高分子材料与复合材料的区别范文
时间：2023-12-15 17:15:20
高分子材料与复合材料的区别篇1
[关键词] 骨； 下颌骨缺损； 杜仲醇提取物； 脂肪干细胞； 羟磷灰石
[中图分类号] Q 254 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.017 近年来随着组织工程学和细胞生物学的发展，利用种子细胞复合支架材料修复骨缺损成为新的研究方向，以往骨髓间充质干细胞作为种子细胞一直是研究的热点[1-2]，但由于人体骨髓间充质干细胞在骨髓单核细胞中所占比例较少，且随着年龄的增大比例逐年下降，尤其老年人获取数量更少，从而限制了其在临床的应用。脂肪干细胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）作为新的种子细胞，由于其有来源丰富、取材方便、对机体组织损伤小、增殖快、能多向分化、获取数量大等众多优点迅速成为新的研
究热点[3-4]。大量研究发现中药杜仲能刺激骨髓干细胞向成骨细胞的分化[5-7]，因为ADSCs与骨髓干细胞
有相同的表面黏附因子和受体分子，所以有同样的多向分化潜能。本研究将探讨杜仲醇提取物对ADSCs的成骨分化促进作用和以ADSCs为种子细胞复合载杜仲醇提取物支架材料修复颌骨缺损中的作用，为临床治疗下颌骨缺损提供实验基础和理论依据。
1 材料和方法
1.1 实验动物
选择由佳木斯大学动物实验中心提供的健康新西兰大白兔48只为研究对象，体重2.0～3.0 kg，6月龄，雌雄不限。
1.2 材料
DMEM培养基、胎牛血清、胰蛋白酶、Ⅰ型胶原酶（Gibco公司，美国），胰岛素、地塞米松、抗坏血酸、β-甘油磷酸钠（Sigma公司，美国），医用纳米级羟磷灰石（上海源叶生物科技有限公司）。
1.3 方法
1.3.1 杜仲醇提取物的制备 2 g盐杜仲（山东省济南市漱玉大药房，1包1 g，生产批号：110316）加入甲醇至15 mL，室温振荡1 h，静置过夜，15 000 r・min-1离心10 min，弃沉淀。甲醇浸上清经真空浓缩，再加水15 mL溶解后得醇提取物。醇提取物均经0.22 Em膜过滤，-20 ℃保存。
1.3.2 兔ADSCs的分离和培养 麻醉下取兔两侧腹股沟脂肪组织，置于培养皿中，无菌条件下清除小血管、外包膜和软组织，PBS缓冲液冲洗3次，眼科剪剪碎，用1 g・L-1Ⅰ型胶原酶37 ℃水浴下消化1.5 h至糊状，2 600 r・min-1离心10 min，除去上清和上层悬浮油性脂肪组织，D-HANK S’液洗涤沉淀2次。用含10%胎牛血清DMEM培养基稀释，过滤，离心，将细胞收集到培养瓶中。于37 ℃饱和湿度，体积分数5%CO2中进行培养，细胞融合80%～90%时，用含0.25%胰酶消化，传代培养后进行成骨诱导，茜素红染色进行成骨鉴定。
1.3.3 复合材料的制备 将培养第6代的ADSCs经胰蛋白酶消化和离心后与杜仲醇提取物15 mL复合，细胞计数，制成的细胞悬液浓度为每毫升2×107个。而后将羟磷灰石置于培养皿中，细胞悬液反复滴加到支架材料上，保证支架材料完全浸润。同时在37 ℃、5%CO2培养箱培养24 h，使ADSCs更好地进入支架材料的孔隙中。
1.3.4 实验分组 将制备成下颌骨缺损模型的48只新西兰大白兔分为4组。A组植入ADSCs复合载杜仲醇提取物支架材料；B组植入ADSCs复合羟磷灰石材料；C组单植入羟磷灰石复合材料；D组为空白组，不植入任何材料。
实验动物称重后，20%乌拉坦（5 mL・kg-1）耳缘静脉注射麻醉。常规备皮消毒铺巾，沿下颌骨下缘做平行切口，长度3～4 cm，分层切开皮肤皮下组织，暴露下颌骨下缘及颊面，用裂钻在下颌骨体颊侧中下处制备直径为1 cm的全层骨缺损，深度为0.5～0.6 cm，注意术中生理盐水降温，不损伤对侧骨膜层结构。手术中，A、B、C组按分组植入相应材料，D组制备缺损后直接缝合。充填完毕后，分层严密缝合切口，分笼饲养。术后肌注庆大霉素预防感染，剂量为每次2万单位，1 d2次，持续5 d。分别于术后2、4、8、12周静脉栓塞法处死动物，获取兔双侧完整下颌骨标本。
1.3.5 观察指标 观察指标具体如下。1）大体观察：观察骨缺损区表面情况及新骨形成和材料吸收情况，探针检测缺损表面骨形成硬度。2）影像学分析：X线片观察骨缺损区外形及材料的改变情况，材料与周围组织接触情况。牙CT扫描骨缺损区内8个不同位点，并记录CT值，取均值。3）组织学观察：于骨缺损区周围0.5 mm处取材，4%多聚甲醛固定24 h后常规脱钙处理，而后将标本浸蜡、包埋、切片、苏木精-伊红（hematoxylin-eosin，HE）染色，光镜下进行观察。4）扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）观察：将组织块置于4%戊二醛固定液24 h取出，PBS液冲洗3次，梯度乙醇脱水，醋酸异钨酯中置换15 min，SEM检测材料与周围组织密合情况及生物相容性。5）计算机图像分析：术后4个时间段所有组织连续切片后系统选片，每块组织选5张，光镜（100倍）下每张切片随机选取6个视野，在图像分析仪下进行组织学形态分析，测定术后各个时间点上新生骨小梁面积所占修复区面积的比值。
1.4 统计学分析
采用SPSS 17.0统计软件对实验数据进行分析，对CT值及新骨形成面积进行统计分析，数据以x±s表示，组间和组内CT值及新骨形成面积差异的比较采用t检验分析，P
2 结果
2.1 ADSCs的培养及成骨鉴定结果
倒置显微镜下可见原代细胞4～6 h后开始沉降；24 h后基本贴壁；2～4 d后呈梭形或小多角形，突起相互连接；7 d后大量增殖，呈束状或漩涡状排列。传代后呈梭形，形态大小较一致，各代细胞形态无明显变化，呈成纤维细胞样生长。14 d后茜素红矿化
结节染色说明分化形成的细胞为成骨细胞（图1、2）。
2.2 大体观察结果
术后2周，A组骨缺损区材料与周边组织固位良好，界清，材料有小部分吸收；B组和C组缺损区有包膜包裹，有炎性渗出，材料完整；D组见少量纤维形成，炎性增生。术后4周，A组缺损区大量红色纤维组织，有骨痂形成，硬度增加，材料部分溶解吸收；B组缺损区材料与周围骨质界限明显，材料留存明显，骨痂较少；C组材料界清，材料未被吸收；D组见大量纤维组织生成。术后8、12周，A组骨缺损区材料基本吸收，缺损区被骨组织取代；B组与C组见缺损区有新骨形成，但硬度不高，仍见少量材料残留；D组见大量纤维组织，未见成骨形成。
2.3 X线片检查结果
术后2周，3组缺损区清晰可见，差别不明显。术后4周时，A组缺损区有少量骨痂形成，材料与周边组织接触紧密，边界模糊，密度低于正常骨；B组缺损边界仍清晰，材料无明显变化；C组缺损区材料阻射影清楚，低密度影多；D组边界清晰，低密度影明显。术后8周，A组缺损区材料吸收，边界模糊，高密度区面积增多，边界尚清；B组缺损区可见絮状高密度影，骨密度较低，与周围界限尚清；C组低密度影明显与周围界清；D组界清，大片低密度影，缺损区内密度值明显低于正常。术后12周，A组缺损区材料基本吸收，边界模糊不清，材料与骨有骨性连接，其与组缺损区边界不清但仍可见，边缘与骨质有带状低密度影；B组优于C组；D组缺损区边界尚清，未见高密度影形成（图3）。
2.4 组织学观察结果
术后2、4周时，A组可见大量纤维骨痂，成骨细胞形成，材料略有减少；其余3组可见多生肉芽组织，材料与骨质仍界清。术后8周时，A组材料吸收明显，有新生骨长入，大量成骨细胞，材料内有纤维组织生成，骨小梁排列不规则；B组见骨痂形成明显，材料有少量吸收；C组残存材料明显；D组见大量成纤维组织和炎性肉芽组织，未见成骨。12周时，A组材料基本吸收，大量纤维骨痂组织生成骨组织，骨小梁排列紧密规则，密度增大；B组成骨小于A组，骨小梁较少，材料仍有部分残留，骨小梁排列不规则，可见新的纤维骨痂生成；C组成骨不如B组；D组纤维增生明显（图4）。
2.5 SEM观察结果
2周时，4组缺损区材料均与周围骨界限有裂隙。术后4周时，A组材料与骨组织结合，二者之间结合紧密，有大量胶原纤维组织长入材料，骨痂生成明显，其余3组材料与周围骨质界限清晰，结合仍有裂隙，有少量胶原纤维长入。术后8、12周，A组材料与骨质界限不清，形成大量新生骨，材料基本吸收；B组纤维组织向材料中心长入，材料周围有钙化；C
组在缺损边界钙化；D组未见硬化组织，缺隙明显（图5）。
2.6 统计分析结果
通过对各时间段4组骨缺损区修复CT值测量结果比较分析可见：A组与其他3组两两比较，其CT值明显高于其他3组，差异有统计学意义（P
3 讨论
当今社会中，由于炎症肿瘤外伤等原因所致颌骨缺损患者的数量一直居高不下，而颌骨由于其解剖和功能上的特殊性，其缺损的修复一直是口腔颌面外科研究的热点之一[8]。
骨缺损的修复方法有很多，随着当代骨组织工程和细胞分子生物工程的迅猛发展，种子细胞复合支架材料成为骨缺损修复研究进程中的主要热点之一[9-11]，骨髓间充质干细胞是早期研究的种子细胞之一[12-14]，其成骨作用明显受到重视，但由于其来源匮
乏，制约了其在临床上的应用。近年来ADSCs作为新的种子细胞来源出现在人们面前[15-17]，其本身所具有的取材容易、安全性高、获取率高、自我更新速
度快和多向分化等优点成为新的研究热点。
本实验通过ADSCs的制备、分离培养及扩增，并将其接种于载杜仲醇提取物的支架材料上，通过杜仲促进ADSCs向成骨细胞的诱导分化刺激成骨，具有良好的生物安全性和生物相容性。结合本实验的研究过程和实验结果，发现A组成骨效果明显优于其他3组。影像学观察发现：在8周时，A组材料的吸收比较明显，成骨边界模糊不清；B、C组只有一定降解；D组界清，大片低密度影。组织学观察发现：在12周时，A组材料基本降解，骨质成熟，骨小梁排列整齐；B组成骨小于A组，骨小梁较少，排列不规则；C组成骨不及B组；D组纤维增生明显。SEM观察发现：在12周时，A组已有良好新骨生成，材料降解完成，并与骨组织结合紧密；B组只有少量骨痂形成；C组见大量纤维组织，边缘钙化严重；D组缺隙明显，未见硬组织生成。最后经过影像学数据及计算机图像分析结果进行统计学意义上的分析得到各组新生骨及骨密度均有增加，但A组明显优于其他3组，A组材料具有较高成骨性能，具有加速成骨的作用。
目前大量的研究成果证明种子细胞在骨科领域有着巨大前景，其成骨分化潜能和多向分化能力使其与支架材料复合后成功应用于动物骨缺损修复过程中[18-20]。本实验以ADSCs为种子细胞复合载杜仲醇
提取物支架材料修复兔下颌骨缺损，研究证实了杜仲醇提取物对ADSCs成骨的诱导作用及其复合材料应用于颌骨缺损中的良好生物相容性和修复可行性，但复合材料的最适宜比例和移植后相关影响因素尚不十分清楚，有待于进一步研究。
[参考文献]
[1] Lange C， Bruns H， Kluth D， et al. Hepatocytic differentiation of
mesenchymal stem cells in cocultures with fetal liver cells[J]. World
J Gastroenterol， 2006， 12（15）：2394-2397.
