新版浙江理工大学科技成果推介-ZhejiangSci-TechUniversity
浙大在科学领域的成果
浙江大学在科学领域取得了许多重要成果，以下是其中一项：
浙江大学化学工程与生物工程学院、杭州国际科创中心邢华斌教授、杨立峰研究员团队研发出一种新型超快吸附动力学分子筛ZU-609，该材料通过对孔口的精准控制，仅允许丙烯分子进入，阻挡丙烷分子的通过，达到快速精准识别的效果。
变压吸附计算结果表明，ZU-609的丙烯分离能耗相较于之前报道的筛分材料降低2倍，丙烯的生产效率还能提高2倍。
此外，材料还表现出优异的脱附再生能力，常温下通过氮气吹扫或者抽真空减压就可以实现材料完全再生。
这些成果为低碳分离技术发展奠定了基础，也有利于超高纯电子化学品的国产化制备。
浙大的研究为化工过程效率的提高提供了关键技术挑战，也一直是前沿研究领域。
浙江理工大学科技成果——有机质介导纳米碳酸钙合成方法
浙江理工大学科技成果——有机质介导纳米碳酸钙
合成方法
成果简介
碳酸钙已广泛应用于造纸、塑料、化纤、橡胶、胶粘剂、密封剂、化妆品、建材、涂料、油漆、油墨、油灰、封蜡、包装、医药、食品、饲料等行业，是一种重要的无机材料。
纳米碳酸钙材料则由于其粒子的超细化，在磁性、催化性、光热阻和熔点等方面具有普通碳酸钙无法比拟的优越性能，纳米碳酸钙已广泛应用于橡胶、塑料和造纸中，具有较好的补强作用；在高级油墨和涂料中具有良好的光泽、透明、稳定、快干等特性。
本项目模拟天然贝壳中碳酸钙纳米晶的生长过程，以有机分子为模板指导碳酸钙纳米晶体的生长与组装，碳酸钙晶体可生长为微米球或纳米球，球体尺寸均匀，表面圆滑，分散性好，具有高标准的白度值。
同时可实现在微纳水平上对碳酸钙尺寸、成分与性能的控制，如，微球尺寸可以控制在0.5-2微米、200-300纳米等不同尺度范围内。
该类球形碳酸钙使用可静脉注射型药物载体、食品添加剂、高级油墨、轿车油漆等具有高附加值产品领域的应用。
该发明创造原料成本低，可循环利用，经济效益客观，不产生环境污染问题，具有较广阔的市场前景。
已申请发明专利2项。
本项目现处于小试阶段。
浙江理工大学科技成果——竹纤维的可控不饱和改性及其复合材料的应用研究
浙江理工大学科技成果——竹纤维的可控不饱和改
性及其复合材料的应用研究
成果简介
本项目利用ATRP法得到含有不饱和基团高分子支链的改性竹浆纤维，包括接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、接枝聚异戊二烯等。
找出改性反应条件与纤维表面接枝聚合物的关系，通过改变反应条件能满足不同的复合材料对纤维的要求。
经过测试，相对未改性竹纤维复合材料，竹浆纤维/PS复合材料抗拉伸性能实际提高35.3%，弯曲强度提高53.9%。
竹浆纤维/EP复合材料抗拉伸性能实际提高57.6%，弯曲强度提高34.3%。
采用其它改性方法进行对比试验，不饱和竹纤维改性复合材料的物理化学性能具有较大的优势。
由于交联反应的均匀性，产品外观平整度和光泽度都优于普通的复合材料。
知识产权情况
本项目已申请发明专利1项，专利名称：一种树脂基竹纤维复合材料的制备方法，申请号：201510172370.8。
应用领域
本项目产品有稳定的质量和较高的性能，经改性处理后，竹浆纤维与树脂性基体之间的相容性得到很好的改善，界面结合力得以提高，解决了竹塑复合材料强度低、质量差的问题，可用于制备高附加值装饰、建筑材料。
所处阶段本项目现处于小试阶段。
石墨烯增强功能梯度多孔板条的弯曲响应
有效性。
关 键 词 ：石 墨 烯 纳 米 片 ；功 能 梯 度 多 孔 板 条 ；弯 曲 响 应 ；解析解
中 图 分 类 号 ：0343. 1
文 献 标 志 码 ：A
文 章 编 号 ：1673-3851 (2021) 07-0551-08
The bending behavior of functionally graded graphene platelet-reinforced composite porous strips
Abstract：T o study the bending behavior of functionally graded graphene platelet (GPL)-reinforced composite porous strips subjected to uniformed loads, based on the theory of three-dimensional elasticity, w e adopted the modified Halpin-Tsai micro-mechanical model to establish the relationship between the porosity and Y o u n g ys modulus of material and obtain the effective properties of the GPL-reinforced composite porous material. Finally, the analytical solution of the bending of functionally graded G P L reinforced composite porous strips under uniform loads was derived by using the generalized Mian and Spencer method. The effectiveness of this method was verified through a numerical example, and the effects of G P L ?s geometric size, content, pore distribution m o d e , porosity and boundary conditions, etc. on the elastic response of composite porous strips were investigated. The results indicated that the geometric size of G P L had no obvious effect on the bending response of strips. W h e n G P L was uniformly distributed, the effect of the content of G P L on the normal stress of strips can be ignored. The porosity and pore distribution mode had a significant effect on the bending response of strips. W h e n the pores and graphene were distributed non-uniformly but symmetrically, the stiffness of the structure can be
浙江理工大学科技成果汇编
浙江理工大学科技成果汇编浙江理工大学成果汇编一、新型纺织材料(1)抗紫外线功能纳米聚酯纤维的开发应用项目介绍：本项目应用了当今最新的纳米材料与纳米技术，采用独创的纳米粉体的分散工艺，首先对纳米材料进行复配和分散处理，有效地解决了纳米材料的再团聚问题，大大提高了聚酯纤维对紫外线的屏蔽能力，其薄型织物（平纹组织）的紫外线屏蔽率达到99.41%。
通过检测，该纤维各项指标均为一等的，其薄型平纹织物的紫外线透过率小于1%，且为凉爽型的抗紫外线织物。
抗紫外线共聚酯切片：[η]：0.67di/ml；凝聚粒子：1个/mg；b值：3.99；tm：>260℃；抗紫外线纤维：符合国际gb/t14460-1993一等品标准。
织物抗紫外线性能：按照国际gb/t-17032-1997标准测试，紫外线透过率为0.59%（<1%）。
该成果生产的防紫外线服装品种包括夏季服装、户外工作服、运动服等，技术先进，可操作性强，生产中无技术障碍，应用前景广阔。
该项目获得浙江省科技进步二等奖。
(2)功能化舒适性纤维的制备及产业化项目介绍：本项目研究优化和复配共聚物的改性单体，完成适应于多品种织物开发的一整套“多功能舒适性聚酯纤维”的生产工艺及技术关键，解决多纤复合的染色问题；根据社会需求向多功能技术发展，赋予纤维特定的功能，如抗紫外线、抗菌防臭等品种；研究了纤维深加工的新工艺、新技术（花式加捻加弹等）。
每种纤维具有两种以上功能，如导湿、排汗、常温可染等；纤维上染率：85%以上（在98℃的染温下）；皂洗牢度：褪色4～5级，沾色4～5级；摩擦速度：干4～5级，湿4～5级；织物强力：经向（牛顿/5320cm）600以上，纬向（牛顿/5320cm）300以上。
该产品可制成穿着舒适、导湿排汗、美观舒适的服装，具有良好的市场前景。
开发功能全面的差异化纤维符合国际新纤维发展趋势，提高了产品的技术含量和档次，具有良好的经济效益。
可以联合开发或转让。
浙江理工大学一项成果获浙江省技术发明一等奖
省科学 技术 奖 ， 其 中一等奖 ２ ８ 项、 二等奖 ８ ４ 项、 三等奖 １ ６ ８ 项 。获奖项 目中 ， 省 自然科学奖获奖项 目成
果 １ ８项 ， 省 技 术 发 明 奖获 奖项 目成果 ｌ ８项 ， 省科 技 进 步 奖 获 奖 项 目成 果 ２ ４ ４项 。省 技 术 发 明一 等 奖 项
【 ５ 】 刘洁 ， 董亦森． 分 散 剂对 聚偏 氟 乙 烯 分 散 性 的 影 响 『 Ｊ ］ ． 涂
料工 业 ，［ ６ ］ 孔万力 ， 包永 忠 ， 黄 志 明． 分 散 剂 和 非 离 子 型 表 面 活 性 剂 对 悬 浮聚 氯 乙烯 树脂 颗 粒特 性 的影 响Ｉ Ｊ 】． 中 国氯 碱 ，
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｐ ＶＤＦ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｚ ｅ
浙江理工大学科技成果——碳化硅纳米纤维的规模化制备
浙江理工大学科技成果——碳化硅纳米纤维的规模化制备成果简介
碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能（强度、抗蠕变性等）是已知陶瓷材料中最佳的，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。
抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。
碳化硅纳米材料（SiC纳米纤维/纳米线/晶须）由于具有独特的电学、光学及力学等性能，可广泛应用于金属、陶瓷和塑料复合材料增强、高温催化反应催化剂载体、高温过滤分离、吸波材料、高温抗氧化材料、燃料电池催化剂载体、锂离子电池材料、光催化、场电子发射阴极材料和纳米光电子器件等许多领域。
SiC纳米纤维属于中间产品，国际市场很大（美国和日本年产碳化硅晶须上百吨），国内市场有待开发（属美国出口管制产品），年需求量在5吨以上，潜力很大，SiC纳米纤维价格高、利润高、市场及后续产品市场大，推广应用前景非常广阔。
本项目产品是以SiC陶瓷为基的复相陶瓷，如碳化硅纤维（或晶须）补强，改善了单体碳化硅材料的韧性和强度。
本技术制备过程操作简单，成本相对较低，易实现工业自动化生产。
本项目现处于小试阶段。
浙江理工大学科研成果
浙江理工大学科研成果
佚名
【期刊名称】《中国农机化》
【年(卷),期】2007()3
【摘要】浙江理工大学和浙江裕龙机电有限公司联合研制的步行旋转式插秧机，
为国内外第一台配置旋转式分插机构步行式插秧机。
该项研究获得3项发明专利，3项发明专利申请号。
2006年11月15日召开由汪懋华院士、蒋亦元院士主持的“步行式水稻插秧机研究”鉴定会，鉴定意见为：“研究成果创新性强，具有自主知识产权，突破了日、韩现有插秧机的技术模式.
