纤维束范文1
关键词: 斯特洛仪；束纤维强力；强度；断裂伸长；亚麻；大麻
Abstract: The stelometer is used to measure the bundle of hemp fiber and flax fiber. It is found that the mass of bundle fiber, the measuring range, the gauge and the Pressley clamp influence the results. On the base of experiments and analysis, the author proposed the sample preparation method and the measurement parameters which are suitable for flax and hemp fiber tensile strength measurements.
Key Words: Stelometer;Bundle Fiber Tensile Strength; Tenacity; Elongation;Flax; Hemp
1前言
近年来，随着麻作为增强体的绿色环保复合材料的兴起以及麻纺织品的推广，麻纤维的测量在工业界中变得普遍。然而，用于麻纤维测量的方法、仪器及标准远不如棉、毛等纤维成熟，测量中，往往套用棉、毛等的测量试验方法与标准，由于麻纤维在结构性能方面的特点，要得到准确客观的结果，需要针对麻纤维做相应的调整和改进。在麻纤维的各项属性中，强度是一项非常重要的指标，本文针对斯特洛仪在测量麻束纤维强力时应关注的问题进行试验和讨论，以求麻纤维强力测量的准确与客观。
2基础理论与仪器
研究表明，束纤维拉伸性能与单纤维拉伸性能是相互关联的。Peirce的束纤维强力表达[1]为：
（1）
式中，k为纤维的平均弹性系数，n为纤维根数，为纤维断裂伸长率概率密度分布函数，e为束纤维伸长率。很多学者如Orr[2]、Rebenbeld[3]、Barella等[4]都做过相关研究，这是以单纤维强度求解束纤维强度，反过来以束纤维拉伸曲线求解单纤维强伸性能的研究也有许多，如Thibodeaux[5]，Warrier[6]，于伟东教授[7-8]等的工作。
实际操作中可以选用简单的方法计算：
（2）
式中，P为束纤维强力（cN），n为束纤维中所包含的纤维根数，p为单纤维的绝对强力（cN），k为修正系数，取值按情况而定（棉1.412~1.481，苎麻1.582，蚕丝1.274）[9]。
有了理论基础，制样方便、速度快、数据离散小的束纤维强力机便有了广泛应用，主要分为CRT（constant rate of traverse）、CRE（constant rate of extension）、CRL（constant rate of loading）三种类型[10]。与单纤维测量法相比，束纤维测量法更适用于商业、工业化的测量，尤其适合测量像麻纤维这样伸直度好、高强高模的纤维。
斯特洛仪，即Stelometer (STrength- ELOngqtion- METER)，是束强仪中较经典的一款仪器。在国内也叫YG011型束纤维强力仪，属于等加负荷（CRL）型仪器，最早由美国的Hetel所设计，早在20世纪四五十年代就在棉纤维检测领域广泛使用，由于其结构紧凑，能同时测量平束棉纤维的强度和断裂伸长两个指标，所以是ASTM D 1445- 2005和IWTO- 32- 2004的首选仪器，一直沿用至今。
本试验使用的斯特洛仪型号为SPINLAB stelometer 154。其机械原理比较复杂[11]，主要是采用力矩平衡原理，给纤维束加上稳步增大的负荷，直到其被拉断，强度可按以下公式计算：
（3）
式中，T表示强度，m为所测纤维束质量，L为试样长度，取1.18cm（当隔距为0时）或1.5cm（当隔距为1/8 inch时），F为修正过后的断裂强力。
除了斯特洛仪外，本文还使用了一台纤维梳理机，带有7把梳密不同且可单独拆装的钢梳，用来梳理麻纤维束。
3麻束纤维试样准备方法
试样准备方法是十分重要的，即使是同种试样，准备方法不同，也可能造成不同的测量结果。Stelometer主要是为测量棉束纤维强度而设计的，标准的试样准备方法为手扯4~5次，之后用仪器配套的钢梳（16针/cm）梳理2~3次。由于麻纤维在结构性能等方面与棉纤维有较大的差异，而且除苎麻外，一般而言麻束纤维是由工艺纤维组成的，并不像棉一样由单纤维组成，所以必须找到一种适合于麻的试样准备方法。
3.1手扯整理
本人以亚麻（flax）、大麻（hemp）和未沤大麻（hemp no retting）为研究对象，研究不同手扯次数对试样质量损失的影响，进而确定最佳手扯次数。试验方法为取试样2g，用手扯法整理，共手扯10次，每次手扯后使用电子天平称得剩余质量。多次测量取平均值后，得到图 1(a)，其中手扯次数为横坐标，每次手扯后纤维束失去的质量为纵坐标。从图中可以看到对于三种不同的材料，试样的质量损失大体上随着手扯次数的增加而减少。因为开始几次手扯时，会掉落比较多的麻结、杂质。随着手扯次数的增多，纤维逐渐伸直平行，麻结杂质逐渐减少。由图可见经过4~6次手扯后纤维束的质量损失已趋于平稳。故得到结论，为了保证手扯效果并兼顾效率，应该进行4～6次手扯梳理。此外，相对于大麻而言，亚麻试样更快趋于平稳，说明亚麻纤维束中的麻结杂质更易除去，纤维更易梳理。
图1不同手扯次数对试样质量损失的影响