[2] Inderbitzin D， Avital I， Keogh A， et al. Interleukin-3 induces he-
patocyte-specific metabolic activity in bone marrow-derived liver
stem cells[J]. J Gastrointest Surg， 2005， 9（1）：69-74.
[3] Zuk PA， Zhu M， Mizuno H， et al. Multilineage cells from human
adipose tissue： Implications for cell-based therapies[J] . Tissue Eng，
2001， 7（2）：211-228.
[4] Rodriguez AM， Elabd C， Amri EZ， et al. The human adipose tissue
is a source of multipotent stem cells[J]. Biochimie， 2005， 87（1）：
125-128.
[5] 曾建春， 樊粤光， 刘建仁， 等. 杜仲含药血清诱导骨髓间充质干
细胞定向分化的实验研究[J]. 时珍国医国药， 2009， 20（9）：2136-
2138.
Zeng Jianchun， Fan Yueguang， Liu Jianren， et al. Experimental
study on directional differentiation of BMSCs induced by blood
serum containing Duzhong（eucommia bark）[J]. Lishizhen Medicine
Materia Medica Res， 2009， 20（9）：2136-2138.
[6] Nishimura R， Hata K， Ikeda F， et al. Signal transduction and trans-
criptional regulation during mesenchymal cell differentiation[J]. J
Bone Miner Metab， 2008， 26（3）：203-212.
[7] 张艳红， 谢焕松， 夏树林， 等. 杜仲对大鼠骨髓基质细胞骨桥蛋
白和骨保护素表达的影响： 水提液与醇提液有区别吗[J]. 中国
组织工程研究与临床康复， 2010， 14（2）：262-266.
Zhang Yanhong， Xie Huansong， Xia Shulin， et al. Effect of eu-
commia bark on osteopontin and osteoprotegerin expressions in rat
bone marrow stem cells： Is there any difference between water
extract and methanol extract[J]. J Clin Rehabilitative Tissue Engi-
neering Res， 2010， 14（2）：262-266.
[8] Lansman JB， Hallam TJ， Rink TJ. Single stretch-activated ion chan-
nels in vascular endothelial cells as mechanotransducers[J]. Nature，
1987， 325（6107）：811-813.
[9] Riew KD， Lou J， Wright NM， et al. Thoracoscopic intradiscal spine
fusion using a minimally invasive gene-therapy technique[J]. J Bone
Joint Surg Am， 2003， 85-A（5）：866-871.
[10] Taira M， Nakao H， Takahashi J， et al. Effects of two vitamins， two
growth factors and dexamethasone on the proliferation of rat bone
marrow stromal cells and osteoblastic MC3T3-E1 cells[J]. J Oral
Rehabil， 2003， 30（7）：697-701.
[11] Mahmoudifar N， Doran PM. Tissue engineering of human cartilage
and osteochondral composites using recirculation bioreactors[J]. Bio-
materials， 2005， 26（34）：7012-7024.
[12] Bruder SP， Fox BS. Tissue engineering of bone. Cell based strate-
gies[J]. Clin Orthop Relat Res， 1999（367Suppl）：S68-S83.
[13] Bianco P， Riminucci M， Gronthos S， et al. Bone marrow stromal
stem cells： Nature， biology， and potential applications[J] . Stem Cells，
2001， 19（3）：180-192.
[14] Orban JM， Marra KG， Hollinger JO. Composition options for tissue-
engineered bone[J]. Tissue Eng， 2002， 8（4）：529-539.
[15] Lombardo E， DelaRosa O， Manche?o-Corvo P， et al. Toll-like re-
ceptor-mediated signaling in human adipose-derived stem cells：
Implications for immunogenicity and immunosuppressive potential
[J]. Tissue Eng Part A， 2009， 15（7）：1579-1589.
[16] Kim U， Shin DG， Park JS， et al. Homing of adipose-derived stem
cells to radiofrequency catheter ablated canine atrium and diffe-
rentiation into cardiomyocyte-like cells[J]. Int J Cardiol， 2011， 146
（3）：371-378.
[17] Xu Y， Balooch G， Chiou M， et al. Analysis of the material pro-
perties of early chondrogenic differentiated adipose-derived stromal
cells（ASC） using an in vitro three-dimensional micromass culture
system[J]. Biochem Biophys Res Commun， 2007， 359（2）：311-316.
[18] Kaplan FS， Hahn GV， Zasloff MA. Heterotopic Ossification： Two
rare forms and what they can teach us[J]. J Am Acad Orthop Surg，
1994， 2（5）：288-296.
[19] Pittenger MF， Mackay AM， Beck SC， et al. Multilineage potential of
adult human mesenchymal stem cells[J] . Science， 1999， 284（5411）：
143-147.
[20] Housman TS， Lawrence N， Mellen BG， et al. The safety of lipo-
suction： Results of a national survey[J]. Dermatol Surg， 2002， 28
高分子材料与复合材料的区别篇2
射线检测是无损检测的重要方式，本文就射线检测在复合材料无损检测中的应用进行了探讨。
【关键词】
射线检测；复合材料
1.引言
随着科技的发展，复合材料的应用范围越来越广，在不同领域中均发挥着重要作用，然而对复合材料及产品的检测标准也越发严格。射线检测技术是复合材料无损检测的主要方法，检测影像易保存，更加清晰和直观。在科学技术不断进步的同时，射线检测方法也取得了很大的突破，不断完善和创新，从而扩大了复合材料的射线检测范围，提高了检测能力，可以作为复合材料无损检测的首选方式。
2.射线检测在复合材料检测中的应用方法
2.1 X射线照相检测法
这种检测方法已经广泛的应用于工业检测领域，与现在的检测技术来说，是应用比较早的检测技术，是最传统的无损检测方法之一，其基本原理在于，通过射线来穿过不同的材料，因为材料的性质不同，射线在经过材料时的衰减量也是不一样的，从而射线的透射强度也是变化的，在胶片上就会呈现出明暗变化不同的影像，通过观察这些影像得到检测结果。针对X射线照相检测法可以检测到的材料的缺陷问题，倾向性的观点是可以发现夹杂物、气孔，而不能发现垂直于射线方向分布的脱粘和裂纹。X射线照相检测法的优点是成本低，易操作；其局限性为效率低，缺陷（裂纹）的方位是决定性的，要求与射线平行。
