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间位芳纶着色技术研究进展
第３０卷㊀第２期２０２２年３月现代纺织技术A d v a n c e dT e x t i l eT e c h n o lo g yV o l ．３０,N o ．２M a r ．２０２２D O I :１０．１９３９８/j．a t t ．２０２１０５０２３间位芳纶着色技术研究进展宋吉贤１,江㊀华１,２,崔志华１,２,陈维国１(１．浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心,杭州㊀３１００１８;２．浙江理工大学上虞工业技术研究院有限公司,浙江绍兴㊀３１２３００)㊀㊀摘㊀要:间位芳纶是一种新型高科技合成纤维,因具有极好的耐热性㊁阻燃性和稳定性而被广泛应用于阻燃服㊁军事㊁航空航天等领域.然而芳纶高分子链间作用力大㊁纤维结晶度高㊁纤维表面化学惰性强,使染料分子难以进入纤维内部或与纤维结合,导致芳纶染色性较差.目前,主要从两方面改善芳纶染色难题:通过提高温度㊁加入载体或改用非水染色介质等手段开发新型染色工艺提升染料上染率;对芳纶进行改性以提升芳纶可染性.文章对间位芳纶的着色技术现状进行综述,简要介绍了各类染色方法的基本原理及研究进展,重点阐述了芳纶结构与染色性能的关系,并总结了各染色方法所面对的挑战及应用前景.关键词:间位芳纶;纤维改性;着色方法;机理;展望中图分类号:T S １９３．５㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１００９Ｇ２６５X (２０２２)０２Ｇ０００９Ｇ０９收稿日期:２０２１０５１７㊀网络出版日期:２０２１０８０３基金项目:国家自然科学基金项目(２１８０８２１０),浙江省重点研发计划项目(２０２１C ０１０５８),中国博士后科学基金项目(２０２１M ６９２８６５),浙江理工大学基本科研业务费专项资金项目(２０２１Q ００６)作者简介:宋吉贤(１９９７－),女,宁夏中卫人,硕士研究生,主要从事新型染色技术方面的研究.通信作者:江华,E Ｇm a i l :jh ＠z s t u ．e d u ．c n R e s e a r c h p r o g r e s s o f c o l o r i n g t e c h n o l o g y fo rm e t a Ｇa r a m i d S O N GJ i x i a n １,J I A N G H u a １,２,C U IZ h i h u a １,２,C H E N W e i gu o １(１．E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r f o rE c o ＧD y e i n g &F i n i s h i n g o fT e x t i l e s ,M i n i s t r y ofE d u c a t i o n ,Z h e j i a n g S c i ＧT e c hU n i v e r s i t y ,H a n g z h o u３１００１８,C h i n a ;２．S h a n g y u I n d u s t r i a lT e c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e ,Z h e j i a n g S c i ＧT e c hU n i v e r s i t y ,S h a o x i n g ３１２３００,C h i n a )A b s t r a c t :M e t a Ｇa r a m i d i s an e w Ｇt y p e h i g h Ｇt e c h s y n t h e t i c f i b e rw i d e l y u s e d i n f l a m e Ｇr e t a r d a n t c l o t h i n g m i l i t a r y a e r o s p a c ea n d o t h e rf i e l d sd u et oi t ss u pe r i o rh e a tr e s i s t a n c ef l a m e r e t a r d a n c e a n d s t a b i l i t y 敭H o w e v e r i t i s h a r d f o r d y em o l e c u l e s t o e n t e r t h e f i b e r o r c o m b i n e w i t h t h e f i b e rb e c a u s eo f s t r o ng i n t e r a c t i o nb e t w e e nth ea r a mi d p o l y m e r c h a i n s h i ghf i b e r c r y s t a l l i n i t y a n d s t r o n g c h e m i c a l i n e r t n e s s o n t h e f i b e r s u r f a c e r e s u l t i n g i n p o o r p r o p e r t y o f a r a m i dd y e i n g 敭C u r r e n t l y a r a m i dd y e i n g i s s u e sc a nb ea d d r e s s e db y t w o m e a n s d e v e l o pn e w Ｇt y p e d y e i n gp r o c e s s e st o i m p r o v et h ed y e Ｇu p t a k eb y i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e a d d i n g a c a r r i e ro ru s i n g n o n Ｇa q u e o u sd y e i n g m e d i a i n s t e a d i m p r o v et h ed y e a b i l i t y t h r o u g ha r a m i d m o d i f i c a t i o n 敭T h i s p a p e rr e v i e w st h ec u r r e n ts t a t u so f m e t a Ｇa r a m i dc o l o r i n g t e c h n o l o g y b r i e f l y i n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a l p r i n c i p l e sa n dr e s e a r c h p r o g r e s so fav a r i e t y o fd y e i n g m e t h o d s s p e c i f i c a l l y e l a b o r a t e s o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a r a m i d s t r u c t u r e a n d d y e i n g p r o pe r t i e s a n d s u m m a r i z e s t h e c h a l l e n g e s a n d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s of t h e s e d y e i ng a p p r o a ch e s 敭K e y wo r d s :m e t a Ｇa r a m i d f i b e rm o d i f i c a t i o n c o l o r i n g m e t h o d m e c h a n i s m p r o s p e c t㊀㊀芳纶,即 芳香族聚酰胺纤维 ,属于高性能纤维,包括对位芳纶和间位芳纶.其中,间位芳纶(亦称芳纶１３１３)是由杜邦公司于２０世纪６０年代所研制并于１９６７年推向市场的,商品名为N o m e x®[１].间位芳纶具有优异的耐热性㊁阻燃性㊁耐酸碱稳定性㊁电绝缘性和抗辐射等性能,对还原剂㊁漂白剂㊁有机溶剂等非常稳定,适于制作消防服㊁防火帘㊁宇航服㊁客机装饰织物㊁高温及腐蚀性场所用品等.目前,芳纶纤维的生产主要集中在美国㊁日本和欧洲一些国家[２].２０１９年全球芳纶年产量为１２．５５万吨,其中间位芳纶约４万吨[３Ｇ４].近年来,中国市场对芳纶需求量逐渐增大,但本土产量较低,对进口产品依赖较强.２０１９年中国芳纶年产量仅为１．２万吨,其中间位芳纶约１万吨[３].间位芳纶优异的性能源于其特殊的结构.间位芳纶即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,是由单体１,３Ｇ苯二胺和１,３Ｇ苯二酸缩聚后纺丝所得(见图１),其大分子主链由酰胺键和芳香环交替连接组成,呈锯齿状排列,分子间存在大量氢键,而芳环则极大增强了分子间的范德华力.因此,间位芳纶具有结构规整㊁结晶度高㊁玻璃化转变温度高的特征.图１㊀间位芳纶分子结构式[１]F i g．１㊀M o l e c u l a r s t r u c t u r a l f o r m u l a o fm e t a a r a m i d f i b e r[１]纺织品用芳纶需要有多种颜色才具有市场价值.当前,芳纶主要采用分散染料[５]或阳离子染料进行染色[６].但无论是对位芳纶还是间位芳纶,都存在结构规整㊁结晶度高且化学惰性强等特点,使得染料分子难以进入纤维内部或与纤维结合,较难获得理想的着色深度,从而极大地限制了其在服用领域的应用.为解决芳纶染色难题,国内外学者进行了大量研究.针对芳纶的结构特征,改进染色工艺,开发了超高温染色㊁载体染色和溶剂染色等方法;从纤维制造过程中寻找赋予芳纶颜色的机会,开发了共聚改性染/着色㊁共混改性染色㊁原液着色㊁表面处理或接枝改性后染色等方法.目前,对芳纶染色的研究报道主要集中在间位芳纶领域.本文简要介绍了各类未改性间位芳纶染色法和间位芳纶改性着色法的原理㊁性能及相应的研究进展,并对各类染色方法的应用前景进行了展望.下文中未特殊说明时,芳纶均指间位芳纶.１㊀未改性芳纶的染色方法１．１㊀超高温染色法芳纶特殊的结构使其玻璃化转变温度高达２７０ħ,远高于涤纶等纤维,因此采用常规的高温高压染色法(１３０ħ)染色时很难将纤维打开来容纳大量的染料分子.显而易见的改进方法便是进一步提升染色温度,通过增加纤维大分子链段运动程度来增加染料上染量.朱利锋等[７]的研究表明,随着染色温度的升高,可以显著提升分散染料对芳纶的上染率.不过即使温度升至１８０ħ,芳纶仍然不能达到透染的效果.华江楠等[８]的研究结果也证实,染色温度超过１３０ħ确实可以提高染色深度,但另一方面,对染料的耐高温稳定性也提出了要求.诸如分散红玉５B L㊁分散嫩黄S EＧ４G L和分散深蓝H G L 等受高温褪色的染料并不适合超高温染色法.根据染色原理,染色温度高于纤维玻璃化温度时可以获得满意的染料上染率.然而,芳纶的玻璃化转变温度极高,在染整行业采用相当温度以达到或接近芳纶玻璃化转变温度暂不现实.另外,单纯依靠提升染色温度来改善芳纶染色效果时,还需配套筛选或研发耐超高温型染料.１．２㊀载体染色法针对芳纶玻璃化转变温度过高致使染色困难的问题,在染色过程中使用载体可以有效改善染色效果.其原理是相对分子质量较小㊁与芳纶结构类似的载体在染色高温条件下可以抢先进入纤维内部,破坏纤维间氢键等弱作用力,显著提高芳纶溶胀程度,既能加快染料在芳纶内部的扩散速率,又能显著增加纤维对染料的吸收量,从而提高染色深度.由于载体主要作用于纤维的非晶区,对结晶区影响有限,因此,载体对芳纶的热性能和力学性能等影响有限.梁萍等[９]和刘昭雪等[１０]的研究结果均表明,具有与芳纶相似结构的载体C i n d y eD n k对芳纶具有很好的溶胀作用,能显著改善分散染料对芳纶的透染性.赵晶等[１１]自制的载体C ZＧ１２也具有很好的提升分散染料染色芳纶织物色深度的作用.张帅等[１２]则验证了载体E AＧ１对提高得色量的作用. S h e n g等[１３]创新性地使用２Ｇ苯氧基乙醇为载体,实现了间位芳纶在９５ħ染色的目的.另一方面,载体与分散染料之间也存在相互作用,且该作用也具有促进上染的能力.许晓锋等[１４]的研究结果表明,载体０１ 现代纺织技术㊀㊀㊀㊀第３０卷D E E T对分散蓝２B L N和分散金黄S EＧ５R具有显著的增溶作用,增加了分散染料在芳纶上的分配系数㊁平衡吸附量和染色亲和力,最终达到促染效果.采用阳离子染料染色时,加入电解质可以降低染料与芳纶间的正电荷排斥力,进一步促进纤维对染料的吸附及染料在纤维内部的扩散[１５].王建明等[１６]的研究结果表明,电解质氯化钠和载体P O E联合使用时表现出良好的协同作用,使染色芳纶的色深值提升效果更为显著.冯继红等[１７]的研究结果则证实电解质氯化钠和载体A CＧ１０１的协同使用对提升阳离子染料染色芳纶织物的色深有显著作用.载体染色法因被认为是一项节能降耗技术而受到广泛关注.但现阶段载体染色法仍然存在一些问题亟待解决.例如,使用的载体大多存在刺激性气味或有毒㊁载体乳化较难㊁使用量较大以及染后织物上的大量残留载体不易除去等.低毒㊁价廉㊁高促染和可回收将是芳纶染色用载体的重要研究方向.１．３㊀溶剂染色法芳纶作为一种疏水性合成纤维,当采用分散染料染色时,染料结构中由于不含水溶性基团,其在水中的溶解度极小,在使用过程中通常以聚集态形式存在,不利于染料对芳纶的上染.为解决此问题,可以采用非水溶剂作为染色介质对芳纶进行染色.染料和纤维均会受到溶剂的影响.其中,非水溶剂可以较好地溶解染料,使染料成为单分子状态,易于进入纤维内部.纤维也会因溶剂作用而增大溶胀程度,促使染料进入纤维内部,提升染料上染率. P r e s t o n等[１８]用吡啶作为染色介质对芳纶染色,获得了色深度优异的织物.溶剂法染色几乎不使用水,具有省水少水的优点,但吡啶等常规有机溶剂大多具有一定的毒性,且较难回收,增加了染色成本.为解决该问题,科研工作者又进一步提出了超临界C O２染色法和离子液体染色法.１．４㊀超临界C O２染色法超临界C O２是指温度和压力均高于其临界点的特殊流体.采用该流体作为染色介质时可以增大染料的溶解性并使纤维膨胀,增加染料在纤维上的扩散程度,提升上染率.K i m等[１９]采用分散染料对间位芳纶进行超临界C O２染色,在１５０ħ㊁３０M P a 的染色环境下得到了具有较高表观色深的芳纶. Z h e n g等[２０]在K i m的研究基础上将载体C i n d y e D n k加入到分散染料中,结果表明,超临界C O２染色体系中载体对芳纶同样具有较好的膨化效果,且该体系降低了芳纶纤维的玻璃化转变温度,所染织物的K/S值可提升五倍左右.刘轩等[２１]选用了自制载体M ZＧ３对间位芳纶纱线染色也再次证实了超临界C O２染色体系中载体对染色效果的促进作用.超临界C O２染色具有操作简单㊁工艺流程短㊁节能环保等优点,但工艺所需设备要求高且价格贵,对于芳纶的染色暂未实现工业化生产.１．５㊀离子液体染色法用作染色介质的离子液体特指由阴离子和阳离子组成的熔点低于１００ħ的盐.染色时离子液体可以较好地溶解染料,并对芳纶有一定刻蚀效果,使芳纶表面粗糙度变大,为离子型染料提供更多的吸附和上染位置,增强染色性能[２２].O p w i s等[２３]将阳离子型染料溶解在１Ｇ乙基Ｇ３Ｇ甲基咪唑乙基硫酸盐中对芳纶进行染色,其中,无定形芳纶在１２０~１４０ħ时即可染得较深颜色,结晶型芳纶在１８０ħ时也能获得相当色深.该染色方法无需另加载体或其他化学助剂,染色过程简便,得色量高㊁透染性好,但离子液体对芳纶表面产生的刻蚀作用会使织物机械性能受到一定损伤.通过改变染色工艺获得的各芳纶染色方法优缺点见表１.表１㊀未改性芳纶染色方法的优缺点T a b．１㊀A d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s o f d y e i n gm e t h o do f u n m o d i f i e da r a m i d f i b e r染色方法优点缺点超高温染色法工艺简单能耗高㊁需耐高温型染料载体染色法节能降耗载体气味大㊁有毒且难去除溶剂染色法废水少溶剂毒性大㊁回收难㊁成本高超临界C O２染色法流程短㊁节能环保对设备要求高离子液体染色法无毒㊁无污染离子液体回收难㊁损伤纤维２㊀芳纶改性着色法２．１㊀共聚改性染/着色法共聚改性是指纤维用高分子在合成过程中加入第三单体,使所合成高分子链中包含有一定程度的其他结构,从而使所制造的纤维性质发生改变.例如,L i等[２４]在聚间苯二甲酰间苯二胺的合成过程中１１㊀第２期㊀㊀㊀㊀宋吉贤等:间位芳纶着色技术研究进展加入３,４ᶄＧ二氨基二苯醚,在低温N ,N Ｇ二甲基乙酰胺溶液中通过缩聚反应合成了含醚键的间位芳纶共聚物(见图２).芳纶引入醚键后,纤维间氢键㊁范德华力等作用力减弱,染色时纤维高分子链段运动加剧,从而提高染料上染率.采用上述共聚改性方式所得芳纶称之为易染色间位芳纶,仍然需要使用额外染料进行染色.若在共聚改性过程中添加有色单体,则可直接获得有色芳纶,无需额外染色.T r i g o ＧL ópe z 等[２５]设计了一种蓝色芳香二胺单体,并将其加入聚间苯二甲酰间苯二胺的合成过程中,合成得到蓝色间位芳纶(图３),通过调节发色团单体的用量还可实现色调的变化.在共聚改性中加入的第三单体实际上改变了芳纶的结构,第三单体含量越高㊁分子结构越大,对芳纶结构的规整排列影响也越大,从而对芳纶的机械性能会产生一定影响.图２㊀含醚键间位芳纶的化学结构[２４]F i g ．２㊀C h e m i c a l s t r u c t u r e o fm e t a Ｇa r a m i d f i b e r c o n t a i n i n g et h e r b o n d [２４]图３㊀含蓝色单体的间位芳纶化学结构[２５]F i g ．３㊀C h e m i c a l s t r u c t u r e o fm e t a Ｇa r a m i d f i b e r c o n t a i n i n g bl u em o n o m e r [２５]㊀㊀２．２㊀共混改性染色法聚合物共混是指两种或两种以上的均聚物或共聚物经混合制成宏观上均匀的材料的过程.共混改性通过在纺前加入小分子粒子或高聚物,破坏大分子规整性来提升芳纶染色性能.梁冰等[２６]在聚间苯二甲酰间苯二胺浆液中分别加入蒙脱土和超支化聚合物两种改性剂制备出改性芳纶.超支化聚合物中极性基团和芳香环会增加染料分子对纤维的亲和力,蒙脱土则会破坏芳纶大分子规整性,使得纤维与染料的可染性提高.在纺丝浆液中添加质量分数为１０％的端羧基超支化聚酯时,阳离子染料对改性芳纶的上染率达９８％,比常规芳纶的上染率提高１３４％;玻璃化转变温度降低６ħ.共混改性条件温和,操作简便,对设备要求不高,具有工业化生产前景[２７].２．３㊀原液着色法原液着色法是指在纺丝溶液或熔体中加入着色剂,得到有色聚合物或熔体,经纺丝直接制成有色纤维.目前,生产原液着色纤维主要采用色母粒法和色浆法.色母粒是指超常量颜料均匀地载附于树脂上而制成的聚集体.色母粒法是根据纤维的色度要求,在纺丝过程中添加色母粒和其他助剂得到有色纤维的方法.色浆法是将着色剂(颜料/染料)㊁分散剂和溶剂等混合制成液态色浆,添加至原液中来生产有色纤维[２８].刘立起等[２９]用色浆法制备出有色间位芳纶,当颜料含量为３％时就能赋予着色纤维较好的染色深度.纺丝条件对原液着色纤维的颜色获取具有较大影响.纺丝后形成纤维原丝,形态结构还未成型,控制其干热拉伸程度可以调节纤维取向度,从而提升染色性能.张媛婧等[３０]的研究结果表明,当拉伸倍数为３．２时,纤维内部的结晶结构遭到明显破坏,取向度大幅降低,K /S 值达到最大.原液着色法工艺流程短,成本低,可以生产出具有较好色深和色牢度的芳纶,省去了后道染色工序,适用于大批量工业化生产,但与纺织服装领域小批量制作㊁快速反应等需求不匹配.２．４㊀湿态纤维染色法一般来说,经历完整制造工序的芳纶大分子链高度取向和结晶,且由于苯环的位阻效应,纤维表面２１ 现代纺织技术㊀㊀㊀㊀第３０卷几乎没有可以与染料反应的基团,难以与染料结合.而纺丝后未烘干的湿态纤维中由于含有大量与纤维以氢键结合的水分子而使得大分子间作用力较低,规整性较差,大分子链之间空隙较大,纤维处于一种开放状态,染料分子易于进入和扩散,染料上染率可以提高.虽然目前尚未见采用该种方法对间位芳纶进行染色的研究报道,但K o s u g e等[３１]和林琳等[３２]的研究结果已证实对位芳纶在纺丝后湿态时染色具有显著的增深作用,染色芳纶的K/S值随未干纤维含水率的增大而大幅提升.因此,湿态纤维染色法也是间位芳纶的潜在染色方法.２．５㊀高能射线辐照预处理染色法采用X射线等高能电子束处理芳纶,可以使芳纶表面分子间氢键和分子主链上酰胺键部分断裂,并与空气中的氧元素发生反应,而引入新的活性基团[３３].辐照处理还可以破坏纤维表面的规整取向和结晶结构,增加表面粗糙度,从而提升芳纶吸附染料的能力.K i m等[３４]在O３氛围下采用紫外线辐射间位芳纶薄膜,使薄膜表面的粗糙度从２３６．５n m 增加到４０８．９n m.随着紫外线能量的增加,水接触角从４９．８ʎ下降到２９．９ʎ,润湿性得到提高,从而增加了对阳离子染料的可染性.C h a n g等[３５]采用X 射线和紫外光对芳纶纤维进行改性,经处理后,纤维表面亲水性增加,在纤维表面引入了更多的含氧官能团,增加了芳纶表面活性,从而提高了染色性能.高能射线辐照处理方便环保,对环境无污染,是一种较好的改性方式.但当辐照强度过大时或紫外辐射波长不合适时会损伤纤维的本体结构[３６],从而降低纤维强度,影响后续应用.２．６㊀等离子体预处理染色法等离子体是由离子㊁电子以及未电离的中性粒子集合组成的离子化气体状物质,分为高温和低温等离子体两种,通常用于处理纤维的是低温等离子体[３７].低温等离子体可以使芳纶表面产生物理刻蚀和化学改性作用,导致芳纶的分子结构等发生变化,从而提升其染色效果.X i等[３８]采用空气介质阻挡放电等离子体改性芳纶,改性后的芳纶表面产生凹槽,粗糙度增大,表面能提高;此外,芳纶表面上还产生了一些含氧基团,提升了纤维的浸润性与可染性.沈丽等[３９]用空气等离子体处理间位芳纶,然后进行涂料印花研究,进一步论证了等离子体处理对间位芳纶的刻蚀作用,而间位芳纶纤维表面新增的羟基和羧基等基团,则提升了对阳离子染料亚甲基蓝的吸附能力.但是,对于等离子体对纤维的物理蚀刻和化学改性,其效果会随着储存时间的延长而下降,即发生老化.W a n g等[４０]采用等离子体诱导气相接枝聚合方法,将纤维在不同的等离子体条件下进行预处理,然后在纤维表面接枝丙烯酸,有效解决了等离子体表面改性的老化问题.等离子体处理芳纶是一个环保简便的过程,但处理效果存在时效性问题,且对纤维机械性能产生一定影响.