3.2梳针梳理
采用梳针梳理的方式，研究不同钢梳梳针密度及梳理次数对试样质量损失的影响，进而确定最佳针密及钢梳梳理次数。试样手扯5次后，取单个试样2g，用纤维梳理机装上2号钢梳梳理10次，每次梳理过后称重。
随后依次换上3~7号钢梳对新的试样采取同样操作。其中2~7号钢梳的梳针密度分别为7、9、12、14.5、18、22针/cm。试验结果表明，对于不同梳号的钢梳而言，梳理效果相差并不明显，没有显著规律可循。可见钢梳梳号并不显著影响试样的质量丢失。将同一种纤维各钢梳梳理数据整理，取平均值，得图 1（b），可见为了兼顾梳理效果和效率，钢梳梳理次数应为4~6次。
4不同量程范围对测量结果的影响
实测结果表明，即使是相同的试样，由于测量时束纤维强力落在斯特洛仪的不同量程段内，得到的结果也不同，但有一定规律可循。本试验同样以3种麻为研究对象，研究不同量程范围对测量结果的影响。试验方法为取麻适量，适当手扯后，使用纤维梳理机对其进行充分梳理，以使纤维充分伸直平行，尽量去除麻结杂质。之后将斯特洛仪的强力量程范围平均分成5组，分别为2kg ~3kg、3kg ~4kg、4kg ~5kg、5kg ~6kg、6kg ~7kg，每组测20个数据。
4.1对强伸性的影响
试验结果如图2所示，从图中我们能够直观地看到指标的变化趋势。首先，纤维束的质量随着断裂强力量程值的增加而增加。因为一般而言，更多的纤维，也就是更大的纤维束质量，才能提供更大的断裂强力。其次，可以发现随着断裂强力量程值的增加，纤维束的强度有下降的趋势，从这两张图可以看到，未沤大麻的强度要小于其他两种麻。再次，纤维束的断裂伸长也有下降的趋势。最后，纤维束的CV值随着断裂强力量程值的增加有下降的趋势。这是因为尽管麻工艺纤维的强度离散很大，但我们是以纤维束为整体测量强度的，工艺纤维间强度的离散会相互抵消一些，纤维束中的工艺纤维越多，这种效应越明显。
显然，5kg~7kg强力范围最好，拥有更小的变异系数，更稳定的测量结果，尤其是对于相对断裂强度值而言。
图2不同量程范围对结果的影响
4.2纤维质量的影响
强力量程范围的影响，本质是纤维体质量的影响。为了找到其中规律。本人将试验中每种纤维所测得的数据分别作图，分析纤维束的断裂强力、断裂强度、断裂伸长和纤维束质量间存在的关系。图 3是其中亚麻纤维图像，其他两种纤维的图形与之相近。
图3亚麻纤维束性能和质量之间的关系
依据强力和质量的关系，任何质量均可用于测量。由图3(c)可得断裂伸长与质量基本无关。所以只有强度(g/dTex)与质量的关系可以确定。由图3(b)可看出，当质量为1.5mg~2.5mg时，强度值的离散明显减小，所以此段区域质量范围是首选，由图3(a)得此段量程范围为5kg ~7kg，与前面图2所得结论对应，正好是强力量程的最佳选择。
5卜氏夹头对测量结果的影响
束强试验时，夹头的形式也会影响测量结果。采用两个不同卜氏(Pressley)夹头测量亚麻试样。其中一个是正常夹头，一个是底座标签（label）上有明显划痕的旧夹头。对比测得的数据，得图 4。
图4卜氏(Pressley)夹头对测量结果的影响
从图 4(a)中，可以发现对于强度而言，旧夹头加紧纤维束能力较差，部分纤维滑移而未拉断，从而导致测得的强力偏低，继而造成强度偏低。从图 4(b)中可以看到，对于断裂伸长而言，使用旧夹头时，部分纤维产生滑移而并非伸长，但是仪器无法分辨两者区别，将滑移当作伸长，进而造成断裂伸长偏大。
由此可见，划痕明显的旧Pressley夹头状态会对结果造成很大的影响。
6不同隔距对测量结果的影响
斯特洛仪可以选择两种隔距，“0隔距”相当于真实隔距1.18cm（0.462 inch）；“1/8 inch隔距”对应真实隔距1.5cm（0.587 inch）。本试验以6种材料为研究对象，研究不同隔距对测试结果的影响。每种材料每种隔距测10个数据，取平均值后，得图 5。
图5不同隔距及不同材料对结果的影响
从图5(a)中可发现，1/8 inch隔距所测得的强度要比0隔距来得小。这是因为采用1/8inch隔距时，纤维有拉伸变形的空间，相对于0隔距来讲，有更多时间受力拉伸，相当于慢速拉断，而0隔距相当于快速拉断。不少研究表明，拉伸试验时，拉升速度过快会导致测得的强力增大。所以0隔距测得的强度值要比1/8inch隔距所测得的值高。此外，纤维的弱环定理也起到一定作用，此定律较早由皮尔斯[12]于1926年研究纱线试样长度与断裂强力关系时导出，主要是指由于纤维各处截面积并不完全相同，而且各截面处纤维结构也不一样，所以同一根纤维各处强度并不相同，拉伸时总是在最薄弱处拉断并表现为断裂强度。当束纤维试样长度缩短时，最薄弱环节被拉伸到的机会也越少，从而使得测量强度提高，所以0隔距测得的强度要高些。
至于CV值，从图5(b)中可以看到对于测试所用的6种材料来说，1/8 inch隔距所得到的变异系数都要比0隔距来得小。这是因为采用1/8 inch隔距时，相对于0隔距，纤维有拉伸变形的余地，从而使不同强度的纤维有相互适应调整的空间。而0隔距时则没有这个空间，强度较弱的纤维未来得及伸长就被拉断，造成CV值增加。
对比不同材料可以看出，强度方面，大麻> 洋麻> 未沤大麻> 亚麻> 丙纶>棉，可见麻的强度相对而言还是相当高的。这也是绿色复合材料一般选用麻作为增强体的重要原因之一。
7结束语