2.2 X射线实时成像检测法
射线实时成像技术一般是跟随成像物体在不停变动的图像当中可以快速的改变电子成像的方式，这种技术是和胶片射线照相方法同一时间进行发展的，但是在做比较时我们可以发生，这种方法是不需要胶片做暗室处理的，并且可以减少曝光时间，同时也可以提高图像的动态范围再做处理，而在对其进行检测时，它的曝光时间与实时性在宽容性方面则有着强大的优势。现阶段，运用这种检测系统的方法有三种：（1）可以利用阵列射线做实时的成像检测，这种方法一般是在机场或者是车站做安全检查时应用的；（2）应用在工业射线的检测系统当中；（3）应用微焦点的实时检测，这种方法一般是应用在小工件、电子元器件等方面的检测。目前情况下，对于在复合材料的检测当中，实时成像技术有几方面的表现，一方面是以在微焦点技术的应用下进行检测，并且在通过检测电子元件、小工件以及生物学样品等相关工作中进行应用。另一方面一般是通过阵列技术对其检测的，主要是应用在检查机场、海关以及车站等相应安全工作当中的。这种技术的发展随着不断的进步，并且是通过具有很大活动区域和高分辨能力的非晶硅所构成的，所以它的灵敏度是非常高的，在当前，我国已经把这种检测技术作为重点的研究对象。对于复合材料的检测技术，如果产品在线进行检测时都可以应用这种成像技术，这种技术如果针对装配线上的物体进行检测时，则可以直接快速的对其进行检测，在检测过程当中也可以对其装置的内部更为细致和全面，所以这种技术的检测效率是非常高的。
2.3 射线计算机断层扫描检测法
此种检测方法是起源于前面提到的第一种方法，与第一种方法的不同之处在于，它的区别在于采用的是圆锥状射线，检测原理在于通过准直设备将圆锥状射线变成面状或线状扫描束，从而对射线穿过的物体的某一个断面扫射，得到一个断面的图像，通过分析每一层断面的图像就可以得到详细的检测结果，达到检测目的。
2.4 X射线断层形貌成像检测法
X射线断层形貌成像检测法的基本原理是利用样品散射的空间探测来描述材料的内部特征，从而通过分析，得到检测结果。这种检测法是X射线散射和图像成像的优点进行了结合的检测法，可以对材料机械性能的关系、晶体的界面面貌组织，尺寸进行研究，并且可以对微观的细小的损失进行分析。它具体的可以分为大、小角度X射线散射方法，大角度的X射线散射是无能量转变的弹性散射，对结构比较小的分子和原子结构能够快速反应。而小角度的X射线散射则是传统的一种对胶体、生物和聚合物进行研究的工具，也可检测纤维转向。
2.5 X射线康普顿散射成像检测法
康普顿背散射成像技术的快速发展起来的一种新型检测技术，它的技术特点是非常广泛的，这种技术不会受到检测对象的任何尺寸限制，所以这种技术也非常适用在对复合材料、铝合金以及对塑料等材料的检测，它检测材料密度较低所获得的成像率则非常高，如果被检物的表层形状是相对复杂的，而它的检测效果会好于一般的射线照相技术，如果检测对像是大型的物体是，这种技术会发挥出更为独特的作用。因此，这种应用技术是更加适用检测塑料、铝台金与复合材料等物体。通过对几种技术的概括我们更加清晰的了解到不同技术在复合材料检测当中的应用都会具有比较良好的效果，这种技术也会得到更广泛的应用。
康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是单侧几何布置。具有层析功能，一次可以得到多个截面的图像，也可得到三维图像。在理论上图像的对比度可达到100%。其局限性为，由于康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，因此它主要适于低原子序数物质且位于近表面区厚度较小范围内的缺陷检测，通常它适宜检验的物体表层厚度区是：钢约为3ram，铝约为25ram，塑料和复合材料约为50ram。在应用时必须考虑基体材料和缺陷对射线的散射差别、检验要求的分辨力和成像时间。
2.6 中子射线照相检测法
中子照相检测法的基本原理是，通过准直器将中子源发射出的中子束射到被检验的物体上，因为不同的物体对中子的衰减系数是不同的，所以检测器记录到的已经投射形成的中子束分布图像就是不均匀的，通过分析这些图像，就可以对物体内部的杂质和缺陷有清晰的了解，与以前的R或X射线不同的是，中子射线照相检测法还可以对放射性的物质进行检测，并且可以对金属中的一些低原子序数物质进行检验，对同一元素的不相同的同位素也可以进行区分，这种检测法的缺点在于，中子源的价格昂贵，所以检测耗费就比较贵，中子的安全防护也是必须要特别注意的问题。
3.总结
高分子材料与复合材料的区别篇3
【关键词】复合绝缘子;试验;分析
引言
近年来，随着国内厂家制造工艺的水平逐步提高，复合绝缘子凭借着电气性能优越，机械强度高、耐污性能好、抗污闪强力强等优点逐步在越来越多的高压输电线路中得到使用，特别是运行中的输电线路防污调爬，处在III级及以上污区的线路悬垂串通常选用复合绝缘子。面对日益增多的复合绝缘子的使用，如何保证复合绝缘子安全、稳定的运行，成为目前架空线路维护的重要课题之一。
1.绝缘子掉串事故浅析
1.1 事故现场基本情况
2009年11月10日，500kV蓄能电厂AB联络线π架B相复合绝缘子发生断裂，断裂绝缘子为单串耐张挂线方式。该故障复合绝缘子为德国RODURflex公司于1998年生产，1999年投入电网运行，是广州地区电网第一次引进国外的进口绝缘子，产品基本参数：等径伞直径φ166mm，共67个伞，结构高度为4370mm，最小电弧距离为4040mm，爬电距离为11990mm，SML225kN，均压环为闭环，型号460×400-φ46。从故障绝缘子外观看来，绝缘子伞裙及护套积污较重，伞裙颜色褪化，变成灰黑色（材料基色为天蓝色）。
同批次产品在我局电网中仍然有不少运用，截止故障发生时，初步统计：500kV蓄增甲、乙线、AB联线共计451串挂网运行。
1.2 事故绝缘子外观检查
我们对故障复合绝缘子进行复原。故障区域发生在高压端附近，金具处与高压侧第4伞和第5伞之间分别有一个断裂口。
从断裂口检查芯棒变化情况，可以看到断裂处芯棒大部分区域已经碳化发黑，没有变黑的区域也开始发黄。仔细观察金具处断口，可以发现金具与伞裙材料之间结合处有灰尘等异物，并存在一圈锈蚀的痕迹。金具处的断口较平整，属于脆性断裂，而高压端第4伞和第5伞之间的断口呈拉丝状。
图1分别为密封良好绝缘子金具部分和故障绝缘子金具部分轴向剖面情况。由图中可以看到：从故障绝缘子金具、芯棒及护套材料的三结合处开始沿着芯棒向低压端方向有一条发展越来越严重的放电烧蚀通道，通道内芯棒已经碳化发黑。
图1 完好的绝缘子与事故绝缘子端部轴向剖面对比
我们也对故障绝缘子其他部位进行了检查：仔细检查伞裙及护套材料外观后，发现护套材料表面从高压端第1伞裙到第33伞裙位置均有出现很多电弧烧蚀口，现场表明芯棒内部放电通道可能已经发展至高压侧第32、33伞裙位置。
1.3 同批次同型号绝缘子常规试验分析
2007年，我们对广州供电局500kV蓄增甲线#08塔与故障复合绝缘子同批次的产品进行了抽检，共12支。
试验结果为：电气及机械特性基本良好;当时外观检查项目包括憎水性、外观检查，发现伞裙材料出现不同程度的粉化、硬化，伞裙对折能够折断。表1与表2分别为拉伸试验与渗透性试验结果。
表1 拉伸试验
试品编号 耐受负荷值kN 耐受时间min 破坏负荷值kN 破坏状态 平均值X kN 标准偏差s kN X-3s
N0.1 225 1 242 球窝拉开 246.08 11.51 211.55
N0.2 225 1 233 球窝拉开
N0.3 225 1 260 球窝拉开
N0.4 225 1 245 球窝端拉脱
N0.5 225 1 230 球窝端拉脱
N0.6 225 1 258 球头拉断
N0.7 225 1 258 球头拉断
N0.8 225 1 257 球头拉断
N0.9 225 1 240 球头拉断
N0.10 225 1 251 球头拉断
N0.11 225 1 251 球窝拉开
N0.12 225 1 228 球头拉断
表2 渗透性试验
试品编号 额定负荷kN 规定负荷kN 施加负荷kN 耐受时间min 渗透剂作用时间min 试验结果
N0.1 225 157.5 158.2 1 20 经剖检，金属附件与绝缘护套间面无渗透现象，试验通过。
N0.4 225 157.5 158.0 1 20
N0.10 225 157.5 158.5 1 20
在2007年度的复合绝缘子抽检报告中，根据外观检查项目的总体结果给出了对运行中同批次复合绝缘子加强抽检的建议。
2009年11月，结合停电检修的机会，蓄能电厂拆下AB联线的4串同批次复合绝缘子进行抽检试验，试验结果为：电气及机械特性基本良好;当时外观检查项目包括憎水性、外观检查，发现伞裙材料出现不同程度的粉化、硬化，伞裙对折能够折断。表3与表4分别列出了拉伸试验与渗透性试验结果。
表3 机械负荷破坏性试验结果
试品编号 破坏值KN 破坏状态
N0.1 265 球窝开裂
N0.2 265 球头拉断
N0.4 271 球头拉断
表4 密封性能试验结果
试品编号 额定负荷kN 施加负荷kN 耐受时间min 渗透剂作用时间min 试验结果
N0.1 100 70.1 1 20 经剖检，金属附件与绝缘护套间面无渗透现象，试验通过。
2009年11月，广州供电局委托华北电力大学对事故绝缘子同批次、型号的绝缘子进行了材料化学分析。主要进行了绝缘子表面微观形貌分析、绝缘子表面憎水性分析、绝缘子表面材料红外分析、绝缘子试样内部电荷及陷阱能级分析等。通过对比分析现场老化硅橡胶绝缘子伞裙材料以及国产未老化的橡胶材料相关性能可以得出：
（1）长期运行硅橡胶绝缘子伞群表面将会积累起较严重的污秽，污秽层可能会完整地覆盖伞群表面，从而使伞裙表面失去原有的蓝色而整体呈现出黑色的状态;