【总页数】1页(PF0002-F0002)
【关键词】科研成果;浙江;大学;旋转式分插机构;水稻插秧机;自主知识产权;发明专利;专利申请号
【正文语种】中文
【中图分类】G311
【相关文献】
1.浙江理工大学:求知求实创新创业——专访浙江理工大学党委学工部副部长、就
业指导中心主任徐颖云 [J], 张玲
2.中共浙江省委党校1995年科研成果发表及部分科研成果获奖情况 [J], 无
3.河南理工大学代表性科研成果 [J],
4.华南理工大学科研成果入选2012年度中国科学十大进展 [J],
5.武汉理工大学淄博先进陶瓷研究院确定首批转化科研成果37项 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浙江理工大学科技成果——多光色夜光纤维制备及其产品的研发
浙江理工大学科技成果——多光色夜光纤维制备及
其产品的研发
成果简介
夜光纤维是利用稀土发光材料制成的功能性环保新材料，该纤维吸收可见光10分钟，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10小时以上，色彩绚丽，环保高效。
本项目研究内容多光色夜光纤维的制备，尤其红色光夜光纤维的制备；夜光纤维光色形成机理研究，能量传递过程及能量转换效率的研究；夜光纤维系列产品的开发与加工技术的研究，及加工工艺对夜光纤维产品发光亮度影响的研究。
项目创新性采用特种纺丝技术制备出夜光纤维，以夜光纤维为原料开发了系列夜光产品；攻克了荧光涂层织物水洗与摩擦牢度差、亮度低、安全性不高的难题。
产品特色夜光纤维及其产品余辉亮度高、时间长；环保；具有独特的功能性；耐水洗性能良好。
技术指标夜光纤维光照激发5分钟，停止光照10秒时亮度为：1cd/m2-0.4cd/m2，300秒时亮度为：80mcd/m2-40mcd/m2。
应用领域航空航海、国防工业、纺织面料、安全防护织物、交通运输、日常生活、夜间作业、娱乐服装等。
夜光纤维产品：夜光短纤/长丝、夜光绣花线/缝纫线、夜光绒布/毛绒玩具、夜光工艺绣品/电脑绣花、夜光面料/辅料、夜光拖鞋/袜子等。
所处阶段本项目现处于实验室阶段。
结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响
浙江理工大学学报,第51卷,第1期,2024年1月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.01.008收稿日期:2022-12-09 网络出版日期:2023-07-07基金项目:国家自然科学基金面上项目(52075498);浙江理工大学科研启动基金(11152932612007)作者简介:武维莉(1990- ),女,安徽宿州人,讲师,博士,主要从事复合材料方面的研究㊂结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响武维莉,潘忠祥(浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院),杭州310018) 摘 要:为了研究三维机织结构参数与复合材料力学性能之间的关系,设计织造了4种不同结构的三维机织物,包括浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构,并分别将其制备成复合材料,通过材料试验机探究所得复合材料的结构参数对拉伸㊁剪切性能的影响㊂结果表明:纤维体积分数相同时,纱线的屈曲和纱线交织结构决定了复合材料的拉伸性能及尺寸稳定性㊂经向上,浅交直联结构复合材料拉伸性能和尺寸稳定性最佳,经纱屈曲大的接结纬接结+衬纬纱结构复合材料拉伸性能和尺寸稳定性最差;纬向上,接结纬接结结构复合材料拉伸性能和离散性最差㊂对比2个方向的拉伸性能发现,复合材料的纬向拉伸性能远远优于经向拉伸性能㊂织物的交织结构决定了剪切性能及尺寸稳定性,浅交直联复合材料的结构紧密,剪切模量最大,接结纬接结复合材料的结构疏松,剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂该研究明确了纤维体积分数㊁纱线屈曲程度㊁织物交织结构等结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响,为三维机织复合材料的研究和应用提供了参考㊂关键词:三维;机织复合材料;拉伸性能;剪切性能;尺寸稳定性中图分类号:T S 195.644文献标志码:A文章编号:1673-3851(2024)01-0063-11引文格式:武维莉,潘忠祥.结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(1):63-73.R e f e r e n c e F o r m a t :W U W e i l i ,P A N Z h o n g x i a n g .T h e e f f e c t o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o pe r t i e s of 3D w o v e n c o m p o s i t e s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a ng S c i -T e ch U ni v e r s i t y,2024,51(1):63-73.T h e e f f e c t o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o p e r t i e s o f 3D w o v e n c o m po s i t e s W U W e i l i ,P A N Z h o n g x i a n g(C o l l e g e o f T e x t i l e S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g (I n t e r n a t i o n a l I n s t i t u t e o f S i l k ),Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T o i n v e s t i g a t e t h e r e l a t i o n s h i p be t w e e n t h e p a r a m e t e r s of T h r e e -d i m e n s i o n a l (3D )w o v e n s t r u c t u r e s a n d t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o m po s i t e s ,f o u r s t r u c t u r e s o f 3D w o v e n f a b r i c s w e r e p r e p a r e d ,i n c l u d i n g s h a l l o w c r o s s -l i n k e d ,l a y e r -b y -l a y e r a n g l e -i n t e r l o c k ,"s t i t c h i n g we f t "w e f t k n i t t e d a n d "s t i t c h i n g w e f t "w e f t k n i t t e d +i n s e r t e d w e f t s t r u c t u r e s .T h e y w e r e p r e p a r e d i n t o c o m p o s i t e s ,a n d b yu s i n g a m a t e r i a l t e s t i n g m a c h i n e ,t h e e f f e c t s o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o n t e n s i l e a n d s h e a r p r o pe r t i e s of t h e c o m p o s i t e s w e r e e x p l o r e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h t h e s a m e f i b e r v o l u m e f r a c t i o n ,t h e y a r n c r i m p an d t h e i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o f y a r n s d e t e r m i n e t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y of t h e c o m p o s i t e s .I n t h e w a r p d i r e c t i o n ,t h e s h a l l o w c r o s s -l i n k e d w o v e n c o m po s i t e s e x h i b i t t h e m o s t e x c e l l e n t t e n s i l e p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y ,w h i l e t h e "s t i t c h i n g we f t "w e f t k n i t t e d+i n s e r t e d w e f t r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s w i t h l a r g e w a r p c r i m p at t a i n t h e w o r s t t e n s i l e p e r f o r m a n c e .I n t h e w e f t d i r e c t i o n ,t h e s t r u c t u r e "s t i t c h i n g w e f t "w e f t k n i t t e d r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s s t i l l e x h i b i t t h e w o r s t t e n s i l e p r o p e r t y a n d d i s c r e t e n e s s .C o m p a r i s o n o f t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s i n b o t h d i r e c t i o n s i n d i c a t e s t h a t t h e t e n s i l e p r o p e r t yo f t h e c o m p o s i t e s i n t h e w e f t d i r e c t i o n i s s u p e r i o r t o t h a t i n t h e w a r p d i r e c t i o n.T h e i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o f t h e f a b r i c s d e t e r m i n e s t h e s h e a r p r o p e r t i e s a n d d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y.T h e s h a l l o w c r o s s-l i n k e d c o m p o s i t e s p e r f o r m t h e h i g h e s t s h e a r m o d u l u s w i t h a d e n s e s t r u c t u r e,w h i l e t h e"s t i t c h i n g w e f t"w e f t k n i t t e d c o m p o s i t e s w i t h a l o o s e r s t r u c t u r e r e s u l t i n a l o w e s t s h e a r m o d u l u s.H o w e v e r,t h e s h e a r s t r e n g t h s h o w s a n a l m o s t o p p o s i t e l a w.T h i s s t u d y c l a r i f i e s t h e e f f e c t s o f t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s s u c h a s f i b e r v o l u m e f r a c t i o n,y a r n c r i m p d e g r e e,a n d f a b r i c i n t e r l a c i n g s t r u c t u