斯特洛仪测量麻纤维时，用手扯法和纤维梳理机制备麻束纤维试样，发现手扯4～6次，钢梳梳理4～6次，能花费较少时间获得较好的结果。Stelometer的强力量程范围应该取5kg～7kg，其本质是麻束的质量在1.5mg～2.5mg。夹头的状态和夹紧效果很重要，太松会造成纤维滑移而强度下降、伸长增大；太紧会造成纤维损伤。使用不同隔距测量6种材料，发现相对于0隔距而言，1/8 inch隔距更为合适，后者所测得的强度和CV值比前者小，但相对而言更为合理。
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纤维束范文2
【关键词】 急性脑梗死； 磁共振； 弥散张量白质纤维束； 成像； 预后
急性脑梗死是由于供应脑组织的动脉血管管壁发生病理性改变，血管腔变窄，脑部血液循环障碍受阻，导致脑组织供血不足，局部缺血、缺氧、软化或坏死[1-2]。急性脑梗死在临床上致死率、致残率均较高，严重影响患者的生存质量，且存活的急性脑梗死患者通常会出现不同程度的运动功能障碍。磁共振弥散张量成像可以显示大脑白质纤维中水分子的各向异性运动，弥散张量白质纤维束示踪成像可用于分析患者大脑神经纤维网络的完整性和方向性[3-4]。本研究现对2010年10月-2012年12月郑州市第二人民医院神经内科明确诊断为脑梗死的75例患者的临床病例资料进行回顾性分析，利用磁共振扫描仪，对脑梗死患者进行常规磁共振、磁共振弥散张量成像检查，并对皮质脊髓束进行三维弥散张量纤维束成像检查，依照NIHSS对患者进行神经功能评分，利用统计学方法对不同级别皮质脊髓束损伤组患者不同时期的神经功能评分分别进行比较，评价该神经束的受累情况与脑梗死患者预后变化的关系。现具体报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2010年10月-2012年12月郑州市第二人民医院神经内科明确诊断为脑梗死患者75例，其中男40例，女35例，年龄范围为58～70岁，平均（63.6±2.3）岁，所有患者均符合第4届全国脑血管病会议通过的急性脑梗死诊断标准，并经头颅CT扫描或核磁共振（MRI）检查确诊[5]。依照皮质脊髓束受累情况将患者分成A、B、C三组，每组25例。A组为梗死灶与CST相邻的患者，B组为部分CST穿过梗死灶的患者，C组为整个CST穿过梗死灶（病灶包绕神经束）的患者。三组年龄、性别等一般资料比较差异无统计学意义，具有可比性。纳入标准：患者起病后72 h以内；首次发病；常规MRI显示单侧劲内动脉系统病变；偏瘫为主；患者及其家属均知情同意，住院治疗后4周和8周各复查1次。排除标准：有严重认知功能障碍、精神病史以及不配合，无法完成检查的患者；合并其他颅内病变患者（如脑肿瘤）。
1.2 方法 依照皮质脊髓束受累情况将患者分成三组，在患者起病后的不同时期，发病后3天内（急性期）、发病后8～14 d（慢性早期）、发病后30～60 d（慢性期）依照美国国立卫生院卒中量表（Nation Institutes of Health Stroke Scale， NIHSS）对患者进行神经功能评分，利用统计学方法对不同级别皮质脊髓束损伤组患者不同时期的神经功能评分分别进行比较，评价该神经束的受累情况与脑梗死患者预后变化的关系。
1.2.1 图像采集 应用GE Signa HDe 1.5T磁共振扫描仪，8通道头颈线圈。
1.2.2 常规MRI检查 常规轴位、矢状位扫描，T1WI（Flair：TR1710.7 ms，TE 28.3 ms，Invert time 750），T2 WI（Flair：TR 6000.0ms，TE151.6 ms，Invert time 2000 ms），层厚6.0 mm，层间距1.0 mm。
1.2.3 DTI检查 b值为0/1000 mm2/s；TR 10 000.0 ms；TE 128.8 ms Flip Angle 90；层厚4.0 mm；层间距0 mm；FOV 240×240 mm；NEX 2；Diffusion diections 15。
1.3 数据处理 应用GE公司提供的纤维束成像软件包，通过在延髓锥体、大脑脚、内囊后肢、半卵圆形中心等层面放置兴趣容积，进行图像分析得出双侧皮质脊髓三维成像。
1.4 统计学处理 采用SPSS 17.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料用（x±s）表示，比较采用t检验，以P
2 结果
磁共振扫描结果提示，A、B组患者梗死灶较小，常位于CST前内侧，C组患者的病灶多位于前脉络膜动脉供血区，早期运动功能减退。随着发病时间的不断延长，三组患者自身的NIHSS评分均呈现明显降低的趋势，差异有统计学意义（P
3 讨论
磁共振弥散张量成像是一种非侵入性的磁共振成像技术，可以有效观察和追踪患者脑白质纤维束[6-7]。为临床医生提供脑梗死患者的脑解剖结构及功能等信息，显示出脑梗死患者皮质脊髓束、上下纵束、钩束、下额枕束等脑白质纤维束的结构功能变化[8-9]。
白质纤维束示踪成像是一种无创方法，可在活体上显示神经纤维的走行，目前临床已将白质纤维束示踪成像用于评价正常功能连接，另外还常将白质纤维束示踪成像应用于脑外伤、脑肿瘤、脑中风、多发性硬化、心脏病等疾病的研究[10]。白质纤维束示踪成像技术可提供患者脑部神经纤维束成像的特有信息，在三维图像上显示神经纤维束与梗死灶之间的空间关系。因此，可以通过视觉观察来评价病灶对神经纤维束的影响，还可以分析受损CST与患者神经运动功能预后之间的相关性。在患者发病早期，根据白质纤维束示踪成像技术提供的病变所累及皮质脊髓束和梗死灶之间的空间关系，有利于预测患者神经运动功能的预后[11]。