２．７㊀溶剂预处理染色法溶剂预处理是指采用各种有机溶剂在染色前对芳纶进行预处理,使纤维溶胀,改变纤维形态结构,降低纤维的取向度与结晶度等,从而为后续染料的上染做好准备.M o o r e等[４１]的研究结果表明,二甲基甲酰胺㊁二甲基乙酰胺和二甲基亚砜等溶剂处理芳纶后,聚合物链取向丧失,形成空隙,随后采用阳离子染料染色时,芳纶染色性能大幅提高.W a n g 等[４２]的研究结果表明,经各类有机胺试剂处理的间位芳纶也得到较好溶胀,分子间作用力大幅减弱,其中三乙烯四胺处理后的纤维表面粗糙度最高,染色效果最好.H a n等[４３]合成了由[２Ｇ(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵衍生的二嵌段共聚物并采用该溶液对间位芳纶织物进行预处理,后应用于纤维的酸性染料染色.共聚物在芳纶纤维表面产生正电荷,与酸性染料的阴离子基团间存在强的吸引力.染色后,预处理过的纤维显示出比未处理过的纤维更高的颜色深度且色牢度更好.滕芝盈等[４４]的研究结果表明,二甲基乙酰胺预处理后的间位芳纶纤维发生了氢键重排与结晶重排,降低了芳纶结晶度,从而可极大提升分散染料对芳纶的上染率.２．８㊀试剂表面处理染色法强酸强碱等试剂可以刻蚀芳纶表面,使得芳纶表面粗糙度增大,从而吸附更多染料分子,提升芳纶染色性能.张帅等采用多聚磷酸对间位芳纶纤维进行表面改性后染色,多聚磷酸处理使染色织物的表观得色量和上染率明显提高.朱大勇[４５]用氯化钙乙醇溶液和多巴胺水溶液对芳纶进行改性处理,其中氯化钙能与芳纶发生络合反应,处理后纤维的氢键被破坏,芳纶表面刻蚀出凹槽,粗糙度增大.当多巴胺水溶液处理纤维时,多巴胺能够发生自聚反应而使纤维表面沉积一层聚多巴胺涂层,使纤维表面粗糙度增大,表面活性基团增加,染料与纤维的结合力增大,利于染色.X i a等[４６]的研究结果表明硫酸可以使对位芳纶的酰胺基分解,形成羧基㊁氨基和羟３１㊀第２期㊀㊀㊀㊀宋吉贤等:间位芳纶着色技术研究进展基等极性基团,使得芳纶的反应活性增大,染色更容易,因此,硫酸也可作为提升间位芳纶染色性能的处理试剂.经试剂预处理后的芳纶具有更好的染料吸附能力,且染色芳纶的耐水洗牢度和耐摩擦牢度更好.但该类试剂对人类健康存在威胁,染色后需以大量水来洗除纤维上试剂,存在试剂难回收㊁不环保㊁成本高等问题.２．９㊀接枝改性染色法接枝法是以某些活性基团为桥基,将具有特定结构的功能性分子与纤维以化学键相结合,从而达到功能改性的目的.主要包括化学接枝及等离子体㊁辐射㊁紫外光等引发的接枝[４７].K i m等[４８]采用光引发接枝法,用二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺单体和二苯甲酮引发剂在连续紫外光照射下对间位芳纶织物进行接枝.接枝物所携带的仲氨基可与染料以共价键结合,织物表观色深的增长率与接枝率成正比.经C．I．活性红８４染色后,接枝芳纶织物的K/S 值为１４．８,接枝率为７．６％(w/w).S a等[４９]采用化学接枝法,将多巴胺自聚合在间位芳纶纤维表面,形成薄的㊁表面粘附的聚(多巴胺)膜.后使用环氧官能化硅烷在聚(多巴胺)涂覆的芳纶表面进行接枝.接枝后,纤维表面引入了环氧基团,增加了表面活性与极性,染料与纤维结合力增大,染色性能得到一定提升.对芳纶进行接枝改性后染色,不仅可以使染料牢固结合在芳纶上,还可以根据需求接枝其他功能性分子,以改善芳纶的亲疏水性㊁黏接性等,但接枝过程可能会对芳纶本身产生一定损伤.２．１０㊀超声波Ｇ微波联合处理染色法超声波对芳纶的影响来源于声波在作用期间形成的微气核空化泡崩溃而产生的空化作用[５０],超声波处理的芳纶表面可以产生深浅㊁大小不一的坑穴,从而大幅提升芳纶对染料的吸附能力[５１].微波辐射则可以增强染料分子在芳纶中的扩散,提高染料在芳纶染色中的上染率和固色率等性能.超声波Ｇ微波辐射联合处理体系可大幅提升织物的渗透性,并有助于将染料大颗粒碎裂成均匀的分散体,从而确保染料在织物上的良好吸收.A m e s i m e k u等[５２]采用超声波Ｇ微波辐射联合反应体系对间位芳纶织物进行阳离子染料染色,并加入C i n d y e v a s载体进一步增强了芳纶织物的溶胀能力,获得很好的染色效果.超声波处理新技术具有方便㊁迅速㊁有效㊁安全等特点,但过强的空化效应有可能对芳纶表面产生一定损伤.虽然芳纶在改性后的染色性得到了较好提升,但芳纶本身的结构性质也不可避免受到了一定损伤[５３],同时部分方法存在设备不完善㊁试剂不友好等问题,从而不利于各类改性染/着色方法的工业化应用.当前,仅有原液着色法进入到工业化应用.芳纶的各类改性着色法的特性与不足见表２.表２㊀芳纶改性着色法的特性与不足T a b．２㊀C h a r a c t e r i s t i c s a n dd i s a d v a n t a g e s o f a r a m i dm o d i f i e d c o l o r i n g m e t h o d 染色方法特性缺点共聚改性染/着色纤维易染色或直接赋予颜色共混改性染色操作简易㊁染色上染率高机械性能可能改变原液着色无需后道染色工序生产方式不灵活㊁不易换色湿态纤维染色纤维尚未完全干时染色结晶与取向性质可能改变高能射线辐照预处理染色改性操作简易损伤纤维等离子体预处理染色反应温和㊁不损伤纤维内部结构时效短㊁损伤纤维表面溶剂预处理染色纤维膨化程度高试剂表面处理染色增大纤维表面粗糙度试剂难回收㊁不环保接枝改性染色染料与纤维结合力强损伤纤维超声波Ｇ微波联合处理染色染料吸附好㊁扩散能力强损伤纤维３㊀结㊀语针对芳纶难染问题,无论是改进染色工艺,还是对纤维进行改性,其最终目标都是提升芳纶上的染料量.鉴于当前芳纶着色技术现状,针对芳纶着色的基础理论研究尚需进一步加强,以期在高色深着色机制上取得突破,为制备高色深芳纶提供理论依据.现阶段,着色芳纶的色牢度经常达不到令人满意的等级,且多数染色方法存在纤维损伤问题,这同样会影响芳纶的服用发展前景.如何平衡芳纶的着４１ 现代纺织技术㊀㊀㊀㊀第３０卷。
《2009中国空气源热泵产业发展报告》突出贡献奖、贡献奖在京发布
以技 术为先 导， 兼顾 产 品价格成 本 ， 过 通 技 术 不 断 的创 新 ，向客户 提 供 性价 比最 优产 品和服 务。 客户 提供 “ 级节 能技 向 三
术” 一 能。 即产 品节 能、系统节能 和管 理节
新 时代 以 “ 能减 排 、 全 环保”为 节 安
面
制热的 同时 制取热 水， 并且Ｃ Ｐ Ｏ 业分别是 ： 突 的 珠 海 格 力电 器 有 限 公 司 广 东 美 的 商
美 的是 行业 内首 家将 直流 变频 技 术
产 用 空调 设 备 有 限公 司 Ａ． ． Ｏ 史密 斯 （ 中 应用于家 庭热水和采暖技术的企业，
正 旭 凭 借 产品 “ 量 上 乘 ， 务至 质 服
长 菱 凭 借 过硬 的产 品 质 量 、 先 的 能 源 科 技 （ 州 ） 限公 司 浙 江 正 理 上”的 理 念 ， 骋沙 场 ， 领 苏 有 驰 凭借 自己的 实 力
技 术和 优质 的服 务， 赢得 了客户的一 致认 生 能 科 技 有 限公 司 沃 姆 制 冷 设 备 （ 上 成 为制胜 市场 的勇者。 在行业 中提 出企业 同， 为空 气 源热 泵 热 水器 得 到群 众 广泛 海 ） 限公 司 、 江豪 瓦特 节 能 科 技 有 要 在 “ 有 浙 竞争 中合作 ， 合作 中共 赢 ” 经营 的 认可创造 了有利条 件。 发 展过 程 中， 在 一 限公 司 ， 州 科 宇 能 源 科 技 有 限公 司 、 广 理 念 ， 于 承 担节 能 企业 的 社 会 责任 与 敢
己任 ， 力 于 新 能 源 的 研 究 、开 发 和运 致
吕社长 为获 得 “ 突出贡献奖” 嘉宾颁 奖
chp0 经济管课程介绍
经济管理北京航空航天大学2016-2017年度春季学期学 时：32 学时适用班级：140611，140612，140613，140614，140615，140616，140617授课教师：刘 天 亮Email ：liutianliang@ 办公室：新主楼A1042房间经济与管理——学科与学习的意义n技术不能解决所有问题：软件危机；军事行动；房价；投资；通货膨胀；GDP ；就业失业……n大部分人一生不可能从事一辈子的技术工作，即便是职业科学家，也需要承担管理工作，费米 pk 爱因斯坦……n北航对学生培养的期望：要成为行业或社会的领袖与领军人物，对经济管理知识有着迫切的需求……课程内容（15章，32学时）n 第01章 经济学概述（1学时）n 第02章 微观市场机制分析（2学时）n 第03章 生产决策与市场结构（3学时）n第04章 宏观经济分析（3学时）n第一篇：经济学原理9学时n 第05章 管理学概述（1学时） n 第06章 管理的职能（2学时）n第07章 企业与企业管理（2学时）n第二篇：管理学原理5学时课程内容续（15章，32学时）n 第08章 生产系统结构与战略（2学时）n 第09章 产品设计（1学时）n 第10章 流程设计（1学时）n 第11章 库存与生产计划（2学时）n第12章 供应链管理（2学时）n第13章 质量管理（2学时）n第三篇：生产运作管理10学时n 第14章 项目管理原理（3学时）n第15章 项目经济评价（3学时）n第四篇：项目与经济评价6学时课程特点n涉及经济、管理诸多领域：内容多、范围广、知识容量大n理论概括性强、技术方法简洁实用n定性、定量相结合n结合实例讲授学习要求上课时间 第1-16周周三q第一节：14:00~14:50q第二节：14:55~15:45充分理解、熟练掌握讲授内容熟练掌握基本的概念和原理熟练掌握课上例题和课后习题考核安排n成绩评定方式：ü平时成绩（作业+课堂参与）ü期末考试（闭卷）成绩n主要测试学生对基础理论和实践的知识掌握程度ü具体题型可以设计为：选择题、填空题、判断题、简答题、计算分析题等。
Chp_09 (1)
自由刚体有六个自由度
x’
三个平动自由度
O
z’
三个转动自由度xz Nhomakorabea
§9-3 热力学第一定律 内能 功 热量
第9章 热力学其基础
刚性分子
单原子分子：一个原子构成一个分子 氦、氩等 三个自由度 双原子分子：两个原子构成一个分子 氢、氧、氮等 五个自由度
多原子分子：三个以上原子构成一个分子
水蒸汽、甲烷等 六个自由度
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 第9章 热力学其基础 2. 压强(pressure) p ：垂直作用在容器壁单位面积上的 F 气体压力。 p S 国际单位：Pa (帕斯卡) Pa = N· m-2 1标准大气压 = 1.01325×105Pa 3. 温度(temperature) T ：表征热平衡状态下系统的宏 观性质(冷热程度)。 温标 —— 温度的数值表示法。 摄氏温标： t (℃) 冰点为 0℃ 热力学(开氏)温标： T (K) 冰点为 273.15K 绝对零度：T = 0 K
分子动理论
透过现象追本质 微观机制 建模 统计 理论 验证
观察 记录 分析 总结
第9章 热力学其基础
第9章
热力学基础
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 §9-2 理想气体的状态方程 §9-3 热力学第一定律 内能 功 热量 §9-4 热力学第一定律的应用 §9-5 理想气体的绝热过程 §9-6 循环过程和卡诺循环
m pV RT M
§9-3 热力学第一定律 内能 功 热量
第9章 热力学其基础
§9-3 热力学第一定律 内能 功 热量
一、内能 (internal energy) 理想气体的内能 刚性分子理想气体内能 分子平均动能之和
分析药品检验中的相关技术
分析药品检验中的相关技术发布时间：2023-03-01T09:15:12.908Z 来源：《科技新时代》2022年第19期作者：赵靓[导读] 随着我国社会经济的不断发展进步，社会各界对药品的质量安全要求也越来越高，药赵靓河北省药品职业化检查员总队050090摘要：随着我国社会经济的不断发展进步，社会各界对药品的质量安全要求也越来越高，药品的安全事关人民群众的生命健康，是重大政治任务和民生工程，是全面建设社会主义现代化国家的一项重要内容。
药品检验检测能力是实施药品安全监管的重要技术支撑，是推进医药产业高质量发展、强化公共服务、确保药品安全的重要保障，也是有效落实“四个最严”、履行地方政府药品安全监管责任的重要体现。
随着医药产业的发展壮大和生产技术的进步，药品安全监管任务越发繁重和复杂，健全和完善全省药品检验检测体系，全面提升药品检验检测能力，凝聚药品检验检测机构的合力已成为各级政府全面深化改革、加快职能转变的重要任务。
随着各级政府对药品检验检测机构建设的不断重视，各级机构在基础设施建设、人才队伍建设、质量管理体系建设、信息化建设等方面均取得一定成绩，药品检验检测能力也得到了长足发展。
关键词：药品；检验；技术引言药品监督检验是指药品检验机构按按照国家药品标准对需要进行质量监督的药品进行抽样、检查的行为。
作为药品监督的重要手段,我国药品监督检验已形成了一套紧密连接的管理系统和上下连贯的管理规制。
随着社会经济及科学技术水平的不断发展进步，日新月异的行业需求以及日益增长的社会责任要求，对我国药品检验技术能力水平及管理提出了新的挑战。
特别是后流行病时代重塑了制药行业的格局，也给预防和控制药品质量风险，保障人民用药安全带来了新的挑战。
因此,在风险演变和发展的进程中,我们需要不断总结管理经验，创新监管模式，根据新时期国家药物检验管理所面临的挑战制定对策措施,以迎接后流行病时代对药品风险管理的挑战。
1药品质量标准的管理1.1质量标准的制定药品质量标准关系着药品的质量，进而影响药品的安全性、有效性和质量可控性，其制定须遵循质量源于设计(qualitybydesign，QbD)理念。
药物分析学名词解释
名词解释精密度(03):在规定的测试条件下，同一个均匀供试品，经多次取样测定所得结果之间的接近程度。
精密度包括重复性、中间精密度和重现性。
在相同条件下，由同一个分析人员测定所得结果的精密度称为重复性；在同一个实验室，不同时间由不同分析人员用不同设备测定结果之间的精密度，称为中间精密度；在不同实验室，不同时间由不同分析人员用不同设备测定结果之间的精密度，称为重现性。
P30《中华人民共和国药典》凡例(03、10):是正确使用ChP进行药品质量检定的基本原则，是对ChP正文、附录及与质量检定有关的共性问题的统一规定，是ChP的重要组成部分。
把一些与标准有关的、共性的、需要明确的问题加以规定，即与各品种质量有关的项目与要求、所采用的计量单位、符号以及与各项检查有关的要求说明和专门术语等用条文加以规定，以避免在全书中重复说明。
P10其他甾体(03)：P464：甾体激素类药物多由其他甾体化合物经结构改造而来，因此在原料药中可能引入合成原料、中间体、异构体以及降解产物等结构类似的“其他甾体”杂质。
色谱系统适用性试验(03、06、08)：色谱系统每次开机后，用规定的对照品对色谱系统进行试验和调整，分析测试色谱柱的理论板数、分离度、重复性和拖尾因子，需达到规定的要求，保证分析的准确性。
P141滴定度（T）(03、05、06、08)：每1毫升规定浓度的滴定液所相当的被测药物的质量。
酸性染料(04)：百度：是一类结构上带有酸性基团的水溶性染料，在酸性介质中进行染色双相滴定(04)：百度：采用两种互不相容的溶剂在分液漏斗中进行的滴定。
某些化合物的酸碱形式分别仅溶于水或有机相，在单一相溶剂中进行酸碱滴定，生成的酸/碱因不溶于该溶剂而析出，再进入另一溶剂相，可增加药物溶解度、稳定性，同时增加滴定突跃范围（P126）。
氧瓶燃烧(04、05)：将含待测元素的有机药物置于充满氧气的密闭的燃烧瓶中充分燃烧，使有机结构部分彻底分解为CO2和H20，而待测元素根据电负性的不同而转化为不同价态的氧化物（或无氧酸），被吸收于适当的吸收液中，再根据其性质和存在形式采用适宜的方法进行分析。
特殊杂质检查法
2.阿司匹林中检查游离水杨酸 游离水杨酸来源：a.生产中未 反应完全；b、贮存中水解 影响：游离水杨酸酸性较强， 对胃粘膜有刺激，酚轻基易被氧化 而呈色。
检出原理：
ASA+Fe3+一不反应 SA+Fe3+一紫堇色
检查方法：样品管：取样品0.1g，加乙醇 1ml溶解 1ml 加水至50m1 标准管：水杨酸0.1g加水溶解，加醋酸 加水至1000m1,取出1.0m1加 乙醇1ml，水48ml。 样品管、标准管均加新制成稀硫酸铁铵 lml，摇匀30"内如显色，比较不得更深。
④内标法测定样品中杂质的总量限度： 内标峰加校正因子：配内标溶液+ 杂质对照溶液 校正因子。 作为校正因子测定液， 测定内标和杂质的峰高或峰面积，计算
校 因 （） 正 子 f =
AS / CS AR / CR
式中：As，AR分别为对照品溶液中 内标和对照物的峰面积或峰高，Cs、CR 分别为内标和对照物的浓度。 配内标液+供试液 测定，量出内 标的峰高和杂质的峰高或峰面积，计算 所测杂质含量。 浓度 （C x） =
UV法：肾上腺素中肾上腺酮的检查， 后者在310nm处有吸收，而肾上腺素没有， 规定本品配成浓度为2mg/ml的0.05mol/L HCI 溶 液 ， 于 310nm 处 测 定 ， 吸 收 度 A≯0.05,（已知肾上腺酮 ） 1%
E1cm = 453
1cm
A C实际浓度 = E1% ×L = 0.05/ 453(g/100ml)
f×
AX A′ / C 'S S
采用内标法时，用测定组分的 峰面积与内标峰面积的比值作定量 依据，可消除进样量不够准确引入 的误差。
⑤外标法测定供试品中某个杂质限量： 用梯度浓度的杂质对照液绘制杂质 峰高与其浓度的标准曲线；供试品液同 法测定，量出杂质峰高，标准曲线上查 出对应的浓度C，计算杂质限量。 本法由于微量注射器不易精确控制 进样量，应采用定量环进样。 （3）GC已广泛用于药物的含量测定和杂 质检查（同HPLC)
可控核聚变及其关键材料
２４０
确定了国际热核聚变实验堆的设计概要，这标志着热核聚变技术从基础研究阶段
进入了确认设备性能的工程可行性阶段。 我国早在上世纪五十年代即在王淦昌院士领导下开展了聚变研究。中国在 １９５６年制定的“十二年科学规划”中决定开展核聚变研究，经过不懈努力，到 ２０世纪７０年代以来在一系列中、小型实验装置（ＣＴ６Ｂ，ＨＴ６Ｂ，ＨＴ６Ｍ，ＫＴ５Ｃ， ＨＬｌ，ＨＬｌＭ等）上取得大量研究成果，发展方向符合国际趋势。２０世纪９０年 代又建成了ＨＴ７超导托卡马克，成为世界上少数拥有超导设备的国家之一。现 在下一代装置ＨＴ７Ｕ大型超导托卡马克又已列入国家“九五’’大科学工程项目， 它具有稳态、大拉长截面和多项实验内容安排，可以全面开展稳态先进模式的研 究，进入国际前沿。８６３计划中列有“聚变裂变混合堆”专题，在“七五＂、“八 五＂、“九五＂期间，制定了具有中国特色的聚变能应用研究发展战略，即：化石 能源＋裂变能一聚变裂变混合堆＋裂变堆＋化石能源一纯聚变能＋可再生能源。 我国在受控热核聚变研究方面已有相当的基础，已有一定规模的重大研究设 施和一批配套的、高级研究人员，发表了一批具有国际水平的研究成果，符合中 国国情，在国际上已占有一席之地，已基本具备参与国际合作的条件和能力。
钒合金（ＶＣｒＴｉ） 较高的运行温度 好的热应力因子 好的液态金属相容性 好的中子特性（低活性） 碳化硅／碳化硅复合材料（ＳｉＣ／ｍｃ） ．高运行温度 ．高强度，热稳定性好 ．低电磁载荷 ．更好的中子特性（更低活性） 缺乏数据库 制造和加Ｔ困难 连接、密封问题
热导率低 经济性差
缺乏辐照性能数据库 制造和焊接困难
滤器板和面向等离子体第一壁材料上。通过几年的努力取得了以下成果饵’：
采用热压烧结制备了ＳｉＣ／Ｃ、Ｂ４Ｃ／Ｃ ＦＧＭ 采用等离子体喷涂制备了Ｂ４Ｃ／Ｃｕ、Ｗ／Ｃｕ涂层ＦＧＭ 采用孔隙梯度钨骨架渗铜一焊接法制备Ｗ／Ｃｕ ＦＧＭ 采用超高压温度梯度烧结Ｗ／Ｃｕ、ＳｉＣ／Ｃｕ、Ｂ４Ｃ／Ｃｕ ＦＧＭ
海龟做图代码