（2）虽然长期运行绝缘子伞裙表面会被一层完整的污秽层覆盖，但该污秽层在经过长时间的憎水迁移后仍可获得良好的憎水性，且迁移后污秽表面的憎水性随杆径处、伞群上表面、伞群下表面依次减弱，这是与绝缘子表面的老化程度及污秽积累状态有关;
（3）长期运行绝缘子伞群上表面及杆径处的污秽量较多、但结构相对疏松，而伞群下表面污秽量少、结构相对致密;伞群的污秽表面及洁净表面均存在大量的裂纹，这些裂纹长度介于数十微米到2毫米左右，洁净伞群表面的裂纹宽度在5到30微米之间，表面粉化厚度介于150到300微米间;杆径硅橡胶护套材料洁净表面仅出现了极少量的微裂纹，裂纹长度较短且伞裙表面粉化层厚度也要远小于伞群表面。这些说明绝缘子伞裙材料的老化程度要远严重于杆径护套硅橡胶材料表面;
（4）红外吸收光谱分析表明，老化后硅橡胶伞群表面的Si-O-Si基团和Si-C基团发生了严重的裂解，伞群上表面比下表面严重，而杆径护套表面的Si-O-Si基团和Si-C基团并未出现严重裂解现象，进一步证明绝缘子伞群表面的老化要远远严重于杆径处;
（5）通过伞裙材料进行热刺激电流分析发现，现场运行硅橡胶复合绝缘子两端伞群材料内部的陷阱能级要高于中间伞群材料内部的陷阱能级，且均高于国产伞群材料内部的陷阱能级，由于高陷阱能级将可能导致高能破坏粒子的产生，为此将可能进一步导致硅橡胶材料的老化裂化，从而将可能导致现场运行硅橡胶绝缘子伞裙材料出现加速老化现象。
综上，通过对该串现场运行绝缘子进行微观物理化学性能的分析可知该绝缘子串表面硅橡胶材料已经发生了严重的粉化老化现象，伞群硅橡胶材料的综合性能发生了严重的下降，且伞群部位的老化程度要严重于杆径部位的老化程度。这是由于绝缘子串在长期现场运行过程中除了要承受电、热的联合老化，导致硅橡胶表面材料出现逐步的老化所致，同时由于伞裙材料还长期承受着太阳紫外光的照射，为此将导致伞裙材料出现更为严重的老化。为更进一步了解该批次绝缘子的综合性能快速下降的原因，需要在后续研究过程中针对该批次悬挂于不同位置处的绝缘子、具有相同配方的新绝缘子、同期投运性能良好的国产绝缘子以及国产未投运新绝缘子的微观物理化学性能进行综合对比分析，以获得该批次绝缘子性能快速裂化的根本原因。
1.4 本章小结
根据运行人员叙述，发现跌落地面绝缘子的两部分：高压侧4个伞裙和金具两个部分位置在一块，结合复合绝缘子故障前受力，判断高压侧第4伞裙和第5伞裙之间位置断裂口属于运行中损坏，而金具处的折断口是随导线跌落地面时绝缘子再次折断形成。
经现场初步分析，造成复合绝缘子断裂的可能因素有：
（1）端部密封性遭到破坏。虽然故障复合绝缘子端部附件采用了压接式连接工艺，但金具、芯棒及护套材料的结合面未采取防受潮措施。故障复合绝缘子高压端附件三结合面存在锈蚀发黄痕迹说明密封已经遭到破坏。
（2）均压环装置设计不合理。复合绝缘子端部加装均压装置的目的一是改善端部电场分布，二是均压装置具有引弧作用，使放电发生在均压装置间，保护伞裙、护套以及端部不被电弧灼伤。故障绝缘子采用环形均压装置，均压装置与端部金具边缘处于同个一水平面，罩入深度不够，起不到均匀端部电场的作用，使复合绝缘子高压端承受大部分的运行电压，场强高度集中。
（3）护套材料的性能不佳。经现场检查，高压端硅橡胶材料憎水性下降到了HC4-HC5，局部地区已经形成连续水膜，分级已经达到HC6-HC7。护套材料不同程度地出现了硬化、粉化现象。材料配方没有达到最优，高电场、多气候等恶劣运行条件下，材料抗老化性能不足，端部材料容易老化，潮气伺机进入端部。
从以上分析可知，本次事故应该是由于均压环装置安装设计不合理使得高压端电场高度集中，污湿条件下端部绝缘材料持续放电老化，密封遭到破坏导致端部水分侵入，环氧树脂芯棒产生酸腐蚀和电腐蚀，不断向低压端发展，且径向范围越来越大，在径向范围足够大的地方机械强度下降到断裂程度，最终导致芯棒整体断裂，导线脱落。
2.广州地区近年复合绝缘子运行状态简析
2.1 近年广州电网复合绝缘子抽检结果概述
每年，广州供电局都会抽取约30支左右挂网运行的复合绝缘子进行试验。近年来，试验结果表明，多数运行超过7年的复合绝缘子伞裙均有老化现象，憎水性较差，大部分达到HC4-HC5级，绝大部分试品额定机械负荷耐受试验通过，但其破坏值分散性较大，安全稳定运行性低。
2.2 广州地区近年复合绝缘子典型缺陷简析
（1）500kV北增甲线#59塔B相复合绝缘子断裂
2008年11月19日，输电部在例行巡视中发现500kV北增甲线#59塔B相双V串复合绝缘子中的一支断裂。现场检查杆塔、导线、挂线金具无异常。
断裂的复合绝缘子型号为FXBW4-500/210，系广州市迈克林电力有限公司2001年产品，位于#59塔B相（中相）双V串的左后位置（面向大号）。制造工艺为：硅橡胶外套整体注射、金具与环氧耐酸芯棒压接。开绝缘子在运行中未发生雷击闪络及其他异常情况。
在高压端附近区域，由于护套与芯棒界面之间存在放电，致使芯棒表面被高温碳化，形成局部导电通道。分析认为上述灼伤口是由于芯棒与护套材料界面形成局部导电通道后，外部湿污产生局部放电电弧引发的烧蚀。
经过分析，事故原因是由于故障绝缘子护套与芯棒界面在折断处附近存在界面粘接不紧密，存在气隙，导致电场局部集中。其次，绝缘子均压环结构不合理造成绝缘子高压端的复合绝缘子伞裙承受到比其它部位高3～5倍的电场强度，而绝缘子断裂处正处于高场强位置，并且，在轴向电场作用下放电沿着芯棒与护套界面不断向低压端扩展，芯棒表面被电弧高温碳化，甚至出现烧穿护套的现象。而且金具端部的均压环还对高压端附近芯棒相当于施加了一个切向电场，综合电场作用下使得放电还会向芯棒体内发展，即伴随有体击穿。放电产生的硝酸也会沿轴向和切向腐蚀芯棒，加剧了芯棒机械性能下降。最终，运行复合绝缘子载荷能力下降到一定程度时，发生断裂。
（2）220kV黄开甲乙线#03塔绝缘子闪络
2009年2月4日晚上，广州供电局输电部夜查过程中发现，220kV黄开甲乙线#03塔（与220kV开华甲乙线#09塔同塔四回路架设）的绝缘子出现强烈爬电现象，特别是晚上20：00-22：00前后湿度大于80%时，肉眼可见整串绝缘子“点灯笼”，爬电现象持续不止，严重威胁到了电网的安全运行，如图2所示：
图2 绝缘子爬电现象
经各专家现场核实及讨论分析，该现象是近期才发生的，主要是由于临近220千伏黄开甲乙线#03塔的黄埔电厂7个冷却塔的水汽中含有大量的导电介质，出口的高温水汽顺着南风（或东南、西南风）吹袭笼罩复合绝缘子串时，每串绝缘子多个伞裙就会同时出现外绝缘爬电现象，200米外明显可见。电弧产生的高温已烧蚀硅橡胶表面，红外测温表面温度最高达34℃，高于运行标准，严重危及线路运行安全，属紧急缺陷。广州供电局输电部对现场情况进行充分评估后决定立即启动线路抢修应急预案，申请紧急停电进行绝缘子更换处理，并在新的玻璃绝缘子表面涂喷PRTV以提高绝缘子的抗污能力，避免绝缘子闪络造成事故。更换后，无爬电现象。
3.总结与建议
自上世纪90年代初开始大规模推广使用硅橡胶复合绝缘子以来，线路维护工作量大大减少，绝缘子闪络跳闸次数明显降低。但由于当时国内复合绝缘子制造技术水平落后，我国早期内楔式复合绝缘子产品生产工艺上带有缺陷，特别在南方雨多以及海边盐雾潮湿地区长期运行后，个别早期复合绝缘子容易发生断串和内绝缘击穿事故，给输电线路带来隐患。
经上述分析，目前广州区电网发生的复合绝缘子事故、缺陷的主要原因有以下几点：
（1）环境问题。广州地处沿海，雨多、盐雾、潮湿使得挂网的复合绝缘子运行在一个环境极差的状态中，加速了复合绝缘子表面硅橡胶的老化，减短了复合绝缘子的实际运行寿命。
（2）结构和工艺原因。复合绝缘子相对悬式瓷、玻璃绝缘子而言易遭受工频电弧损坏，表现为伞裙和护套粉化、电蚀和漏电起痕及碳化严重、芯棒暴露和机械强度下降。所以复合绝缘子一定要在两端安装均压装置，使工频电弧飘离绝缘子连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能破坏，但均压环的安装位置有较高的要求，如果均压环与端部金具边缘处于同个一水平面，罩入深度不够，不但起不到均匀端部电场的作用，更会使复合绝缘子高压端承受大部分的运行电压，场强高度集中。
针对目前，随着复合绝缘子制造工艺水平的提高，复合绝缘子越来越多的被应用到运行的线路中，为保证复合绝缘子安全运行，初步建议如下：
（1）建议电网中220kV及以上复合绝缘子均采用双串布置方式，增加线路运行安全系数;
（2）针对运行超过10年的复合绝缘子进行更换，如无更换条件，应增加抽检、巡视密度;
（3）均压环的安装无疑有助于改善高压端，尤其是前几个伞裙的电位分布情况。为使得均压屏蔽环的均压效果发挥得更好，建议有关机构开展复合绝缘子表面电场优化的研究工作;
（4）针对不同时期的各厂家复合绝缘子，特别是类似结构的复合绝缘子，制定合理的抽检周期，特别是运行超过5年的复合绝缘子应加强抽检;
（5）加强复合绝缘子红外热像测温，做好统计，积累资料，对发现问题即行处理;
（6）V型串运行方式下复合绝缘子不仅需要承受轴向力，而且又受到切向力的作用。目前，复合绝缘子V型串布置方式已有不少运用，但是机械性能方面缺乏相应的技术参考，因此，有必要开展运行条件下并联绝缘体受力状态的计算工作，为实际运行提供依据。
参考文献
[1]李兆广，刘俊勇.500kV V形复合绝缘子串芯棒断裂故障分析[J].广东电力，2009（11）.
[2]张福林.复合绝缘子压接界面的性能监测及机械性能分析[J].电网技术，2001（12）.
[3]张畅生，王晓刚，黄立虹.500kV惠汕线合成绝缘子芯棒脆断事故分析[J].电网技术，2002（06）.
[4]孙昌富，梁曦东，周远翔，王成胜，王宁华.合成绝缘子动载性能的研究[J].电网技术，2002（12）.
[5]张鸣，陈勉.500kV罗北甲线合成绝缘子芯棒脆断原因分析[J].电网技术，2003（12）.
[6]程养春，李成榕，陈勉，陈润华.高压输电线路复合绝缘子发热机理的研究[J].电网技术，2005（05）.