3.1 脑梗死灶缺血容积的相关临床表现 已有研究表明，脑梗死患者梗死灶累及CST的程度与患者运动功能损伤、临床预后之间具有密切的相关性[12]。以往有研究认为梗死灶越大患者运动功能障碍越严重[13]。但目前看来，这个结论不是很确切。本研究表明，A组与B组患者梗死灶缺血容积之间差异无统计学意义。同时，B组与C组患者梗死灶缺血容积之间的差异也无统计学意义。由此可见，梗死灶容积并不能决定患者临床症状的严重程度，梗死灶容积也不能决定患者肢体运动功能的损伤。因为，即便是梗死灶容积再大，只要患者的梗死灶不累及运动神经纤维走向的关键部位，患者便不会出现运动功能障碍。大脑前动脉供血区梗死所致的额叶梗死患者可能会出现情感人格障碍；大脑前动脉供血区梗死所致的大脑后循环梗死所致枕叶梗死患者可能会出现视觉障碍。同样，即使患者梗死灶容积很小，但如果梗死灶正好累及CST神经纤维束通路，也会导致患者出现严重的运动功能障碍。
3.2 弥散张量成像准确定位脑梗死病灶 CT和常规MR虽然可清楚显示梗死灶，但无法准确定位病灶。研究表明从前后方向来看内囊功能区大致是躯体特定区域的缩影，内囊后肢后部支配下肢运动神经区域，内囊前部及内囊膝部病灶可造成上肢瘫痪[14]。
3.3 CST与梗死灶病例功能预后 本研究A组患者磁共振弥散张量白质纤维束示踪成像显示患者梗死灶与大脑皮质脊髓束之间纤维束紧挨着病灶，纤维束从梗死灶边缘穿过，这些病人急性期、慢性早期、慢性期神经NIHSS评分均值分别为（4.55±0.75）、（0.55±0.02）、（0.09±0.01）分，病情的不同时期之间的NIHSS评分均值比较差异有统计学意义（P
综上所述，可以认为磁共振弥散张量白质纤维束示踪成像可准确定位梗死灶，有助于预测急性脑梗死患者运动功能的恢复，值得在临床上推广应用。
参考文献
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纤维束范文3
关键词：彗星式纤维滤料 过滤材料 过滤 水处理
1.纤维过滤材料
纤维材料用于去除水中杂质在几十年前就已有应用。据作者调查，20世纪70年代初期，北京的花鸟鱼虫市场便已出现将合成纤维无纺布用于观赏鱼水处理的商品过滤材料，这种至今仍在延用的过滤材料由卷曲的纤维构成膨松的棉絮片状，俗称“过滤棉”。“过滤棉”并不能用于常规的过滤池或机械过滤器，原因在于其填充的滤床难以布置均匀，易使水流“短路”，此外，滤料清洗也无法在滤池内完成。
20世纪80年代初期，研究人员通过短纤维乱堆形成滤床的方法开始了“规格化纤维滤料”的研究与开发历程［1］。所谓“规格化纤维滤料”是指将纤维材料按规定的设计要求制成某种形式的成型体，该成型体滤料具有特定的形状和规格，与通用滤布、长丝束滤料以及“过滤棉”的最显著区别是：滤床由在水中呈散落的、无固定约束的单体滤料的集合体所构成。
2.规格化纤维滤料
2.1 发展历程
(1)短纤维单丝乱堆滤料(1980)［1］
以比重大于过滤水的短纤维单丝乱堆的方式构成滤床，在过滤器中设置隔离丝网以防止短纤维滤料流失，反洗方式为空气—水联合反冲洗。
这种滤料的缺点是显而易见的，如短纤维单丝易流失，易缠挂隔离丝网，此外，由于纤维与过滤液的比重差小，因而清洗效果差。
(2)低卷曲纤维椭球过滤材料(1981)［2］
长5-50mm的无卷缩(低卷曲)纤维丝在液体中搅拌制作椭球状纤维滤料，亦称纤维球。丝径5-100μm，滤料外型为直径5-20mm，厚3-5mm的偏平椭球体。
这种滤料的特征是制造简便，由于滤料在液中成型，纤维缠绕紧密，因而滤料内核较硬，变形小，但滤料内部捕捉的粒子反洗时脱落困难，此外，多次运行后从滤料上脱落的短纤维较多，见图1。
(3)“布帛片”滤料(1981)［3］
将类似于毛毡的无纺布切割成20mm厚，面积为0.5-20cm2的“毡片”，制成过滤材料，特点是纤维牢固不掉丝，但同样存在滤料内部捕集的粒子不易清洗干净的缺陷。
(4)实心纤维球(1981)［4］
采用静电植绒法将长2-50mm的纤维植于实心体上，可以通过改变实心体(核)的比重而改善滤料床的特性，见图2。
(5)中心结扎纤维球(1985)［5］
以纤维球直径的长度作为节距，用细绳将纤维丝束扎起来，在结扎间的中央处切断纤维丝束，形成大小一致的球状纤维滤料，亦称纤维球，见图3。
(6)卷缩纤维中心结扎纤维球(1986)［6］
卷曲度高的纤维丝束结扎、切断后形成球状过滤材料，特点是弹性好、耐机械变形，见图4。
(7)棒状纤维过滤材料(1992)［7］
将卷曲纤维长丝集束，用粘合剂喷雾收束，纤维丝束上的纤维之间形成多点相接，成为一体的棒状，然后切开成定长度的，类似于去外皮的香烟滤嘴形状的过滤材料，见图5。
(8)彗星式纤维过滤材料(1998)［8］
一种不对称构型过滤材料，一端为松散的纤维丝束，另一端纤维丝束固定在比重较大的实心体内，形如彗星，故命名为彗星式纤维过滤材料。
2.2 技术逻辑
第一，颗粒滤料的重要特征是可以方便地在滤池(器)内完成清洗，因此，作为纤维滤料的一个发展方向，用短纤维成型体制作滤料是合乎情理的。
第二，采用纤维材料作为过滤材料的一个出发点是鉴于其比砂或其它实体颗粒材料具有大得多的比表面积和空隙率，由此推断，由纤维材料构成的滤床应具有比常规颗粒滤料更大的纳污量。
第三，纳污量为周期产水量与去除悬浮物之积，纳污量的提高对过滤器效率的提高具有决定性的意义，因此，采用纤维材料制作过滤材料无疑是明智之举，至于纤维材料在应用上受到某些限制(如使用温度)是另外一回事。问题在于，如何充分发挥纤维材料作为滤料的特长?