#include "graphics.h"#include "math.h"#include "stdio.h"#include "conio.h"#include "bios.h"#include "dos.h"#include "io.h"char key_state[128],key_pressed[128]; void interrupt far (*OldInt9Handler)();enum modes {AUTO, HIGH};enum bool {FALSE=0, TRUE=1};#define MODE enum modes#define BOOL enum bool#define K_ENTER 0x1c#define K_DOWN 0x50#define K_UP 0x48#define K_SPACE 0x39#define K_ESC 0x01#define K_C 0x2e#define K_A 0x1e#define K_X 0x2d#define UP 0#define DOWN 1#define PI 3.1415#define MODE_KEY 0#define MODE_CMD 1#define MAX_CMD_NUM 15/*Instruction define*/#define EXI T 0#define CHM 1#define PU 2#define PD 3#define CHC 4#define CHHT 5#define ADTH 6#define FW 7#define BW 8#define CLR 9#define CHP 10enum hlpmsg{ALL_CMD, IN_ERROR, PU_OK, PD_OK, CHC_OK, CHP_OK, CHM_OK, FW_OK, BW_OK, CHHT_OK, ADTH_OK, CLR_OK, M_KEY, IN_COLOR,IN_POS, IN_HEAD, IN_STEPS};#define HLPMSG enum hlpmsgtypedef int penState;typedef struct{float v,h;}aPoint;typedef struct{float heading;penState pen;int color;aPoint Pos;}newTurtle;newTurtle turtle;char GMODE=MODE_CMD;char CmdWords[MAX_CMD_NUM][4]={{'E', 'X', 'I', 'T'}, {'C', 'H', 'M', ' '},{'P', 'U', ' ', ' '}, {'P', 'D', ' ', ' '},{'C', 'H', 'C', ' '}, {'C', 'H', 'H', 'T'},{'A', 'D', 'T', 'H'}, {'F', 'W', ' ', ' '},{'B', 'W', ' ', ' '}, {'C', 'L', 'R', ' '},{'C', 'H', 'P', ' '},};char CmdTmp[4];unsigned char NumTmp[4];unsigned char NumTmp1[4];typedef struct node{int color;int x1, x2, y1, y2;}NODE;/*---------------------------------------*//*other functions*/void OpenSecCmdWnd(){setcolor(2);rectangle(510, 250, 595, 275);while(bioskey(1)==0){setcolor(2);line(513, 270, 518, 270);setcolor(0);line(513, 270, 518, 270);}window(66, 17, 66, 17);}void CloseSecCmdWnd(){setfillstyle(SOLID_FILL, 0);bar(511, 250, 595, 275);}int Cvt4CToInt(int i){if(i==0)return NumTmp[0]+NumTmp[1]*10+NumTmp[2]*100+NumTmp[3]*1000-53328;elsereturn NumTmp1[0]+NumTmp1[1]*10+NumTmp1[2]*100+NumTmp1[3]*1000-53328; }int GetAn4BInterger(){int i, j;union REGS regs;unsigned char t;regs.h.ah=0x07;IN_AGAIN:for(i=0;i<4;i++)NumTmp[i]=48;for(i=0;i<4;i++){IN:while(bioskey(1)==0) {;};if(bioskey(1)==0x1c0d){ bioskey(0); goto OUT;}int86(0x21, ®s, ®s);t=regs.h.al;if(t>57 || t<48) goto IN;else{for(j=3;j>0;j--)NumTmp[j]=NumTmp[j-1];NumTmp[0]=t;printf("%c", t);}}while(bioskey(1)==0) {;}if(bioskey(1)!=0x1c0d){bioskey(0);CloseSecCmdWnd();OpenSecCmdWnd();goto IN_AGAIN;}OUT:return Cvt4CToInt(0);}void StoreTwo4BInterger(){int i, j;union REGS regs;unsigned char t;regs.h.ah=0x07;IN_AGAIN1:for(i=0;i<4;i++){NumTmp[i]=48;NumTmp1[i]=48;}for(i=0;i<4;i++){IN1:while(bioskey(1)==0) {;};if(bioskey(1)==0x1c0d){ bioskey(0); goto OVER;}int86(0x21, ®s, ®s);t=regs.h.al;if(t==44){printf("%c", t);goto OUT1;}if(t>57 || t<48) goto IN1;else{for(j=3;j>0;j--)NumTmp[j]=NumTmp[j-1];NumTmp[0]=t;printf("%c", t);}}while(bioskey(1)==0) {;}if(bioskey(1)!=0x1c0d){int86(0x21, ®s, ®s);t=regs.h.al;if(t==44)printf("%c", t);goto OUT1;}CloseSecCmdWnd();OpenSecCmdWnd();goto IN_AGAIN1;}OUT1:for(i=0;i<4;i++)NumTmp1[i]=48;for(i=0;i<4;i++){IN2:while(bioskey(1)==0) {;};if(bioskey(1)==0x1c0d){ bioskey(0); goto OVER;}int86(0x21, ®s, ®s);t=regs.h.al;if(t>57 || t<48) goto IN2;else{for(j=3;j>0;j--)NumTmp1[j]=NumTmp1[j-1];NumTmp1[0]=t;printf("%c", t);}}while(bioskey(1)==0) {;}if(bioskey(1)!=0x1c0d)bioskey(0);CloseSecCmdWnd();OpenSecCmdWnd();goto IN_AGAIN1;}OVER: ;}void far interrupt NewInt9(void) {unsigned char ScanCode,temp;ScanCode=inportb(0x60);temp=inportb(0x61);outportb(0x61,temp | 0x80);outportb(0x61,temp & 0x7f);if(ScanCode&0x80){ScanCode&=0x7f;key_state[ScanCode]=0;}else{key_state[ScanCode]=1;key_pressed[ScanCode]=1;}outportb(0x20,0x20);};void InstallKeyboard(void){int i;for(i=0;i<128;i++)key_state[i]=key_pressed[i]=0;OldInt9Handler=getvect(9);setvect(9,NewInt9);}void ShutDownKeyboard(void){setvect(9,OldInt9Handler);}int GetKey(int ScanCode){int res;res=key_state[ScanCode]|key_pressed[ScanCode];key_pressed[ScanCode]=0;return res;}void InitMyGraph(MODE m){int graphdriver, graphmode;if(m==AUTO)graphdriver=DETECT;else if(m==HIGH){graphdriver=VGA;graphmode=VGAHI;}else{printf("Wrong prameter of \"init_mygraph();\"");return ;}/*registerbgidriver(EGAVGA_driver);*/initgraph(&graphdriver, &graphmode, ""); };int GetKey1(){union REGS rg;rg.h.ah=0;int86(0x16, &rg, &rg);return rg.h.ah;};void InputNote(){while(bioskey(1)==0){setcolor(9);line(467, 270, 472, 270);setcolor(0);line(467, 270, 472, 270);}}void GetACmd(){int i, j;window(60, 17, 60, 17);InputNote();for(i=0;i<4;i++){AGAIN:while(bioskey(1)==0){};if(bioskey(1)==0x0f09) {bioskey(0); goto AGAIN;}if(bioskey(1)==0x0e08) {bioskey(0); goto AGAIN;}if(bioskey(1)==0x1c0d){for(;i<4;i++) CmdTmp[i]=' ';break;};CmdTmp[i]=getch();printf("%c", CmdTmp[i]);}}int DecideCmd(){int i, j, r=MAX_CMD_NUM;for(i=0;i<MAX_CMD_NUM;i++){if(CmdWords[i][0]==CmdTmp[0]){r=i;for(j=1;j<4;j++){if(CmdWords[i][j]!=CmdTmp[j]){r=MAX_CMD_NUM;break;}}}if(r!=MAX_CMD_NUM) break;}return r;}/*display the turtle to every prameter of its own*/void DisTurtle(){float x, y, h, v, x1, y1;circle(turtle.Pos.h-8, turtle.Pos.v, 4);circle(turtle.Pos.h+8, turtle.Pos.v, 4);circle(turtle.Pos.h, turtle.Pos.v+8, 4);circle(turtle.Pos.h, turtle.Pos.v-8, 4);circle(turtle.Pos.h, turtle.Pos.v, 15);h=18*cos(turtle.heading*PI/180);v=18*sin(turtle.heading*PI/180);x=turtle.Pos.h+h;y=turtle.Pos.v-v;circle(x, y, 3);x=turtle.Pos.h-h;y=turtle.Pos.v+v;x1=turtle.Pos.h-15*cos(turtle.heading*PI/180+PI/45);y1=turtle.Pos.v+15*sin(turtle.heading*PI/180+PI/45);line(x, y, x1, y1);x1=turtle.Pos.h-15*cos(turtle.heading*PI/180-PI/45);y1=turtle.Pos.v+15*sin(turtle.heading*PI/180-PI/45);line(x, y, x1, y1);}{setcolor(2);outtextxy(465, 55, "HELP:");outtextxy(465, 300, "TURTLE STATE:");outtextxy(465, 240, "STRUCTION INPUT:");rectangle(465, 250, 510, 275);}void DisTState(){setfillstyle(SOLID_FILL, 8);bar(465, 310, 595, 445);setcolor(1);outtextxy(480, 315, "Pen:");outtextxy(480, 328, "GMode:");outtextxy(480, 341, "Color:");outtextxy(480, 353, "Heading:");outtextxy(480, 365, "Position");outtextxy(490, 377, "x:");outtextxy(490, 389, "y:");outtextxy(480, 401, "X Range:");outtextxy(480, 422, "Y Range;");setcolor(7);outtextxy(520, 413, "0 ~ 360");outtextxy(520, 435, "0 ~ 350");}void RenovateTState(){char* t;setfillstyle(SOLID_FILL, 0);setcolor(7);if(turtle.pen==UP)outtextxy(520, 315, "UP ");elseouttextxy(520, 315, "DOWN");bar(536, 328, 599, 335);if(GMODE==MODE_KEY)outtextxy(536, 328, "Key");elseouttextxy(536, 328, "Command");bar(550, 353, 599, 360);sprintf(t, "%.1f", turtle.heading);outtextxy(550, 353, t);bar(515, 377, 599, 384);sprintf(t, "%.2f", turtle.Pos.h-65);outtextxy(515, 377, t);bar(515, 389, 599, 396);sprintf(t, "%.2f", turtle.Pos.v-75);outtextxy(515, 389, t);setfillstyle(SOLID_FILL, turtle.color);bar(536, 341, 590, 348);if(turtle.color==8){setcolor(7);rectangle(536, 341, 590, 348);}}int GetAColor(){OpenSecCmdWnd();c=GetAn4BInterger();return c;}float GetAnAngle(){float h;OpenSecCmdWnd();h=GetAn4BInterger();return h;}float GetX(float s){float x;x=turtle.Pos.h+s*cos(turtle.heading*PI/180);return x;}float GetY(float s){float y;y=turtle.Pos.v-s*sin(turtle.heading*PI/180);return y;}void RenovateDArea(){FILE* fp;NODE n;if((fp=fopen("temp.txt", "rb"))==NULL){ ; 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DisTurtle(); TurnTTo(t);setcolor(2); DisTurtle();CloseSecCmdWnd();hm=CHHT_OK;break;}case ADTH:{HelpMsg(IN_HEAD);t=GetAnAngle();setcolor(0); DisTurtle(); Turn(t);setcolor(2); DisTurtle();CloseSecCmdWnd();hm=ADTH_OK;break;}case CHP:{HelpMsg(IN_POS);OpenSecCmdWnd();StoreTwo4BInterger();p.h=Cvt4CToInt(0);p.v=Cvt4CToInt(1);p.h+=65; p.v+=75;MoveTTo(p);CloseSecCmdWnd();hm=CHP_OK;break;}case FW:{HelpMsg(IN_STEPS);OpenSecCmdWnd(); t=GetAn4BInterger();Move((int)t);CloseSecCmdWnd();hm=FW_OK;break;}case BW:{HelpMsg(IN_STEPS);OpenSecCmdWnd(); t=GetAn4BInterger();Move((int)(-t));CloseSecCmdWnd();hm=BW_OK;break;}case CLR:{ClearDrawing();hm=CLR_OK;break;}};}for(i=0;i<4;i++)CmdTmp[i]=0;window(60, 17, 60, 17);printf(" ");RenovateDArea();RenovateTState();if(hm!=ALL_CMD && hm!=IN_ERROR){HelpMsg(hm); sleep(1);}}end:closegraph();unlink("temp.txt");。
CHP法丙烯选择氧化制环氧丙烷技术研究
CHP法丙烯选择氧化制环氧丙烷技术研究摘要：环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体。
目前PO工业化生产的主要词汇有:CHP法；丙烯选择性氧化生成环；环氧丙烷技术包括氯醇法和共氧化法。
氯醇法在生产过程中产生大量含氯废水，造成严重的环境污染和设备腐蚀。
共氧化法克服了氯醇法的污染、腐蚀等缺点，但其流程长、投资大、副产物多，在一定程度上制约了其发展。
因此，无污染、无链接产品的新生产技术是其未来的发展方向。
以过氧化氢异丙苯(CHP)为氧化剂，丙烯选择氧化制PO (CHP法)和丙烯与H2O2选择氧化制PO(HPPO法)是两种污染小、无副产物的PO生产新技术，代表了PO生产技术的发展方向。
引言环氧丙烷（PropyleneOxide）是一种具有类似醚味的无色液体，具有高反应活性，是应用广泛的有机合成反应试剂和化工医药中间体。
环氧丙烷可制备强吸湿性、保湿性、抗菌性能的羟丙基壳聚糖、良好催化活性的碳酸丙烯酯、低表面张力的氟碳表面活性剂、以及新型聚羧酸减水剂等。
1CHP法丙烯氧化制PO技术原理CHP氧化丙烯制PO是典型的原子经济反应。
如图1所示，整个过程中仅消耗丙烯、空气和H2，异丙苯作为氧载体在系统中循环使用。
此外，除了目标产品PO之外，没有生成联产品。
从图1可以看出，这种方法主要包括三个反应:过氧化物反应、环氧化反应和氢解反应。
也就是说，枯烯与空气或氧气反应生成CHPCHP和丙烯在TiO 2/SiO 2催化剂上进行环氧化反应生成PO和DMBA。
DMBA在催化剂的存在下通过氢解转化成枯烯，枯烯再循环到过氧化物步骤以产生CHP完成反应循环。
2环氧丙烷的分析检测研究近年来，环氧丙烷的分析检测工作取得了阶段性的研究成果，相关研究工作者开发了多种检测环氧丙烷的分析方法，并将其运用到医药、食品、化妆品等领域中环氧丙烷的分析检测与质量控制研究中，获得了良好的实验效果。
环氧丙烷的分析检测方法及其应用领域示意图如图2所示。
图2环氧丙烷的应用领域-分析方法网络图3环氧氯丙烷生产技术3.1丙烯高温氯化法丙烯高温氯化是工业上生产环氧氯丙烷的经典方法。
电机散热系统的研究现状与发展趋势
第３２卷第１０期中国机械工程V o l ．３２㊀N o ．１０２０２１年５月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１１３５Ｇ１１５０电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇１㊀孙亚隆１㊀郭志军２㊀张仕伟１㊀袁㊀伟１㊀唐㊀恒３㊀梁富业１１．华南理工大学机械与汽车工程学院,广州,５１０６４０２．中山大洋电机股份有限公司,中山,５２８４００３．深圳大学机电与控制学院,深圳,５１８０００摘要:高效率的散热系统是抑制电机温升㊁提高电机运行稳定性和延长电机寿命的重要基础.详细介绍了风冷㊁液冷和蒸发冷却三种电机常用散热系统的发展现状;分析讨论了各类电机散热系统的优缺点和适用范围,重点综述了目前国内外在提高电机散热系统冷却效率方面的研究进展.结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望.关键词:电机;散热系统;相变散热技术;热路中图分类号:T M ３２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２１．１０．００１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):D e v e l o p m e n t S t a t u s a n dP e r s p e c t i v eT r e n do fM o t o rC o o l i n g S ys t e m s T A N G Y o n g １㊀S U N Y a l o n g １㊀G U OZ h i ju n ２㊀Z H A N GS h i w e i １㊀Y U A N W e i １T A N G H e n g ３㊀L I A N GF u ye １１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g ,S o u t hC h i n aU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,G u a n gz h o u ,５１０６４０２．Z h o n g s h a nB r o a d ＧO c e a n M o t o rC o ．,L t d ．,Z h o n g s h a n ,G u a n g d o n g ,５２８４００３．C o l l e g e o fM e c h a t r o n i c s a n dC o n t r o l E n g i n e e r i n g ,S h e n z h e nU n i v e r s i t y ,S h e n z h e n ,G u a n g d o n g,５１８０００A b s t r a c t :C o o l i n g s y s t e m sw i t hh i g hh e a t d i s s i p a t i o n e f f i c i e n c y w e r e t h e i m po r t a n t f o u n d a t i o n s o f r e s t r a i n i n g m o t o rt e m p e r a t u r er i s e ,i m p r o v i n g m o t o ro p e r a t i o ns t a b i l i t y a n d p r o l o n g i n g m o t o r l i f e ．T h e d e v e l o p m e n t s t a t u s o f a i r c o o l i n g ,l i q u i dc o o l i n g a n de v a p o r a t i v e c o o l i n g wa s i n t r o d u c e d ,w h i c h w e r e c o mm o n l y u s e d i nt h e c o o l i n g s y s t e m s f o rm o t o r s ．T h ea d v a n t a g e s ,d i s a d v a n t a g e s a n da p pl i c a Ｇt i o n r a n g e s o f v a r i o u sm o t o r c o o l i n g s y s t e m sw e r e a n a l y z e d a n dd i s c u s s e d ．T h e r e s e a r c h p r o g r e s s e s i n i m p r o v i n g t h e c o o l i n g e f f i c i e n c y o fm o t o r h e a t d i s s i p a t i o ns y s t e ma t h o m e a n da b r o a dw e r e r e v i e w e d ．