r e o n t h e t e n s i l e a n d s h e a r p r o p e r t i e s o f3D w o v e n c o m p o s i t e s,p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r t h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f3D w o v e n c o m p o s i t e s.K e y w o r d s:3D;w o v e n c o m p o s i t e s;t e n s i l e p r o p e r t y;s h e a r p r o p e r t y;d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y0引言纤维增强复合材料因具有较高的比强度㊁比模量以及较好的耐疲劳和耐腐蚀特性,广泛应用于航空航天㊁船舶㊁汽车㊁建筑等领域㊂由于层间或Z向纱的增强作用,三维机织增强复合材料的层间力学性能明显优于二维结构[1-4]㊂B e h e r a等[5]发现,三维机织复合材料具有优异的抗冲击性㊁防刺穿及动态热机械性能㊂P e e r z a d a等[6]研究发现,三维机织结构中Z向纱的存在使经纬纱承担的负荷减少,提升了复合材料的整体强度和刚度㊂B r a n d t等[7]发现,Z向纱明显提高了复合材料的层间性能,其含量的增加使经纬向的拉伸强度下降,但压缩强度不受影响㊂C o x等[8]探究了三维机织复合材料的拉伸㊁压缩和弯曲性能,结果发现与二维复合材料相比,三维复合材料的面外性能增加,面内性能有所降低㊂I v a n o v等[9]认为,三维复合材料的杨氏模量与二维复合材料接近,但在45ʎ方向上,三维复合材料的最大应力㊁应变明显高于二维复合材料㊂P o t l u r i等[10]探究了三维复合材料的抗冲击性能,发现不同结构的三维复合材料的损伤面积和宽度相似,但远小于二维复合材料㊂针对不同结构的三维复合材料力学表现,国内外学者展开了相关研究㊂S a l e h等[11]研究了3种不同结构(正交结构㊁层层角联锁和角联锁结构)的三维机织复合材料的准静态拉伸性能,发现不同结构的复合材料的拉伸刚度与强度主要取决于经纱和纬纱含量,而结构类型的影响较小㊂其他学者也发现,织物结构对复合材料力学性能有重要影响㊂B e h e r a 等[5]探究了三维机织复合材料的拉伸性能,发现不同结构的材料,其拉伸强度在经向上的大小排序为三维正交结构复合材料㊁经向联锁结构复合材料㊁角联锁结构复合材料,而在纬向上则相反㊂H u a n g 等[12]测试了4种玻璃纤维三维机织复合材料的拉伸性能,包括层与层绑定的正交结构㊁完全正交结构㊁角联锁结构㊁改进的角联锁结构,发现织物结构与复合材料的拉伸强度及尺寸稳定性有很大关系㊂X u等[13]㊁D a i等[14]和J i a o等[15]探讨了织物结构对三维复合材料拉伸性能的影响,发现结构不同导致富树脂区不同,角联锁结构复合材料在经纱方向上具有较大的拉伸模量和强度㊂S t i g等[16]验证了这一观点,并且通过实验发现三维复合材料的刚度和强度随着纱线的屈曲增加呈现非线性下降,添加填充纱可以增加复合材料的力学性能㊂上述工作探究了三维机织结构复合材料与力学性能之间的关系,但是三维机织结构种类繁多,设计人员须根据使用工况选择合适的织物结构㊂然而,目前三维机织结构与力学性能之间的关系研究不够充分,影响了对其力学性能可靠性的评估㊂本文设计织造了4种不同结构的三维机织物,包括浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构,并分别将其制备成复合材料,对三维机织复合材料的拉伸性能和剪切性能进行测试,分析了织物结构参数对复合材料的拉伸和剪切性能的影响㊂本文的研究结论为三维机织复合材料的设计和应用提供了指导㊂1实验部分1.1实验材料碳纤维纱线(T70012K,纤度954.3t e x)购于日本东丽公司;环氧树脂(R T M3266)购于中航复合材料有限责任公司;多综眼多剑杆织机,自研㊂纤维和树脂的基本参数见表1㊂表1实验材料的基本参数实验材料密度/(g㊃c m-3)抗拉模量/G P a抗拉强度/M P a断裂伸长率/%碳纤维1.8023049002.1环氧树脂1.252605.0 1.2实验方法1.2.1三维织物织造本文设计了4种不同组织结构的碳纤维三维机46浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷织结构,包括浅交直联结构㊁层层角联锁结构㊁接结纬接结结构和接结纬接结+衬纬纱结构,在多综眼多剑杆织机上完成织造㊂三维织物实物照片及沿织物经向的截面结构示意图如图1所示,其中:结构示意图中绿色椭圆点代表纬纱,白色屈曲的纱线代表经纱;白色实线表示观察切面上的经纱,而虚线则表示交织着的相邻经纱㊂上机织造及织物参数见表2,织物的上机图如图2所示㊂图14种三维织物实物照片和沿经向截面结构示意图表2三维机织物的织物参数织物结构经密/(根㊃10c m-1)纬密/(根㊃10c m-1)平方米质量/(k g㊃m-2)厚度/m m浅交直联61.842.665518.51层层角联锁59.430.674638.81接结纬接结接62.857.8796810.02接结纬接结+衬纬纱60.057.4766010.62注:为了对比方便,表中经密㊁纬密指单层交织结构的纱线根数㊂而实际上三维机织结构在厚度上有多层交织结构,总的经纬密度还应该乘以交织层数㊂1.2.2复合材料的制备实验采用树脂传递模塑成型工艺(R e s i n T r a n s f e r M o l d i n g,R T M)制作复合材料,其工艺过程及原理如图3所示㊂首先在预设厚度的模具内放置三维织物,闭合模具并灌注树脂,然后在常温条件下固化,制备复合材料㊂在成型过程中,固定的模腔深度导致4种三维机织复合材料的厚度一致,复合材料的厚度均为8.30m m㊂由于织物平方米质量不同导致复合材料的纤维体积分数(F i b e r v o l u m e f r a c t i o n,V f)有所区别,4种三维复合材料的V f见表3㊂1.3测试与表征1.3.1复合材料的拉伸性能测试采用材料实验机(I n s t r o n5940,美国I n s t r o n公司)测试复合材料的经向和纬向性能,测试方法采用A S T M D3039/D3039M-08S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r T e n s i l e P r o p e r t i e s o f P o l y m e r M a t r i x C o m p o s i t e M a t e r i a l s㊂经向拉伸采用矩形长条试样,示意图如图4(a)所示㊂由于纬向纱线伸直度高,断裂失效容易发生在试样两端,因此纬向拉伸试样设计成狗骨形状,示意图如图4(b)所示㊂实验时首先调节拉伸夹具的标距,设为150m m,安装试验件,然后连接应变片和数采系统㊂为了使夹具夹紧试样,对夹具施加一定的预加张力(纬向拉伸为3k N,经向拉伸2k N),拉伸速度设定为2m m/m i n㊂每种结构测试5个样品㊂1.3.2复合材料的剪切性能测试剪切测试采用A S T M D5379/D5379M-12 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r S h e a r P r o p e r t i e s o f C o m p o s i t e M a t e r i a l s b y t h e V-N o t c h e d B e a m M e t h o d,测试试样示意图和夹具实物照片如图5所示㊂实验时把试样放置在V型切口剪切夹具内部,将夹具安装到材料试验机的压缩盘上,调节上压盘靠近夹具的压杆上,设定测试速度为2m m/m i n㊂根据测试56第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响图2 4种三维织物的织造上机图标准,在剪切应变大于5%时,试样视为破坏,测试终止㊂每种结构测试5个样品㊂1.3.3 试样编号测试前对实验试样进行系统性地编号,定义4种复合材料的经向拉伸性能(编号 -T J )和纬向拉伸性能(编号 -T W )㊁剪切性能(编号 -S),每种结构测试5个试样,其编号分别是N o .1㊁N o .2㊁N o .3㊁N o .4㊁N o .5㊂4种织物结构(浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结接㊁接结纬接结+衬纬纱)的编号分别是01㊁02㊁03㊁04㊂例如,浅交直连复合材料的经向拉伸5个试样测试编号分别是01-T J -N o .1㊁01-T J -N o .2㊁01-T J -N o .3㊁01-T J -N o .4㊁01-T J -N o .5,测试试样的具体编号见表4㊂2 结果与讨论2.1 织物结构分析本文设计织造的4种组织结构中经纬纱的交织规律不同,其中三维织物浅交直联和层层角联锁结构相似,而接结纬接结和接结纬接结+衬纬纱结构更为相似㊂相对于接结纬接结,接结纬接结+衬纬纱在纬向上又添加了额外的衬纬纱,使得纬纱含量有所增加㊂三维机织结构在厚度方向上形成多层的经纬纱交织,相比二维机织物,三维机织结构层间性能更佳,作为复合材料增强体结构具有一定的优势㊂织物的交织程度决定了结构的紧密程度,也影响了力学性能的稳定性㊂纱线交织点越多,形成的织物结构越稳定,纱线自由度小,受到载荷时材料的力学性能越稳定㊂以浅交直联结构为例,在织造打纬时,经纱每横跨两根纬纱交织形成扣锁一次,即在1㊁3㊁5列纬纱处形成紧密的交织结构,如图6所示㊂在织造2和4列纬纱时,经纱只发生上下移动形成梭口用来添加纬纱,而不会施加较大的力锁紧纱线㊂同理,对于层层角联锁结构,织造每一根纬纱都会交图3 R T M 工艺过程及原理图66浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷表3 三维机织结构复合材料的纤维体积分数V f织物结构V f /%浅交直联41.85层层角联锁48.00接结纬接结接43.44接结纬接结+衬纬纱51.13织扣紧一次,使得织物结构变得紧密㊂定义图6中1至3列的纬纱隔距为打纬交织宽度T ㊂T 越小,纱线交织次数越多,织物结构越紧密;T 越大,经纱及纬纱受到的束缚越小,织物结构越疏松㊂4种结构的打纬交织宽度的统计数据见表5㊂图4 复合材料拉伸测试试样示意图图5 复合材料剪切测试试样示意图及测试设备表4 4种三维复合材料的测试编号织物结构经向拉伸编号纬向拉伸编号剪切编号浅交直联01-T J -N o .1㊁01-T J -N o .2㊁01-T J -N o .3㊁01-T J -N o .4㊁01-T J -N o .501-T W -N o .1㊁01-T W -N o .2㊁01-T W -N o .3㊁01-T W -N o .4㊁01-T W -N o .501-S -N o .1㊁01-S -N o .2㊁01-S -N o .3㊁01-S -N o .4㊁01-S -N o .5层层角联锁02-T J -N o .1㊁02-T J -N o .2㊁02-T J -N o .3㊁02-T J -N o .4㊁02-T J -N o .502-T W -N o .1㊁02-T W -N o .2㊁02-T W -N o .3㊁02-T W -N o .4㊁02-T W -N o .502-S -N o .1㊁02-S -N o .2㊁02-S -N o .3㊁02-S -N o .4㊁02-S -N o .5接结纬接结接03-T J -N o .1㊁03-T J -N o .2㊁03-T J -N o .3㊁03-T J -N o .4㊁03-T J -N o .503-T W -N o .1㊁03-T W -N o .2㊁03-T W -N o .3㊁03-T W -N o .4㊁03-T W -N o .503-S -N o .1㊁03-S -N o .2㊁03-S -N o .3㊁03-S -N o .4㊁03-S -N o .5接结纬接结+衬纬纱04-T J -N o .1㊁04-T J -N o .2㊁04-T J -N o .3㊁04-T J -N o .4㊁04-T J -N o .504-T W -N o .1㊁04-T W -N o .2㊁04-T W -N o .3㊁04-T W -N o .4㊁04-T W -N o .504-S -N o .1㊁04-S -N o .2㊁04-S -N o .3㊁04-S -N o .4㊁04-S -N o .52.2 结构参数对三维机织复合材料的拉伸性能的影响2.2.1 经向拉伸性能三维机织复合材料的经向拉伸应力-应变曲线如图7所示㊂由图7可知:4种复合材料的拉伸应力-应变曲线表现不同,随着应变增加,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的拉伸应力-应变呈线性关系,复合材料表现出线弹性的材料属性;而接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的拉伸应力在应变较小时呈线性增加,但是随着应变的增大,拉伸应力增长速度减缓,即拉伸模量(应力/应变)呈下降的趋势㊂分析经向拉伸离散性,发现:浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的经向拉伸一致性最好,表现为5个试样的拉伸曲线离散程度小㊂相反,接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合76第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响图6 