第四，前面所举几例中，(2)～(7)均为对称性构型的滤料，除(4)外，滤料均含有“死区”，即部分滤料受某种约束，反冲洗时纤维无法散开，从而其间截留的悬浮物颗粒难以脱落，而降低了滤料的洗净度，因此，纤维滤料的开发应朝减少“死区”的方向发展。
第五，实心纤维球(4)的突出特点在于其实心部分（核）的比重可以根据需要进行配置，以促成反冲洗时实心部内核与纤维丝之间由于相对速度不同而产生的“甩曳力”，达到污物由于纤维摆动而脱落的清洗目的。
第六，滤料的尺度也是一个重要的考虑因素。过滤精度的提高取决于多方面的因素，其中之一是滤床横断面上滤料的空隙均匀性，一般讲，这种均匀性越高，过滤精度越高，因此，要求纤维滤料的尺度以小些为好，这样才有利于提高滤床横断面上的空隙均匀性，然而，滤料尺度小将带来制作上的困难和滤池(器)结构技术上的障碍。
第七，与常规颗粒滤料截然不同，纤维滤料构成的是弹性滤床，滤床的空隙率均可根据选择的纤维材料品种和规格进行调整，例如，由高卷曲度纤维制成的滤料比较适于高速过滤。弹性滤床的另一个优点是沿滤床纵断面空隙率是变化的，更符合“理想滤料”的构想。
综上所述，纤维滤料朝着既发挥纤维材料比表面积大的优势、又具备颗粒滤料反冲洗简便特点的方向发展，由此产生了一种新的不对称结构滤料--彗星式纤维滤料。
转贴于
3 彗星式纤维过滤材料
3.1 构思［8］
如前所述，高效滤料应发挥纤维滤料和颗粒滤料的各自优点，具体而言，滤床在过滤时应接近短纤维乱堆滤层的状态，以实现滤床空隙率分布均匀(过滤断面)，无水流短路现象，提高出水水质；而在反洗时滤料应具有颗粒滤料的特点，滤料纤维在水流中散开并相互碰撞，从而清洗彻底。
基于以上分析，本研究设计了一种不对称结构滤料，并将其命名为“彗星式纤维滤料”。这种滤料的特点是一端为松散的纤维丝束，又称“彗尾”，另一端纤维丝束固定在比重较大的“彗核”内。过滤时，比重较大的彗核起到了对纤维丝束的压密作用，同时，由于彗核尺寸较小，对过滤断面空隙率分布的均匀性影响不大，从而提高了滤床的截污能力。反冲洗时，由于彗核和彗尾纤维丝的比重差，彗尾纤维随反冲洗水流而散开并摆动，产生较强的甩曳力，滤料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力，滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流作用下产生旋转，强化了反冲洗时滤料受到的机械作用力，上述几种力的共同作用结果使附着在纤维表面的固体颗粒很容易脱落，从而提高了滤料的洗净度。
彗星式纤维滤料构成的过滤层其空隙率沿滤层高度呈梯度分布，下部滤料压实程度高，空隙率相对较小，易于保证过滤精度，整个滤床空隙率由下至上逐渐增大，滤层空隙率的分布特性将有助于实现高速和高精度过滤。
3.2 构造与规格
本研究试验了七种滤料构型，彗核外接圆直径0.7—6.0mm，丝束直径0.4—4.0mm，彗尾丝束长度7—80mm，经试验发现：
①彗核尺寸(外接圆直径)大于4mm，依丝束直径不同（2—3.5）彗尾存在无法散开的“死区”；
②彗尾长度大于50mm，则经过一段时间运行后，彗尾逐渐团在一起，有成球趋向；
③彗尾长度小于15mm，则滤料纤维在水中的“甩尾”现象不明显。
因此，确定彗星式纤维滤料尺寸为：
φ2.2×0.4—35/40 (彗核直径×丝束直径—彗尾长度)
4.运行性能初探
4.1 实验装置
2000年3月，德安公司大榭生产基地建立起一套标准试验系统，采用双池水循环，并投泥来实现连续过滤。试验装置如下：
过滤器规格 (1)不锈钢，Φ800，净高3.3M (2)有机玻璃，Φ230，净高3.3M
滤料型号
DA863-1
水池
2座，每座6×2.83×2=34 M3
泵
防腐泵FS80-65-160，FS80-65-160，FS65-50-160
风机
TSB650-2.05/58.8 kPa
投加混凝剂 聚合氯化铝
投药量
4-8 mg/L
4.2 典型试验结果
(1) 滤速 20 M/h
n
试验条件
设备：
过滤器内径 Φ 800 mm
过滤面积
0.5027 M2
滤料：
DA863-1
水源：
自来水＋泥浆
加药系统：药剂名称 聚合氯化铝
加药量
5-8 mg/L
n
试验结果
反冲洗耗水率：1.56%
剩余积泥率： 1.08％
(2)滤速40 M/h
n
试验条件
设备：
过滤器内径 Φ 800 mm
过滤面积
0.5027 M2
滤料：
DA863-1
水源：
自来水＋泥浆
加药系统： 药剂名称 聚合氯化铝
加药量
5-8 mg/L
n
试验结果
5.彗星式纤维过滤材料的最新进展
相应的，针对上述彗星式纤维过滤材料具有每个慧核固定的纤维数量较少，对过滤不起作用的实心慧核在滤床中所占体积较的缺点，作者设计了由两股或两股以上的纤维丝束构成的滤料，一个慧核带有多股纤维丝束，提高纤维在滤床中所占的体积，从而提高滤床的容积利用率；从生产上讲，相同滤床体积下，改进后的滤料减少了所需单个滤料的数量，这样更加便于生产制造，提高滤料的生产效率。
下图为典型的两种经改进后的滤料形态：
6.结语
规格化纤维滤料的发展经历了短纤维原丝乱堆、对称结构纤维滤料成型体、不对称结构纤维滤料成型体三个阶段。彗星式纤维滤料的构思源于将颗粒滤粒与纤维材料的优点结合在一起。初步研究结果表明，该滤料设计新颖，综合技术指标优于常规滤料，值得进一步深入研究。
本研究的试验工作是在浙江德安公司的研究与开发基地完成的，马立峰先生、张复龙先生、王昀先生、傅俊安先生和董爱军先生参加了试验工作，俞清林先生、阮黎波先生和毛建平先生具体负责彗星式纤维过滤材料的试制与生产，俞建德先生提供了新型滤料及过滤技术的生产及试验条件。
转贴于 参考文献
[1] 井田宏明.过滤装置. 日本公开特许. 昭56-152709. 1980.4