B y c o m b i n i n g t h e a d d i t i o n a l t h e r m a l c i r c u i t e n h a n c e dm o t o r c o o l i n g s y s t e ma n d t h e p h a s e c h a n ge h e a t d i s s i p a t i o n t e c h n o l o g y ,an e ws c h e m e t o i m p r o v e t h e h e a t d i s s i p a t i o n ef f i c i e n c y o fm o t o r s u s i n gph a s e c h a n g e h e a t t r a n s f e r d e v i c e sw a s p r o p o s e d ．F i n a l l y ,t h e d e v e l o p m e n t t r e n do f t h em o t o rh e a t d i s s i pa Ｇt i o n s y s t e m sw a s p r e d i c t e da n d p r o s p e c t e d s c i e n t i f i c a l l y．K e y wo r d s :m o t o r ;c o o l i n g s y s t e m ;p h a s e c h a n g eh e a t d i s s i p a t i o n t e c h n o l o g y ;t h e r m a l c i r c u i t 收稿日期:２０２００９２９基金项目:国家自然科学基金(５１７３５００４,５１９０５３５２);广东省重点领域研发计划(２０１９B ０９０９１０００１);广东省自然科学基金(２０２０A １５１５０１１０３９)０㊀引言新能源汽车㊁机器人和高精度数控机床等国家重点支持领域的发展对电机的效率㊁功率密度㊁响应速度和振动噪声等性能指标提出了更高的要求,促使电机向高精度㊁高功率密度㊁小型化㊁轻量化和机电一体化等方向发展[１Ｇ２],带来了电机内部发热量急剧增加㊁有效散热空间严重不足等问题,因此散热问题成为电机系统进一步向高功率密度方向发展的瓶颈[３Ｇ４].电机内部温升过高不仅会缩短电机内部绝缘材料的寿命,而且会降低电机的运行效率,使得发热量增加,造成电机温度进一步上升,形成恶性循环,严重影响电机寿命和电机运行的安全性[５].据统计,３０％~４０％的永磁电机失效是由电机温升过高引起的[６],因此,采用高效的散热系统抑制电机温升是电机向高效率㊁高稳定性和高可靠性方向发展的关键.风冷㊁液冷和蒸发冷却散热系统是三种常用的电机散热系统.风冷散热系统凭借成本低㊁可靠性高和安装方便等优势在小功率电机散热领域得到了广泛应用[７].相较于风冷散热系统,液冷散热系统具有极高的散热效率,其散热效率可以达到前者的５０倍[８],适用于电机发热量大㊁热流密度高的散热场合.然而液冷散热系统需要额外的循环液路与密封系统,增加了电机系统的成本５３１１和复杂性[９].目前,由我国自主研发的蒸发冷却散热技术在兆瓦级大容量发电机组的散热系统中得到了广泛应用,其主要原理是利用工质的气液相变循环实现对电机的高效冷却.蒸发冷却技术可以有效降低电机运行温升[１０].高效化是电机散热系统发展的重要方向,优化电机散热系统结构参数是提高电机冷却效率的常用手段.近年来,通过在电机关键发热部件与冷却壳体之间构建额外热路来提高电机散热效率的额外热路增强型电机散热方案得到了研究与应用.利用导热树脂[１１Ｇ１２]㊁导热胶[１３]和导热陶瓷[１４Ｇ１５]等导热绝缘材料在电机端部绕组与机壳之间构建额外热路是该散热方案的常用形式.此外,采用铝片[１６]㊁铜棒[１７]和热管[５,６,１８]等高热导率传热器件充当额外热路的增强型电机散热方案也逐渐得到了研究和应用.额外热路增强型电机散热方案是解决电机关键发热部件散热难题的有效手段,同时也提供了提高电机散热系统效率的新思路.本文针对电机散热系统向高效化㊁高可靠性方向发展的趋势,介绍了当前电机散热系统的类型及其使用范围,分析了各类电机散热系统的优势及不足,总结了目前国内外在提高电机散热系统效率方面的研究进展,讨论了其在实际应用中所存在的问题.结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望.１㊀电机发热的原因及危害电机作为多物理场㊁强耦合的能量转换系统,其能量转换效率并不是百分之百,在将电能转换为机械能的过程中会损失一部分能量,这些损失的能量绝大部分转换为热能引起电机发热[５Ｇ６].电机内部的损耗主要由绕组线圈的电阻㊁磁性材料的磁阻和电机各部件间的机械摩擦造成,主要包含绕组铜耗㊁定转子铁耗和机械损耗三部分[１９].电机绕组㊁定子和机壳等关键部件的接触面之间存在绝缘漆㊁绝缘纸和空气等热导率极低的材料,增加了电机各部件间的接触热阻,极大地降低了电机关键部件的散热效率.永磁同步电机内部热路如图１所示,电机内部的关键发热部件与机壳之间的传热路径长㊁接触热阻大,电机工作过程中产生的热量不能及时传递至外部,引起电机内部温度升高.电机温升过高将严重威胁电机绝缘寿命㊁运行效率和可靠性.图１㊀永磁同步电机内部热路示意图F i g．１㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f i n t e r n a l t h e r m a l c i r c u i to f p e r m a n e n tm a g n e t s y n c h r o n o u sm o t o r电机内部的绝缘漆和绝缘纸等绝缘材料的寿命与电机温度呈现指数变化规律:D＝A０e－l n２a T(１)式中,D为绝缘材料的寿命;A０为环境温度为０ħ时绝缘材料的寿命;T为电机的实际工作温度;a为电机绝缘等级.从式(１)中可以看出,电机的绝缘寿命会随着电机实际工作温度的上升而急剧下降.同时,电机温度升高将引起电机绕组阻值增加㊁电机内部磁性材料去磁等问题,增加电机损耗,降低电机工作效率,进一步引起电机发热量增加.电机绕组阻值随温度变化的规律如下:R＝R０[１＋α０(T－T０)](２)式中,R为温度T时绕组的电阻;R０为温度T０时绕组的电阻;α０为电阻温度系数;T０为起始温度.由式(２)可以看出,绕组的温度升高将引起绕组阻值变大,进一步增大电机铜耗.同时,定子铁芯㊁永磁体等磁性材料的性能也随着电机温度的上升而下降,增大电机的铁耗,降低电机的工作效率[２０].此外,组成电机的各种金属材料的硬度㊁强度以及其他力学性能也会受到电机温升的影响而逐渐下降[２１],威胁电机运行的安全.当电机工作在大转矩㊁高转速等极限工况时,电机的发热量将急剧增加,如果不能将电机内部的热量快速传递至外部,甚至会造成电机内部磁性材料永久性退磁㊁烧机等现象.采用高效可靠的散热系统将电机运行过程中产生的热量快速传递至外部,避免热量在电机关键部件的积聚,保证电机始终工作在合适的温度,对电机的寿命㊁效率和运行安全性具有重要意义.２㊀电机散热系统发展现状电机散热系统分类及相应电机照片如图２所示,电机散热系统主要包括风冷㊁液冷㊁蒸发冷却和额外热路增强型散热系统四大类,应用最广泛的是低成本㊁适用于小功率电机的风冷散热系统和高效率㊁适用于大功率电机的液冷散热系统.利用液体沸腾气化进行高效散热的蒸发冷却技术主要应用于兆瓦级发电机组的散热系统.近年６３１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月来,利用导热绝缘材料或相变传热元件在电机关键发热部件与冷却壳体之间构建额外热路以强化电机散热的额外热路增强型电机散热方案逐渐得到了研究和应用.从技术角度看,任何一台电机都可以随意选取散热系统形式,关键是根据电机的工作环境㊁发热功率㊁可靠性㊁维护方便性和成本等因素选取合适的散热系统.甚至可以将风冷散热系统和水冷散热系统结合应用,王金松等[２２]将封闭式内通风散热系统和冷却水套结合应用于电机散热系统,电机内部产生的热量在轴端风扇的作用下进入通风管道,并与循环水套内的冷却水进行热交换,实现了良好的散热效果.(a)风冷散热系统(b)液冷散热系统(c)蒸发冷却散热系统(d)额外热路增强型散热系统图２㊀电机散热系统分类F i g ．２㊀C l a s s i f i c a t i o no fm o t o r c o o l i n g s ys t e m ２．１㊀风冷散热系统风冷散热系统通常在机壳表面设计翅片以增加换热面积㊁提高散热效率,具有制造工艺简单㊁成本低廉和可靠性高等优势,在小功率密度电机散热领域得到了广泛应用.风冷散热系统可以根据是否采用额外的增强空气流动的装置分为自然风冷和强迫风冷.自然风冷不需要额外的动力装置,仅仅通过机壳与周围空气的自然对流进行热交换.强迫风冷通常利用风扇系统加强电机与外部空气的热交换,额外的风扇系统提高了电机的散热效率,但也在一定程度上增加了电机系统的电力消耗和噪声.风冷散热系统的分类依据及分类情况如图３所示.图３㊀风冷散热系统分类F i g ．３㊀C l a s s i f i c a t i o no f a i r c o o l i n g s ys t e m s 根据气流的流动路径可以将强迫风冷散热系统分为外部通风和内部通风两大类:外部通风散热系统通过风扇驱动冷却气流在机壳外表面流动,达到冷却电机的目的;内部通风散热系统利用风扇驱动气流从入风口进入,沿电机内部的气流通道对电机各部件进行冷却后再从出风口流出.根据冷却气流在电机内部流动路径可以将其分为轴向式㊁径向式和径轴混合通风三种形式[２３].根据电机内部风路和外部风路是否连通,可以将强迫风冷散热系统分为开启式和封闭式系统.开启式强迫风冷散热系统的内外风路连通,外部空气可以进入电机内部直接进行热交换,具有较高的散热效率;但是空气中的灰尘容易进入电机,因此需要对电机进行定期清理.封闭式强迫风冷散热系统可以有效避免灰尘进入电机,依靠电机内部的同轴风扇驱动气流将热量传递至机壳,然后与外部环境进行热交换[２４].此外,也可以根据风扇的安装位置分为被动式强迫风冷和主动式强迫风７３１１ 电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等冷.被动式强迫风冷是将叶片安装在电机的转子或转轴上,叶片跟随电机转子同步旋转,产生气流以强化电机散热.被动式强迫风冷散热系统的冷却流量与电机转速成正相关关系,在低转速㊁高负载工况下易出现冷却风量不足的问题.主动式强迫风冷是在电机的外部设置独立的风扇系统对电机进行散热,冷却气流的流量和流速与电机工作状况无关,可以始终保持较高的冷却效率.２．１．１㊀自然风冷散热系统自然风冷散热系统结构简单㊁可靠性高,适用于电机发热量较小㊁电机可靠性要求较高㊁电机工作环境通风良好的散热场合.机壳表面的散热筋㊁散热翅片结构可以有效提高自然风冷散热系统的效率.J A N G等[２５]采用有限元仿真法对比分析了机壳表面翅片结构对自然风冷散热系统冷却效率的影响,仿真结果表明在机壳表面添加翅片结构可使电机定子和转子的散热效率分别提高２６．１％和１６．４％.M E L K A等[２６]研究了额定功率为４３０W的永磁无刷直流电机的自然风冷散热系统,采用在机壳表面涂覆高辐射率材料㊁机壳表面设置不同规格的翅片和填充导热材料三种方法来提高散热系统的效率,机壳样品如图４所示,测试结果表明,相对于原始电机,四种散热方案可以分别降低绕组温度约４ħ㊁９ħ㊁１６ħ和１８ħ.当同时采用大尺寸散热翅片和填充导热材料时,绕组稳定温度可以降低约３０ħ.M E L K A等[２７]建立了永磁无刷直流电机的C F D模型用以研究电机关键发热部件的散热情况及气体在电机周围的流动情况,并测试了电机在多个工况下的温升性能,电机内部温度的仿真结果与测试结果之间的误差不超过９ħ,电机外部温度仿真结果的误差为２ħ.C H I U等[２８]采用F L U E N T软件仿真了翅片结构参数对开关磁阻电机温升性能的影响,并设置机壳表面自然对流传热系数为１０W/(m２ K).仿真结果表明,当翅片面积相同时,电机绕组最高温度随着翅片数量的增加而升高;当翅片高度相同时,电机温度随翅片数量的增加而降低,电机温度分布云图见图５.２．１．２㊀强迫风冷散热系统自然风冷散热系统的效率与机壳表面翅片面积㊁翅片高度和机壳表面的辐射率正相关,这些因素对强迫风冷散热系统的效率也同样具有增强作用.利用有限元仿真软件,G A L L O N I等[２９]分析了叶片形状㊁数量和长宽比等参数对电机散热效率的影响,并根据分析结果开发了能够用于电机强迫风冷散热系统耦合热分析的数学模型.㊀㊀(a)原始电机(b)机壳表面涂覆高辐射率石墨(c)机壳表面采用(d)机壳表面采用㊀㊀㊀小尺寸翅片大尺寸翅片(e)端部绕组与机壳之间灌注导热胶[２６]图４㊀自然风冷电机照片F i g．４㊀P h o t o s o f n a t u r a l a i r c o o l i n g m o t o r s[２６](a)１８个翅片(b)２７个翅片㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c)３６个翅片图５㊀采用不同翅片结构的电机温度分布云图[２８]F i g．５㊀T h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o no f t h em o t o r sw i t hd i f fe r e n tf i n s t r u c t u r e s[２８]N A K AH AMA等[３０]提出了适用于开启式风冷散热系统车用电机的定子铁心内部及外部双冷却通路的强化散热方案.K I M等[３１]建立了开启式风８３１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月冷散热感应电机的热网络模型,该模型计算得到的定子㊁绕组温度误差不超过２ħ.G R A B OW S ＧK I 等[３２]对额定功率为７．５k W 的封闭式外通风散热电机的温升性能进行了有限元仿真,仿真结果与测试结果之间的误差不超过１０％.N O D A等[２４]设计了一款采用开启式强迫风冷散热系统的车用电机,如图６所示,由于外部空气直接进入电机内部进行冷却,因此每三年需要拆卸电机进行清理,并且高转速工况下的电机噪声较大.开启式散热系统的散热效率较封闭式散热系统高,但是噪声较大㊁需要定期清理的不足限制了开启式风冷散热系统电机的进一步发展.封闭式风冷散热系统具有相互独立的内部风道与外部风道,可以有效阻止污染物进入电机内部,逐渐取代开启式散热系统得到了应用与发展.图６㊀具有开启式风冷散热系统的车用电机[２４]F i g ．６㊀M o t o rw i t ha no p e na i r c o o l i n g s ys t e m [２４]内部通风散热系统的冷却气流可以与电机内部的发热部件直接接触,其散热效率高于外部通风散热系统.Y O O N 等[３３]对比了内通风散热系统和外通风散热系统对电机绕组温升的影响,实验结果表明内通风散热系统可以有效降低电机绕组稳定温度约１０ħ,在电机满载工况下提高电机效率约０．２５％,在电机１．２５倍过载工况下提高电机效率约０．５％.图７为采用封闭式内部通风散热系统电机的截面图,如图中箭头所示,电机轴端的扇叶驱动气流在电机定㊁转子间隙及转子通风道中流动,并通过机壳表面的散热翅片与外界进行热交换,冷却后的气流进入电机内部进行下一个循环.风冷散热系统也可以满足大功率电机的散热需求,但是往往需要采用多个风扇并复合大体积的翅片式散热器.W E N 等[３４]建立了额定功率为８００k W 的高压异步电机的外部扇区和冷却区C FD 模型,研究了外部风机的流程特性和效率曲线,确定了外部风扇的最佳运行点,在此基础上探讨了冷却器结构对流体流动的影响,并通过优化冷却器结构提高了冷却效率.C H A N G 等[３５]建立了适用于额定功率２３５０k W 的电机强迫风冷散热系统,该散热系统主要包括一个离心风扇㊁两图７㊀采用封闭式内部通风散热系统的电机截面图[３３]F i g．７㊀S e c t i o n a l v i e wo f t h em o t o rw i t h c l o s e d i n t e r n a l v e n t i l a t i o n c o o l i n g s ys t e m [３３]个轴端风扇和一个具有６３７支冷却管的热交换器,通过调整散热系统的结构参数㊁设计具有导向叶片的高效热交换器和优化两个轴端风扇距离等方法来提高该风冷散热系统的效率,成功降低电机温升约６ħ.X U 等[３６]研究了额定功率为２５００k W 的高压电机的强制风冷散热系统,该散热系统同时采用外部通风和内部通风,研究了扇叶偏转角和出口角对风扇系统散热效率的影响,通过优化扇叶倾角提高外部风扇冷却效率约１．１６％,增大出口流量０．０８m ３/s.空气是风冷散热系统最常用的冷却介质,此外,还可以采用氢气和氦气对电机进行冷却.X U等[３７]采用氦气对高温气冷堆的鼓风机驱动电机进行冷却,电机额定功率为４５００k W ,仿真结果表明氦气的初始温度显著影响电机的温升.氦气和氢气的热导率是空气的６~７倍,因此相同的气体温度和流速情况下,氦气㊁氢气冷却的散热效率可以达到空气的１．３~１．５倍.同时,氢气和氦气的密度只有空气的１/１４~１/７,因此采用氢气㊁氦气代替空气可以显著减小冷却系统的通风损耗和风摩损耗.然而,氢气和氦气高昂的价格㊁复杂的储存供应系统限制了氢气㊁氦气冷却系统的大规模应用.此外,氢气冷却系统需要氢气纯度不小于９６％和安全可靠的密封防爆系统,这进一步限制了氢气冷却系统的应用.因此,氢气㊁氦气冷却系统多应用于大功率发电机㊁高温反应堆等特殊场合.自然风冷散热系统的传热系数只有２~２５W /(m ２ K ),而强制风冷散热系统的传热系数可达２０~３００W /(m ２ K ).风扇系统虽然在一定程度上增加了系统的噪声和能耗,但是可以显著提高电机的冷却效率,提高磁性材料的利用率.因此,相对于采用自然风冷散热系统的电机,采用强制风冷散热系统的电机往往具有较小的质量和较高的功率密度[３８].９３１１ 电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等内部通风散热系统的冷却气流与电机发热部件直接接触,其冷却效率显著高于外部通风散热系统.同时,封闭式散热系统可以有效避免污染物进入电机内部,降低电机维护成本.封闭式内通风散热系统兼具散热效率高和维护成本低的优势,逐渐取代开启式散热系统而得到了广泛的应用.值得注意的是,采用自然风冷散热系统和封闭式外通风散热系统的电机内部不存在高速流动的冷却气流,电机内部热交换效率极低,因此在电机内部关键发热部件与机壳之间构建高效热路是提高电机散热效率的关键.近年来,逐渐出现了在电机机壳与端部绕组之间灌封导热材料的方案[１１Ｇ１５,２６].导热材料的热导率是空气热导率的几十倍至几千倍,可以显著改善端部绕组的散热环境,抑制绕组温升,提高电机散热效率和运行稳定性.风冷散热系统具有结构简单㊁成本低廉㊁安装维护方便和可靠性高等优势,然而较低的散热效率决定了风冷散热系统只能应用于功率密度偏低的电机.风冷散热系统的冷却效率主要由翅片结构参数㊁气体通道分布位置㊁气体流量㊁冷却介质和机壳表面热辐射率等因素决定.氢气㊁氦气取代空气作为风冷散热系统的冷却介质,可以有效提高散热效率㊁降低通风损耗,然而氢气易燃易爆㊁氦气价格昂贵的不足限制了其在风冷散热系统中的大规模应用,因此,空气依然是当前风冷散热系统最常用的冷却介质.２．２㊀液冷散热系统液冷散热系统是在电机机壳内部或电机内部设置密封的循环流道,并采用循环装置驱动冷却介质在流道内循环流动进行换热的电机冷却系统.常用冷却介质的物理特性如表１所示,根据冷却介质可以将液冷散热系统分为水冷散热系统和油冷散热系统两类.水冷散热系统主要是在机壳内部设置循环流道,流道结构主要有圆周型㊁螺旋型和轴向型三种,还有少部分的复合型流道结构,其结构如图８所示.圆周型冷却流道的散热能力较强,螺旋型冷却流道的压力损耗较小,而轴向型冷却流道的轴向温度梯度小,适合轴向长度较长的电机[３９].此外,也可以在定子铁芯上设计循环水路[４０],对定子进行高效冷却,在铁芯轭部集成冷却水管的散热结构如图９所示.水介质具有无污染㊁成本低㊁质量热容和热导率较高等优势,因此得到了广泛的应用.为了克服水介质凝固点较高㊁沸点较低的不足,在实际使用中往往采用水乙二醇混合溶液以降低凝固点,提高水冷散热系统的环境适应性.此外,水冷散热系统在长期循环过程中容易产生水垢并腐蚀机壳,因此在实际应用中还需要添加抗腐蚀和抗泡沫等添加剂[４１].表１㊀冷却介质常温常压下的物理特性T a b．１㊀P r o p e r t i e s o f c o o l i n g m e d i u mu n d e r n o r m a lt e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e密度(k g/m３)热导率(W /(m K))质量热容(J/(k g ħ))空气１．２０．０２５９１００５水９９８．２０．６０００４１８３变压器油８６６．００．１２４０１８９２水乙二醇(体积分数３５％)１０４５．２０．４５３０３６４５水乙二醇(体积分数５０％)１０７３．４０．３８００３２８１㊀(a)圆周型循环水道㊀㊀㊀(b)螺旋型循环水道㊀(c)轴向型循环水道㊀㊀㊀(d)复合型循环水道图８㊀水冷电机流道结构F i g．８㊀F l o wc h a n n e l s f o rw a t e r c o o l i n g m o t o r s图９㊀定子铁芯集成循环水路结构图[４０]F i g．９㊀S t a t o r i n t e g r a t e dw i t h c i r c u l a t i n gw a t e r c h a n n e l s[４０]㊀㊀油介质具有良好的绝缘特性,可以在电机内部流动,与电机绕组㊁定子等发热部件直接进行热交换,也可以在机壳内部的流道中循环流动.这两种油冷方式分别是直接油冷和间接油冷.直接油冷又可以分为浸油式和喷油式两种.浸油式油冷是将电机的定转子都浸没在冷却油中,具有良好冷却效果的同时可以降低电机工作噪声[４２],但是油的黏度较大,增加了电机转子旋转时的能量０４１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月损失;喷油式油冷通过将冷却油喷淋到机壳内表面及定子端部实现对电机的高效散热.直接油冷特别是喷油式油冷的冷却介质与电机内部的发热部件直接接触,可显著降低电机绕组㊁定子等高发热部件的散热热阻,具有极高的散热效率,因此多用于高功率密度电机.油冷系统需要严格的过滤系统对油介质进行过滤,以避免油中的杂质对电机内部的绝缘层造成破坏.油冷散热系统的成本昂贵,因此其应用规模不如水冷散热系统广泛.２．２．１㊀水冷散热系统水冷散热系统的流道结构是影响其冷却效率的关键因素,研究人员通过优化流道结构参数提高了水冷散热系统的冷却效率.通过增加流道数量㊁在冷却流道中添加扰流结构和增加冷却水流量等方式可以有效提高冷却效率,但同时也导致压力损失明显增大.因此,在实际应用中需要综合考虑水道换热能力和压力损失以设计合适的水道结构.吴柏禧[４３]根据水道压降㊁换热能力和水道均温性三项指标对圆周形冷却水道的结构进行了综合性优化,最终确定冷却流道的最优层数为３层,最优截面尺寸为宽８mm㊁高１１．２mm.万珍平等[４４]分析了螺旋形流道结构参数对换热能力和压力损失的影响,结果表明增加流道螺旋圈数可以提高散热能力,但会导致压力损失明显增大;增加流道截面尺寸可以减小压力损失,但是对散热能力的影响较小.杨学威等[４５]采用传统铝型材挤压工艺制作了散热能力不低于８k W㊁压力损失不超过１５k P a的轴向型冷却流道.B O R G E S 等[４６]采用C F D仿真和红外摄像技术从２２个水冷电机流道结构方案中筛选了３个最优模型进行加工,显著地缩短开发时间和降低成本,并进一步采用红外摄像技术验证了电机的温度分布. Z H E N G等[４７]通过优化水道数量㊁水流速度和水道分布结构使电机稳定温度降低了１３ħ.郝嘉欣等[４８Ｇ４９]在水冷电机冷却流道内增加了扰流片,并采用有限元分析法研究了扰流片厚度㊁高度和倾斜角度等尺寸参数对散热效果的影响,结果表明扰流片结构可以降低绕组温度约３ħ,扰流片与冷却液流动方向夹角为３０ʎ㊁行间距８mm㊁列间距５mm的叉排方式为最优方案.范作智等[５０]设计了逆向双水道冷却结构,通过在电机流道内部设计折流筋,将传统流道的水路分割成两条方向相反的并行水路,如图１０所示,有效缩短了冷却液流动的距离,解决了电机冷却液循环过程中温度梯度大的问题.图１０㊀逆向双水道冷却结构[５０]F i g．１０㊀R e v e r s e dd o u b l e c o o l i n g c h a n n e l s s t r u c t u r e[５０]２．２．２㊀油冷散热系统间接油冷散热系统与水冷散热系统类似,都是利用冷却介质在冷却流道内的循环流动带走热量.L A S K A R I S等[５１]设计了一款采用间接油冷散热系统的汽车牵引电机,冷却油在机壳内部的流道中循环流动散热,该散热系统可以带走５k W 的热量,当电机短时间工作在过载工况时,可以通过加快冷却油流动速度的方式带走２５k W的热量.L E E等[５２]采用转子间接油冷散热方案提高了电机的功率密度,如图１１所示,冷却油在电机端盖㊁机壳和中空轴形成的流道中循环,直接对电机转子进行冷却.与机壳内部冷却方案相比,该方案可以有效降低电机绕组温度约３８％.(a)冷却油循环路径(b)冷却通道三维模型图１１㊀电机间接油冷散热系统[５２]F i g．１１㊀I n d i r e c t o i l c o o l i n g s y s t e mo fm o t o r[５２]１４１１电机散热系统的研究现状与发展趋势 汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等。