三维机织打纬交织示意图表5 三维机织结构的打纬宽度织物结构打纬宽度/m m浅交直联2.34层层角联锁3.26接结纬接结接6.92接结纬接结+衬纬纱2.34材料的拉伸离散程度大,即尺寸稳定性不佳,这与织物交织结构有关㊂三维机织结构中的经纱由于交织作用,纱线往往呈屈曲的状态,且纱线的屈曲程度会影响拉伸方向上的力学性能㊂纱线的屈曲程度(C )可以采用式(1)计算:图7 4种三维机织复合材料的经向拉伸应力-应变曲线C =l l 0(1)其中:l 代表织物中纱线屈曲状态下的跨距长度,l 0代表纱线从织物中提取出来完全伸直的实际长度㊂图8显示了纱线屈曲形成的纱线交织方式㊂表6汇总了4种三维复合材料的拉伸性能参数及经纱屈曲情况㊂从表6可以发现,经纱屈曲会影响复合材料的拉伸模量,接结纬接结+衬纬纱结构的纱线屈曲最高,模量最低㊂但是拉伸强度与纱线屈曲之间不具有明显的规律,这可能需要同时考虑经向上的纱线含量㊂图8 纱线屈曲示意图已有研究发现,三维机织复合材料的力学性能与纤维体积分数关系很大,经纬向上的纱线含量直接影响复合材料的拉伸性能[17]㊂为了有效评估经纬向上不同含量的三维机织复合材料的拉伸性能,对复合材料的力学性能进行归一化处理,即将不同复合材料的拉伸性能统一转换经向或纬向上V f 为86浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷表64种三维复合材料的经向拉伸性能参数结构经纱屈曲拉伸模量/G P a拉伸模量C V/%拉伸强度/M P a拉伸强度C V/%经纱V f/%浅交直联1.08322.489.02311.076.1525.53层层角联锁1.15624.983.41238.926.5826.19接结纬接结接1.13922.8520.03194.876.5526.81接结纬接结+衬纬纱1.33017.3624.48175.0121.8429.5425%的等效拉伸性能㊂断裂强度和抗拉模量的归一化计算为:σ'=σVfˑ25(2)E'=E Vfˑ25(3)其中:σ'是纤维体积分数为25%时的强度,M P a;σ为未归一化转换前的强度,M P a:E'为纤维体积分数为25%时的模量,G P a;E为未归一化转换前的模量,G P a㊂图9为经纱V f归一化处理后的4种复合材料拉伸模量㊁强度与经纱屈曲的关系㊂由图7可知,经纱屈曲程度会影响复合材料的拉伸性能,当经纱V f 统一为25%后,经纱屈曲程度越高,三维复合材料经向拉伸性能越差㊂三维机织结构复合材料的经向拉伸模量和强度整体上呈现相似的规律,大小排序为浅交直联结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊁接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊂当经纱含量相同时,浅交直联结构复合材料的纱线屈曲最小(C=1.083),拉伸时经纱更容易发挥轴向上的力学优势,纱线强度利用率高,导致模量和强度达到最佳状态㊂接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的经纱屈曲最大(C=1.330),受力时经纱强度利用率低,拉伸性能最差,且离散值最大㊂浅交直联结构复合材料的拉伸离散度较小,尺寸稳定性好,这与经纱交织宽度相关㊂由表6的数据可知,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的交织宽度最小,分别是2.34m m和3.26m m㊂较小的纱线交织宽度导致在织造打纬时受到的打纬力更大,纱线的交织次数更多,织物结构更紧密,导致复合材料的拉伸离散性更小㊂相反,接结纬接结接结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的交织宽度较大,分别为6.92m m和8.55m m,导致织物结构不够紧密,拉伸模量和强度离散性大[18]㊂图10为V f归一化后,4种机织结构复合材料经向上的拉伸模量衰减情况,衰减速率大小排序为接结纬接结+衬纬纱相近㊁接结纬接结㊁层层角联图9归一化处理后4种机织结构复合材料的经向拉伸模量和强度(V f=25%)锁㊁浅交直联,这与经纱的屈曲状态和经纬纱的交织情况有关㊂伸直的纱线对拉伸性能的贡献大于屈曲的纱线[19],纱线屈曲明显的结构,如接结纬接结+衬纬纱结构复合材料和接结纬接结结构复合材料,无法充分发挥纤维的力学优势,受拉时屈曲的纱线有伸直的趋势;当拉伸载荷增加,经纱试图伸直造成树脂剪切破坏[20],导致复合材料的失效,从而模量发生明显的衰减㊂浅交直联结构复合材料由于经纱屈曲小,拉伸时纱线伸直变形小,且经纬纱交织结构紧密,失效前拉伸模量一直保持稳定不变㊂图104种机织结构复合材料经向拉伸模量随拉伸应变的变化曲线(V f=25%) 2.2.2纬向拉伸性能三维机织复合材料的纬向拉伸应力-应变曲线如图11所示㊂与经向拉伸曲线有所不同,4种复合材料纬向的拉伸应力-应变曲线均呈线性特征,表现出了线弹性的属性㊂由于织造时的打纬运动,纬纱在织物中几乎处于伸直状态[19],在纬向拉伸时,复96第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响合材料主要的变形来自于纬纱的拉伸和伸长,因此拉伸曲线呈线性特征㊂相比经向拉伸行为,4种结构复合材料的5个试样的纬向拉伸离散程度较小,拉伸曲线一致性好㊂其中,浅交直联结构复合材料的纬向试样拉伸离散性最小,接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的离散性最大㊂与经向拉伸行为相似,这主要与织物结构有关㊂图11 4种机织结构复合材料的纬向拉伸应力-应变曲线 表7汇总了复合材料纬向上的拉伸性能,可以发现纬纱的屈曲程度远远小于经纱,与经纱的屈曲规律相同,纬纱的屈曲从小到大的顺序为:浅交直联㊁层层角联锁㊁接结纬接结接㊁接结纬接结+衬纬纱㊂拉伸性能同时受到纬纱含量的影响,因此对纬纱含量进行归一化后,从而对比纬向上的拉伸性能㊂表7 4种三维复合材料的纬向拉伸性能参数织物结构纬纱屈曲拉伸模量/G P a拉伸模量C V /%拉伸强度/M P a 拉伸强度C V /%纬纱V f/%浅交直联1.00430.004.07489.772.9116.33层层角联锁1.00543.804.48629.772.2621.82接结纬接结接1.00927.147.83411.6215.8820.31接结纬接结+衬纬纱1.01247.228.59726.672.5421.58图12为V f 统一为25%后的纬向拉伸模量㊁强度㊂由图12可知:当V f 相同时,4种结构复合材料的纬向上的拉伸模量㊁强度呈现相似的规律,从大到小的顺序为:接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁浅交直联结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊂与经向拉伸相同,浅交直联结构复合材料和层层角联锁复合材料的纬向拉伸性能依然优于接结纬接结结构复合材料,表明这两种材料具有结构上的优势㊂浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的纬纱屈曲小,且纱线交织宽度小导致交织次数多,织物结构紧密,对纬纱的束缚张力大,纬向拉伸离散小㊂而接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的经纬纱交织点少,纱线之间束缚少㊁自由度大,织物结构疏松,导致纬向上的拉伸性能离散性大㊂2.2.3 经向和纬向拉伸性能对比图13对比了4种复合材料在经㊁纬方向上的拉伸性能㊂由图13可知,V f 归一化后,经向上的拉伸模量和强度明显低于纬向,这是由于纬纱伸直程度高于经纱,受拉时纬纱能承受较大的载荷㊂经纱由于屈曲大,不利于发挥碳纤维的力学优势,导致经向上的拉伸模量较低㊂当拉伸载荷增加时,经纱有从7浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图12归一化处理后4种结构复合材料纬向拉伸模量和强度(V f=25%)屈曲到伸直的趋势,但是此过程会导致纱线周围的树脂受到挤压,造成剪切破坏,从而引起整个试样迅速失效,因此经向上的拉伸强度均低于纬向㊂2.3结构参数对三维机织复合材料剪切性能的影响本文对4种三维机织复合材料的剪切性能进行分析,剪切应力-应变曲线如图14所示㊂由图14可知,4种复合材料的剪切曲线相似,初始受剪时,复合材料的应力-应变曲线呈线弹性属性,剪切应力随着应变的增加呈线性增加;随着载荷的增加,应力-图134种机织结构复合材料经㊁纬向的拉伸性能对比(V f=25%)图144种机织结构复合材料剪切应力-应变曲线17第1期武维莉等:结构参数对三维机织复合材料拉伸和剪切性能的影响应变曲线进入非线性阶段,剪切应力继续增大但增长速度下降,即剪切刚度下降,直至强度达到最大后试样失效㊂复合材料施加剪切载荷时,当剪切力较小时,材料中的纱线和树脂同时受力,由于树脂模量远低于碳纤维,树脂首先发生变形㊂纱线受剪切力后由屈曲状态伸直,交织处的经纬纱逐渐锁紧,当载荷持续增大,锁结处的纱线摩擦力增大直至无法承受载荷,此时交织的纱线发生滑移㊁抽拔㊁断裂㊂树脂的断裂伸长率大,碳纤维断裂前树脂还未发生破坏,但是树脂强度远低于碳纤维,碳纤维断裂后树脂迅速破坏,最后整个复合材料试样失效[21]㊂图15显示了4种复合材料的剪切性能及离散情况㊂由图15可知,V f 相同时,浅交直联结构复合材料的剪切模量最大,接结纬接结结构复合材料的剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂浅交直联结构复合材料的结构紧密,受剪切时复合材料不易发生变形,剪切模量最大,但这导致在纱线交织处容易形成应力集中,试样失效早[22],剪切强度小㊂接结纬接结结构复合材料由于经纬纱的交织少㊁结构疏松,受剪切时结构容易发生变形,剪切模量小,但是疏松的结构不易形成应力集中,剪切失效发生晚,因此剪切强度最大㊂图15 归一化处理后4种复合材料剪切模量和强度(V f =25%)与拉伸性能相似,接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料的剪切离散值最大,尺寸稳定性最差,而浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的剪切离散性最小,这与织物结构中是纱线交织情况有关㊂接结纬接结结构复合材料和接结纬接结+衬纬纱结构复合材料中纱线交织宽度大,交织点少,纱线自由度大,受剪切时材料的失效位置具有较大的不确定性,离散度大;而浅交直联结构复合材料和层层角联锁复合材料的结构交织较为紧密㊁稳定,受剪切时离散性最小㊂3 结 论为了研究三维机织结构参数与复合材料力学性能之间的关系,本文设计制备了4种不同结构的三维机织复合材料,测试分析了复合材料的拉伸性能(经向和纬向)和剪切性能,所得主要结论如下:a)纤维体积分数㊁纱线屈曲和纱线交织程度决定了三维复合材料的拉伸和剪切性能㊂V f 相同时,纱线屈曲导致拉伸性能下降,而交织结构紧密会改善拉伸性能和离散性㊂b )经向拉伸时,4种结构复合材料的拉伸响应和曲线离散性不同,但拉伸模量和强度呈现相同的规律,大小排序为浅交直联结构复合材料㊁层层角联锁结构复合材料㊁接结纬接结结构复合材料㊁接结纬接结+衬纬纱结构复合材料㊂纬向拉伸时,4种结构复合材料的拉伸应力-应变曲线呈线弹性,且离散值小,这与纬纱屈曲小有关,同时纬向上的拉伸性能远远优于经向㊂不管是经向还是纬向上,浅交直联结构复合材料和层层角联锁结构复合材料的拉伸性能和离散性较小,而接结纬接结结构复合材料的拉伸性能最差,说明此结构不具有优势㊂c )4种复合材料的剪切应力-应变曲线呈非线性的特征㊂织物中经纬纱的交织结构决定了剪切性能及离散性,其中浅交直联复合材料的结构紧密,剪切模量最大,接结纬接结复合材料的结构疏松,剪切模量最小,而剪切强度几乎呈相反的规律㊂此研究明确了结构参数对三维机织复合材料的拉伸性能和剪切性能的影响,对三维织物的结构设计和力学性能优化有一定的指导作用,为将来三维机织复合材料的工程化应用提供借鉴和参考㊂参考文献:[1]杨彩云,李嘉禄,陈利,等.树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究[J ].航空材料学报,2006,26(5):51-55.[2]L i M R ,W a n g P,B o u s s u F ,e t a l .A r e v i e w o n t h e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f t h r e e -d i m e n s i o n a l w a r pi n t e r l o c k w o v e n f a b r i c s a s r e i n f o r c e m e n t i n c o m po s i t e s [J ].J o u r n a l o f I n d u s t r i a l T e x t i l e s ,2022,51(7):1009-1058.[3]D a h a l e M ,N e a l e G ,L u pi c i n i R ,e t a l .E f f e c t o f w e a v e p a r a m e t e r s o n t h e m e c h a n i c a l p r o pe r t i e s of 3D w o v e ng l a s s c o m p o s i t e s [J ].C o m po s i t e S t r u c t u r e s ,2019,223:27浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷。