高分子材料与复合材料的区别篇4
关键词 碳纤维；复合材料；雷电防护
中图分类号V2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）102-0097-03
0引言
飞机的防雷击设计包括全机防雷击系统和部件级防雷击系统两部分。而防雷击设计的首要环节是进行雷电区域的正确划分，从而根据不同的雷电区域采取不同的防护措施。本文主要提供一种全碳纤维复合材料飞机的全机防雷击系统设计，部件级防雷击系统的设计本文不做分析。
1 飞机雷击环境定义
1.1飞机的雷击环境
直接雷击——指开始接触到飞机表面的雷击。
扫掠雷击——指一旦飞机接触到直接雷击后，雷击持续放电的接触点不断出现顺气流方向沿飞机表面跳跃移动。
1.2飞机的雷电效应
雷电直接效应是由雷电电弧的附着及伴随着雷电流的高压冲击波和磁力所造成的燃烧、熔蚀、爆炸和结构畸形。
雷电间接效应是指在电子、电气设备和布线中雷电引起的过电压和过电流造成的设备损坏或干扰。
3 飞机雷电区域划分
3.1区域划分
按照不同的雷电附着特性或传递特性可把飞机表面划分成三个区域：
区域1：初始电击附着其上面（进口或出口）可能性很大的飞机表面。亦称初始附着区域。
区域2：电击放电被气流从区域1的初始附着点吹过来在其上面扫掠的可能性很大的飞机表面，亦称扫掠冲击区域。
区域3：除了区域1和区域2以外的所有飞机表面为区域3。在区域3，放电电弧直接附着的可能性很小，但它可能在某对初始雷电附着点或扫掠冲击附着之间传导很大的雷电流。
按照放电长时间悬停在飞机表面的可能性大小，区域1又进一步分为A区、B区和C区，区域2划分为A区和B区。A区是电弧在它上面长时间悬停可能性较小的区域。B区是电弧在它上面长时间悬停可能性较大的区域。
3.2区域的确定
飞机雷击区域的划分按照SAE ARP5414A-2005进行，采用推荐的或标准的经典规则确定。
3.2.1区域1的确定
首先，要确定可能的初始雷电附着点区域。一般传统布局的飞机，根据飞机的雷击经验，典型的雷电先导初始附着点位置为一些末端，如机头、机翼/尾翼翼尖、推进器和螺旋桨桨叶的末端、发动机舱以及其他明显的突出物。
其次，确定区域1A、1B、1C的位置，根据SAE ARP5414A-2005，在正常情况下，飞机将会往前飞行，当冲击和闪电从前端的附着点开始从头到尾的扫过，开始形成第一个回流冲击。这一时间飞机飞行距离决定了区域1A表面相对于初始附着点的延展部分，这个距离由飞行速度、飞机离地面的海拔高度（对于从云端到地面的冲击）以及先导速度决定。区域1A延展部分的起点应该是飞机初始附着区域的端点。
3.2.2区域2的确定
区域2：
1）从区域1的直接雷击接触点向后有扫掠雷击可能性的表面为区域2，在区域1的前、后边界侧向内大约0.5m范围内的表面；
2）区域1C之后机身表面为区域2A；
3）垂尾、平尾区域1以外的为区域2A；方向舵、升降舵为区域2B。
3.2.3区域1、2的横向扩张位置的确定
对于机翼和尾翼处，确定区域1的办法是确定突出的弧形部分的水平切线，然后沿着切线往里延伸大约0.5m，区域1往里延伸大约0.5m的表面区域应该放在区域2中考虑。
3.2.4区域3的确定
不属于区域1和2的表面，并且不可能有闪电附着的地方划分为区域3。
3.3飞机雷击区域划分示意图
飞机的雷击区域的位置都是由飞机的几何特性和飞机的飞行特性来确定的。飞机雷击区域的最终确定将由飞机雷击附着点试验得到。图1为某型号单发涡桨轻型公务机雷击区域的初步理论划分示意图。
4雷电防护设计
飞机结构的设计应该是在飞机遭遇雷击时能为雷电流提供低阻抗的通路。对于容易受到雷击放电损坏的飞机结构、系统和部件如飞机的机头、翼尖、螺旋桨、发动机、燃油箱、活动翼面、风挡、天线等部件，必须根据其自身重要性以及所在区域的要求采取必要的雷电防护措施，以尽可能避免或减小雷电对飞机及设备自身的损害。
4.1 全碳纤维复合材料机体的雷击防护
资料显示，对复合材料机体进行模拟雷击试验，在没有雷击防护层的情况下，在经受60～100kA峰值电流和1.9C电荷量放电后就产生严重损伤，说明应用复合材料的飞机必须进行雷击防护。
据了解，目前国内外多数复合材料的飞机均使用金属丝网作为雷击防护层，可用标准纺织工艺将金属丝织成布或针织品。全碳纤维复合材料飞机使用铜网作为雷击防护层。根据模拟雷击试验结果，具体防雷击方案为：
1）对机雷击区域1，可用铜丝网做复合材料的表面防护层。铜丝网的网眼数不小于20×40孔/in2，铜丝直径至少为0.14mm；
2）对机雷击区域2，可用铜丝网做复合材料的表面防护层。铜丝网的网眼数不小于20×40孔/in2，铜丝直径至少为0.1mm。
4.1.1位于雷击区域1的全碳纤维复合材料机体的雷击防护
用于雷击区域1的复合材料雷击防护层必须能经受200kA的高电流冲击和500C电荷量的传输。处于雷击区域1的全碳纤维复合材料结构的防雷击设计可在复合材料制件的外表面上铺一层铜丝网，一次固化成制件，或将铜丝网用胶粘剂粘到复合材料制件的外表面上。铜丝网规格为：网孔数不小于20×40孔/ in2，铜丝直径至少为0.14mm。
4.1.2位于雷击区域2的全碳纤维复合材料机体的雷击防护
用于雷击区域2的复合材料雷击防护层必须能经受100kA的高电流冲击和传输200C的电荷量。处于扫掠雷击的复合材料结构雷击防护设计可采用在复合材料制件表面上粘一层铜丝网。铜丝网的规格为：网孔数不小于20×40孔/ in2，铜丝直径至少为0.1mm，若有天线安装的部位，为防止趋肤效应，铜丝直径至少为0.14mm。
4.2全碳纤维复合材料整体油箱的雷击防护
对于复合材料整体油箱，雷电防护设计是复合材料整体油箱设计中的关键技术之一。雷击过程中的高电压、大电流、大电量（持续高电流）对复合材料整体油箱危害极大。因此，在复合材料整体油箱设计之初，就应选择雷电防护系统。
4.2.1全碳纤维复合材料整体油箱防雷击设计的主要原则
1）复合材料整体油箱应布置在飞机遭受雷击概率较小的区域，如雷击区域2或3，尽量布置在3区。对机翼整体油箱来说，应布置在机翼的根部或中部；
2）在复合材料整体油箱的外表面应该为雷击电流构建通道，这些通道应与飞机的雷击电流传输通路有良好的电连接；
3）在油箱区，凡存在燃油、燃油蒸汽和空气混合气体的空间，不得因雷击产生放电火花。
4.2.2全碳纤维复合材料整体油箱外部的雷电防护设计
由于复合材料整体油箱的上、下壁板是飞机机体结构表面的一部分，因此其雷电防护的设计思路及外表面雷电防护方法与复合材料机体的雷电防护相同。
4.2.3全碳纤维复合材料整体油箱内部的雷电防护设计
1）金属紧固件尾部及连接细节雷电防护设计：当结构材料允许雷击电流通过结构骨架传导时，容易在紧固件尾部或紧固件与骨架连接处产生放电火花，为此需用密封胶覆盖、用专用防护帽的方法或其他可靠的方法保证不产生放电火花；
2）复合材料紧固件：在满足强度要求并能提供充足的紧固件品种规格和工艺保证的前提下使用。可避免将雷击电流导入油箱内部，从而避免火花的出现；
3）油箱内的金属构件：复合材料整体油箱内部应尽量避免有金属构件。对于不可避免的金属构件应通过搭接线与飞机金属结构保证良好搭接，并要防止内部导体电晕和流光。
4）油箱内部的部件和结构设计应做到：当雷击电流通过油箱时，不会在油箱内部产生任何可能点燃燃油蒸汽的火花。
4.3设备的雷电防护
对于设备，根据设备所执行的功能，要求设备厂商必须参照符合设备预期用途以及在飞机上安装要求的试验电平和波形对设备进行试验，具体要求根据RTCA /DO 160F 第22章进行。
对于安装在飞机外部的设备，还需要设备厂商进行雷电直接效应试验，用于确定外部安装设备耐受雷击直接效应的能力，施加于外部安装设备的试验类型和严酷等级取决于设备指定的类别。指定的设备试验类别应与设备安装位置所在的雷电放电区域相符合，具体要求根据RTCA /DO 160F 第23章进行。
4.4雷电间接效应防护
飞机内电子电气系统和部件（全机用电设备，包括发动机电气、操纵系统等），可能会因为雷击引起过电压和过电流造成损坏或干扰的，要进行雷电间接效应防护。由于全碳纤维复合材料飞机的屏蔽能力比金属飞机差，所以雷电间接效应的防护更加重要。
雷电间接效应通常以两种形式出现：
1）雷电通过天线、空速管加温线、航行灯导线、金属操纵线系及各种金属管路等，将雷电电流直接引入飞机，可能出现浪涌电压；
2）沿着机体流动的雷电电流在飞机线路中、金属操纵线系、各种金属管路中产生的感应电压和电流。
4.4.1明确设备防护的要求
关于电子电气设备的雷电间接效应防护要求：
1）不得造成物理损坏；
2）不得产生立即危及飞机及其机组人员安全的干扰，或产生严重妨碍飞机任务完成的干扰。
系统和部件的雷电关键类别取决于其自身对飞机的重要性、所在的雷电分区以及雷电的敏感性。根据飞机的机体结构、蒙皮材料、电磁“窗口”大小（如外部非金属区）设备的安装部位、导线的布置、设备接口进行分析，确定瞬态控制等级（TCL）和设备瞬态设计等级（ETDL）。关键设备、分系统根据RTCA /DO 160F 第22章进行试验。RTCA /DO 160F 第22章试验波形等同SAE ARP5412A-2005的相关试验波形。
4.4.2选择设备的最佳安装位置
设计过程中，尽量将电子设备布置在雷电产生的电磁场最弱的区域，采取的主要措施有：
1）电子设备尽量远离门、窗、口盖等开口处。对于安装在驾驶舱、起落架舱、机翼前后缘、尾段等相对敞开区域的设备，采用金属机箱屏蔽，对于含有数字电路和模拟电路的设备如靠近挡风板或窗口的，最好用壁厚大于1mm的铝合金做成电磁屏蔽盒；
2）尽可能将电子设备布置为朝向飞机结构的中心，而不布置在飞机外蒙皮；
3）设备安装的设备架上能为电子设备提供接地面且与飞机接地网有良好的搭接；
4）金属线系和管路应有良好的搭接。
4.4.3选择线路的最佳位置
电线、电缆应进行分类布设。
电缆敷设远离门、窗、口盖等开口处和曲率较小的结构或蒙皮。
线束尽可能靠近接地平面或结构件敷设，可利用成形的结构件作电缆槽，提供屏蔽。
尽可能使导于磁场强度较弱的结构角落，如避开突出的结构件顶部，尽可能敷设在“U”型件的内部。
当有机外未屏蔽或屏蔽效能不高区域的电线和电缆进入机身内部时，将机外所有电缆进行屏蔽保护，屏蔽层接地线应尽量短，并良好搭接，以避免遭受雷击或外部强电磁辐射时电线和电缆上的感应电压和电流损坏电线和电缆以及与电线和电缆连接的机内设备。
不要使燃油传感器导线的走向与通气管、导油管导向走向一致或平行。导线可以贴着蒙皮走，但应避免与雷击电流流向一致。
在非金属机翼蒙皮下的电缆，应根据导线的布设方向，用铝箔材料或良导体金属导线管，保护电缆导线。铝箔材料或金属导线管应和全机的接地网搭接，形成良好的电气通路。
雷电流通过低导电率材料的蒙皮（如钛、碳纤维）区域会产生电磁干扰，应远离这些区域布设电缆。由于空间有限，可采用电气隔离的方法：
1）可采用扭绞线作为电源线；
2）采用屏蔽电缆或屏蔽扭绞线，并将它们的两端均搭接到全机的接地网上；
3）用瞬态抑制器，以保护电网的安全；
4）电气设备和线束的安装应满足要求。
4.4.4选择良好的接地
设备应根据要求选择良好的搭接，并进行搭接电阻的检查。
对全碳纤维复合材料飞机，全机设备进行良好的搭接显得尤为重要，为方便设备的搭接，全机应构建统一的搭接网络。
5结论
雷电对飞机的飞行安全影响较大，全碳纤维材料飞机的雷击防护在飞机的研制过程中是非常重要的，对机体结构采用敷设铜网作为雷击防护层是可行的。
参考文献
[1]RTCA/DO-160F 机载设备环境条件和试验程序.