过氧化氢异丙苯用水定额
过氧化氢异丙苯用水定额过氧化氢异丙苯用水分过氧化氢异丙苯 (CHP)，作为一种有机过氧化物，广泛应用于聚合反应的引发剂中。
在使用 CHP 时，加入适量的水分至关重要，因为它影响反应的效率和产物的特性。
水对 CHP 聚合反应的影响水在 CHP 引发的聚合反应中扮演着多种角色：溶解度增强剂：水提高了 CHP 在聚合物溶液中的溶解度，促进其与单体的均匀分布。
引发效率调节剂：水可调节 CHP 的引发效率，影响反应的速率和产物的分子量。
副反应抑制剂：水抑制了 CHP 与单体发生的副反应，如过氧化物的分解和终止反应。
水含量的优化理想的水含量取决于特定的聚合体系和所需的产物特性。
一般而言，水含量范围在 0.1% 至 5% 之间。
低水含量 (0.1% - 1%)：适用于高分子量聚合物的制备，具有较窄的分子量分布。
中水含量 (1% - 2%)：用于中等分子量聚合物的生产，平衡引发效率和产物特性。
高水含量 (>2%)：采用高水含量时，引发效率降低，产物分子量下降，分子量分布变宽。
影响水含量因素优化水含量时，需要考虑以下因素：单体的类型：不同的单体对水的敏感性不同，影响着所需的水含量。
反应温度：较高的反应温度通常需要较高的水含量，以抑制副反应。
催化剂类型和浓度：某些催化剂的存在会影响水对引发效率的影响。
确定最佳水含量确定最佳水含量是通过实验确定的。
通过改变水含量并监测反应速率、产物分子量和分子量分布，可以优化水含量以获得所需的产物特性。
其他注意事项除了水含量外，其他因素也会影响 CHP 引发的聚合反应，例如：引发剂浓度：引发剂浓度控制着反应速率和产物的分子量。
温度：温度影响引发效率、反应速率和产物的特性。
搅拌：充分搅拌确保引发剂与单体的均匀混合。
通过优化水含量和控制其他反应条件，可以有效利用 CHP 作为引发剂，生产具有所需特性的聚合物。
飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究
第３４卷第１９期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．１９２０２３年１０月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２３２０Ｇ２３２６飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究高㊀昆１,２㊀任延岫１㊀朱㊀悦２㊀齐乐华３㊀罗㊀俊３１．湖南省飞机维修工程技术研究中心飞机涂层与结构修复研究室,长沙,４１０１２４２．空军航空维修技术学院航空机电设备维修学院,长沙,４１０１２４３．西北工业大学机电学院,西安,７１００７２摘要:针对战伤飞机钛合金蒙皮破孔损伤难以被高效切割的问题,提出了气动铣切结合复合油雾喷射(C M J )润滑的原位切割修理新工艺,采用开发的飞机蒙皮便携气动切削试验平台开展了薄壁钛合金蒙皮气动铣切试验.试验结果表明,铣切厚度为１．５mm 的钛合金蒙皮时,采用逆铣方式㊁ϕ１０mm 铣刀㊁铣削宽度a e 为１~３mm 时,可使气动马达工作在最佳功率段内;采用C M J 润滑,每次切削后,保持原有铣削宽度再切削１~２次,可提高刀具寿命和切口形状精度.采用该便携气动铣切与润滑装置及优化工艺参数在某机体上成功实现了破孔损伤部位的修复用圆孔切割,为飞机钛合金损伤修理提供了简单㊁实用的技术方法.关键词:飞机战伤;结构抢修;气动铣切;复合雾滴喷射;钛合金T C ４中图分类号:V ２６７D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２３．１９．００６开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):E x p e r i m e n t a l S t u d y o fP o r t a b l eP n e u m a t i cM i l l i n g f o rB a t t l eD a m a g e s o f A i r c r a f t T i t a n i u m A l l o y Sk i n s G A O K u n １,２㊀R E N Y a n x i u １㊀Z HU Y u e ２㊀Q IL e h u a ３㊀L U OJ u n３１．A i r c r a f tC o a t i n g a n dS t r u c t u r a lR e p a i rL a b o r a t o r y ,H u n a nA i r c r a f tM a i n t e n a n c eE n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c hC e n t e r ,C h a n g s h a ,４１０１２４２．A v i a t i o nE l e c t r o m e c h a n i c a lM a i n t e n a n c eC o l l e g e ,A i rF o r c eA v i a t i o n M a i n t e n a n c eT e c h n o l o g yC o l l e g e ,C h a n g s h a ,４１０１２４３．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i ᶄa n ,７１００７２A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s t h a tw a r Ｇd a m a g e da i r c r a f t t i t a n i u m a l l o y s k i nd a m a ge sw e r e d if f i c u l t t ob e e f f i c i e n t l y c u t ,a n o v e l i n Ｇs i t u c u t t i ng a n d r e p a i r p r o c e s s o f p n e u m a t i cm i l l i n g co m b i n e d w i t hC M J l u b r i c a t i o nw a s p r o p o s e d ．T h r o u g ht h ed e v e l o p e da i r c r a f t s k i n p o r t a b l e p n e u m a t i cc u t t i n g t e s t p l a t f o r m ,t h e t h i n Ｇw a l l e d t i t a n i u ma l l o y p n e u m a t i cm i l l i n gt e s t sw e r e c a r r i e d o u t ．T h e t e s t r e s u l t s s h o wt h a tw h e n t h e t i t a n i u ma l l o y s k i nw i t ha t h i c k n e s so f １．５mmi sm i l l i n g,t h e p n e u m a t i cm o t o r m a y w o r k i n t h e b e s t p o w e r r a n g e b y u s i n g t h e u p m i l l i n g m e t h o d ,t h e ϕ１０mmd i a m e t e rm i l l i n g c u t Ｇt e r ,a n d t h em i l l i n g w i d t h a e o f １３mm．W i t hC M J l u b r i c a t i o n ,r e Ｇc u t t i n g １２t i m e s a f t e r e a c h c u t Ｇt i n g w i t h t h e s a m em i l l i n g w i d t hm a y i m p r o v e t h e t o o l l i f e a n d c u t t i n g Ｇe d g e s h a p e a c c u r a c y ．A p r e f e c t h o l e i nad a m a g e ds p e c i f i ca i r c r a f ts k i n w a ss u c c e s s f u l l yp r e p a r e db y u s i n g th e p o r t a b l e p n e u m a t i c m i l l i n g a n d c u t t i n g d e v i c e a n d p r o c e s s i n gp a r a m e t e r s d e v e l o pe dh e r e i n ,w h i c h p r o v i d e s a p r a c t i c a l n o Ｇv e l t e c h n o l o g yf o r r e p a i r i ng t i t a n i u ma l l o y d a m a ge s i na i r c r af t s ．K e y wo r d s :a i r c r a f t b a t t l e d a m a g e ;s t r u c t u r a lr e p a i r ;p n e u m a t i c m i l l i n g ;c o m b i n e d Ｇm i s t Ｇj e t (C M J );t i t a n i u ma l l o y TC ４收稿日期:２０２３０３０９基金项目:湖南省教育厅科学研究项目(２１B ０９２８)０㊀引言军用飞机在作战中会遭受多种攻击,对评估为可修复损伤的飞机实施快速(２４~４８h 内)㊁有效(恢复或部分恢复飞行和作战能力)的战伤抢修,是损伤飞机 重生 的最佳方式[１],对保持空中持续作战力具有极为重要的军事意义.虽然很多战伤部附件可采用换件维修,但机体蒙皮的各种撕裂状带尖角孔洞的结构损伤[２]必须在损伤原位处得到快速抢修.采用各种切割工具将破孔损伤切割成规整形状,再利用胶接㊁铆接等手段恢复或部分恢复其结构强度[１Ｇ２],是飞机结构战伤抢修的常用方法.难加工材料钛合金[３Ｇ４]在现代军机蒙皮上得到大量应用,但现有铝合金蒙皮切割技术无法适用于钛合金蒙皮[２],而激光[５]㊁聚能爆破[６]等高能技术又无法保证飞机整体及相关构件的安全.目前,钛合金蒙皮损伤难以在原位得到快速０２３２ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.切割已成为飞机钛合金蒙皮战伤抢修的技术瓶颈[５Ｇ６],注意到俄乌冲突中,军机高强度的低空突防更易遭受各种贯穿伤,可以说钛合金蒙皮战伤抢修技术的应用价值极大,将直接影响战机出勤率.气动切削具有便携㊁防爆㊁动力源易获得㊁等体积输出扭矩大等优势,是解决飞机钛合金蒙皮损伤切割较为理想且可行的技术方法.但钛合金属于典型难加工材料,实现该技术必须解决以下关键问题:①弱刚度切削 在切割装置结构㊁操作方式等方面需克服便携气动切削工艺系统刚度不足的问题[６],以实现钛合金蒙皮的有效切削;②气动马达合理工作段的切削参数 与电动机不同,气动马达的瞬时功率和扭矩易受外部负载影响[７],使气动切削各参数之间交织作用,始终处于变化中,应选取合适的切削参数和工艺措施,充分发挥气动马达的切削能力,提高切割质量;③机体切割润滑 安全㊁有效的机体原位切割润滑[８]可以减少刀具磨损[９Ｇ１０],提高抢修效率.尽管机床条件下的钛合金切削研究[１１Ｇ１４]已较多,但目前尚未有直接针对钛合金蒙皮破孔的便携切割装置见于报道,也未见针对飞机原位工况下的钛合金蒙皮气动铣削工艺研究.鉴于此,笔者设计㊁开发了钛合金蒙皮损伤原位处的便携气动铣切装置,并集成自研的复合油雾喷射润滑[８,１５](c o mＧb i n e dm i s tＧj e t,C M J)系统和关键切削参数测量系统等,研发了一套飞机蒙皮便携气动切削试验平台.通过钛合金蒙皮气动铣削试验获得优化工艺,实现了机体蒙皮原位切割.１㊀飞机蒙皮便携气动切削试验平台设计与研发㊀㊀圆形切孔是处理蒙皮破孔的最常用切割形状,本研究针对圆形切孔,研发了飞机蒙皮便携气动切削试验平台,如图１所示.(a)结构示意图(b)试验现场图照片图１㊀飞机蒙皮便携气动切削试验平台F i g．１㊀P o r t a b l e p n e u m a t i c c u t t i n g t e s t p l a t f o r m f o r c u t t i n g a i r c r a f t s k i n s１．１㊀便携气动铣切装置开发的面向圆形切孔的便携铣切装置如图１a左下方所示,主要由气动马达㊁夹紧机构㊁横切机构㊁旋转机构和强力吸盘等组成.所用气动马达为英格索兰正向铣削马达(I n g e r s o l lR a n d,８２３２),其前端夹头用于夹持小直径圆柱螺旋铣刀实现铣削主运动n.夹持机构用于保持气动马达稳固.横向进给机构可在丝杠的驱动下将马达轴线O１Oᶄ１平移到O２Oᶄ２的偏心处,偏心距δ可由其上的刻度尺读出,所切圆孔的半径R即为偏心距δ和铣刀半径r之和.旋转夹紧机构上的手柄就能实现圆弧进给运动f.吸盘为强力无源吸盘,可使整个工具在蒙皮表面快速安装定位.为提高装置刚度,进而提高整个切削系统的刚度,在各活动连接部位都设置了消除间隙的锁紧设计.１．２㊀复合油雾喷射润滑装置如图１a右侧所示,C M J润滑系统[１４]用于产生微量润滑所需的C M J雾滴.其中,C M J集成箱内部有油㊁水和气三个发生回路,C M J混合装置使油㊁水等润滑介质与压缩空气进行混合并由喷嘴喷出,形成包含微小水滴㊁油滴以及薄油膜包裹的水滴[７](o i l o nw a t e r,O o W)的雾状混合体.复合油雾喷射用油量极少(约１~２m L/m i n),对机体内部影响微小,可与切屑同时清理.１．３㊀切削参数测量系统切削参数测量系统由切削力㊁切削温度㊁铣削振动和转速测量等装置组成.(１)切削力测量.由于试验平台结构紧凑,无法使用标准切削力测力仪,为此设计了专用的切削力测量夹具,如图１a左上方所示,通过固定在旋转机构上的夹具体及测试手柄之间的扭矩传感器获得操作扭矩M,再按图２所示折算关系(F f＝M/R)获取进给方向切削力F f.传感器为非旋转式静态扭矩传感器(北京三晶,J N３３８F),精度１２３２飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究 高㊀昆㊀任延岫㊀朱㊀悦等Copyright©博看网. All Rights Reserved.为０．１％(F．S),扭矩输出为－５~５V电压信号,动态应变波响应时间为３．２μs .图２㊀切削力F f与操作扭矩M的折算关系F i g．２㊀C o n v e r s i o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e n c u t t i n g f o r c e F fa n do p e r a t i n g t o r q u e M(２)切削热测量.采用预埋人工热电偶法将０．８mm热电偶胶粘在薄壁钛合金板底部尺寸为１mmˑ１mm线切割凹槽内(图１a右上).铣削的同时切割热电偶使其瞬间产生的毫伏级热电势信号,经过温度变送器放大为标准电压信号,由采集仪记录和保存,形成节点切削温度.采集仪为日置高速便携式记录仪(H I O K I,８８６０Ｇ５０),采样频率为１００H z.(３)刀具振动测量.真实飞机机体的钛合金蒙皮结构刚度较高,而刀具为刚度薄弱环节,试验选取靠近切削部位的铣刀表面作为激光测振采样点(图１a右下).非接触式激光数字测振仪(P O L Y T E C,P D V１００)的频率范围为０~２２k H z,精度为ʃ０．２％,量程为３mm,允许最大速度为２０m/s,其振动参数由测振仪自带软件记录.(４)转速测量.转速测量采用手持非接触转速计(特安斯,T A S IＧ８７４０)测量,采用跟随测量方式.为降低人为操作不稳定因素的影响,切削力㊁热㊁振动和速度的读取点都集中在一起,如图２所示.转速值为测量区域的多点平均值.２㊀气动铣切试验２．１㊀试验材料与刀具试验材料均为钛合金T i６A l４V(T C４),其室温力学性能如表１所示,厚度为１．５mm.试验板材裁剪为１２０mmˑ２４０mm的试样,试验前粘入热电偶丝,最后通过４个ϕ４mm铆钉将试验件固定在试验台上.验证试验材料为某型飞机机体段;铣刀选用４齿标准圆柱螺旋铣刀,螺旋升角为４０ʎ,材料为W６M o５C r４V２A l高速钢,淬火硬度H R C６５~６７,直径为６,８,１０mm;为防止润滑介质氧化㊁降解后令机体结构发生腐蚀,润滑系统中润滑介质为２０号抗磨机油和纯净水.表１㊀T i６A l４V(T C４)钛合金力学性能[４] T a b．１㊀M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fT i６A l４V(T C４)[４]屈服强度σs(M P a)拉伸强度σb(M P a)延展性δ(％)收缩率Ψ(％)硬度H B S８７５９６５１４４５３２０~３６０２．２㊀试验步骤与方法先进行气动铣削方式对比试验,对比铣削操纵㊁铣刀振动情况,选择适合于便携气动的铣削方式.再进行切削参数优选试验,选择适合于气动马达工作段的切削参数组,对比C M J润滑和干切削条件下的刀具工作寿命情况,分析铣削形状精度,提出改进工艺措施.最后使用本研究开发的装置和参数,开展飞机蒙皮损伤原位处的切割验证试验.试验用切削润滑参数如表２所示.表２㊀切削和润滑参数T a b．２㊀C u t t i n g a n d l u b r i c a t i o n p a r a m e t e r s 切削和润滑工艺参数气动马达由气源提供压缩空气,压力为０．６５M P a,流量不小于１０００L/m i nC M J润滑[７]喷射气压０．４M P a,用油量为１~２m L/m i n,用水量为２~４m L/m i n,刀齿切入端喷射,距离均为２０mm进给量f采用秒表记录时间,反复练习后,将进给量f控制在４０~５０mm/m i n范围３㊀试验结果与分析３．１㊀铣削方式优选采用ϕ８m m铣刀,设定铣削宽度a e为１m m,分别进行顺铣和逆铣切削试验,选取更适合于便携气动的手工操作方式,以保证弱刚度条件下的切削工艺系统能实施钛合金切削.３．１．１㊀顺逆和逆铣对比试验图３所示为逆铣和顺铣过程的对比.对比图３a㊁图３d的振动频谱可知:铣刀逆铣的振幅介于１３４~１４８μm,呈现近似对称形态,而顺铣则呈现非对称形态,负方向的振幅明显较大,说明铣刀出现了明显的弹性退让.对比两者的振动频率可知:铣刀逆铣振动频率高于顺铣振动频率(在１００m s单位时间内,逆铣为６次完整振动,顺铣仅有４次),说明在同等供气和切削条件下,逆铣转速高出顺铣转速约５０％;对比图３b㊁图３e可知:逆铣切削过程较为平稳,铣削分力F f均值为１２１N(受手动进给快慢影响,范围约８０~１４０N),而顺铣切削力的大小㊁方向均不稳定.对比图３c㊁图３f铣刀主切削刃形貌可知:逆铣铣刀的磨损为正常磨损,而在顺铣时出现了非正常损坏.３．１．２㊀便携气动铣切方式选取顺铣呈现刀具振幅不对称㊁转速低㊁刃口损２２３２中国机械工程第３４卷第１９期２０２３年１０月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.(a )振幅(逆铣)(b )铣削分力(逆铣)(c)铣刀主切削刃形貌(逆铣)(d)振幅(顺铣)(e )铣削分力(顺铣)(f)铣刀主切削刃形貌(顺铣)图３㊀刀具振动㊁切削力和切削刃形貌对比F i g ．３㊀C o m p a r i s o no f t o o l v i b r a t i o n ,c u t t i n g e d g em o r p h o l o g y a n d c u t t i n g fo r c e 坏㊁切削过程不稳定现象的原因可以解释为:顺铣时,刀齿切入瞬间的切削厚度最大,导致切削力瞬间增至最大而形成切削冲击,使铣刀发生较大弹性退让.