浙江理工大学科技成果——生态含银抗菌纤维及其纺织品的开发
浙江理工大学科技成果——生态含银抗菌纤维及其
纺织品的开发
成果简介
抗菌纺织品对提高我国卫生保健水平和降低环境交叉感染具有重要作用，市场巨大。
高分散的超细银微粒以其独有的抗菌能力强、毒副作用小、安全无刺激、不易产生耐药性等特点，在纺织、医疗、涂料、建筑等领域被广泛应用。
本项目运用专利技术为天然纤维及其纺织品（如含纤维素类纤维、蛋白质类纤维、海藻酸纤维或其机织物、针织物和非织造布）提供一种工艺简单、价格低廉、抗菌能力强、抗菌效果持久、安全环保的抗菌整理技术。
利用天然高分子自身功能基团具有的还原与吸附稳定作用，原位合成高分散的纳米银抗菌整理剂。
与同类产品相比，无需购买专用设备，制备工艺更简单；含银织品抗菌效果好且持久稳定，其手感、白度、吸湿透气性能等不受影响，极低负载量即可达高效抑制细菌和真菌在织品上的生长；含银织品参照ISO105-C06：2010洗涤30次后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍高达80%以上，且可通过改变工艺参数来控制纳米银的负载量进而调控纺织品抗菌率。
所得纺织品安全无毒，对皮肤无刺激、耐氧化，可广泛应用于各类生活用品、服装、家纺产品、医疗用品、军需用品等。
已获授权发明专利1项。
科技成果——自动蔬菜移栽机
科技成果——自动蔬菜移栽机技术开发单位浙江理工大学成果简介当前我国的旱地蔬菜移栽装备主要为半自动作业，依赖人工投苗，机器劳动强度大、作业效率低。
浙江理工大学移栽机研究团队围绕高效自动取苗机理开展机构创新研究，发明系列旋转式行星轮系自动取苗机构与栽植机构，2018年先后成功研制了手扶式与乘坐式自动蔬菜移栽机，自动移栽效率可达每分钟90株/行，性能达到国际先进水平。
团队在自动移栽机核心技术领域拥有发明专利二十余项。
技术特点手扶式自动蔬菜移栽机，采用行星轮系夹取式取苗装置实现钵苗自动取苗与投苗作业，取苗效率每分钟可达90株/行，行星轮系鸭嘴式植苗装置与取苗装置配合，保证钵苗的高直立性高效移栽。
行走底盘具备液压仿形升降功能，栽植深度一致。
整机操作便利，适用与中小型作业环境。
乘坐式自动蔬菜移栽机，采用单缸汽油机与液压传动技术，适配无极变速或机械变速；液压转向和机具升降一杆操作；最小转弯半径2m，轮距和轴距1m，具有自适应仿形功能，栽植深度一致；配备自动取苗装置与栽植装置，移栽效率90株/行/分钟，行距40cm、50cm、60cm三档可调，株距也可调。
额定功率10KW，整机质量600Kg。
机器操作灵活，使用舒适，适用于大中型作业环境。
创新性采用了旋转式行星轮系自动取苗机构，实现了夹钵式自动取苗作业，该方式适应的农作物范围广，自动取苗机构结构简单紧凑，动力输入一次实现取苗两次，大大提高了移栽机的工作效率。
该项技术完全取代人工投苗手功能，促进我国旱地移栽从半自动进入自动作业水平。
先进性浙江理工大学移栽机研究团队研发的自动移栽机采用旋转式行星轮系结构，机构结构简单运转平稳可靠性好，工作效率可达每分钟50株/行；日本同类的蔬菜自动移栽机效率为每分钟40-50株/行，且其结构复杂。
盈利性目前蔬菜移栽的作业方式在农业领域处于落后的状况，国内其余推出半自动的产品逐步需升级为自动移栽机，国外的自动移栽机由于性能并步高，且其价格高昂，本团队研发的自动蔬菜移栽机完全具有我国自主知识产权，机具移栽机性能处于国际领先水平且机器结构紧凑工作平稳，投入规模化使用后将极大节省劳动力，缓解劳动力紧张的局面，带来我国移栽生产水平的飞跃。
被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能
浙江理工大学学报,第51卷,第1期,2024年1月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.01.007收稿日期:2023-04-04 网络出版日期:2023-06-07基金项目:国家自然科学基金项目(22078305);浙江省自然科学基金项目(L Q 22B 060014);国家级大学生创新创业训练计划项目(202110338018)作者简介:潘毕成(1998- ),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事辐射制冷方面的研究㊂通信作者:易玲敏,E -m a i l :l m yi @z s t u .e d u .c n 被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能潘毕成,张佳文,杨孝全,蔡 英,易玲敏(浙江理工大学,a .纺织科学与工程学院(国际丝绸学院);b .生态染整技术教育部工程研究中心;c .先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州310018) 摘 要:为了获得具有制冷性能的超疏水织物,利用含氟硅烷和环氧硅烷对S i O 2粒子进行改性,通过浸涂的方式将改性粒子整理到涤纶织物上,并喷涂聚二甲基硅氧烷交联成膜;对整理前后涤纶织物的表面形貌和结构进行分析,探究不同涂覆量下有机-无机复合涂层织物的光谱特性,并考察复合涂层织物的制冷性能和疏水性能㊂结果表明:当涂覆量为29.67m g/c m 2时,复合涂层织物的太阳光反射率为94.3%,中红外发射率为91.2%;在户外太阳直射下,相比原始涤纶织物最高可降温度为2ħ,比测试箱体内环境温度最高可降温8.2ħ;复合涂层织物的静态水接触角为151.4ʎ,滚动角为6.1ʎ;经过100次摩擦后,静态水接触角下降至147.8ʎ㊂该超疏水织物具有优异的自清洁性能和较好的耐摩性,在高温节能㊁辐射制冷领域具有广阔的应用前景㊂关键词:被动式日间辐射制冷;二氧化硅;涂层;涤纶;超疏水中图分类号:T S 195.5文献标志码:A文章编号:1673-3851(2024)01-0055-08引文格式:潘毕成,张佳文,杨孝全,等.被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(1):55-62.R e f e r e n c e F o r m a t :P A N B i c h e n g ,Z H A N G J i a w e n ,Y A N G X i a o q u a n ,e t a l .P r e pa r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f s u p e r h y d r o p h ob ic p o l y e s t e r f a b r i c s f o r p a s s i v ed a y t i me r a d i a t i v e c o o l i n g [J ].J o u r n a l of Z h e j i a ng S c i -T e ch U ni v e r s i t y,2024,51(1):55-62.P r e p a r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f s u p e r h y d r o p h o b i c p o l ye s t e rf a b r i c s f o r p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n gP A N B i c h e n g ,Z H A N G J i a w e n ,Y A N G X i a o q u a n ,C A I Y i n g ,Y I L i n gm i n (a .C o l l e g e o f T e x t i l e S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g (I n t e r n a t i o n a l I n s t i t u t e o f S i l k );b .E n g i n e e r i n gR e s e a r c h C e n t e r f o r E c o -D y e i n g &F i n i s h i n g o f T e x t i l e s ,M i n i s t r y of E d u c a t i o n ;c .K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d T e x t i l e M a t e r i a l s a n d M a n u f a c t u r i ng T e ch n o l o g y,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T o o b t a i n s u p e r h y d r o p h o b i c f a b r i c s w i t h p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g pe rf o r m a n c e ,S i O 2p a r t i c l e s m o d i f i e d w i t h f l u o r o s i l o x a n e a n d e p o x y s i l o x a n e w e r e u s e d t o c o a t t h e p o l y e s t e r f a b r i c v i a d i p p i ng .Th e n p o l y di m e t h y l s i l o x a n e w a s s p r a ye d o n t h e m t of o r m a c r o s s -l i n k e d s t r u c t u r e .T h e m o r p h o l og y a n d ch e mi c a l s t r u c t u r e o f p o l y e s t e r f a b r i c s b e f o r e a n d a f t e r m o d i f i c a t i o n w e r e a n a l yz e d ,a n d t h e s p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f o r g a n i c -i n o r g a n i c c o m p o s i t e c o a t e d f a b r i c s w i t h d i f f e r e n t c o a t i n g am o u n t s w e r e i n v e s t i g a t e d .M e a n w h i l e ,t h e c o o l i n g p e r f o r m a n c e a n d h y d r o p h o b i c p r o p e r t y o f t h e c o a t e d p o l ye s t e rf a b r i c s w e r e a l s o s t u d i e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t w h e n t h e c o a t i ng a m o u n t o f p o l y e s t e r f a b r i c i s 29.67m g/c m 2,t h e s o l a r r e f l e c t a n c e r e a c h e s 94.3%,a n d t h e m i d d l e i n f r a r e d e m i s s i v i t y ac h i e v e s 91.2%.I nd i re c t s u n l i g h t ,t h e c o a t e d p o l y e s t e rf a b r i c r e a l i z e s a n e f f i c i e n t t e m p e r a t u r e r e d u c t i o n o f 8.2ħc o m pa r e d w i t h t h e a mb i e n t t e m p e r a t u r e i n s i d e t e s tc h a m b e r ,a nd h a s a l o we r t e m p e r a t u r e of 2ħc o m pa r e d w i t h t h ep r i s t i n e p o l y e s t e