[2]SAE ARP 5414A-2005 飞机雷电区域划分.
[3]CCAR-23-R3 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定.
[4]FAR23第61号修正案。
高分子材料与复合材料的区别篇5
Abstract： The conductivity properties and temperature-resistance characteristic of polymeric conductive composites filled by titanium diboride are investigated. The resistance of conductive composites decreases slowly with the increasing content of titanium diboride， and then decreases rapidly to low resistance state when the content of titanium diboride reaches a critical value. The resistivity of conductive composites increases slowly with the increasing temperature， and then increases rapidly to high resistance state when the temperature reaches the melting temperature of the polymer. Electron beam radiation crosslinking can eliminate resistance negative temperature coefficient of the conductive composites.
P键词：二硼化钛；导电复合材料；聚合物基；负温度效应
Key words： titanium diboride；conductive composites；polymeric；negative temperature coefficient
中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0157-03
0 引言
聚合物基导电复合材料在正常温度下可维持较低的电阻值，当温度升高到聚合物熔融温度附近时，其电阻会突变为高电阻状态[1-3]。因此可把聚合物基导电复合材料制备成电路保护元件，连接到电路中，当电路中发生过电流或过高温情况时，其电阻会突变为高阻，截断电路，达到保护电路中其它元件的目的，此类材料已被广泛应用于移动终端如智能手机、平板电脑、笔记本电脑锂电池的过电流保护。
聚合物基导电复合材料一般由聚合物和导电填料复合而成，导电填料均匀分布于聚合物基材中[4-6]。常用于导电复合材料中的聚合物有聚乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而导电填料一般为碳黑、金属粉或导电陶瓷粉[7-8]。碳黑具有性能稳定，价格低廉的优点，但是，由于碳黑的导电率较高，无法制备出低电阻率的导电复合材料。镍、铜等金属粉具有极低的电阻，但是易氧化，需要对导电复合材料进行包封，造成加工工艺复杂，失效风险较高。为得到较低的电阻值，同时克服金属粉易氧化的弊端，具有优异导电性能和抗氧化能力的导电陶瓷粉逐渐成为近期研究的热点。本文主要研究以二硼化钛（TiB2）陶瓷粉填充聚合物导电复合材料的电性能和温度-电阻特性。
1 样品制作及测试
1.1 原材料及样品制作
高密度聚乙烯（HDPE），中国石油天然气股份有限公司生产，牌号2200J，熔体流动速率为5.5g/10min，断裂伸长率80%，密度ρ=0.964g/cm3。TiB2粉末，粒径3～5μm，密度4.45g/cm3，电阻率14×10-6（Ω・cm）。
将HDPE、TiB2按照一定的配比加入转矩流变仪中混炼，转矩流变仪的温度为185℃，转速为30rpm，混炼时间为15分钟，然后将混炼好的复合材料热压成0.3mm厚的片状。再通过热压合在片状材料的两面压合铜电极箔。热压合的温度为185℃，压力为5MPa，压合时间为10分钟。然后在水冷冷压机上冷压5分钟，冷压压力为5MPa。最后将压合好的片材切割成4*5.5mm的小芯片。
1.2 测试与表征
电阻的测试：SB2230型数字直流电阻测试仪测试电阻。温度-电阻特性测试：将样品放在温度程序控制仪控制的烘箱中以一定速率升温，升温速率为2℃/min，同时采集测试样品在各个不同温度时的电阻值。扫描电子显微镜观察复合材料断面形貌。
2 结果与分析
2.1 TiB2填充量与导电复合材料导电性能的关系
图1是TiB2填充聚乙烯导电复合材料的电阻和TiB2体积分数的关系。从图中可以看出，导电复合材料的电阻与TiB2体积分数的关系是非线性的。当TiB2体积分数比较低（0～25%）时，导电复合材料的电阻随着TiB2体积分数的增加而小幅下降；继续增加TiB2的填充量，当TiB2体积分数达到30%左右时，导电复合材料的电阻开始急剧下降，在较窄的一段体积分数区间（25%～35%）内降幅高达多个数量级，出现绝缘体-导体转变，即逾渗现象；当TiB2的体积分数超过临界区域后，导电复合材料的电阻变化幅度又逐渐平缓。
导电填料含量与导电复合材料电阻的这种非线性关系可以用导电通道理论来解释。当TiB2体积分数较低时，TiB2粉末颗粒之间间距过大，还未相互接触形成导电通道，此时导电复合材料的电阻随TiB2含量的增加变化较小；当TiB2体积分数达到某一临界点时，TiB2颗粒之间开始接触，开始形成连通的导电通路，此时TiB2体积分数的少量增加就会使导电通道大规模形成，从而出现导电复合材料电阻的绝缘体-导体突变；超过临界区域以后，导电复合材料中的导电网络已经基本完善，再进一步增加TiB2的体积分数对导电复合材料的电阻影响不显著。
2.2 温度对不同TiB2含量的导电复合材料电阻的影响
图2为不同TiB2含量的导电复合材料的温度-电阻特性曲线。从图中可以看出，在25～110℃区域，У绺春喜牧系牡缱杷孀盼露鹊纳高缓慢上升；从110℃至HDPE熔融温度峰值（约135℃）的温度区间内，导电复合材料的电阻随温度的上升而急剧增大，形成导体-绝缘体转变，即电阻正温度效应；超过HDPE熔融温度峰值135℃以后，导电复合材料的电阻处于高阻状态，但是电阻呈现逐渐下降的趋势，出现电阻负温度效应（NTC）现象。从图2中还可以看出，随着TiB2含量的增加，导电复合材料电阻随温度的突变程度减小，这是因为当TiB2含量较低时，导电通道还不完善，有些地方可能仅有少量导电通道，聚合物结晶相熔融和体积膨胀很容易破坏这些薄弱的地方，从而导致电阻随温度的变化程度更大；TiB2含量增加时，导电通道数量增加，导电网络趋于完善，结晶相熔融和体积膨胀等因素导致的局部导电链的破坏对整个导电通道的影响减小，因此电阻随温度的变化程度变小。
多种因素的共同作用使导电复合材料产生了电阻正温度效应，其中聚合物结晶相的熔融和体积随温度上升产生的膨胀是两个重要的原因。由于TiB2颗粒与聚合物基体中的结晶相不相容，TiB2颗粒分布在非晶相中或晶界区，相互接触形成导电通道。25～110℃区域，导电复合材料中大量结晶相的存在阻碍了聚合物分子链的运动，限制了TiB2颗粒的位置改变，由TiB2形成的导电通道改变较小，因此电阻随着温度的升高缓慢上升。当温度处于110℃至HDPE熔融温度峰值（约135℃）的温度区间内时，聚合物的结晶相开始熔融，TiB2颗粒向已经熔融的区域扩散，相互之间的接触开始松动，导电通道被破坏，特别是聚合物基体体积的突然增大，TiB2颗粒间被撑开，加剧了导电通道的破坏，因此此时导电复合材料的电阻会大幅增加，出现电阻正温度效应现象。超过HDPE熔融温度峰值135℃以后，聚合物分子链段剧烈的运动推动TiB2颗粒聚集，TiB2颗粒重新进行近程分布，形成新的导电通道，导电复合材料电阻下降，出现NTC效应。
2.3 辐射交联对导电复合材料温度-电阻特性的影响
图3是将导电复合材料进行不同剂量电子束辐射交联后的温度-电阻曲线，其中TiB2的体积分数均为50%。从图3中可以看出，随着辐射剂量的增加，导电复合材料的温度-电阻曲线向低温方向移动，并且在低温段时，电阻随温度变化比较明显。这可能是由于辐射使聚乙烯产生了交联，结晶度减小，熔融温度降低所致。从图3还可以看出，辐照交联达400kGy以上时，导电复合材料的NTC现象消失，这是因为交联后的聚乙烯将TiB2颗粒固定，当聚乙烯熔融时，TiB2颗粒仍然处于相对稳定的位置状态，无法重现进行近程分布，使导电复合材料的电阻一直处于稳定的高阻状态。
2.4 导电复合材料的微观结构
图4所示为TiB2填充聚乙烯导电复合材料的SEM照片，从图中可用看出，TiB2颗粒具有不规则的多面体结构，均匀分散在聚乙烯基体当中，众多的棱角有利于颗粒之间形成多个导电通道，降低电阻，加上TiB2颗粒本身具有比较低的电阻率，因此由其制备的导电复合材料具有比较低的电阻。
3 总结
①当TiB2体积分数比较低（0～25%）时，导电复合材料的电阻随着TiB2体积分数的增加而小幅下降；当TiB2体积分数从25%增加到35%时，电阻开始急剧下降，出现绝缘体-导体转变；当TiB2的体积分数超过35%后，电阻变化幅度又逐渐平缓。②温度较低时，导电复合材料的电阻随着温度的升高缓慢上升；从110℃至HDPE熔融温度峰值（约135℃）的温度区间内，导电复合材料的电阻随温度的上升而急剧增大，形成导体-绝缘体转变；超过135℃以后，出现电阻负温度效应（NTC）现象。③随着辐射剂量的增加，导电复合材料的温度-电阻曲线向低温方向移动，并且在低温段时，电阻随温度变化比较明显。辐照交联达400kGy以上时，可以消除导电复合材料的NTC现象。
参考文献：
[1]邓洁，郑少笛，黄永忠，等.聚合物结晶行为对iPP/CB复合材料中导电网络的影响[J].塑料工业，2015，43（8）：56-60.
[2]Chou H W， Huang J S and Lin S T. Effects of thermal aging on fatigue of carbon black-reinforced EPDM rubber[J]. Journal of Applied Polymer Science， 2007， 103（2）： 1244-1251.
[3]李爱英，张帆，陈莉，等.聚合物/石墨烯复合材料的研究进展 [J].塑料工业，2015，43（6）：1-6.
