枝的硅烷偶联剂及其预聚体,保证测试的准确性。FTIR测试所使用的红外光谱仪为Nicolet iS10,测试背景条件为:分辨率12cm-1,扫描次数32次,扫描范围650～4000cm-1。

2.3.2 剥离强度

首先将材料按照玻璃POE膜背板的顺序层叠起来,将层叠体放入140℃的层压机中层压19min制得层压件;然后用刻刀划出两条10mm宽的测试条,一条深度划到玻璃(测试POE与玻璃的剥离力),一条深度划到POE膜(测试POE与背板的剥离力),然后按照GB/T2792-1998压敏胶粘带180°剥离强度试验方法进行,夹头分离速度100mm/min。

2.3.3 高温高湿老化

也将材料按照玻璃POE膜背板的顺序层叠起来,将层叠体放入140℃的层压机中层压19min制得层压件;然后将层压件放入温度85℃/湿度85%的老化箱中老化1000h;老化完后按照2.3.2的方法测试POE膜与玻璃的剥离力。

3 结果和讨论

按照表1配方进行配料。

3.1 硅烷接枝POE的FTIR表征

图2为纯POE和硅烷接枝改性POE的红外光谱图。由图2可以看出,硅烷接枝改性POE与纯POE谱图基本一致,较明显的区别是硅烷接枝POE在1193cm-1、1092cm-1处出现了-Si-O-CH3的特征吸收峰,这证明了硅烷偶联剂已经成功接枝到POE的分子链段上。

3.1.1 过氧化物的用量

过氧化物TBEC在高温的环境下会分解产生自由基,攻击POE分子主链上的叔碳原子产生夺H反应,生成活性中心,过氧化物的量越大理论上产生的活性中心就越多,与VTMS接枝的可能性就越大,接枝率就越高。

通过1#～4#样品的红外光谱谱图的结果可以证明,随着TBEC量的提升,1193cm-1和1093cm-1两处吸收峰高度有明显的增加,与理论相吻合。

3.1.2 硅烷偶联剂的用量

乙烯基三甲氧基硅氧烷VTMS的浓度是影响POE硅烷接枝率的另外一个重要因素,理论上浓度越高,接枝率越高。

从红外光谱所反映出来的信息可以看出,随着VTMS浓度的增加,1193cm-1和1093cm-1两处吸收峰高度逐渐增加,当VTMS浓度由3%增加至4%时,两个吸收峰高度并没有明显的增加。因此可以判断,当TBEC用量是0.1%时,VTMS浓度达到3%时,接枝率达到最大。

3.1.3 不同的加工温度

硅烷接枝时的加工温度决定着过氧化物分解的速率,是影响POE接枝改性效果的一个因素,理论上温度越高,TBEC分解得越快,接枝率越高。

红外光谱显示,随着加工温度的提高,1193cm-1和1093cm-1两处吸收峰高度略有增加,但是增加不明显,因此在TBEC用量0.1%,VTMS用量3%时,硅烷接枝率对加工温度不敏感。

3.2 POE硅烷改性后剥离强度

POE是由乙烯与辛烯共聚得到的无规共聚物,其结构由-C-C-主链和-(CH2)5-CH3支链构成,由于其结构中存在大量的长烷基支链且不含任何极性侧链和反应性基团,具有良好的疏水亲油特性,因此与玻璃及改性PE等极性材料粘接性很差。实际测试的结果,未改性的POE与玻璃的剥离力只有5N/cm,与FPE结构的背板的剥离力也只有40N/cm,之所以与FPE结构背板的粘结力较大是因为两种材料在140℃层压时存在界面熔融粘结的现象。

3.2.1 过氧化物用量对剥离力的影响

在POE分子链段上接上越多的硅烷偶联剂,与基材的剥离力越大,粘接性能越好,因此过氧化物TBEC的用量对POE粘接性能的改善影响很大。

从图7中可以看出,通过硅烷的接枝改性,POE与玻璃的剥离力从5N/cm,提高到130N/cm,粘接性能改善非常明显;POE与FPE型背板粘结层的剥离力从40N/cm提高到95N/cm,也有显著改善。而且,随着TBEC的用量增加,POE与基材的剥离力都呈提高趋势,当TBEC用量达到0.1%以后,粘结性能的提高趋缓,这是因为当硅烷接枝量达到一定值时,在POE膜表面富集的硅烷偶联剂占满了聚合物表面,即使进一步提高硅烷的接枝率,粘接性能的改善也不会很明显。

3.2.2 硅烷浓度对粘结力的影响

通过剥离力曲线可以看出,随着乙烯基三甲氧基硅氧烷VTMS用量的增加,POE与基材的剥离力逐渐增加,当VTMS的用量达到3%时,剥离力的增加就很有限了。

3.2.3 加工温度对粘结力的影响

加工温度对剥离力的影响情况同硅烷接枝情况比较相似,在TBEC用量为0.1%、VTMS用量为3%时,加工温度的提高对POE粘接性能的改善不明显。

3.3 POE硅烷改性后高温高湿老化后剥离力保持

传统光伏组件封装材料EVA胶膜在高温高湿的环境中易水解产生醋酸,酸性环境还会加速胶膜的水解,同时促使EVA与基材的剥离力降低。新型聚烯烃封装材料具有极好的耐湿热老化性能。图10是硅烷接枝POE与传统EVA材料在进行了85℃、85%湿度老化1000小时前后剥离力的对比情况,从图中可以看出,EVA与玻璃的剥离力衰减较多,达到了36%,而硅烷接枝POE剥离力衰减不到10%。因此,新型聚烯烃封装材料耐湿热老化性优异,能够为组件提供更好的保护,延长组件生命周期。

4 总结

研究过程中使用双螺杆挤出机,以过氧化物TBEC为交联剂,成功将乙烯基三甲氧基硅氧烷VTMS接枝到POE分子链段上。通过FTIR红外分析,可以看到1193cm-1和1093cm-1两处有明显的吸收峰产生,证明了-Si-O-CH3基团已经接枝到POE上了。而且随着TBEC及VTMS用量的增加,硅烷接枝率呈增加趋势;相应的改性POE与玻璃及FPE背板的剥离力也有明显的提高;而接枝温度的提高对接枝率及剥离力的提升很有限。根据实验结果,当TBEC用量为0.1%,VTMS用量为3%时即可以获得与玻璃及背板良好的粘接性能,而且在1000h的双85湿热老化试验后,与玻璃的剥离力保持率达到了90%以上,能够为光伏组件提供长久的保护。

新型聚烯烃封装材料正逐渐引起人们的重视,在SNEC第六届2012国际太阳能上海光伏展上,DOW化学、三菱化学、LG化学、DNP以及国内的赛伍纷纷推出聚烯烃封装材料,新型聚烯烃封装材料会取代传统EVA材料吗?让我们拭目以待吧!

参考文献

[1]龚春锁,揣成智.POE熔融挤出接枝MAH的研究[J].上海塑料,2007,(4):27-29.

[2]申明霞,李红香,何辉.光伏组件用密封剂研究进展[J].粘接,2008,(7):29-32.

[3]Brij Sinha,Mark Hofius.Encapsulants:Lowering totalsystem costs with polyolefin[J].solar novus today,2011,(1).

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