[2] 井田宏明，藤井正博，春田俊男. 水处理媒体的制造方法.日本公告特许.平1-26726(特开昭 57-156012). 1981.3
[3] 井田宏明，藤井正博.过滤装置.日本公开特许. 昭 57-197011. 1981.5
[4] 加藤幸喜.水处理用媒体.日本公开特许.昭58-17818. 1981.7
[5] 金实，王占生，张崇华.纤维球滤料.中国实用新型. ZL 85200039.1. 1985.4
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[7] 北山博，廣田靖保，上原勝.水处理材. 日本公开特许. 平5-285318. 1992.4
纤维束范文4
【关键词】中空纤维膜；组件；抗污染；重点专利
膜分离技术具有较高的社会效益和经济效益，是最具发展前景的高效、节能、环保的高新技术之一。膜组件是膜分离技术的基本单元，在诸多类型的膜组件中，中空纤维膜组件单位体积有效面积大、体积小、填密度大，广泛应用于医药、化工、食品、水处理等领域[1]。但在中空纤维膜组件的应用中，膜污染是影响其使用寿命重要因素，也关系着膜的清洗成本、运行成本及更换成本等经济因素，因此如何减轻和控制膜污染是业界非常关注的技术问题。除了研发抗污染膜材料或对现有膜材料进行改性处理外，对膜组件结构上的调整和设置也是缓解膜污染的有效方法。本文以佰腾网专利检索系统为数据源，对国内与抗污染中空纤维膜组件相关的专利申请进行了检索及分析，以期了解主要申请人在该领域的重点专利技术及申请现状。
在国内中空纤维膜组件领域中，涉及通过对膜组件结构上的调整和设置来缓解膜污染，延长膜寿命的主要申请人包括天津膜天膜科技有限公司、北京汉青天朗水处理科技有限公司、北京碧水源膜科技有限公司、浙江欧美环境工程有限公司等，下面对上述几家公司的相关技术进行重点介绍，所述申请数量包含发明专利申请和实用新型。
1 天津膜天膜科技有限公司
天津膜天膜科技有限公司是国内知名的以膜材料和膜过程研发、膜产品规模化生产、膜设备制造以及膜工程设计施工和运营服务为产业链的高科技企业。其在抗污染中空纤维膜组件领域的研究较多，共有13件相关专利申请，且连续性较好，申请日横跨2005年-2015年。其主要以曝气形式实现膜丝冲刷清洗，减轻膜丝的污染程度。
在2008年4月1日，提交了题为“带有导气孔的浸没式中空纤维膜组件”的专利申请，授权公告号为CN101549902B。在该组件中，多根中空纤维膜丝束通过分别浇注在两端螺筒内的两树脂固定层固定，膜丝的下端开口于下端树脂固定层的外端面上，下端的螺筒与螺盖连接，下端螺筒与螺盖之间形成产水室，在下端的树脂固定层处设置有曝气装置，膜丝的上端被上端的树脂固定层密封，在上端的树脂固定层内设置有多个贯通上端树脂固定层的导气孔；在两树脂固定层之间设置有集水管，所述集水管下端开口于下端树脂固定层的外端面上，所述集水管的上端穿过上端树脂固定层与产水管道连接。膜组件在曝气时产生的气泡上升至组件顶部时大部分气泡可通过组件上端的导气孔排出，减轻了气泡对上端膜丝的冲击，延长了使用寿命，同时能减轻膜丝上端污染（示意图见图1）。
在2015年4月24日，提交了题为“一种中空纤维膜组件”的专利申请，公开号为CN104815558 A。该组件包括多根中空纤维膜丝，其特征在于，所述多根 中空纤维膜丝上端固定在密封层内，每根所述中空纤维膜丝上端开口于所述密 封层的外端面，所述多根中空纤维膜丝下端为自由端并通过至少一个集束头集 束，多根所述中空纤维膜丝的下端封闭于所述集束头内，当采用多个集束头时，不同集束头悬垂位置可以相同或不同，所述集束头与所述多根中空纤维膜丝下 端一同在所述中空纤维膜组件内部沿轴向自由移动。曝气时，气体由集束头之间间隙、集束头与组件外壳之间间隙进入，集束头在气水浮力作用下沿组件内部轴向运动，增大了膜丝抖动幅度，同时，不同集束头之间由于受力的不同在自由移动的过程中产生相对位移，增大了膜丝之间相互擦洗的频率，提高了曝气清洗的效果。
2 北京汉青天朗水处理科技有限公司
以孙友峰为主要发明人的北京汉青天朗水处理科技有限公司针对膜组件根部的污染问题提交了10篇相关专利申请，其中有8篇的申请日集中在2007和2008两年（如CN101250003A、CN101254410A、CN101254977A、CN101254978A等），它们全都是利用带有布气孔的布气装置，使布气孔的空口朝向中空纤维膜膜丝的根部布气，从而提高了中空纤维膜组件的抗污染性能，尤其是中空纤维膜根部的抗污染性能，保证了中空纤维膜丝过滤的有效面积，延长了中空纤维膜组件的使用寿命。上述中空纤维膜组件中膜束端头的形状，以及布气孔的位置有所不同（示意图见图2）。
3 北京碧水源膜科技有限公司
北京碧水源膜科技有限公司具有相关专利申请6件，主要集中在2011和2012两年，其中在2012年8月28日，提交了题为“一种集束可拆卸型帘式膜盒体”的专利申请，授权公告号为CN102784561B。所述膜盒体包括矩形外壳，所述矩形外壳的顶部均匀分布有若干高精度光滑的单元束定位孔，单元束定位孔的顶部两侧均设有单元束镶嵌槽，单元束镶嵌槽内设单元束固定孔，单元束定位孔的底部均连通集水流道，矩形外壳的侧壁上设有与集水流道连通的产水管定位孔。上述集束可拆卸型帘式膜盒体区别于整体浇注的中空纤维膜丝，能使污染淤积量减少，方便清洗与恢复。
4 浙江欧美环境工程有限公司