[4]Yuan Q， Wu D Y， Bateman S， et al. Effect of processing method on conductivity and mechanical properties of glass fibre reinforced carbon black filled polyethylene[J]. Advanced Materials Research， 2008， 32： 131-136.
[5]郑强，税波，沈烈.炭黑填充多组分高分子导电复合材料的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2006，22（4）：15-18.
[6]Zoldan J， Sieqmann A， Narkis M. Anisotropy in the electrical behavior of immiscible polypropylene/nylon/ carbon black blends processed slightly below the melting temperature of the nylon[J]. Polymer Engineering and Science. 2006， 46（9）： 1250-1260.
[7]熊卓越，张博媛，汪唯佳，等.碳系导电填料混杂填充聚合物共混体系的导电逾渗模型[J].高等学校化学学报，2015，36（8）： 1641-1647.
高分子材料与复合材料的区别篇6
Abstract： The stainless steel pressure vessels are discussed and requirement for material procurement is introduced.
关键词：不锈钢；质量
Key words： stainless steel；quality
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）07-0040-02
0 引言
不锈钢由于合金元素的不同分别耐各种介质的腐蚀性能和良好的低温性能，广泛应用于石油、化工、制药、电力以及民用工业等。
不锈钢在设计、材料管理、制造环境、加工成型以及焊接等方面有其特殊性和一些特殊要求，所以要求我们在监检过程中一定要了解这些要求并加以注意。
1 设计方面
1.1 材料的正确选用是保证压力容器制造质量的前提条件，选材不当、材料误用、材料缺陷等材料原因是造成压力容器设备事故的主要原因之一，而设计方主要是依据制造厂家和用户的要求来进行设计，这就要求设计方不仅要考虑选材的经济合理，更要考虑潜在的危险，氯离子对奥氏体的应力腐蚀破坏性极大，不但能引起奥氏体不锈钢的孔蚀，更能引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂等。例如：某单位设计人员为了降低制造成本将原引进设备的316L改为普通不锈钢1Cr18Ni9Ti，结果半年设备就损坏了。316L奥氏体钢是超低碳奥氏体不锈钢她在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要优于1Cr18Ni9Ti。
1.2 不锈钢的材料和不锈钢复合板的使用范围应符合GB24511的规定，这就要求设计者应在图样上明确材料的产品标准，需要的材料级别及必要的的附加要求，有关法规、标准，材料检验等要求也应在图样上给出，以免制造单位在采购原材料时疏忽而购买不符合设计要求的材料，以此来避免压力容器在今后运行中存在的隐患。
2 材料方面
2.1 原材料的采购 制造厂对原材料的采购应明确注明要按照材料标准编号去采购，避免买错材料的现象出现，造成不必要的浪费，对换热管，特别是与管板“胀接”或“焊接加胀接”连接的应注明换热管的级别或规定换热管的半径偏差。这是因为：换热管在强度胀和贴胀之后在台阶处的附加应力很大，而国内大多数厂家制造的奥氏体不锈钢换热器的应力腐蚀失效，几乎完全出现在换热管胀接的台阶处和管头焊接的热影响区，其微观腐蚀形态均呈树枝状裂纹。胀接应力所带来的危害要远大于焊接应力所带来的危害，其应力腐蚀优于焊接应力。
对于超低碳不锈钢，双相不锈钢等特殊材料，不宜通过经销商购买，应了解全国生产情况，不要因为利益驱使走入单纯比价的误区。对于大量使用和关键设备选用不锈钢时应认真考察生产厂家的质量可信度，不能简单的相信供方提供的产品、样本等资料，要材料生产厂家设备，质量管理体系和历史业绩了解。
2.2 原材料的复验 应按《固定式压力容器安全技术监察规程》和相关标准验收，并应对此设置“停止点”，对入库单和质量证明书原件监检员要按逐一核对确认登记。工厂材料库要分待检区，合格区和不合格区，制造单位材料检验员要按相关标准资料对材料标记进行核对并检验合格方可投产，在生产过程中要注意标记移植。
若质量证明书不是原件时，可以要求供应商按规定提供复印件的同时提供原件，经监检人员和质检人员核对原件、复印件之间无差异后，将原件返回经销商，由质检部门在复印件注上“复印件与原件一致”；对材质单有怀疑的，可联系生产厂家质量检验部门通过他们分辨真伪；对于提供复印的材质单上没有“复印件无效”或无某厂质检印章无效以及类似内容的，只有生产急需且无法从其他渠道采购到符合要求的材料时，才可按规定复验。对不锈钢换热管材料应按GB13296有关规定。
对进口材料，在取得质量证明书的同时应取得进口监检证书。
3 制造环境
3.1 奥氏体不锈钢在制造过程中如受到严重的污染和磕碰划伤，制成容器后经酸洗钝化处理后采用蓝点法检查不容易通过，容器投入后在腐蚀介质作用下，有可能产生局部腐蚀或应力腐蚀，其后果比较严重，为了防止铁离子和其他有害杂质的污染，有的单位在地面铺设橡胶或本质垫板，但费用较高，使用也不方便，现在有些厂家采用水磨石地面易清扫保养，价格适中，比较不错。
3.2 进入生产现场的人员应先进入隔离室内更换专用的工作服、帽子、鞋、手套，外来人员须穿戴专用鞋套，严禁穿着带铁钉的鞋进入。
3.3 不锈钢材料或零部件在周转和运输过程中，应配备必要的防铁离子污染和磕碰划伤的运送工具，对使用的吊具，应采用不锈钢卡具、尼龙吊具等。
3.4 不锈钢压力容器的表面处理应有独立配备必要的环境保护措施的场地。
4 加工成型、焊接
4.1 下料和开孔时，应将不锈钢材料移到专用场地用等离子切割或机械切割的方法。
4.2 不锈钢压力容器严禁强力组装，组装中不能使用可造成铁离子污染的工具。
4.3 坡口加工宜采用冷加工法，若采用热加工法对影响焊接质量的表面，应采用冷加工去除。
4.4 待焊表面经蓝点试验或铁污染试验，经过检查被焊的表面没有氧化色后就可以进行焊接。
4.5 要注意焊材的保管工作，并按照规定对焊材进行烘烤。
4.6 焊接时应防止热影响区发生晶间腐蚀，当奥氏体不锈钢加热到450～850℃的敏化温度时，则对晶间腐蚀较敏感，焊接时热影响区正好处在敏化温度范围内，易造成晶间腐蚀。因此施焊时应严格控制焊接电流和返修次数，应采用小范围焊接，减少输入热量，减少焊接热循环。
5 压力试验及包装运输
5.1 不锈钢压力容器制造完成时应按设计图样的规定进行耐压试验。水压试验时合格后应立即将水排净，清除水渍，对于非腐蚀介质的场合，如因结构原因无法吹干水迹时，应严格控制水中氯离子的含量不超过25mg/l。
5.2 不锈钢压力容器制造完成后，所有密封面和管口及时采取适当的保护措施。
5.3 不锈钢压力容器在运输时，须采取防止铁离子污染和设备表面损伤的有效措施。
5.4 在国内设计、制造的奥氏体不锈钢压力容器在运输过程中一般不进行充氮保护。但在出口的奥氏体不锈钢焊接压力容器，必须进行充氮保护，充氮压力为0.03～0.05Mpa。这主要是为了防止在海上运输时，防止海水或带盐分的空气进入容器内部，氯离子引起奥氏体不锈钢的腐蚀。
综上所述，对制造不锈钢压力容器的各个环节，应严格控制管理，才能保证压力容器的制造质量。
参考文献：
[1]GB150.1～150.4-2011压力容器.
[2]质技监局[2009]固定式压力容器安全技术监察规程.