同时,由于气动马达转速可在３３~３８m s 内迅速升至最高转速[７],本试验由图３d 可知,顺铣每个刀齿的时间间隔约２５m s,表明顺铣切削中,刀齿都会升至较高转速,受到连续㊁反复的冲击,故刃口易出现非正常损坏.另外,连续的冲击㊁降速也会造成切削转速难以提高.从操作方面看,切削力不稳定及其方向突变也会使手工进给难以稳定,进一步加剧刀齿的损坏.而逆铣与之相反,切削层厚度由小变大,切削力上升平稳,刀齿受冲击小,而且切削力方向始终与操作力相对,可使手工操作较为稳定.试验结果表明,便携气动铣切应选用逆铣方式,避免使用顺铣方式.３．２㊀切削参数优选过高或过低的转速都不适合气动切削,若将马达转速范围等分为四段,如图４a 所示:马达在中间的Ⅱ段和Ⅲ段具有功率高㊁扭矩适中的优点,适合于切削.在气动参数和进给参数已确定的条件下,铣削宽度和铣刀直径是影响切削负载㊁切削扭矩的主要因素,因此,需选择合适的铣削宽度和铣刀直径,将铣刀切削转速保持在Ⅱ段和Ⅲ段工作段内(粗加工使用Ⅱ段,精加工使用Ⅲ段),避免进入Ⅰ㊁Ⅳ区域(红色).３．２．１㊀铣削宽度和铣刀直径对比切削试验图４b ㊁图４c 所示为铣削宽度和刀具直径对切削转速和切削温度的影响.由图４b 可知,采用同样直径铣刀,其马达实际转速n 随着a e 的增大而下降,而在a e 不变情况下,切削时三种规格铣刀的实际转速n 并不相同,n 随铣刀直径d 的增大呈现降低趋势.图４c 所示为刀刃经过测量点时的瞬时切削温度值,可知,切削温度θ随铣削宽度a e 和铣刀直径d 的增大而降低.３．２．２㊀主要切削参数选取从马达转速能否满足合理工作段看:ϕ１０m m 铣刀的铣削宽度范围最大(a e ＝１~３mm ),而ϕ６mm 铣刀的铣削宽度范围最小(a e 只能取(a )气动马达合理工作段(b )a e ㊁d 对切削转速的影响(c )a e ㊁d 对切削温度的影响图４㊀铣削宽度和刀具直径对马达转速影响F i g ．４㊀T h e i n f l u e n c e o fm i l l i n g w i d t ha n d t o o l d i a m e t e r o nm o t o r s pe e d３２３２ 飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究高㊀昆㊀任延岫㊀朱㊀悦等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.３mm).在设定同样的铣削宽度时,大直径铣刀的转速低于小直径铣刀的转速,其主因可能是大直径铣刀刚度高㊁弹性让刀量小,实际铣削宽度较大,造成转速降低.从降低切削区温度角度看,相同铣削宽度条件下,大直径铣刀的实际切削转速低,切削区温度低,有利于保持切削刃的锋利程度.但铣刀直径也不宜过大,应与破孔大小㊁切割范围㊁马达规格等实际条件相匹配.在本试验条件下,采用ϕ１０mm铣刀,a e取１~３mm范围(粗铣取大值,精铣取小值),可使马达处于最佳工作段,便于发挥气动马达的切削能力.３．３㊀C M J润滑对刀具寿命的影响提高刀具寿命㊁减少换刀时间,可缩短装置使用的调整时间,有利于提高抢修效率.３．３．１㊀刀具寿命对比试验结果图５a是采用ϕ１０mm铣刀,设定a e为２mm 时,分别在C M J喷射润滑和干切削条件下,铣削长度与铣刀后刀面磨损量变化曲线,由图可知,干切削的切削长度为３２０mm时,后刀面平均磨损带宽度V B即达到０．３mm,而C M J润滑的切削长度可达到１０５０mm,从而提高刀具寿命至原寿命的２２８％.图５b㊁图５c对比了铣刀主切削刃和后刀面形貌,可知:干切削铣刀的主切削刃局部出现非正常磨损的崩齿现象,并附着有较为严重的积屑瘤,其后刀面上磨损严重,并在刃口一定距离的部位出现刀具材料剥落的现象.而采用C M J润滑的铣刀主切削刃为正常磨损,磨损量明显较少,其后刀面有少量切屑粘黏.图５d对比了两种切削时的瞬时切削温度,干切削平均温度约４６５ħ,而C M J润滑约为２５８ħ,温度降低幅度达４４％.３．３．２㊀C M J润滑分析干切削刀具寿命短的原因是缺乏有效润滑和冷却,在高温和剧烈摩擦作用下导致主切削刃强度下降㊁积屑瘤出现[３]甚至崩刃.另外,后刀面剥落原因可能是铣削振动致使后刀面与加工表面间产生严重摩擦和冲击.而采用C M J润滑时,C M J 雾滴中的O o W液滴体积较大,穿透能力强[８,１０],同时,高速喷射的水滴还能抑制质量较小的微小油滴飞逸,能使更多的润滑介质进入切削区,达到减轻后刀面摩擦的目的.另外,使用了适量的水,还能增大切削液质量和热容量,提高散热效率,增加散热途径[８,１０],明显降低切削区温度,抑制冷作硬化程度,从而改善了铣刀磨损状况.３．４㊀切孔形状质量分析先切孔㊁后制补片,并尽可能减少机体切割量是结构维修原则,因此,衡量切孔质量的主要指标(a)磨损带宽度变化曲线(b)干切削铣刀形貌(图５aA处)(c)C M J润滑铣刀形貌(图５aB处)(d)干切削和C M J润滑下的切削温度图５㊀铣刀寿命与形貌对比F i g．５㊀C o m p a r i s o no f c u t t e r l i f e a n dm o r p h o l o g y是形状精度,切孔形状越规整㊁锉修量越少㊁补片越易制作,则抢修效率越高.３．４．１㊀切口形状图６a所示为铣切孔口宏观形貌,可发现孔口形状接近圆形,但在铣刀切削的起始点和终结点重合区域,受小直径圆柱铣刀弹性变形的影响,存在较为明显的凹陷,如图６b所示,最大凹陷值Δ为１．８mm(Δ＝D２－D１).图６c所示为保持原有铣削宽度再进行２次重复铣削后所得圆孔形状,其凹陷值Δ仅为０．６mm,但孔口存在微小崩碎缺口.３．４．２㊀提高便携气动铣切装置铣削质量的措施孔口凹陷的形状缺陷必然加大锉修量,凹陷４２３２中国机械工程第３４卷第１９期２０２３年１０月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.㊀㊀(a )宏观表面㊀㊀(b )刀具起终点(c )２次补充切削后㊀㊀㊀㊀㊀形状㊀㊀㊀㊀㊀位置形状㊀㊀㊀㊀㊀形状图６㊀切口形状F i g ．６㊀I n c i s i o n s h a pe 产生的原因是在径向铣削力F c 作用下(如图２所示)铣刀弹性退让造成的.可以推断,铣刀直径越小㊁铣削宽度越大,则凹陷值越大.因此,为提高尺寸和形状精度,应尽可能使用大直径铣刀㊁控制铣削宽度,并在初次圆周铣削完成后,保持原有铣削宽度重复１~２次补充走刀,以消除弹性变形.孔边崩碎缺口可能是钛板振动所导致,减少铣刀螺旋升角,并辅以锉修可改善和消除崩边缺口现象.４㊀原位切割验证为验证笔者开发的便携气动切割装置的有效性和试验工艺参数的科学性,选取某型后机身段钛合金蒙皮进行了验证试验:图７a 所示的破孔尺寸为３２mmˑ２５mm (L ˑB ),切割前采用强力剪刀将飞边尽可能剪短;如图７b 所示,装置安装时先将铣刀伸入破孔处,再通过吸盘将切割装置吸附在蒙皮表面,安装时应令尽可能多的吸盘处于平整方向以提高切削系统刚度和稳定性;图７c 所示为MQ L 润滑中的破孔铣削加工过程,可看出C M J 润滑的润湿范围很小;图７d 所示为最终的破孔切割结果,切孔形状规整,没有明显缺陷,㊀㊀㊀㊀㊀(a )飞边剪切㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)装置安装㊀㊀㊀㊀㊀(c )切割过程㊀㊀㊀㊀㊀㊀(d)切割结果图７㊀原位切割验证F i g ．７㊀I n Ｇs i t u c u t t i n g ve r if i c a t i o n 采用游标卡尺在间隔１２０ʎ方向进行直径测量所获得切口圆度误差不超过０．２４mm ,获得良好的切割效果.５㊀结论(１)设计了飞机钛合金蒙皮损伤的便携气动铣切装置,研发了钛合金薄壁板气动切削试验平台,实现了飞机钛合金蒙皮气动切削及关键参数的测量与记录.(２)便携气动铣切时应采用逆铣方式提高切削平稳性,防止刀齿非正常损坏.气动切削参数变化直接影响气动马达的实际切削转速,在本试验条件下,采用ϕ１０mm 直径铣刀,铣削宽度控制在１~３mm ,可使马达处于功率高㊁扭矩适中㊁适合切削的Ⅱ和Ⅲ工作段.(３)弱刚度条件下,小尺寸刀具的弹性变形会使孔口产生凹陷缺陷,刀具干切削时寿命较短.试验表明,铣切后保持原有铣削宽度再补充切削１~２次可提高形状精度,采用C M J 喷射润滑可提高刀具寿命至原寿命的２２８％.(４)某机体原位切割验证试验表明,研制的便携气动铣切装置可在飞机钛合金蒙皮表面损伤处进行较为便捷㊁高质量的切割,可为飞机钛合金蒙皮战伤切割抢修提供一种简单㊁实用的技术方法,在飞机钛合金结构战伤抢修领域具有很好的应用前景.参考文献:[１]㊀C R UM K ,D I E R K E RR ,G R O D YJ ,e t a l ．A i r c r a f tB a t t l e D a m a g e A s s e s s m e n ta n d R e pa i r (A B D A R )F i n a l P r o g r a m R e p o r tV o l u m e２:P r o g r a m M e t h o d Ｇo l o g y [R ]．M e s a ,A Z :U n i t e d S t a t e s A i r F o r c e R e s e a r c hL ab o r a t o r y,２０００:１Ｇ６９．[２]㊀祖光然,裴扬,侯鹏．飞机战伤抢修评估与设计方法综述[J ]．航空学报,２０２０,４１(６):８７Ｇ１０８．Z U G u a n g r a n ,P E IY a n g ,HO U P e n g ．R e v i e w o f A i r c r a f tB a t t l eD a m a g eA s s e s s m e n t a n dR e pa i rE s Ｇt i m a t i o n a n dD e s i g nT e c h n o l o g y [J ]．A c t aA e r o n a u Ｇt i c a e tA s t r o n a u t i c aS i n i c a ,２０２０,４１(６):８７Ｇ１０８．[３]㊀E Z U GWU E O ,B O N N E Y J ,Y AMA N E Y．A nO v e r v i e wo f t h eM a c h i n a b i l i t y o fA e r o e n g i n eA l l o ys [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,２００３,１３４(２):２３３Ｇ２５３．[４]㊀杜敏,姜增辉,冯吉路．钛合金切削加工特点及刀具材料选用[J ]．航空制造技术,２０１１,５４(１４):５５Ｇ５７．D U M i n ,J I A N GZ e n gh u i ,F E N GJ i l u ．C h a r a c t e r i s Ｇt i c so fM a c h i n i n g T i t a n i u m A l l o ys a n d t h eC h o i c e o f５２３２ 飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究高㊀昆㊀任延岫㊀朱㊀悦等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.T o o l M a t e r i a l[J]．A e r o n a u t i c a l M a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g y,２０１１,５４(１４):５５Ｇ５７．[５]㊀胡芳友,胡宝良．激光技术在飞机结构损伤修理中的应用[J]．航空制造技术,２０１２,５５(２０):５３Ｇ５５．HU F a n g y o u,HU B a o l i a n g．A p p l i c a t i o no fL a s e rT e c h n o l o g y i nS t r u c t u r eD a m a g eR e p a i ro fA i r c r a f t[J]．A e r o n a u t i c a l M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２０１２,５５(２０):５３Ｇ５５．[６]㊀董世康,胡芳友,崔爱永,等．飞机金属薄壁结构聚能切割技术研究[J]．机械科学与技术,２０１７,３６(增刊１):２８Ｇ３２．D O N GS h i k a n g,HU F a n g y o u,C U IA i y o n g,e t a l．S t u d y o n S h a p e d C h a r g e C u t t i n g T e c h n o l o g y f o rM e t a l l i c T h i nＧw a l l e d S t r u c t u r e s o f A i r c r a f t s[J]．M e c h a n i c a lS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y f o r A e r o s p a c eE n g i n e e r i n g,２０１７,３６(S１):２８Ｇ３２．[７]㊀赵新泽,徐开卓,曾虎彪．叶片式气动马达转速响应特性分析[J]．起重运输机械,２００９(３):５３Ｇ５６．Z HA O X i n z e,X U K a i z h u o,Z E N G H u b i a o．A n a l yＧs i s o f R o t a r y S p e e d R e s p o n s e C h a r a c t e r i s t i c s o fP n e u m a t i cV a n eM o t o r[J]．H o i s t i n g a n dC o n v e y i n gM a c h i n e r y,２００９(３):５３Ｇ５６．[８]㊀高昆,齐乐华,郁大照,等．基于复合油雾喷射润滑的飞机钛合金蒙皮原位钻削技术研究[J]．机械工程学报,２０１５,５１(１５):１９８Ｇ２０４．G A O K u n,Q IL e h u a,Y U D a z h a o,e t a l．S t u d y o nt h e i nS i t u D r i l l i n g T e c h n o l o g y U s e di n T i t a n i u mA l l o y T h i nＧw a l l e d S t r u c t u r e o f P l a n eB a s e d o nC o m b i n e d O i l M i s tＧj e t[J]．J o u r n a lo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１５,５１(１５):１９８Ｇ２０４．[９]㊀S A D E G H IM H,HA D D A D MJ,T AWA K O L IT,e t a l．E m a m i．M i n i m a lQ u a n t i t y L u b r i c a t i o nＧMQ Li nG r i n d i n g o fT iＧ６A lＧ４V T i t a n i u m A l l o y[J]．I n t e rＧn a t i o n a l J o u r n a lo fA d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g T e c hＧn o l o g y,２００９,４４(５/６):４８７Ｇ５００．[１０]㊀杨简彰,王成勇,袁尧辉,等．微量润滑复合增效技术及其应用研究进展[J]．中国机械工程,２０２２,３３(５):５０６Ｇ５２８．Y A N G J i a n z h a n g,WA N G C h e n g y o n g,Y U A NY a o h u i,e t a l．S t a t eＧo fＧt h eＧa r t o nMO LS y n e r g i s t i cT e c h n o l o g i e sa n d T h e i r A p p l i c a t i o n s[J]．C h i n aM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０２２,３３(５):５０６Ｇ５２８．[１１]㊀陈建岭,孙杰,李剑峰．钛合金铣削加工参数多目标优化研究[J]．中国机械工程,２０１４,２５(２):１６９Ｇ１７３．C H E NJ i a n l i n g,S U NJ i e,L IJ i a n f e n g．M u l t iＧo bＧj e c t i v eO p t i m i z a t i o no fC u t t i n g P a r a m e t e r sd u r i n gM i l l i n g o fT i t a n i u m A l l o y s[J]．C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１４,２５(２):１６９Ｇ１７３．[１２]㊀吴红兵,刘刚,毕运波,等．刀具几何参数对钛合金T i６A l４V切削加工的影响[J]．中国机械工程,２００８,１９(２０):２４１９Ｇ２４２２．WU H o n g b i n g,L I U G a n g,B IY u n b o,e ta l．I nＧf l u e n c eo fT o o lG e o m e t r i c a lP a r a m e t e r so n H ig hS p e e d C u t t i n g o f T i t a n i u m A l l o y T i６A l４V[J]．C h i n a M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２００８,１９(２０):２４１９Ｇ２４２２．[１３]㊀肖虎,李亮．T C４钛合金在低温C O２冷却下的切削性能[J]．中国机械工程,２０１７,２８(８):８８３Ｇ８８７．X I A O H u,L IL i a n g．H i g hS p e e dC u t t i n g o fT C４T i t a n i u m A l l o y u n d e rC r y o g e n i cC O２C o o l i n g C o nＧd i t i o n s[J]．C h i n a Me c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１７,２８(８):８８３Ｇ８８７．[１４]㊀曹自洋,何宁,李亮,等．高速切削钛合金T i６A l４V 切屑的形成及其数值模拟[J]．中国机械工程,２００８,１９(２０):２４５０Ｇ２４５４．C A OZ i y a n g,H EN i n g,L I L i a n g,e t a l．C h i p F o rＧm a t i o n a n d I t s N u m e r i c a l S i m u l a t i o n i n H i g hS p e e dC u t t i n g o fT i６A l４V A l l o y[J]．C h i n a M eＧc h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２００８,１９(２０):２４５０Ｇ２４５４．[１５]㊀高昆,齐乐华,罗俊,等．用于飞机战伤抢修切割的微量润滑装置开发及切削润滑试验[J]．机械科学与技术,２０１６,３５(５):８０５Ｇ８０８．G A O K u n,Q IL e h u a,L U OJ u n,e t a l．T h eM i n iＧm u m Q u a n t i t y L u b r i c a t i o n D e v i c e D e v e l o p m e n ta n dC u t t i n g L ub r ic a t i o nT e s t f o r t h eD a m a g eR eＧp a i r o fA i r c r a f t[J]．M e c h a n i c a lS c i e n c ea n dT e c hＧn o l o g y f o rA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g,２０１６,３５(５):８０５Ｇ８０８．(编辑㊀卢湘帆)作者简介:高㊀昆,男,１９６９年生,副教授.研究方向为航空修理工程㊁飞机结构修理㊁机械制造及其自动化.发表论文１０余篇.罗㊀俊(通信作者),男,１９８１年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为机械制造及其自动化㊁微滴喷射３D打印㊁石墨烯气凝胶打印.获省级自然科学一等奖１项.发表论文３０余篇.EＧm a i l: l u o j u n＠n w p u．e d u．c n.６２３２中国机械工程第３４卷第１９期２０２３年１０月上半月Copyright©博看网. 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婴幼儿乳粉中新兴持久性有机污染物的来源、检测技术及污染水平研究进展