浙江欧美环境工程有限公司以吴扬为主要发明人的研发团队以漂悬式中空纤维膜组件为主要研究对象，共申请相关专利4件。在2005年3月9日提交了题为“一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件”的专利申请，授权公告号为CN100518907C。该组件包括分布于两端的端头和曝气头，以及设置于其间的若干个中空纤维膜束，端头上设有进气管和产水管，端头和曝气头间通过中心管联成一体，中空纤维多孔膜束由中空纤维多孔膜丝组成，其特征在于：固定中空纤维多孔膜束的至少一端是软连接的，中空纤维膜束布置在中心管的周围，曝气头上分布有若干布气孔，在所述的中空纤维多孔膜束中设有产水软管。该专利提供了一种能有效去除粘结在膜丝表面的污染物，且膜丝不易断裂，膜组件使用寿命长，产水水质稳定的膜过滤组件（示意图见图3）。
5 结束语
国内该领域主要申请人各自有各自的研究侧重点，但总体来说是以曝气冲刷为主，通过改进膜丝端头的连接方式、曝气孔的设置位置、膜束的设置方式以及气水通道等来减少污染物的淤积，改善膜清洗效果，从而延长膜的使用寿命，降低处理成本。随着越来越严格的环境标准的制定，以及国家计划对膜技术领域的逐渐重视，在该领域的研究也会更加广泛和深入，本文对抗污染中空纤维膜组件领域主要申请人的专利技术进行介绍，为相关技术的研究者提供借鉴。
纤维束范文5
关键词：苎麻精干麻；直径；细度；相关系数
纤维细度是苎麻精干麻品质的重要指标，纤维越细，等级越高[1]。在实际生产与加工环节中，由于受到不同因素的影响，苎麻纤维细度的不匀是相当高的，而且标准检验方法为传统手工开松整理、分束切断称重、计数根数，检测过程耗时耗力，且难以掌握检测手法。为了降低检验方法中产生的不匀，提高检测的自动化水平，我们使用国产全自动纤维细度仪对苎麻精干麻纤维的直径进行测量，并尝试找出其直径（μm）与公制支数（Nm）之间的对应关系。
1 切断称重法测试苎麻纤维细度（公制支数）
1.1 检验依据
GB/T 5884—1986《苎麻纤维支数试验方法》[2]。
1.2 试验环境
标准大气环境，（20±2）℃，（65±3）%。
1.3 试验设备：Y171型纤维长度切割器、精密扭力天平、镊子等。
1.4 试验步骤
（1）麻束整理：通过手工整理，整理出一端整齐的长纤维在下，短纤维在上，宽10mm～15mm的麻束。
（2）梳理、分束、切断、称重： 1.5mg/束，共10束，切断长度为40mm。
（3）计数纤维根数。
（4）计算公制支数。
2 显微投影法测试苎麻纤维直径
2.1 检验依据
目前没有专门测试苎麻纤维直径的方法标准，参考GB/T 10685—2007《羊毛纤维直径试验方法 投影显微镜法》[3]、FZ/T 30003—2009 《麻棉混纺产品定量分析方法 显微投影法》[4]。
2.2 试验环境
标准大气环境，（20±2）℃，（65±3）%。
2.3 试验设备
YM-1X型全自动纤维细度仪（北京和众视野科技有限公司生产）、Y171型纤维长度切断器、镊子等。
2.4 试验步骤
（1）将梳理好的纤维束进行切片，切断长度为1mm。
（2）通过振荡器将麻纤维均匀分布在盖玻片上。
（3） 进行自动测量直径。
3 试验结果分析
3.1 研究试验初期结果分析
苎麻纤维横截面为近似椭圆，故假设纤维公制支数与直径的相关方程为：Y=A+B/X2。研究试验初期在湖南省纤检局的苎麻精干麻公证检验样品中留存试样，累积到一定批次样后进行测试，测试样品数为40批，测试数据见表1，细度与直径d-2关系见图1，为使数据大小适合观测、易于统计，故设x=106×d -2。
从图1可得R2=0.257，故相关系数R=0.507。根据α=0.05和自由度ν=n-2=38，查表得R0.05（38）=0.3044，因R=0.507>0.3044，故细度与直径的负二次方在α=0.05上是显著相关的，相关方程为y=1128.1+0.4335×106x-2。因为R越接近1，则相关性越好，而此次试验相关系数[5]为0.5，相关性不是很显著，为了进一步提高相关性，我们对研究初期的试验过程进行了研究分析。
3.2 研究分析初期试验过程及对后续试验的调整
样品的一致性：为保证纤维细度试验的样品与直径试验的样品为同一样品，将在进行苎麻精干麻公证检验纤维细度试验取样的同时，应对快速检测纤维直径样品进行取样。
试验时间：为避免试验环境和人员等因素对试验结果的影响，应尽量在同一时间段进行试验。
样品准备：将样品通过撒播器振荡数秒后，将苎麻纤维散布在载玻片上，对重叠分布的纤维束用镊子夹出。
通过采用手动测量直径与自动测量直径的对比发现，苎麻纤维极少有在10μm以下和70μm以上，10μm以下和70μm以上的数据基本是由于测试系统的分辨程度和样品重叠在一起所致，应剔除。
根据相关方程建立的需要，应加强对边缘值（极大值和极小值）的测量。
3.3 调整试验过程后的结果分析
根据调整试验过程，对苎麻精干麻的纤维直径和纤维细度进行了重新测试，共测试了62组数据，结果汇总见表2，细度与直径负二次方关系见图2。
从图2可得R2=0.7875，故相关系数R=0.8874。根据α=0.05和自由度ν=n-2=60，查表得R0.05（60）=0.2500，因R=0.8874>0.2500，故细度与直径的负二次方在α=0.05上是显著相关的，相关方程为y=504.76+0.893×106x-2。
4 结论
4.1 根据对苎麻精干麻采用传统的切断称重法测试纤维细度（公制支数）和采用显微投影仪法测试纤维直径的检测结果进行相关性分析，找出了纤维细度（公制支数） 与直径的相关方程，即y=504.76+0.893×106x-2。
4.2 采用全自动纤维细度仪法与传统的切断称重法相比较，仪器法具有操作简单、取样数量大、自动化程度高等特点，可提高检验工作效率5～10倍，值得进一步研究和推广。
5 建议
在采用YM-1X全自动纤维细度仪法时，纤维的分散程度不是很均匀，建议设备生产厂家对分布器的进行改进。
尽快研制出适用于苎麻精干麻开松的小型试验机，以摆脱长期以来采用手工开松苎麻纤维的繁琐复杂过程，进一步提高检测效率，以实现苎麻纤维细度检测的仪器化水平。
参考文献：
[1] GB/T 20793—2006 苎麻精干麻 [S].