高分子材料与复合材料的区别篇7
1．1主要原料
PP（Z30S－2，熔体流动速率为23g／10min，等规度≥95％），抚顺乙烯化工公司；纳米MgO（平均粒径为50nm，纯度为99．9％），上海谱振生物科技公司。
1．2主要设备
双螺杆挤出机组（SHJ－20B型），南京海思挤出设备公司；注塑机（HTB－80型），宁波海天塑料机械公司；紫外可见光谱仪（LAMBDA35型），美国PE公司；冲击实验机（XJJ－5型），河北承德实验机公司；电子拉力实验机（RGD－5），深圳瑞格尔仪器公司；扫描电镜（SEM，SIRION200型），荷兰FEI公司；同步热分析仪（TGA－DSC1型），瑞士梅特勒－托利多公司。
1．3样品制备
将PP与纳米MgO按一定比例混合均匀，在双螺杆挤出机上熔融共混挤出造粒制得PP／纳米MgO复合材料。共混粒料干燥后，在注塑机上注射成标准测试用样条。
1．4测试与表征
DSC测试：先快速升温至200℃，恒温5min以消除热历史，再以10℃／min的降温速率冷却，扫描纪录DSC曲线；当温度降至50℃后再以10℃／min的速率升温，扫描纪录DSC曲线。使用的全结晶PP热焓为已报道的209J／g［8］。TG测试的升温速度为10℃／min。将样品热压成薄膜后测试其紫外－可见光谱，并通过扫描电镜（SEM）观测纳米MgO在PP膜中的分散情况。力学性能测试：拉伸试验按GB／T1040－90进行；弯曲试验按GB／T9341－88进行；冲击试验按GB1043－93进行。
2结果与讨论
2．1复合材料的结晶和熔融行为
通过DSC研究复合材料的结晶和熔融行为，图1为纯PP和PP／纳米MgO复合材料的降温结晶曲线和熔融曲线。从DSC图中可得到PP／纳米MgO的结晶温度（Tc）、熔融温度（Tm）和熔融热焓（ΔHm）等，列于表1。从图1中的降温结晶曲线可见，纳米MgO的加入使复合材料的结晶温度Tc有明显的提高。当纳米MgO的含量为1％时，复合材料的Tc比纯PP提高了2．5℃（见表1），这表明少量的纳米MgO即对PP基体有明显的异相成核作用。纳米MgO的含量提高至2％和3％，复合材料的Tc增长幅度分别为1．0℃和0．5℃，表明Tc的增长幅度变缓。从表1还可看出，加入纳米MgO可提高PP的结晶度。当纳米MgO的质量分数为2％时，复合材料的结晶度达到36．3％，比纯PP提高了2．1％，但当纳米MgO添加量继续增加，复合材料的结晶度变化不大。这表明纳米MgO对PP起异相成核的作用，有利于PP分子链的规整堆砌和结晶，减少结晶缺陷，从而使PP的结晶度增大。但当纳米MgO的含量达到一定值时，作为诱导结晶中心的粒子逐渐趋于饱和，纳米MgO作为成核剂的作用逐渐降低，复合材料的结晶度基本维持不变。过冷度（ΔT）为Tm与Tc的差值，反映了聚合物的结晶速率［9］。ΔT越小，即结晶温度越接近熔点，结晶速率越大。随着纳米MgO含量的增加，复合材料的ΔT值逐渐减小，表明其结晶速率得到了提高。
2．2复合材料的热稳定性能
利用复合材料的TG曲线研究其热稳定性能，结果见图2。由图2可知，在热分解的前期阶段（275～330℃），随纳米MgO含量的增加，复合材料的失重率增大，这是由于复合材料中吸附的少量水和气体小分子挥发所引起的［10］，纳米MgO增强了复合材料的吸附性能。在热分解的后期阶段（330～400℃），随纳米MgO含量的增加，复合材料的失重率减小，这是因为复合材料中的纳米MgO并未发生热分解的缘故。由于纳米MgO的引入，使得复合材料的热稳定性与纯PP相比有所降低，且随纳米MgO含量增加，下降程度增大，这可能是由于纳米MgO表面吸附的小分子物质热分解以及金属镁原子对PP的催化氧化分解所致。
2．3复合材料的光学性能
通过紫外－可见光谱来表征复合材料的光学性能，见图3。由图3可知，在400～800nm的可见光区，复合材料膜的透光率在45％以上，复合材料呈现半透明状态，这是因为PP的结晶。可见光的透过率随纳米MgO含量的增加而有所降低，这一方面是由于纳米MgO颗粒在复合材料中对可见光产生了一定的反射、散射和吸收，另一方面与纳米MgO可能促进PP结晶有关。在200～400nm的近紫外光区，随着纳米MgO含量的增加，复合材料屏蔽紫外线的截止波长向可见光区逐渐红移，由230nm增加到了270nm，这表明纳米MgO的加入提高了复合材料的紫外屏蔽性能。
2．4复合材料的力学性能
表2为纯PP和不同纳米MgO含量的PP／纳米MgO复合材料力学性能。由表2可知，纳米MgO含量为1％时复合材料的冲击强度达到6．1KJ／m2，比纯PP提高32％，表明纳米MgO的加入能提高复合材料的韧性。纳米MgO含量继续提高，复合材料的冲击强度先基本维持不变后又有所降低，表明纳米MgO含量过多对改善复合材料的冲击强度的帮助不大。随纳米MgO含量的增加，复合材料的弯曲强度先增加后又有所降低，纳米MgO含量为2％时复合材料的弯曲强度最大，表明适量纳米MgO的加入使得复合材料具有较好的刚度。随纳米MgO含量的增加，复合材料的拉伸强度变化不明显。
2．5纳米MgO在PP中的分散情况
图4为纳米MgO含量为2％的PP／纳米MgO复合材料膜的SEM照片。通过对PP／纳米MgO复合材料SEM照片的观测可看到，纳米MgO粒子的粒径为纳米级，未显示明显的团聚现象，纳米MgO粒子在PP基体中的分散较为均匀。
3结论
采用熔融共混法制备了不同纳米MgO质量分数的PP／纳米MgO复合材料，纳米MgO颗粒在复合材料中分散均匀。纳米MgO的引入对PP的结晶有促进作用，并提高了PP的紫外屏蔽性能。纳米MgO的引入尽管使PP的热分解温度有所降低，但在力学性能方面提高了PP的刚性和韧性。
高分子材料与复合材料的区别篇8
[关键词]水箱内胆 集热器 太阳能转换材料 防老化涂料
中图分类号：TU822+.2 文献标识码：TU 文章编号：1009914X（2013）34052601
前言
太阳能热水系统是太阳能利用技术中商业化程度最高、推广普及应用最普遍的技术之一。以色列80%的家庭、日本20%的家庭使用太阳能热水器。据了解，2000年我国太阳能热水器总销量在600万m2以上，年产值超过50亿元人民币，全国太阳能热水器保有量约2500m2，成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家，但目前我国家庭太阳能热水器的普及率仅为4%。
在最简单的太阳能热水器中，它的吸收层材料、封闭式热水器的透明盖板材料、绝热材料以及其他许多方面，多已采用了高分子材料。
1、外壳材料
目前，我国使用的太阳能热水器外壳多为金属材料，壳体结构同保温材料相分离，既存在容易腐蚀、寿命短、造价高、工艺繁杂等问题，又常使保温材料脱落，失去保温性能，影响热水器整体性能的提高。
为此，有人研发了新型非金属的复合材料外壳，外壳的表层以镁质凝胶物为主，并加入玻璃纤维等增强材料。据太阳能热水器外壳不同温区、不同部位的结构要求，选取了高分子材料聚苯泡沫板（或颗粒）为保温材料，同镁质凝胶物复合制成不同性能的保温层。
2、内胆
太阳能热水器储水箱内胆普通采用不锈钢薄板（厚度约为0.3mm～0.6mm）焊接加工而成。在制造过程中，材料经冲压、拉伸、焊接等工序，导致水箱表面存在缺陷和焊缝处材质发生变化，长期使用中，缺陷处、焊缝部位及其周围易被腐蚀，尤其是在水质较差的地区腐蚀更加明显，造成穿孔漏水，从而导致整个热水器水箱损坏。
为了解决不锈钢内胆存在的缺点，根据太阳能热水器内胆的工作条件，有人选择了PPR、PEX、ABS三种材料作为内胆的原材料进行实验。通过对该三种材料制成的内胆进行一系列的性能测试，发现PPR作为太阳能热水器水箱材料更有优势。
3、太阳能集热器
用高分子板材和染料制成的集热器，当太阳光穿过大面积的板材并为底下的染料吸收时，染料会发出相应的光辐射，并通过内部反射被收集在板材内，然后再聚集到吸热器上。
巴斯夫Basotect三聚氰胺泡沫目前应用在太阳能集热器制造商Heliodyne生产的产品中。Heliodyne选择了高分子复合材料制造商瓦克来完成Basotect绝缘部件的合成。将巴斯夫Basotect泡沫材料应用于太阳能集热器，该泡沫具有优良的绝缘能力以及长期耐高温能力。Basotect泡沫可以承受超过350°F的温度，有别于其他聚合物绝缘材料。
4、高分子太阳能集热器盖板
对于双层盖板的集热器，要求外层盖板能抗冲击，内层盖板能耐高温。抗冲击是高分子材料的主要优点之一，所以可用透明的高分子材料来代替玻璃盖板。
用轻质塑料取代玻璃和铜制造有关零部件，可以降低太阳能热水器的成本，在太阳能加热游泳池水的太阳能集热器上已取得了商业化成功。有关专家已试验过许多种太阳能热水系统高分子盖板材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，一种聚酯）薄膜的透光度很高、成本低、机械性能亦较好，但连续使用温度只有90℃左右，抗紫外线能力也比较差。近年加入紫外线吸收剂以后，抗紫外线能力有所提高，但毒性问题有待解决。
聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）虽然成本高于PET，但热性能和机械性能均有提高，不过抗紫外光透过率还有问题。很多含氟高分子材料有优良的抗紫外线和抗热性能，不过成本很高，只能做成薄膜形状使用。
丙烯酸类材料也有优良的抗紫外线能力，但做太阳能集热器盖板时经受不住工作温度的考验，并且很脆，即使作成板状，也经不住冰雹打击。Korad虽有这样的缺陷，抗紫外性能却极好，可在层压型盖板中做抗紫外层，与基板有很好的结合效果。Tedlar也是一种含氟聚合物，把它和Korad都同玻璃基板作成层压结构，做加速暴露试验，结果表明Korad的紫外线过滤性能优于Tedlar，做成Korad/玻璃层压盖板有很好的抗紫外线特性。
聚碳酸酯类材料的透光性较好，强度亦高，只是在紫外线照射下会变黄、变脆。Bayer公司已开发出两种聚碳酸酯材料，名叫APEC5391和APEC5393。APEC5391热稳定性好，连续使用温度可高达180℃，而APEC5393的热稳定性和抗紫外线能力都很好。
5、高分子太阳能转换材料
日本京都大学研制出一种高分子太阳能贮能材料，即一种能大量吸收太阳能的有机高分子物质，是一种黄色的晶体，在阳光下可以大量吸收热量（每公斤可吸收92千卡热量）。当热量吸足后，它就从黄色变为白色。需要使用时，只需要添加进一些银做催化剂，就能把热量释放出来。热量释放完毕，白色的晶体又变为黄色的晶体，可重复使用。
在PP中添加炭黑等助剂，共混复合制成太阳能光热转换材料，并制出太阳能塑料热水器，具有较高的平均日效率（54.3%）和较低的平均热损失系数2.34 w/（In ・℃），耐老化性优良，可使用9年以上，且不会结硬水垢。
6、高分子太阳能透光材料
国内常用的太阳能透光材料是普通平板玻璃，其含铁杂质约0.1-0.14%，可见区域透光率较高，而紫外区域和近红外区域存在较大的吸收。为了获得性能优良的透光材料，有人通过对高分子材料PVA与纤维状材料的预处理，复合得到一种增强透光材料，具有透光率高、重量轻、易运输和不易破碎、抗拉和抗震强度大等优点。
确定单体PVA、醋酸纤维的比例后，与交联剂在水溶液中混合搅拌一定时间，再加压过滤，成型后得到PVA透光材料。在相同的测试条件下，尽管有机玻璃具有较高的透过率，可是它的软化湿度低（约60-75℃），拉伸强度小，韧性差，使用温度范围窄。普通玻璃含铁量高，吸收率大，其平均透光率只有70-75%，容易破碎，不能使用过薄的平板玻璃。
美国杜邦公司的F-46薄膜，是一种集热器盖层材料，其太阳透光率达90%以上，且入射角修正系数也很小，很适合房屋的采光、保温。
结语
高分子材料以其低成本、易成型、种类多样，纤维强度高、橡胶弹性好、塑料强又韧，其功能化后可用于许多拓展领域。高分子材料应用在太阳能热水器上，能在一定程度上解决现有太阳能热水器存在的问题，并能降低成本、提高产品性能。在日益强调节能的今天，太阳能作为一种清洁、环保能源，受到越来越多的重视。通过在材料、工艺、结构设计上不断完善和发展太阳能热水器，必将使太阳能热水器走入千家万户。
参考文献
[1] 郭廷玮，刘鉴民. 太阳能的利用. 北京：中国科学技术文献出版社，1987；78-94
[2] 胶凝材料学编写组. 胶凝材料学. 北京：中国建筑工业出版社，1980；46-50