基金项目:湖南省市场监督管理局科技计划(编号:２０２２K J J H ４１)作者简介:上官佳,女,湖南省产商品质量检验研究院高级工程师,硕士.通信作者:吴海智(１９８６ ),男,湖南省产商品质量检验研究院工程师,硕士.E Ｇm a i l :１７９５８１３９５＠q q．c o m 收稿日期:２０２２Ｇ０８Ｇ０４㊀㊀改回日期:２０２２Ｇ１０Ｇ２１D O I :１０．１３６５２/j ．s p jx ．１００３．５７８８．２０２２．８０６３３[文章编号]１００３Ｇ５７８８(２０２３)０２Ｇ０２２７Ｇ０９婴幼儿乳粉中新兴持久性有机污染物的来源㊁检测技术及污染水平研究进展P r o g r e s s o n s o u r c e ,d e t e c t i o n t e c h n i qu ea n d p o l l u t i o n l e v e l o f t h e n e w p e r s i s t e n t o r ga n i c p o l l u t a n t i n i n f a n tm i l k p o w d e r 上官佳１S HA N G G U A N J i a １㊀吴海智１WU H a i Ｇz h i １㊀梁㊀军２L I A N GJ u n ２㊀王淑霞１WA N GS h u Ｇx i a １(１．湖南省产商品质量检验研究院,湖南长沙㊀４１０００７;２．广电计量检测 湖南 有限公司,湖南长沙㊀４１０００７)(１．H u n a nP r o v i n c i a l I n s t i t u t e o f P r o d u c t a n dG o o d sQ u a l i t y I n s p e c t i o n ,C h a n gs h a ,H u n a n ４１０００７,C h i n a ;２．G R G M e t r o l o g y a n dT e s t H u n a n C o ．,L t d ．,C h a n g s h a ,H u n a n ４１０００７,C h i n a )摘要:综述了关于婴幼儿乳粉中氯丙醇酯和缩水甘油酯(G E s )㊁氯酸盐㊁高氯酸盐㊁多氯联苯(P C B s )㊁丙烯酰胺㊁矿物油㊁全氟及多氟烷基化合物(P F A S s )的污染来源㊁分析方法㊁污染水平等方面的研究进展,指出现阶段婴幼儿乳粉新兴持久性有机污染物(P O P s )国内外污染现状以及检测技术的优缺点,并对婴幼儿乳粉的新兴P O P s 检测技术发展与种类进行了展望.关键词:婴幼儿乳粉;持久性有机污染物(P O P s);分析方法;污染水平A b s t r a c t :T h i s r e v i e ws u mm a r i z e dt h er e s e a r c h p r o gr e s so nt h e s o u r c e s ,a n a l yt i c a l m e t h o d s a n d l e v e l s o f c o n t a m i n a t i o n o f c h l o r o p r o p a n o l a n d g l y c i d y l e s t e r s (G E S ),c h l o r a t e s ,p e r c h l o r a t e ,p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s (P C B s ),a c r y l a m i d e ,m i n e r a l o i l s ,p e r f l u o r i n a t e d a n d p o l y f l u o r o a l k y l c o m p o u n d s (P F A S s )i n i n f a n t m i l k p o w d e r ,a n d t h e a d v a n t a ge s a n d d i s a d v a n t a g e s of d e t e c t i o n t e c h n o l og y an d t h e d o m e s t i c a n d a b r o a d p o l l u t i o n s t a t u s a t a b o u t n e wP O P s o f i n f a n tm i l k p o w d e r w e r ea l s od i s c u s s e d ．M o r e o v e r ,t h ed e v e l o p m e n ta n dt y pe sof e m e rg i n g P O P s d e t e c t i o n t e ch ni q u e s f o r i n f a n tm i l k p o w d e rw e r e a l s o p r o s pe c t e d ．K e y w o r d s :i nf a n t m i l k p o w d e r ;p e r s i s t e n t o rg a n i c p o l l u t a n t s (P O P s );a n a l yt i c a lm e t h o d ;l e v e l o f p o l l u t i o n 持久性有机污染物(P O P s)是指人类合成或自然界本身存在的一类化学物质,其能长久存在于环境中并能通过生物食物链(网)在生物体内累积㊁对人体造成一定的伤害.婴幼儿乳粉中新兴P O P s 是近年出现的结构㊁功能各不相同的能在自然环境中持久存在的一类天然或人工合成的有机污染物质,该类物质结构复杂,无法采用传统方法进行分离㊁提取㊁检验.它们具备高毒㊁持久㊁半挥发㊁生物积累㊁远距离迁移等特性[１],长期体内积累轻则会引发一系列疾病,严重者还会威胁到生物体的生命.而对位于生物链顶端㊁体弱的婴幼儿来说,这些毒性作用比之最初放大了７万倍以上,因此开展婴幼儿乳粉中新兴P O P s 的研究是乳粉安全研究的迫切需求.为了更系统㊁更全面地了解婴幼儿乳粉中新兴P O P s 的检测技术及污染现状,研究拟对婴幼儿乳粉中新兴P O P s 的来源㊁分析方法及污染水平的研究成果进行综述.１㊀婴幼儿乳粉中新兴P O P s 来源根据«关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约»(以下简称公约),全球已有３０种化学物质被列入受控名单,这些化学物质其中就包括有P C B s ㊁多氯代二苯并Ｇ对Ｇ二噁英(P C D D s )㊁短链氯化石蜡(S C C P s )㊁P F A S s 等[２].P O P s 广泛分布,污染程度严重影响人类生活,需要对其进行有效控制.婴幼儿乳粉从原辅料到生产加工后经过包装供人类直接使用或摆放在货架上售卖的过程中均可能带来P O P s 污染.研究从原辅料㊁生产加工过程以及包装材料３个方面探讨婴幼儿乳粉中P O P s 的来源.１．１㊀婴幼儿乳粉原辅料１．１．１㊀婴幼儿乳粉原料㊀婴幼儿配方乳粉是指以牛㊁羊乳及其加工产品为主要原料,再加以一定量的矿物质㊁维生素等,经加工制成的婴幼儿配方食品.牛㊁羊乳作为主要的乳粉原料.P O P s 容易以气体㊁接触迁移㊁溶出等方式释放到外界环境中,并通过长距离迁移造成空气㊁水环F O O D &MA C H I N E R Y 第３９卷第２期总第２５６期|２０２３年２月|境㊁积累物㊁土质及生物环境的广泛残留[３].婴幼儿乳粉中新兴P O P s主要来源于奶牛体内的蓄积.主要来源:①P O P s容易挥发的性质使其能够以气体的形式进入到环境大气中.而当环境大气中存在有大量悬浮颗粒物时,P O P s气体就容易被吸附在悬浮颗粒物质中,进而伴随气流运动不断下沉[４],奶牛通过呼吸直接吸入体内.②水体中P O P s主要来源于生活污水和工业废水,奶牛饮用受污染的水源在体内富集P O P s.③P O P s具有亲脂性的特点,易被有机质的土壤吸附,长时间残留在土壤中,难以降解.翟亚男[５]研究发现在某钢铁集团附近土壤中富积有大量P C B s.土壤中的P O P s容易被植物根系吸收,而植物常作为饲料主要来源,奶牛食用含P O P s的饲料可能导致P O P s在体内蓄积[６].１．１．２㊀婴幼儿乳粉辅料㊀为了满足婴儿的营养需要,婴幼儿配方乳粉在原料乳粉的基础上加以调制,加入了植物油㊁乳糖㊁维生素㊁微量元素㊁某些氨基酸或其他营养成分,使之营养丰富且更接近母乳,而辅料的添加可能引入P O P s风险.例如在婴幼儿配方奶粉中广泛使用的棕榈油㊁大豆油㊁菜籽油㊁玉米油㊁葵花籽油等精炼植物油可能存在氯丙醇㊁氯丙醇酯㊁矿物油等新兴P O P s[７－１０],随着配料的添加污染婴幼儿配方乳粉.１．２㊀生产加工过程婴幼儿乳粉在生产加工过程中可能引入新兴P O P s,如生产加工设备㊁杀虫剂㊁消毒剂㊁防污产品㊁工作服㊁皮革及大气环境中存在的P O P s等;另外,在生产过程中也会因加热㊁化学反应等作用产生P O P s.如婴幼儿乳粉加工过程中使用食品级矿物油和生产设备中的润滑油㊁抛光剂等引入矿物油污染,原辅料在运输和贮藏过程中使用配料油处理过的黄麻袋等[１１].G u o等[１２]在食品接触材料纸制品中检出全氟己酸(P F H x A)㊁全氟庚酸(P F H p A)和全氟辛酸(P F O A),在生产过程中该类食品接触材料与食品接触从而迁移P F A S s等污染食品.S t i l l 等[１３]在经加工㊁包装后的乳制品中检出全氟羧酸(P F C A)和氟调聚乙醇(F T O H),乳制品的生产加工需要原料乳的分离㊁加工㊁浓缩等,此过程中P F A S s容易迁移残留.１．３㊀包装材料近年的研究[１４－１６]发现,食品包装材料中P O P s迁移与挥发也会给食品造成P O P s污染,如邻苯二甲酸酯类㊁壬基酚㊁矿物油等.如婴幼儿配方奶粉的包材矿物油污染来源主要为油墨印刷的纸盒及马口铁包装材料.德国F o o d w a t c h报告[１７]中,重点提及婴幼儿配方奶粉包装铁罐可能的污染来源,由于金属铁罐生产过程中可能会用到含有矿物油的轧制油,而这种轧制油可能会由于清理不干净而转移到奶粉中.综上所述,从婴幼儿乳粉原辅料到生产加工过程以及包装材料,都可能是婴幼儿乳粉中新兴P O P s的来源.但从目前的溯源和标准研究来看,有关从婴幼儿乳粉中P O P s溯源分析㊁指标限量以及检测方法的相关研究较为匮乏,对婴幼儿乳粉的风险研究应着重开展该方面的研究.２㊀婴幼儿乳粉中P O P s的检测技术及污染水平㊀㊀目前,已在婴幼儿乳粉发现新兴P O P s的包括氯丙醇酯和缩水甘油酯㊁氯酸盐㊁高氯酸盐㊁P C B s㊁丙烯酰胺㊁矿物油㊁P F A S s等.婴幼儿乳粉基质复杂,P O P s很容易隐藏于各种成分中.同时,乳粉中的营养成分会对检测仪器的信号造成干扰,降低检测准确性.为了避免出现上述不良现象,应根据P O P s的种类选择合适分析方法,降低样品基质干扰.２．１㊀氯丙醇酯和缩水甘油酯氯丙醇酯是氯丙醇类化合物与脂肪酸的酯化产物,其在生物体内经脂肪酶水解会生成氯丙醇.按氯丙醇种类的不同分类,氯丙醇酯可分为３Ｇ氯丙醇酯(３ＧM C P D酯)㊁２Ｇ氯Ｇ１,３Ｇ丙二醇酯(２ＧM C P D酯)㊁１,３Ｇ二氯Ｇ２Ｇ丙醇酯(１,３ＧD C P酯)和２,３Ｇ二氯Ｇ２Ｇ丙醇酯(２,３ＧD C P酯)４类,相关文献报道均显示食品中检出率较高为３ＧM C P D酯.缩水甘油酯(G E s)是脂肪酸与缩水甘油经过一系列酯反应后生成的产物,在油脂精炼过程中,G E s通常与３ＧM C P D酯并存,３ＧM C P D酯含量与G E s含量呈正相关.近年来,关于婴幼儿乳粉中氯丙醇酯和缩水甘油酯分析方法的研究也多见报道.W o h r l i n等[１８]在提炼植物油脂的过程中发现了氯丙醇和缩水甘油酯,而这些油脂成分是婴儿配方奶粉的成分.该研究根据已建立的脂肪和油脂分析方法和气相色谱串联质谱(G CＧM S)检测技术对提取的脂肪进行分析,利用建立的方法对７０个婴儿配方奶粉进行氯丙醇酯和缩水甘油酯的含量分析,所有样本均检出氯丙醇和缩水甘油酯,且３ＧM C P D检出含量是２ＧM C P D的１倍,这与文献[１９]报道的食品中３ＧM C P D 检出率高是一致的,氯丙醇和缩水甘油酯的整体浓度水平相对文献中早期研究都较低,说明近年对其风险控制有一定成效.刘园等[２０]建立了同位素内标 气相色谱 质谱法(G CＧM S)测定婴幼儿配方乳粉中氯丙醇酯,该方法中４类氯丙醇酯在质量浓度０．０５~１．００m g/L范围内具有良好线性关系,方法的定量限(L O Q)为０．０１５m g/k g.４类氯丙醇酯的加标回收率分别在８５．９％~１０２．１％,相对标准偏差(R S D)(n＝６)也在２．４％~５．６％.采用该方法对３０份婴幼儿配方乳粉进行了检测分析,结果显示３ＧM C P D酯检出率为２３％,其他３种氯丙醇酯未检出,通过查阅检出样品配料表,发现这些乳粉的植物油原料中几乎都含有棕榈油,因此３ＧM C P D酯检出的最大原因可能来源于棕榈油.张妮等[２１]采用G CＧM S技术建立了能同时测定婴幼儿配方奶粉中４类氯丙醇酯含量的分析方法,方法检出限(L O D)为０．００５m g/k g,L O Q为０．０１５m g/k g.利用该方法对５０份奶粉样品进行检测,其３ＧM C P D酯检出率研究进展A D V A N C E S总第２５６期|２０２３年２月|为１００．０％,含量为０．０３７~０．２０８m g /k g,２ＧM C P D 酯检出率为４２．０％,其他均未检出.婴幼儿配方奶粉中脂肪含量约２０％,辅料精炼植物油一般为氯丙醇酯污染的主要来源,且该研究表明配方奶粉氯丙醇酯的含量与其脂肪含量存在正相关性,因此０~６月龄(１段)奶粉中的氯丙醇酯含量相对较高.胡守江等[２２]采用同位素内标和G C ＧM S 法联用测定婴幼儿配方乳粉中G E s 的含量,采用间接测定法通过酯交换反应将G E s 水解为３ＧM C P D 和２ＧM C P D ,再以差量法计算乳粉样品中缩水甘油的含量,并以缩水甘油的形式表征G E s 的含量.G E s 的线性范围为１３．４~４０２μg /L ,L O D 为０．０１５m g /k g,测得回收率为９５．２％~１０３％,R S D (n ＝６)小于４．０％,缩水甘油酯的检出率为７５．０％.乳粉中缩水甘油酯污染主要来源于植物油配料,棕榈油是缩水甘油酯污染程度较高的品种之一,研究表明食用植物油中G E s 的产生与油脂精炼过程有着密切的联系,相关研究表明植物油脂精炼过程中的脱臭工艺是产生G E s 的主要原因之一.B e e e k m a n 等[２３]分析了２０１９年从德国超市购买的４５种婴儿配方奶粉中氯丙醇和G E s 的含量,研究显示氯丙醇和G E s 检出率为１００％,研究还将２０１９年的数据集与２０１５年德国配方奶粉检出数据进行比较显示,３ＧM C P D (从０．０９４μg /g 降至０．０５４μg /g )和G E s (从０．０１０μg /g 降至０．００６μg /g )平均浓度已经下降,表明这４年企业已经实施了相关控制与缓解措施,以降低婴儿配方奶粉中的污染物浓度,但是污染持续存在.以上研究表明,婴幼儿乳粉中普遍存在氯丙醇酯和G E s 污染,污染水平见表１,中国暂未制定婴幼表１㊀婴幼儿乳粉中新型P O P s 分析方法与污染水平T a b l e １㊀A n a l y s i sm e t h o d s a n d c o n c e n t r a t i o n s o f e m e r g i n g PO P s i n i n f a n tm i l k p o w d e r P O P S同类物产品种类分析方法污染水平参考文献氯丙醇酯(氯丙醇脂肪酸酯)和G E s ３ＧM C P D 酯㊁２ＧM C P D 酯㊁１,３ＧD C P 酯㊁２,３ＧD C P 酯㊁G E s婴幼儿乳粉G C ＧM SG C ＧM S３ＧM C P D 酯检出量为N D ~０．１９m g /k g [２０]３ＧM C P D E ㊁２ＧM C P D E 检出量分别为０．０３７~０．２０８,N D ~０．０６０m g /k g [２１]缩水甘油酯检出量为N D ~０．３３４m g /k g[２２]氯酸盐㊁高氯酸盐氯酸盐㊁高氯酸盐奶粉H P L C ＧM S /M S (E S I 源)氯酸盐㊁高氯酸盐检出量分别为N D ~８５．２５,N D ~２８．７９μg /k g [２４]婴幼儿乳粉U P L C ＧM S /M S 氯酸盐㊁高氯酸盐检出量分别为N D ~４３,N D ~３３．０μg /k g[２５]婴幼儿乳粉L C ＧM S /M S 氯酸盐㊁高氯酸盐检出量为N D~１１７０．０,N D ~７４．２μg /k g [２６]P C B s P C B ２８㊁P C B ５２㊁P C B １０１㊁P C B １３８㊁P C B １５３㊁P C B １８０牛奶H R G C ＧH R M S P C B s 检出量为１０７．２~４３１１．２p g /g 脂肪[２７]丙烯酰胺丙烯酰胺婴幼儿乳粉H P L C ＧM S /M S 丙烯酰胺检出量为N D ~１１．７μg /k g [２８]G C ＧM S /M S丙烯酰胺检出量为N D ~６．７μg /k g [２９]H P L C ＧM S /M S 丙烯酰胺检出量为N D ~８．６４μg /k g [３０]M E ＧG C ＧM S 丙烯酰胺检出量为４８~４４００n g /g[３１]矿物油M O S H /P O S H 乳粉G C ＧM S /M SM O S H /P O S H 检出量为N D ~５．０９m g /k g[９]M O S H婴儿配方奶粉H P L C ＧG C ＧF I D M O S H 检出量为N D ~１．３０m g /k g [３２]P F A S sP F H x A ㊁P F O A ㊁P F N A ㊁P F D A ㊁P F U d A ㊁P F D o A ㊁P F H x S ㊁P F O S㊁４ʒ２F T S ㊁６ʒ２F T S ㊁８ʒ２F T S ㊁F H U E A ㊁F O U E A ㊁F D U E A ㊁F O S A ㊁F O S A A ㊁N ＧM e F O S A A ㊁N ＧE t F O S A A ㊁６ʒ２d i P A P牛奶U P L C ＧM S /M SP F O A ㊁P F U N A ㊁P F O S ㊁４ʒ２F T S ㊁６ʒ２F T S ㊁６ʒ２d i P A P 检出量分别为N D~４３１．９４,N D~１５．９５,N D~１２６．９８,N D~３．７５,N D ~２．４９,N D ~２４．５６p g /m L [３３]P F O A ㊁P F O S婴幼儿奶粉H P L C ＧM S /M S P F O A ㊁P F O S 检出量分别为N D ~１．３４,N D ~７．７９μg /k g[３４]|V o l ．３９,N o ．２上官佳等:婴幼儿乳粉中新兴持久性有机污染物的来源㊁检测技术及污染水平研究进展儿乳粉中氯丙醇酯和G E s的限量值,但是参照欧盟(E U)２０２０/１３２２条例氯丙醇酯ɤ１２５μg/k g和(E U)２０２０/１３２２条例中G E sɤ５０μg/k g的限量,检测结果有部分超出该限量,因此氯丙醇酯和G E s污染形势是不容乐观的,加快氯丙醇酯和G E s方法和限量值研究是现阶段工作重点.㊀㊀综上所述,婴幼儿乳粉中氯丙醇酯和G E s污染来源均与乳粉配料植物油相关,解决氯丙醇酯及G E s问题的关键在于植物油配料污染控制.婴幼儿乳粉中氯丙醇多组分测定通常采用间接测定法G CＧM S分析方法,通过酯交换反应将氯丙醇酯及G E s水解为氯丙醇,期间依次采用试剂水解㊁萃取溶剂㊁衍生等技术,并通过同位素内标法定量,最终以氯丙醇含量表征氯丙醇酯和G E s总量.该技术具有定性能力,再结合稳定性同位素稀释技术,与其他技术相比提高了检测方法的准确度和精密度,能够对其多种化合物进行检测,现有文献多采用此技术,国家标准[３５]亦采用该方法.２．２㊀氯酸盐和高氯酸盐氯酸盐(C l O－３)是一种化学品,是一种盐类.常见的有氯酸钾(K C l O３)㊁氯酸钠(N a C l O３)㊁氯酸镁[M g(C l O３)２].高氯酸盐(C l O－４)是高氯酸形成的盐类物质,其具有四面体型的高氯酸根离子.婴幼儿乳粉中氯酸盐㊁高氯酸盐检测的文献较常见.周晓晴等[２４]建立了一种测定奶粉中氯酸盐和高氯酸盐含量的高效液相色谱 串联质谱(H P L CＧM S/M S)法(E S I).该方法中氯酸盐和高氯酸盐分别在２．０~４０．０,１．０~２０．０μg/L的范围内线性好,方法的L O Q分别为１５．０,７．５μg/k g.采用该方法对１０份奶粉样品进行检测分析,氯酸盐检出率５０％,高氯酸盐检出率６０％.婴幼儿乳粉生产过程中,氯酸盐和高氯酸盐可能作为中间生产的污染物残留在奶粉中,如设备清洗消毒剂清洗不彻底等.H a k m e等[３６]根据欧盟２０１３年的要求,对丹麦市场农产品中氯酸盐和高氯酸盐含量进行的调查,样本中包含有１０个婴儿食品和７个婴儿配方奶粉.该研究采用气相色谱三重四极串联质谱(L CＧM S/M S)技术.检测结果显示高氯酸盐和氯酸盐残留量相对较低,均低于欧盟２０２０年实施的最高残留限量.产品中氯酸盐和高氯酸盐含量普遍较低和频率较低的原因很可能与丹麦的供水有关,该地水源均为１００％未氯化的地下水,因此婴幼儿乳粉中氯酸盐和高氯酸盐污染与水体消毒有较大关联.詹胜群等[３７]建立超高效液相色谱 串联质谱法(U P L CＧM S/M S)(E S I)对婴幼儿配方乳粉中氯酸盐和高氯酸盐进行测定,该方法的氯酸盐和高氯酸盐分别在２~５００,１~２５０μg/k g时R２大于０．９９９,L O D为４．５μg/k g,L O Q 分别为１５．０,７．５μg/k g.张立佳等[２５]建立U P L CＧM S/ M S法(E S I)能同时对婴幼儿配方乳粉中氯酸盐和高氯酸盐残留进行测定,高氯酸盐和氯酸盐分别在０．５~５０．０,１．０~１００．０μg/L的范围内线性关系良好,高氯酸盐和氯酸盐L O Q分别为７．５,１５．０μg/k g,高氯酸盐和氯酸盐的加标回收率为８２．５％~９８．５％,R S D为２．０％~８．７％,该方法具有稳定性好㊁准确性高㊁灵敏度高等特点.采用该方法对１０批次婴幼儿配方奶粉进行检测,氯酸盐检出率４０％,高氯酸盐检出率７０％.刘卿等[２６]按照B J S２０１７０６方法收集各地区２１５份婴幼儿配方乳粉检测结果,结果显示婴幼儿配方乳粉中高氯酸盐检出率为８６．０％;氯酸盐检出率为９８．６％.综上,婴幼儿乳粉中广泛存在氯酸盐与高氯酸污染,具体污染水平见表１,参照欧盟(E U)２０２０/６８５号条例婴儿配方奶粉中高氯酸盐ɤ０．０１m g/k g的限量值,中国有部分样品超出限量值,具有较高风险,氯酸盐检出比例和含量也较高,且研究中表明不同品牌和段位之间氯酸盐和高氯酸盐的含量存在较大差异,分析原因在于各个生产厂家的原辅料㊁生产工艺等原因导致高氯酸盐和氯酸盐污染持续,因此加快其标准方法与限量值研究有其必要性,保障乳粉食用安全.婴幼儿乳粉中氯酸盐和高氯酸盐检测多采用L CＧM S/M S㊁H P L CＧM S/M S和U P L CＧM S/M S法进行检测分析,婴幼儿配方奶粉基质较复杂,样品中存在高浓度的氯离子㊁硫酸根离子㊁硝酸根离子等干扰离子,分析时影响氯酸盐和高氯酸盐的含量测定,U P L CＧM S/M S法成本较高,不适用于常规定量分析,主要应用于筛查和定性分析;国外有部分关于L CＧM S/M S法测定的文献,但国内方面只采用该技术对水体进行检测,考虑奶粉成分复杂,一般很少采用该技术.H P L CＧM S/M S法能同时对氯酸盐和高氯酸盐进行测定,具有较强的抗基质干扰能力,其前处理简单㊁灵敏度高㊁抗干扰能力强㊁定性准确,具有明显优越性,现阶段将越来越广泛地应用在了婴幼儿乳粉中氯酸盐㊁高氯酸盐的日常检测分析中.２．３㊀多氯联苯多氯联苯(P C B s)是一类合成化合物,P C B s包含２０９种化合物,被分为二噁英类多氯联苯(D LＧP C B s)和非二噁英类多氯联苯(N D L P C B s).近年来,国内外关于食品中(如水产品㊁茶叶㊁小麦粉等)多氯联苯有研究,但研究婴幼儿乳粉中多氯联苯检测方法的很少.