[2] GB/T 5884—1986 苎麻纤维支数试验方法[S].
[3] GB/T 10685—2007 羊毛纤维直径试验方法 投影显微镜法[S].
[4] FZ/T 30003—2009 麻棉混纺产品定量分析方法 显微投影法[S].
纤维束范文6
关键词 碳纤维轴向承载力抗震加固
中图分类号：TU528.571文献标识码： A 文章编号：
一.概述
粘帖CFRP片材加固修复混凝土结构的技术，主要用于钢筋混凝土柱的抗震加固、梁柱的受剪加固、梁板的受弯加固、以及裂缝和耐久性修补。对于钢筋混凝土柱粘帖CFRP片加固，国内外大量的试验和理论分析均表明，目前采用一般粘帖CFRP片材加固钢筋混凝土柱的方法，在钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材后，使柱中混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度及极限压应变，从而提高钢筋混凝土柱轴压承载力及延性。与约束混凝土的机理类似，钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材加固后使柱中混凝土处于约束状态，由于CFRP片材是线弹材料，使其产生的约束力是持续增长的，直至碳纤维拉断，混凝土破坏。可以认为：当钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材加固轴向应力超出混凝土的抗压强度后，应力---应变关系呈线性增长，混凝土的应力和应变同时达到最大值，呈现了CFRP片材是线弹性材料约束混凝土的特点。[1]
二、碳纤维加固混凝土柱的原理
普通混凝土结构在使用一定的年限后，混凝土腐蚀、钢筋锈蚀，承载能力下降；一部分新建和在建的工程，由于设计或施工不当，有些工程使用功能改变，荷载增加或者提高建筑物的抗震设防等级；由于种种原因造成停建烂尾工程，又重新启动的工程等等，这些都需要对结构进行加固。使用建筑结构胶在混凝土表面粘帖CFRP片材材料进行加固修复混凝土结构，《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中对钢筋混凝土柱的加固从施工到设计都有详细的规定。
《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中要求粘帖CFRP片材加固修复混凝土结构应由熟悉该技术施工艺的专业施工队伍完成，并应有加固修复和施工技术措施。保证施工质量的关键是遵循工序要求，施工时应考虑环境温度、湿度对结构胶固化的影响。施工过程中，为保证加固质量，应从施工准备开始对需要加固的构件进行表面修复、清理并保持干燥，应按产品供应商提供的工艺规定进行配置和涂抹结构胶。粘帖CFRP片材还应符合《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中有关条款要求。施工中应注意安全，远离电器设备及电源，做好防护措施。在开始施工之前，应确认CFRP片材及配套的结构胶的新产品合格证、产品出厂质量检验报告，各项性能指标应符合《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中的检验要求。[2]
改善钢筋混凝土柱最方便最有效的方法就是对核心区混凝土和保护层混凝土进行有效的约束，提高混凝土自身的变形能力。《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的出现使得这一方法变得简单易行。CFRP片材包裹在钢筋混凝土柱，混凝土受到了外包纤维的有效约束，极大改善了混凝土的变形能力；同时外包纤维限制了裂缝的发展，在纤维拉断前保护层的混凝土不剥落，有效防止了粘结构破坏的发生。
为了进行CFRP约束混凝土构件的力学性能和承载力设计方法的研究，必须确定混凝土在CFRP生材料约束情况下的应力―――应变关系。国内外许多学者对CFRP约束混凝土的关系进行了研究，基于试验结果分析，建立了CFRP约束混凝土关系指数曲线+直线曲线的模型。
三、碳纤维加固钢筋混凝土柱的轴向承载力计算抗震加固[3]
我国现行钢筋混凝土设计规范及抗震设计规范中，对于钢筋混凝土结构的抗震措施，主要针对不同的抗震等级，通过内力调整和限制轴压比俩方面来控制。许多研究者指出：轴压比影响柱的延性及破坏形式。当轴向压力较小时，钢筋混凝土柱为受拉破坏，主要是由于受拉侧钢筋先达到屈服而引起的，表现出一定的延性。随着轴向压力的增加，柱的延性不断降低。当轴力超过界限轴力时，受拉侧钢筋达不到受屈服，构件的破坏主要是由于混凝土压溃或主筋的压曲造成的，因此延性很小。这就是抗震结构中限制钢筋混凝土柱轴压比的原因。在实际加固改造工程中，常常会遇到框架柱轴压比超出规范限值得情况。此时采用CFRP约束混凝土的关系环向包裹对柱进行约束，可以提高柱的混凝土抗压强度，从而降低轴压比。对于外粘帖纤维布弱约束钢筋混凝土柱计算；外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴压构件，其轴承载力按下列公式计算：N0.9（
对圆形载面建议按：式中： 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴压构件心抗压强设计值； 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗压强设计值； 为外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗拉强设计值；外粘纤维布弱约束钢筋混凝土柱轴向构件抗拉强设计值；A为加固柱截面的面积。一般情况下 不应大于的1.5倍，党有可靠依据时混凝土强度的提高幅值可适当提高。截面的半径或高度应小于1.0m，对矩形截面的高宽比h/b应小于1.5。
为确保核心区混凝土得到有效的约束，我国现行钢筋混凝土设计规范及抗震设计规范给出了柱箍筋加密区的最小配箍特征值 ，为避免配箍率过小还规定了最小体积配箍率。钢筋混凝土柱轴可以通过粘帖碳纤维来满足《建筑抗震设计规范》（GB50011―2001）对箍筋加密区以及体积配箍率的构造要求，以提高其抗震性能。碳纤维的加固最主要课依据《建筑抗震设计规范》和《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中（CECS146:2003）来确定。
碳纤维片材在箍筋加密区宜连续布置，且碳纤维片材两端应搭接或采取可靠连续措施形成封闭箍。碳纤维片材条带的搭接长度不应小于150mm，各条带的搭接位置应相互错开。
参考文献：
[1] 文明才. 建筑结构加固技术及发展趋势[J]. 湖南城市学院学报(自然科学版)[J]. 2005,14 (3):13-15.