r f a b r i c.T h e s t a t i c w a t e r c o n t a c t a n g l e o f t h e c o m p o s i t e c o a t e d f a b r i c i s151.4ʎa n d t h e r o l l i n g a n g l e i s6.1ʎ;a f t e r100r u b s,t h e s t a t i c w a t e r c o n t a c t a n g l e d r o p s t o147.8ʎ.T h e s u p e r h y d r o p h o b i c f a b r i c h a s e x c e l l e n t s e l f-c l e a n i n g p r o p e r t i e s a n d g o o d a b r a s i o n r e s i s t a n c e,a n d h a s b r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s i n t h e f i e l d o f h i g h t e m p e r a t u r e e n e r g y s a v i n g a n d r a d i a t i v e c o o l i n g.K e y w o r d s:p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g;S i O2;c o a t i n g;p o l y e s t e r;s u p e r h y d r o p h o b i c0引言温室气体大量排放,城市热岛效应加剧,高温天气频发,对户外游玩人员㊁建筑及公共设施等均产生了严重影响㊂传统户外纺织品并不足以抵消热量给人体带来的危害,因此亟须开发新型户外制冷纺织品以保护户外人员免受高温伤害㊂被动式日间辐射制冷(P a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g,P D R C)技术无需能量输入,通过反射太阳光(波长为0.3~ 2.5μm),同时将热量从红外大气窗口(波长为8~13μm)发射到外部空间实现物体表面的自发冷却[1]㊂近年来,研究者们将P D R C技术应用到织物上,制备具有降温或制冷功能的P D R C纺织品㊂Z h a n g等[2]根据S i O2在大气窗口具有高发射率的特点,在普通涤纶布上原位生长一层S i O2粒子,使其具有良好的P D R C性能㊂Z e n g等[3]通过分级结构的设计,制备了复合超细纤维编织的超材料织物,该超材料织物的太阳光反射率达92.4%㊁中红外发射率达94.5%㊂S o n g等[4]制备了一种聚合物基的纳米光子织物,该织物覆盖的皮肤表面温度相比传统织物低3.1~3.5ħ㊂尽管已有一些关于P D R C 纺织品的研究,但P D R C纺织品仍存在降温不够㊁服用性能差等问题;此外,户外纺织品在使用过程中不可避免地会遇到降尘㊁雨水等而被沾污[5],影响其降温性能㊂因此,开发具有自清洁性能和高制冷性能的P D R C纺织品具有重要意义㊂超疏水表面通常具有自清洁性能,将表面微纳复合结构与低表面能材料结合可获得超疏水表面㊂聚二甲基硅氧烷(P D M S)具有较低的表面能,是用于构建超疏水表面的常用材料[6-7],在8~13μm的中红外波段具有很高的发射率[8-9]㊂S i O S i结构的S i O2是用于构建粗糙表面的理想材料,且在大气窗口存在声子-极化子共振,有助于提高中红外波段的发射率[10-12]㊂此外,尺寸合适的S i O2具有很强的粒子散射效果,在太阳光谱范围内具有很高的反射率[13-14]㊂本文针对户外P D R C纺织品在使用过程中易被沾污而影响降温性能的问题,使用含氟改性S i O2与P D M S复合,采用浸涂㊁喷涂相结合的方式整理到涤纶织物表面,在织物表面构建具有低表面能㊁粗糙结构的太阳光高反射㊁中红外高发射涂层,制备具有良好降温性能的超疏水织物㊂分析整理前后织物的表面形貌和化学结构,考察涂覆量对复合涂层织物光谱特性的影响规律,并对复合涂层的制冷性能和超疏水性能进行探究,以获得具有较高冷却效果的超疏水涤纶织物,为户外降温织物的制备提供新的设计思路㊂1实验部分1.1实验材料S i O2购自东莞市鑫惟进实业有限公司,氢氧化钠(N a O H)㊁四氢呋喃(T H F)和无水乙醇购自杭州高晶精细化工有限公司,全氟辛基三乙氧基硅烷(F A S)购自广州远达新材料有限公司,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K H-560)和罗丹明B购自上海麦克林生化科技有限公司,聚二甲基硅氧烷(P D M S)购自道康宁公司,涤纶织物(P E T)购自广州美龙达环保材料有限公司㊂1.2涤纶织物的表面刻蚀用无水乙醇和去离子水依次清洗原始涤纶织物(3c mˑ3c m)30m i n以去除杂质,将清洁后的涤纶织物浸入质量分数为300g/L的N a O H溶液中30m i n,浸泡后的涤纶织物用大量的水清洗,并在80ħ下干燥,最后得到化学蚀刻的涤纶织物(H-P E T)㊂1.3改性S i O2分散液的制备将2.5g S i O2粒子均匀分散在50m L去离子水中,磁力搅拌30m i n后,依次向分散液中加入1.0g F A S和0.5g K H-560,室温条件下磁力搅拌24h,得到改性S i O2分散液㊂1.4被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备将H-P E T浸入改性S i O2分散液中,在80ħ烘箱中干燥;随后将含有P D M S的T H F溶液(质量分数为15%)采用喷涂的方式喷涂到涤纶织物上,烘干后便得到具有辐射制冷功能的超疏水涤纶织物(S P-P E T)㊂65浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷1.5 测试方法与表征1.5.1 红外光谱测试通过傅里叶红外光谱仪(F T -I R ,N i c o l e t 5700型,美国热电公司)分析整理前后涤纶织物的化学结构,扫描范围为500~4000c m -1㊂1.5.2 X 射线光电子能谱测试采用X 射线光电子能谱仪(X P S ,K -A l p h a ,美国赛默飞公司)分析整理前后涤纶织物表面化学组成和元素含量分析㊂1.5.3 形貌表征采用扫描电子显微镜(S E M ,S U 8100型,日立公司)观察整理前后涤纶织物的表面形貌㊂1.5.4 涂覆量计算称量整理前涤纶织物(3c mˑ3c m ),记录其质量W 1,称量由上述方法制备得到的S P -P E T ,记录其质量W 2㊂涂覆量根据式(1)计算:G =W 2-W 1A (1)其中:G 为涂覆量,m g /c m 2;W 1㊁W 2为整理前后涤纶织物质量,m g;A 为涤纶织物的表面积,c m 2㊂1.5.5 光谱性能测试反射率测试:采用配有B a S O 4积分球的紫外可见分光光度仪(U V -2600,日本岛津)进行测试,设定测试波长范围为200~800n m ㊂发射率测试:采用配有金积分球的傅里叶红外光谱仪(布鲁克5700型)进行测试,设定测试波长范围为2.5~16.0μm ㊂1.5.6 P D R C 性能测试使用实验室自制辐射制冷装置对原始织物㊁整理后织物及环境温度进行降温测试㊂该装置整体由泡沫盒组成,盒子外部贴有一层铝箔,装置顶部覆盖有一层低密度聚乙烯薄膜,用来抑制热对流和热传导㊂使用热电偶(P T -100)和温度记录仪(S I N -R 200F)实时监测样品及环境温度变化;使用辐照计(F Z -A )对实时太阳辐照强度进行测量;实时风速和环境相对湿度由空气流量风速计(G M 8902)和自动温湿度记录仪(T H 20R -E X )测量;使用红外热成像仪(F l u k e T i 400,A m e r i c a)拍摄整理后涤纶织物实际户外降温情况㊂1.5.7 接触角测试采用视频接触角张力仪D S A -100对整理前后涤纶织物进行润湿性测试,水滴体积为1.5μL ,测量织物5个不同位置的数值,取平均值㊂1.5.8 摩损性能测试摩损测试根据‘耐摩擦色牢度:A A T C C 摩擦测试仪法“(A A T C C 8-2007)中的摩损方式进行㊂使用纯涤纶布作为耐摩材料搭档,将样品固定在不锈钢柱上,并以92k P a 的负载压力反复移动100次(移动距离为20c m ),测试摩擦前后样品织物接触角变化来表征整理后涤纶织物的耐摩损性能㊂1.5.9 透气性能测试采用数字式透气量仪(Y G 461E )对整理前后涤纶织物进行透气性测试,测量织物5个不同位置的数值,取平均值㊂2 结果与讨论2.1 有机-无机复合涂层织物的表面化学组成 S i O 2改性前后红外谱图如图1(a )所示,改性后的S i O 2在1200c m -1和960c m -1处出现了新的吸收峰,分别对应C F 键的伸缩振动和S iO H 键的弯曲振动;906c m -1出现了代表 C H (O )C H的特征峰[15],表明S i O 2改性成功㊂原始涤纶织物和整理后涤纶织物的红外谱图如图1(b)所示㊂原始涤纶织物1712c m -1处的峰对应于羰基的伸缩振动,1408c m -1和1336c m -1处的峰对应于苯环的振动吸收,在涤纶织物表面浸渍改性S i O 2和喷涂P D M S 后,整理后的涤纶织物在1240c m -1和1088c m -1处出现了新的吸收峰(见图1(b)),分别对应于C F 键和S i O S i 键的伸缩振动㊂图1(c)是整理前后涤纶织物的X P S 谱图,织物表面元素含量分析如表1所示㊂图1(c)和表1显示:原始涤纶织物表面只存在C 和O 元素,而整理后的织物表面出现了F 和S i 两种元素,含量分别为22.59%和10.32%㊂以上结果表明含氟改性的S i O 2和P D M S 已经成功涂覆到涤纶织物上㊂2.2 有机-无机复合涂层织物的表面形貌 对原始涤纶织物和整理后涤纶织物的形貌进行分析,结果如图2所示㊂由图2可知:原始涤纶织物表面光滑,单根纤维清晰可见,经过改性S i O 2/P D M S 涂覆的涤纶织物,纤维表面被覆盖了大量粒子,粒子表面被聚合物P D M S 所包裹,P D M S 交联的作用增强了粒子与纤维间的附着力;当涂覆量为10.56m g/c m 2时,涤纶织物的纤维表面附着了改性S i O 2粒子,且纤维仍有部分未被覆盖,纤维的整体轮廓清晰;当涂覆量达到29.67m g/c m 2时,大部分涤纶织物被覆盖,纤维表面及纤维与纤维之间均充满了粒子,且粒子没有明显的聚集现象㊂75第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能图1 S i O 2改性前后F T -I R 谱图和整理前后涤纶织物的F T -I R 谱图㊁X P S 谱图表1 整理前后涤纶织物表面元素含量元素元素含量/%原始涤纶织物整理后涤纶织物C 74.3628.6N 00.82O 25.6437.67F022.59S i010.322.3 有机-无机复合涂层织物的光谱性能 太阳光谱区域的反射率是影响P D R C 性能的关键因素,为了探究整理前后涤纶织物太阳光反射率的差异以及不同涂覆量对涤纶织物太阳光反射率的影响,本文对两种涤纶织物太阳光反射率进行分析,结果如图3所示㊂图3(a)表明:当涤纶织物由改性S i O 2/P D M S 涂覆整理后,太阳光反射率相较图2 整理前后涤纶织物的S E M 图于原始涤纶织物有明显的提高,原始涤纶织物的太阳光反射率仅为65.5%;随着涂覆量的增加,复合涂层织物的太阳光反射率也随之提高㊂当涂覆量达到21.33m g/c m 2时,反射率达93.3%,进一步提高涂覆量,反射率变化不大;当涂覆量达到29.67m g/c m 2时,反射率达94.3%㊂整理后涤纶织物反射率85浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图3 涤纶织物的光谱特性曲线的提高主要是由于S i O 2粒子的存在,粒子的添加提高了织物对太阳光的散射效果[16],从而提高了反射率㊂涂覆改性S i O 2/PD M S 可提升涤纶织物的发射率,原始涤纶织物的发射率仅为88.3%,当涂覆量为29.67m g/c m 2时,发射率可达91.2%(见图3(b)),是由于整理后的涤纶织物表面存在大量C F 键和S i O S i 键,在大气窗口内具有较强的吸收振动峰[17],对应着较强的红外吸收能力㊂2.4 有机-无机复合涂层织物的P D R C 性能为了探究涂层织物的P D R C 性能,使用自制P D R C 装置(见图4(a ) (b ))进行测试㊂图4(c)显示了实时的太阳辐照强度,当天为多云天气,辐照强度波动比较大㊂图4(d )为太阳直射条件下整理前后涤纶织物的温度随时间变化的曲线㊂复合涂层织物的温度始终低于箱体内的环境温度和原始涤纶织物的温度,复合涂层织物的温度相比箱体内环境温度可低8.2ħ,相较于原始涤纶织物温度可下降2ħ(见图4(d))㊂整理后的涤纶织物具有高反射率,能够在太阳光区域最大限度地反射阳光,减少热量的吸收,同时因其高发射的特性,能够将热量从大气窗口辐射出去,从而达到较好的制冷效果㊂使用红外热成像仪对复合涂层涤纶织物进行户外降温性能测试㊂测试时间为2023年3月14日,天气晴朗,温度为23ħ,环境相对湿度为59%㊂图5(a ) (b )为织物覆盖在建筑模型屋顶的实物照片和其对应的红外热成像图,裸露的屋顶表面温度达31.3ħ,而覆盖有复合涂层织物的屋顶表面温度仅为25.3ħ,复合涂层织物能够提供6ħ的制冷效果㊂图5(c ) (d)则是织物覆盖在汽车模型的实物照片和红外热成像图,黑色汽车在户外环境下表面温度极高,严重影响其使用寿命,整理后涤纶织物作为户外遮阳纺织品,能够使汽车模型表面温度降低约11.6ħ㊂上述结果表明复合涂层涤纶织物作为户外遮阳纺织品能够在多种场合使用,且具有良好的降温制冷效果㊂2.5 有机-无机复合涂层织物的疏水自清洁性能㊁耐摩性能和透气性能在户外环境下,雨水㊁灰尘和微粒污染物等会沾污涂层表面,从而影响其P D R C 性能㊂为了提高制冷织物的户外使用性,本文采用含氟改性S i O 2粒子和P D M S 相结合,提高织物表面的疏水性能和自清洁性能,不同涂覆量下涤纶织物的疏水性能测试的结果如图6所示㊂图6(a)显示:原始涤纶织物的水接触角为105.4ʎ,改性S i O 2/P D M S 涂覆显著提高了织物的水接触角,且随着涂覆量的增加,水接触角不断提升㊂随着涂覆量的增加,滚动角不断降低,当涂覆量为29.67m g/c m 2时,复合涂层织物的静态接触角达到151.4ʎ,滚动角为6.1ʎ(见图6(b )),其原因是涂覆量的增加,涂层表面能下降,表面粗糙度增加,从而提高了涤纶织物表面的疏水性㊂对整理前后涤纶织物自清洁性能进行测试结果如图7所示㊂从图7可以看出:原始涤纶织物在浸入罗丹明B 水溶液后,织物表面被润湿并染色,而整理后的涤纶织物未被罗丹明B 水溶液润湿,在织物表面并没有观察到明显的着色痕迹;将罗丹明B水溶液滴落在整理前后涤纶织物上,原始涤纶织物表面沾满了颜色,而整理后涤纶织物表面水滴很快地滚落,没有被污染的痕迹㊂以上测试结果均表明复合涂层涤纶织物具有较好的自清洁性能㊂整理前后涤纶织物的耐摩擦性能和透气性能见图8㊂通过观察整理后涤纶织物摩擦100次前后的接触角变化来探究织物的耐摩擦性能,由图8(a)可知,经过100次摩擦后,复合涂层织物的静态水接触角由摩擦前的151.4ʎ下降至147.8ʎ,下降幅度较95第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能图4 涤纶织物的P D R C 性能图5 复合涂层织物覆盖于房屋、汽车模型的实物照片和红外热成像图06浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图6不同涂覆量整理后涤纶织物的水接触角和滚动角变化曲线图7整理前后涤纶织物的自清洁效果照片图8复合涂层织物摩擦前后接触角柱状图和整理前后涤纶织物的透气率柱状图16第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能小,涂层织物仍保持较强的疏水性能,说明整理后涤纶织物具有较好的耐摩擦性能㊂整理前后涤纶织物的透气性能测试结果如图8(b)所示,原始涤纶织物的透气率达到207.91m m/s,整理后涤纶织物的透气率为49.41m m/s㊂整理后涤纶织物透气率的下降是由于S i O2和P D M S交联成膜后(见图8(b)),堵塞了纤维与纤维之间的部分孔隙㊂3结论本文将改性S i O2粒子和P D M S通过先浸涂再喷涂的方式整理到涤纶织物上,制备得到具有良好降温性能的超疏水涤纶织物;考察整理前后织物的表面形貌和化学结构,分析涂覆量对复合涂层织物光谱特性的影响,并考察了织物的降温性能和疏水性能㊂主要结论如下:a)随着改性S i O2/P D M S涂覆量的增加,复合涂层涤纶织物的太阳光反射率和中红外发射率大幅提高㊂当涂覆量为29.67m g/c m2时,复合涂层织物的太阳光反射率达94.3%,中红外发射率达91.2%㊂b)复合涂层织物相较于原始涤纶织物,温度可下降2ħ,相比于箱体内的环境温度,温度可下降8.2ħ,具有良好的P D R C性能㊂c)随着S i O2/P D M S涂覆量的增加,复合涂层涤纶织物的疏水性能提高㊂当涂覆量为29.67m g/ c m2时,复合涂层织物的静态水接触角达到151.4ʎ,动态角为6.1ʎ,显示出良好的自清洁性能㊂参考文献:[1]R a m a n A P,A b o u A n o m a M,Z h u L X,e t a l.P a s s i v e r a d i a t i v e c o o l i n g b e l o w a m b i e n t a i r t e m p e r a t u r e u n d e rd i re c t s u n l i g h t[J].N a t u r e,2014,515(7528):540-544.[2]Z h a n g Y L,Y u J E.I n s i t u f o r m a t i o n o f S i O2 n a n o s p h e r e s o n c o m m o n f a b r i c s f o r b r o a d b a n d r a d i a t i v e c o o l i n g[J].A C S A p p l i e d N a n o M a t e r i a l s,2021,4(10): 11260-11268.[3]Z e n g S N,P i a n S J,S u M Y,e t a l.H i e r a r c h i c a l-m o r p h o l o g y m e t a f a b r i c f o r s c a l a b l e p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g[J].S c i e n c e,2021,373(6555):692-696.[4]S o n g Y N,L e i M Q,D e n g L F,e t a l.H y b r i d m e t a m a t e r i a l t e x t i l e s f o r p a s s i v e p e r s o n a l c o o l i n g i n d o o r s a n d o u t d o o r s[J].A C S A p p l i e d P o l y m e r M a t e r i a l s, 2020,2(11):4379-4386.[5]韦任轩.超疏水辐射降温涂层织物的制备及性能研究[D].西安:陕西科技大学,2021:39-52.[6]L u C,G a o Y,Y u S,e t a l.N o n-f l u o r i n a t e d f l e x i b l e s u p e r h y d r o p h o b i c s u r f a c e w i t h e x c e l l e n t m e c h a n i c a l d u r a b i l i t y a n d s e l f-c l e a n i n g p e r f o r m a n c e[J].A C S A p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,2022,14(3):4750-4758. [7]范婷婷,薛朝华.P D M S/Z r O2/S i O2超疏水辐射制冷薄膜的制备及性能[J].精细化工,2022,39(11):2249-2258.[8]Z h o u L,S o n g H,L i a n g J,e t a l.A p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e-c o a t ed me t a l s t r u c t u r ef o r a l l-d a y r a d i a t i v e c o o l i n g[J]. N a t u r e S u s t a i n a b i l i t y,2019,2(8):718-724. [9]W u W C,L i n S H,W e i M M,e t a l.F l e x i b l e p a s s i v e r a d i a t i v e c o o l i ng i n s p i r e d b y s ah a r a n si l v e r a n t s[J]. S o l a r E n e r g y M a t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s,2020,210: 110512.[10]A l i Y a lçın R,B l a n d r e E,J o u l a i n K,e t a l.D a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g w i t h s i l i c a f i b e r n e t w o r k[J].S o l a rE n e r g y M a t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s,2020,206:110320.[11]J a r a m i l l o-F e r n a n d e z J,W h i t w o r t h G L,P a r i e n t e J A,e t a l.A s e l f-a s s e m b l e d2D t h e r m of u n c t i o n a l m a t e r i a lf o r r a d i a t i v e c o o l i n g[J].S m a l l,2019,15(52): e1905290.[12]Z h a i Y,M a Y,D a v i d S N,e t a l.S c a l a b l e-m a n u f a c t u r e d r a n d o m i z e d g l a s s-p o l y m e r h y b r i d m e t a m a t e r i a l f o r d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g[J].S c i e n c e,2017,355(6329):1062-1066.[13]D o n g Y,H a n H,W a n g F,e t a l.A l o w-c o s t s u s t a i n a b l ec o a t i n g:I m p r o v i n g p a s s i v ed a y t i me r a d i a t i v e c o o l i n g p e rf o r m a n c e u s i ng th e s p e c t r a l b a n d c o m p l e m e n t a ri t y m e t h o d[J].R e n e w a b l e E n e r g y,2022,192:606-616.[14]袁帅霞,张佳文,蔡英,等.竹纤维基日间被动辐射制冷膜的制备与性能[J].浙江理工大学学报(自然科学版),2022,47(6):893-899.[15]Z h a o W,Z h u R,J i a n g J,e t a l.E n v i r o n m e n t a l l y-f r i e n d l y s u p e r h y d r o p h o b i c s u r f a c e b a s e d o n A l2O3@ K H560@S i O2e l e c t r o k i n e t i c n a n o p a r t i c l e f o r l o n g-t e r m a n t i-c o r r o s i o n i n s e a w a t e r[J].A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e,2019,484:307-316.[16]H u a n g X,L i u D,L i N,e t a l.S i n g l e n o v e l C a0.5M g10.5(H P O3)8(O H)3F3c o a t i n g f o r e f f i c i e n t p a s s i v e c o o l i n g i n t h e n a t u r a l e n v i r o n m e n t[J].S o l a r E n e r g y,2020, 202:164-170.[17]A i l i A,W e i Z Y,C h e n Y Z,e t a l.S e l e c t i o n o f p o l y m e r s w i t h f u n c t i o n a l g r o u p s f o r d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g[J].M a t e r i a l s T o d a y P h y s i c s,2019,10: 100127.(责任编辑:廖乾生)26浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷。
浙江理工大学：发挥学科优势特色打造科技成果转化浙理模式
浙江理工大学是我国最早创办的教学教育机构之一，也是浙江省重点建设高校，在纺织、机电、服装、艺术等领域形成了自己的特色和优势。