喻徳忠等[２７]采用同位素稀释 高分辨气相 高分辨磁质谱(H R G CＧH R M S)技术测定湖北省部分地区牛奶样品中６种指示性P C B s的含量,该研究在湖北省部分地区共采集了３０份本地产牛奶样品,牛奶样品中指示性P C B s总含量为１０７．２~４３１１．２p g/g脂肪,P C BＧ２８检出量最高,其次是P C BＧ１５３和P C BＧ１３８.研究显示P C B s总量低于欧盟生乳以及乳制品ɤ４０n g/g脂肪的要求,且该地区居民牛奶中指示性P C B s的膳食摄入量水平研究进展A D V A N C E S总第２５６期|２０２３年２月|也均低于其他发达国家,可能在于中国P C B s发展年限较短,但不能排除随着时间推移其将会进一步持续污染乳粉,因此应加快P C B s研究防范于未然.目前国内外有关婴幼儿乳粉中P C B s检测方法的研究几乎没有,其他食品主要采用G CＧM S法进行检测.G CＧM S具有较高的准确度㊁精密度和灵敏度,前处理简单且快速,试剂消耗少,对检测条件要求较低,而且仪器设备相对H R G CＧH R M S(一般作为定性和筛查技术)较便宜,是测定P C B s较常用的方法,食品安全检验标准亦采用该技术进行检测分析[３８].２．４㊀丙烯酰胺丙烯酰胺是一种不饱和酰胺,为人造化合物,在自然环境中并不存在.食品中常采用稳定性同位素稀释技术,联用液相色谱串联质谱(L CＧM S/M S)中的多反应离子监测(M R M)或选择反应监测(S R M)进行检测[３９].目前食品中丙烯酰胺的国标检测方法针对热加工(油炸)食品较多,作为婴幼儿乳粉丙烯酰胺的检测方法存在局限性,因此对其检测技术研究有其必要性.于晓瑾等[２８]采用H P L CＧM S/M S技术测定婴幼儿乳粉中丙烯酰胺.该方法的L O D为５μg/k g,L O Q为１０μg/k g,线性范围为１０．０~２００．０μg/L,加标回收率为８６．７％~１０６．８％,R S D 为３．０７％~９．６１％(n＝６).采用该方法对５０份婴幼儿乳粉进行检测分析,丙烯酰胺检出率为１８％,检出浓度范围为５．６０~１１．７μg/k g.在２０００年世界卫生组织公布的人均每日丙烯酰胺摄入量为０．３~０．８μg/k g体重,根据以上研究检测结果,以乳粉作为婴幼儿主要食物,丙烯酰胺对其具有一定风险.陈克云等[２９]建立G CＧM S/M S测定婴幼儿配方乳粉中丙烯酰胺,该方法中丙烯酰胺在５~５００n g/m L的范围内线性良好,在１０,２０,４０μg/k g加标回收率为８９．４％~１０７．２％,R S D为３．３％~７．１％(n＝６),L O D为０．２５μg/k g,L O Q为０．７５μg/k g,采用该方法对２８份婴幼儿配方乳粉检测,样品丙烯酰胺检出率７．１４％.王梦颖等[３０]建立H P L CＧM S/M S法对婴儿配方乳粉中丙烯酰胺残留量进行测定,并以电喷雾串联质谱进行定性定量测定.丙烯酰胺标准品质量浓度为１~２００n g/m L时线性好,在１０~１００n g/m L水平的加标回收率为９０％~１１０％,R S D为０．３０％~６．２０％,L O D为４．０μg/k g.采用该方法对２８份婴儿配方乳粉样品进行测定,丙烯酰胺检出率为３．６％.G h i a s i等[３１]建立了基于C C D的微波萃取气相色谱质谱(M EＧG CＧM S)法测定婴幼儿配方奶粉中丙烯酰胺含量的方法,该方法L O D为０．６n g/g,L O Q为１．９８n g/g,R S D为２．９％,研究中显示所有婴儿配方奶粉均受丙烯酰胺严重污染,３个年龄段(０~６,６~１２,１２~２４个月)丙烯酰胺浓度范围分别为４８~３１９１,９１８~５８３５,１２９０~４４００n g/g.丙烯酰胺是一种致癌化合物,常存在于富含碳水化合物的食物中,婴儿配方奶粉容易形成丙烯酰胺,研究显示其对２岁以下儿童易造成高风险.中国丙烯酰胺检出数据均低于欧盟建议的丙烯酰胺在婴儿食品中的基准水平值和韩国食品药品安全部公布的限量值,从一定程度上表明现阶段中国婴幼儿配方乳粉丙烯酰胺污染程度处于相对安全数据范围之内,但持续污染状况要求相关部门应继续对丙烯酰胺进行风险监测与评估.国外方面的丙烯酰胺检出含量部分超出了限量值,加强监控与管理是关键,而且二段和三段的污染水平高,显示奶粉配方成分对丙烯酰胺形成具有显著影响.综上所述,婴幼儿乳粉存在丙烯酰胺污染,常用测定方法主要有G CＧM S/M S法㊁L CＧM S/M S法和H P L CＧM S/M S法.由于G CＧM S/M S法前期需要长时间衍生处理,导致前处理耗时较长,溶剂消耗量大,而L CＧM S/M S 法灵敏度较低,检测结果有时出现假阳性现象,因此采用H P L CＧM S/M S法对婴幼儿乳粉中丙烯酰胺进行检测,同时采用同位素内标定量,其方法前处理简单,灵敏度和准确度均满足国家标准方法的检测要求,适合于大量样品的快速筛查和日常检测工作.２．５㊀矿物油矿物油是一类来源于石油和合成油C１０~C５０烷烃和芳烃物质的总称,分为由直链㊁支链及环状烷烃组成的饱和烃矿物油(MO S H)和由聚芳烃化合物组成的芳香烃矿物油(MO A H),以及含有部分无烷基取代的多环芳烃以及少量含硫㊁含氮化合物.目前,关于食品中的矿物油含量还没有统一的限值规定,且食品中的矿物油的标准方法也暂未出台[１１].孙姗姗等[９]基于G CＧM S基础上建立新检测方法,对乳粉和巧克力中２５种矿物油残留物进行鉴定㊁检测与分析.采用该方法检测２５种指标成分在各自浓度范围内具有良好线性关系,矿物油指标成分的L O D为０．０２５~１．５m g/k g,加标回收率为２５％~５６％,R S D为２．２％~９．４％;对国内外４０份乳粉和２５份巧克力产品中的矿物油进行测定,结果显示乳粉的矿物油检出率为１２．５％,而巧克力的检出率达到１００％.该方法为一种简单快速的测定乳粉中矿物油指标成分的方法,可用于矿物油成分半定量的分析研究,从研究中显示乳粉中矿物油污染情况较轻,但是污染存在,而巧克力由于其包装材料和生产过程样品状态问题,导致污染情况很是严重.包装材料矿物油的迁移导致食品污染,另食品机械中使用润滑剂(食用级矿物油作)也会挥发到乳粉中.刘玲玲等[３２]建立婴儿配方奶粉中饱和烃类矿物油(MO S H)的离线固相萃取(S P E)结合大体积进样 气相色谱 氢火焰离子化检测器(L V IＧG CＧF I D)的分析方法.该方法显示MO S H在２~５００m g/k g的范围内线性良好,方法的L O Q为０．０５m g/k g,加标回收率为９２．６２％~１０２．８６％,R S D为|V o l．３９,N o．２上官佳等:婴幼儿乳粉中新兴持久性有机污染物的来源㊁检测技术及污染水平研究进展０．８５％~２．５７％,该方法适合婴儿配方乳粉中MO S H的定量检测分析.采用该方法对１０份婴儿配方奶粉中的MO S H含量进行检测分析,检出量为０．２４~１．３０m g/k g,其中MO S H(C１６~C３５)含量为０．１２~０．８５m g/k g.综合所述,鉴于矿物油对人体的危害性,对婴幼儿乳粉中矿物油的监测必须引起高度重视,应采取相应的风险监控措施,保障婴幼儿乳粉的安全性.国内外已有文献报道主要是对食用植物油㊁饼干㊁谷物㊁面包㊁蛋糕和巧克力等预包装食品中MO S H残留量进行检测分析,而婴儿配方乳粉中的矿物油检测分析报道相对较少.由于矿物油具有复杂成分,检测中干扰成分较多,因此,不同食品样品中矿物油和不同矿物的分析方法也不完全相同.目前G CＧM S/M S法是较常用的婴幼儿乳粉矿物油检测技术,其方法检出限和回收率均符合国家标准要求,操作简便㊁试验操作要求相对简单,能对婴幼儿乳粉中矿物油进行定性定量测定与分析,可暂作为现阶段乳粉中MO S H含量的日常快速检测.２．６㊀全氟及多氟烷基化合物全氟及多氟烷基化合物(P F A S s)是指烷烃分子链上碳原子上的氢原子全部或部分被氟原子取代而形成的一类有机化学物质.按照碳链末端取代基的不同,P F A S s 可分为全氟羧酸(P F C A s)㊁全氟磺酸(P F S A s)㊁全氟烷酸(P F A A s)㊁全氟磷酸(P F P A s)㊁全氟丁磺酸(P F B S)㊁全氟辛基磺酰氟(P O S F)㊁全氟丁烷羧酸(P F B A)㊁多氟烷基和全氟烷基类(P F A S)等.杨琳等[４０]采用U P L CＧM S/M S法和同位素稀释技术联用对中国１２个省份母乳中全氟化合物及其前体物质进行检测分析,该方法中１１种目标化合物呈良好的线性范围,L O D为０．５~１０p g/n L,L O Q为１~２０p g/m L.在已知加标范围内回收率和R S D也符合相应要求,该研究检测出３种全氟化合物前体物质,检出率达８８％,分别为１H,１H,２H,２HＧ全氟辛基磺酸(６ʒ２F T S)㊁２H全氟Ｇ２Ｇ辛烯酸(F HU E A)和１H,１H,２H,２H全氟辛基Ｇ２Ｇ磷酸盐(６ʒ２d i P A P),含量范围分别为N D~４７．４６,N D~７０．６８, N D~３５．０８p g/m L.研究显示全氟化合物及其前体物质在母乳样本(生物样本)中检出,母乳中污染物暴露对婴幼儿的生长发育的影响是巨大的,婴幼儿配方乳粉以牛㊁羊乳为原料,必定也会有来自环境和生物样本的全氟化合物及其前体物质污染.杨琳等[３３]应用U P L CＧM S/M S 法和同位素稀释技术对乳制品中８类全氟化合物和１１类全氟化合物前体物质进行检测分析,并对其膳食暴露进行评估分析.研究中８种全氟化合物L O D为１．６０~５．００p g/m L,L O Q为５．５０~１３．５０p g/m L,１１种目标化合物L O D为０．５０~１０．００p g/m L,L O Q为１．００~２０．００p g/m L.结果显示在１８份乳制品样品中,P F O A㊁P F U d A和P F O S 检出率分别为２８％,４３％,５０％,样品中还检测出３种全氟化合物前体物质,分别为１H,１H,２H,２HＧ全氟己基磺酸(４ʒ２F T S)㊁６ʒ２F T S和６ʒ２d i P A P,检出率分别为６％,６７％,１７％.该研究表明中国市售牛奶普遍存在全氟化合物的污染问题,对比国外检测结果,乳制品中P F A S s污染水平暂处在较低范围内,其原因可能在于现阶段中国P F A S s的生产规模还处于初级阶段,但随着工业发展后,应用越来越广泛,其造成的环境排放将不但增加,污染形势不断严峻.王浩等[３４]建立了婴幼儿配方乳粉中全氟辛酸(P F O A)㊁全氟辛烷磺酸(P F O S)高效液相色谱 串联四极杆质谱联用(H P L CＧM S/M S)测定方法. P F O A和P F O S的L O Q分别为１０．０,５．０μg/k g,方法回收率为８６．１％~１０６．８％,R S D为２．８７％~９．５３％.采用该方法对５０份婴幼儿乳粉进行检测分析,P F O A检出率１２．０％(检出量为０．５１~１．３４μg/k g),P F O S检出率为８．０％(检出量为１．０６~７．７９μg/k g).婴幼儿营养乳粉中广泛存在全氟辛酸和全氟辛烷磺酸残留,虽然目前国家还未制定相应的限量标准,但相关监管部门已将其作为乳粉质量安全风险因子进行监控,下一步计划制定标准检测方法和限量值.M a c h e k a等[４１]采用超高效液相色谱 串联质谱法(U P L CＧM S/M S)测定了２３份零售奶粉和７份婴幼儿配方奶粉中１５种P F A S的含量.１５种P F A S在乳制品和婴儿配方奶粉中的质量浓度分别为０．０８~１５．５１,０．４２~５．７４n g/m L.全氟丁酸(P F B A)㊁全氟戊酸(P F P e A)㊁全氟癸酸(P F D A)㊁全氟正十三烷酸(P F T r D A)和全氟十二烷酸(P F D o A)是最普遍的P F A S,检测率＞９６％.婴幼儿配方奶粉和乳制品中P F D o A的最高质量浓度分别为２．０２,２．７６n g/m L.残留P F O A和P F O S的浓度与全球数据相似,但长链C９~C１４的P F A S 浓度升高.该研究还显示全脂乳中P F A S含量较高,但各类乳中P F A S含量差异无统计学意义(P＝０．５４６),通过婴儿配方奶粉和乳制品摄入的P F A S的E D I暂低于每日可耐受限度,但长期接触和多种接触途径的累积效应是不容忽视的.目前,关于婴配乳粉中P F A S s的报道甚少,食品行业常采用L CＧM S/M S法(S N/T４５８８ ２０１６)进行检测分析,但婴幼儿乳粉基质成分复杂,该方法具有检出灵敏度低㊁重现性局限等缺陷;U P L CＧM S/M S法,灵敏度高㊁准确性好,但其设备昂贵,对样品前处理的要求也很高;因此采用H P L CＧM S/M S测定婴幼儿乳粉中P F A S s,同时采用同位素内标技术,该方法前处理简单,具有高灵敏度和高选择性,能够精确地定性和定量分析,方法重现性好,适用于婴幼儿配方乳粉中日常P F A S s快速检测.３㊀展望婴幼儿乳粉中存在氯丙醇酯和G E s㊁氯酸盐㊁高氯酸盐㊁P C B s㊁丙烯酰胺㊁矿物油㊁P F A S s等新兴P O P s的污染,原辅料㊁生产加工过程污染㊁包装材料迁移是婴幼儿研究进展A D V A N C E S总第２５６期|２０２３年２月|。
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1 q E= e 2 r 4πε0 r
Fn F F F2 1 E = = + ++ q0 q1 q2 qn
= ∑E
∫
Edq
Q
2.点电荷系的电场强度 2.点电荷系 点电荷系的电场强度 由静电场力叠加原理
dq = σ dS 建立直角坐标，分解 dE 建立直角坐标， ρ dV Ex = ∫ dEx
λdxλdx′ dF = 4πε0 (x′ x)2
F=
λ2 4 = ln 4πε0 3
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∫ dx′∫ 4πε (x′ x)
2L 0 0
3L
L
λ2dx
2
电荷
电场
电荷
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电荷与电场
电场(electric field)： ： 电场与实物的区别： 电场与实物的区别： 电荷周围存在着的一种特殊物质 物质。 电荷周围存在着的一种特殊物质。 (1) 实物质量密度大 1000kg/m3), 实物质量密度大(~ 场的物质性体现在： 场的物质性体现在： 场质量密度很小(~ 10-23kg/m3)，无 ， 场质量密度很小 静止质量； 静止质量； 给电场中的带电体施以力的作用, 给电场中的带电体施以力的作用 表明电场具有动量 电场具有动量。 表明电场具有动量。 (2) 实物不能达到光速，场则以光速传 实物不能达到光速， 当带电体在电场中移动时， 当带电体在电场中移动时，电场 播； 力作功。表明电场具有能量 电场具有能量。 力作功。表明电场具有能量。 (3) 实物受力产生加速度，场则不能被 实物受力产生加速度， 电场与实物的比较： 电场与实物的比较： 加速； 加速； (4) 实物具有不可入性，以空间间断形 实物具有不可入性， 共同点： 共同点： 式存在，可以作参考系； 式存在，可以作参考系；场具有可 (1) 都是客观存在的, 是可知的； 都是客观存在的, 是可知的； 入性，以连续形式存在， 入性，以连续形式存在，具有可叠 (2) 与实物的多样性一样，场的存在 与实物的多样性一样， 加性，不能作为参考系。 加性，不能作为参考系。 形式也是多样的； 形式也是多样的； (3) 在场内进行的物理过程也遵循质 量守恒、能量守恒、 量守恒、能量守恒、动量守恒和 角动量守恒等规律； 角动量守恒等规律； (4) 场也不能创生、不能消灭，只能 场也不能创生、不能消灭， 由一种形式转变为另一种形式。 由一种形式转变为另一种形式。
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电场与实物联系 电场与实物联系 -- 实物周围存在相关 的场，场传递实物间的相互作用， 的场，场传递实物间的相互作用，场和 实物可以相互转化。 实物可以相互转化。 现代物理认为场是更基本的， 现代物理认为场是更基本的，粒子只 是场处于激发态的表现。 是场处于激发态的表现。
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dq dE = e 2 4 π ε 0r
矢量分解： 矢量分解：
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EP =
2 E x2 + E y
与 + x 夹角 α = arctan
Ey Ex
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θ λ λ (sinθ2 sinθ1 ) cosθdθ = ∫θ 4 π ε 0a 4 π ε 0a θ λ λ Ey = sinθdθ = (cosθ1 cosθ2 ) ∫θ 4 π ε 0a 4 π ε 0a
略去对场源电荷分布的影响 与场点对应
大小： 大小：等于单位试验电荷在该点所 受电场力； 受电场力； 方向：与 +q0受力方向相同。 方向： 受力方向相同。
1 q q0 F= r 3 4 πε0 r
Q
F
r
试验电荷q 在电场中P点所受的力 试验电荷 0在电场中 点所受的力 同试验电荷电量之比为P点的电 F，同试验电荷电量之比为 点的电 场强度。 即： 场强度。
电荷与电场
电磁学(electromagnetics)研究对象
电磁相互作用及其运动规律 主要特点： 主要特点：研究对象不再是分离的 实物，而是连续分布的场， 实物，而是连续分布的场， 用空间 函数(如 描述其性质。 函数 如 E , U , B 等)描述其性质。 描述其性质
电磁学
人体内为什么有此图？ 人体内为什么有此图？ 曲线意义何在？ 曲线意义何在？
积 分
F = F + F2 ++ Fn 1
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Ey = ∫ dEy Ez = ∫ dEz
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E = Exi + Ey j + Ez k
电荷与电场
9.2.4 电场强度的计算 1. 点电荷的电场
积分
Ex = ∫ dEx Ey = ∫ dEy Ez = ∫ dEz
1 q E= e 2 r 4πε0 r
——描述电偶极子大小的物理量 描述电偶极子大小的物理量
r
dq
P
λ dl dq = σ dS ρ dV
1) 轴线延长线上 的场强 轴线延长线上A的场强
q
l 2
l
+q
A E
E+
r
1 dq dE = r 3 4πε0 r
E = E+ + E
建立直角坐标，分解 dE 建立直角坐标，
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1 1 q [ ] = 4 πε0 (r l )2 (r + l )2 2 2
1 F= 4 πε0
ε 0 = 8.85×10
(C
2
/ Nm
2
)
∫
q0 dq r 2 Q r
q0
dF
Q
r
真空中的介电常数
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适用范围 : 目前认为在10 目前认为在 -15m ~ 107m
dq
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电荷与电场
例9-1. 已知两带电细杆电荷线密度均 长度为L，相距L。 为λ、长度为 ，相距 。求两带电直 杆间的电场力。 杆间的电场力。
dE x = dE cos θ =
θ
2
统一变量： 统一变量：
λ dx cos θ 2 4 π ε 0r λ dx sin θ dE y = dE sin θ = 2 4 π ε 0r
d Ex d E
O
dq
x = a ctgθ
dx = a csc2 θ dθ
a
θ
θ1
y
r P d Ey
r 2 = a 2 + x 2 = a 2 csc2 θ
θ λ λ Ex = cosθdθ = (sinθ2 sinθ1 ) ∫θ 4 π ε 0a 4 π ε 0a θ λ λ Ey = sinθdθ = (cosθ1 cosθ2 ) 4 π ε 0a ∫θ 4 π ε 0a
2 1 2 1
解：建立坐标系O-xy 建立坐标系 任取电荷元 d q = λ d x
γ
重原子核
电子对产生
电荷相对论不变性
+
电荷为Q 电荷为
电荷为Q 电荷为
++
q = ne n = 1,2,3,
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9.1.3 真空中库仑定律 1.点电荷: 1.点电荷: 点电荷
F q1 12
电荷与电场
r
q2 F21
线度距离时，带电体可视为带电的“ 线度距离时，带电体可视为带电的“点” qq 2.库仑定律 2.库仑定律 F = K 1 22 r F1 施力电荷指向受力电荷的的单位矢 3.电力的叠加原理 3.电力的叠加原理
F3 1 q
e12
3
er
r = r
点电荷系对某点电荷的作用等于系 内各点电荷单独存在时对该电荷作用的 矢量和。 矢量和。
q 1q 12q 2 q F = K er 22 4 πε 0 r r
令 K = 1 4πε 0
12
F1 =
∑F
i
1i
有理化
对连续分布带电体，选取电荷元 对连续分布带电体，选取电荷元 (elementary charge) dq,
= q 4 π ε0 r p = 4 π ε0r 3 (r+ r ) = 3
ql 4 πε0 r3
r >>l
E=
p 2 π ε 0r 3
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电荷与电场
例9-3.求长度为 、电荷线密度为λ的均 3.求长度为 求长度为l 匀带电直细棒周围空间的电场。 匀带电直细棒周围空间的电场。 x
+
γ
电子对湮灭
9.1.1 电荷的量子化 1、电荷(electric charge): 、 物质所带的电，它是物质的固有属性。 物质所带的电，它是物质的固有属性。 自然界中存在着两种不同性质的电 一种称为正电荷 另一种称为负电 正电荷， 荷，一种称为正电荷，另一种称为负电 荷。 ——基本电荷量 e = 1.602 ×1019 C ——基本电荷量 物体带电均为电子电量的整数倍， 物体带电均为电子电量的整数倍，
电荷与电场
9.2.2 电场强度(electric field intensity) ——描述电场大小 ——描述电场大小、方向的物理量 描述电场大小、
(1) 定义： 定义： 场源电荷:产生电场的点电荷 产生电场的点电荷、 场源电荷 产生电场的点电荷、点电荷 单位： 单位：N C-1 或 Vm-1 或带电体。 系、或带电体。 9.2.3 点电荷与点电荷系的电场强度 点电荷与点电荷系 与点电荷系的电场强度 试验电荷:电量足够小的点电荷 电量足够小的点电荷。 试验电荷 电量足够小的点电荷。 1. 点电荷的电场强度 根据库仑定律，试验电荷受力为： 根据库仑定律，试验电荷受力为：
q
l
r
+q
1) 轴线延长线上 的场强 轴线延长线上A的场强
q
l 2
l