为全面实施国家创新驱动发展战略，促进科技成果转化，推动地方经济建设和社会发展，学校立足于优势特色学科，构建了立体式产学研协同创新服务体系，获得“第七届中国技术市场金桥奖”“中国校企合作好案例奖”“浙江省国家科技成果转移转化示范区首批示范单位”“中国产学研合作创新与促进奖”等诸多奖项。
浙江理工大学：发挥学科优势特色打造科技成果转化“浙理模式”示范工程浙江理工大学唐艺珊浙江理工大学始终将服务地方经济社会发展、解决科技与经济“两张皮”问题视为己任，紧紧围绕丝绸艺术、纺织新材料、智能制造和生物医药等优势特色学科，着力在推进高校建设、企业技术创新、行业转型升级、科技强省建设上做出积极贡献，逐步探索出一套服务国家、地方经济社会发展的产学研深度融合的创新机制——“浙理模式”。
一、完善产学研合作机制，打造协同创新服务体系完善校地校企长效合作机制。
学校主动与地方政府沟通，推动建立校地合作模式，搭建紧密结合的组织框架，积极落实合作内容。
近年来，与新昌县、上虞区、长兴县、玉环市、瓯海区、义乌市、兰溪市、象2019.0438国家科技成果转移转化示范区山县等30余个地方政府签署了校地合作协议，促进了产学研合作与区域经济发展的有机融合。
学校还与多家行业龙头企业共建“省2011协同创新中心”等30多个省级科技创新平台；与130余家骨干企业共建企业研发中心,作为重要单位多次参与省级产业创新服务综合体建设工作。
打造产学研协同创新服务体系。
以国家技术转移示范机构——浙江理工大学科技服务中心为基础，省高校产学研联盟中心为纽带，地方实体产业研究院为据点，技术转移机构为网络，构建立体式产学研协同创新服务体系。
在省内设立了新昌、上虞、瓯海、象山、桐乡和兰溪6个校地合作实体产业研究院及21个技术转移分中心，牵头建设新昌、袍江和下沙3个高校产学研联盟中心，开展浙江省高校科技经纪人制度首批试点工作。
浙江理工大学科技成果推介-ZhejiangSci-TechUniversity
但是，由于颜料印花本身的特点，产品 存在先天性不足：
手感偏硬
对于轻薄织物和大花纹印花织物来说， 问题更为突出，因此：
颜料印花的品质一直难以与染料印花媲美
因此，涂料印花技术的推广应用，必须 解决手感的老大难问题；
目标是：使颜料印花产品的手感
接近和达到染料印花产品的水平
必须拓宽思路，有技术创新。
影响颜料印花产品手感的因素分析
白度 (CIE Whiteness)
79.4 68.6 74.3
77.2
强力保留率 ( %)
75.0 92.3 91.5
90.6
数据显示：
采用H2O2/活化剂工艺处理的试样，白度高 于同样温度下常规工艺处理的试样，其中 NOBS工艺更好些，比较接近97℃常规工艺 的水平。数据还显示，两种H2O2/活化剂工 艺漂白试样的强力损失均大大低于高温工艺 处理的试样。显微观察发现，H2O2/活化剂 工艺处理试样的纤维表面基本无损伤，而 97℃常规工艺处理试样可以观察到明显的表 面损伤。
91.5
76.25
89.8
76.52
90.7
3、LyocellA100及其混纺织物
Lyocell A100 是木浆纤维，加工过程条件不当 容易出现原纤化而造成疵病。实践表明：采用 70℃和pH11的漂白条件，是安全的。
为了检验活化剂工艺能否在保证Lyocell纤维不 发生原纤化的前提下，即在70℃漂白温度下， 达到所需的72-74 CIE 白度，本研究对 100%LyocellA100 织物和LyocellA100/Lycra (90/10)混纺织物进行了TAED/NOBS工艺与 70℃常规漂白工艺的对比试验，结果见表:
更严重的是，过醋酸还有发生爆炸的潜在危 险，运输和储存都需要特制的容器。
浙江理工大学科技论文成果认定
浙江理工大学科技论文成果认定
为进一步促进大学生科技创新活动的开展，激发我校大学生投身科技创新活动的热情，提高大学生的创新实践能力，培养一批学习能力、实践能力和创新能力强的高素质人才，学校设立了资助本科生发表学术论文和申报专利（软件著作权）的专项经费，为规范该经费的使用与管理，特制定本办法。
一、申请资助条件
1.成果第一署名单位为浙江理工大学；
2.成果第一完成人为本科生；
3.论文投稿或申请专利（软件著作权）时,成果第一完成人必须为在校生。
二、资助额度
对各类成果的资助额度见下表。
其中论文级别认定以学校最新版国内学术期刊分级名录为准。
三、申请资助程序
1.申请人填写《浙江理工大学大学生科技创新活动成果资助申请表》，并提供以下材料之一：
（1）已发表论文的复印件或录用通知书；
（2）专利证书复印件或专利受理通知书/缴费通知书;
（3）软件著作权登记证书复印件。
2.学院初审，并填写意见。
3.将上述材料交教务处审核通过后，办理相关财务手续。
四、本办法自公布之日起实施。
五、本办法解释权归教务处。
浙江理工大学科技成果——多组分耐高温阻燃系列织物生产关键技术
浙江理工大学科技成果——多组分耐高温阻燃系列
织物生产关键技术
成果简介
本项目以军队和国民经济建设重大需求提供新型防护装备材料和高性能阻燃材料。
以国产的芳纶阻燃纤维为主要材料，将其与阻燃粘胶混纺；通过纱线与织物结构设计、织造工艺、织物前处理工艺、染整工艺研究，以及各工艺之间协调等系统工程问题的研究，探究均匀染色、高色牢度染色及功能性整理加工新技术，形成了系列化阻燃系列材料的生产技术；开发了系列高性能阻燃织物。
本项目开发的新工艺方法，成功解决了纯芳纶难染色的问题，实现迷彩效果。
针对现有设备不能满足芳纶及混纺织物的染色印花问题以及品种单一问题，开发出应用于芳纶织物或纤维的高温高压染色设备，研制了耐高温型阻燃织物、阻燃织物和耐久型阻燃织物系列产品。
产品经国家权威机构检测，色牢度达到4-5级，断裂强力达到1000N以上，撕破强力达到100N以上，透湿量达到8000g/（m2•24hr），续燃时间和阴燃时间均低于2s，损毁长度小于80mm，优于国内外同等产品。
产品已在多家单位实现产业化，应用到总后勤部、消防等单位。
已获授权发明专利4项、实用新型专利1项，曾获浙江省科学技术一等奖。
生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用
浙江理工大学学报,第51卷,第2期,2024年3月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.02.013收稿日期:2023 09 22 网络出版日期:2023-12-13基金项目:浙江省自然科学基金项目(L Y 21E 080029)作者简介:俞金灵(1999 ),女,浙江诸暨人,硕士研究生,主要从事固体废弃物碳排放方面研究㊂通信作者:徐 辉,E -m a i l :x u h u i @z s t u .e d u .c n生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用俞金灵1,彭明清1,徐 辉1,刘文莉2(1.浙江理工大学建筑工程学院,杭州310018;2.台州学院建筑工程学院,浙江台州318000) 摘 要:采用碳排放因子法建立了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,核算了单位质量填埋垃圾在保持原状㊁开采-材料再回收和开采-能源回收三种场景的碳排放量,分析了开采再利用场景下碳减排主要驱动因素与碳减排量的影响规律,探究了填埋场开采再利用相对于保持原状的碳减排潜力㊂结果表明:开采-材料再回收场景的碳排放量少于开采-能源回收场景;开采-材料再回收场景的碳减排量随塑料回收率的提高而增大,开采-能源回收场景的碳减排量随垃圾衍生燃料热处理量的增加而增大;简易填埋场在开采-材料再回收场景的碳减排潜力最大,达-495k g C O 2e q /t ㊂该研究可为我国垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供一定的参考依据㊂关键词:城市生活垃圾;单位质量填埋垃圾;填埋场开采再利用;材料和能源回收;碳排放模型;碳减排量中图分类号:X 705文献标志码:A 文章编号:1673-3851(2024)03-0245-10引文格式:俞金灵,彭明清,徐辉,等.生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(2):245-254.R e f e r e n c e F o r m a t :Y U J i n l i n g ,P E N G M i n g q i n g,X U H u i ,e t a l .A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p p l i c a t i o n s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y,2024,51(2):245-254.A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l lm i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p pl i c a t i o n s Y U J i n l i n g 1,P E N G M i n g q i n g 1,X U H u i 1,L I U W e n l i 2(1.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ;2.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,T a i z h o u U n i v e r s i t y,T a i z h o u 318000,C h i n a) A b s t r a c t :A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r t h e f u l l l i f e c y c l e o f d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l s w a s c o n s t r u c t e d b yu s i n gt h e c a r b o n e m i s s i o n f a c t o r m e t h o d .T h e c a r b o n e m i s s i o n s o f u n i t m a s s w a s t e w e r e c a l c u l a t e d u n d e r t h r e e s c e n a r i o s :'k e e p d o -n o t h i n g 's c e n a r i o ,'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o a n d 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o .T h i s m o d e l e x p l o r e d t h e p r i m a r y f a c t o r s d r i v i n g ca rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n a nd t he i nf l u e n c e o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n m i n i ng a n d r e u s e s c e n a r i o s ,a n d i n v e s t i ga t e d t h e p o t e n t i a l f o r c a rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n t h r o u g h l a nd f i l l m i n i n g a n d re u s e a s c o m p a r e d t o t h e p r e s e r v a t i o n of t h e l a n d f i l l i n 'k e e p do -n o t h i n g's c e n a r i o .T h e a b o v e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a r b o n e m i s s i o n o f t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i s l e s s t h a n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e p l a s t i c r e c o v e r yr a t e ,a n d t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e h e a t t r e a t m e n t a m o u n t o f r e f u s e d e r i v e d f u e l ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o o f t h e s i m p l e l a n d f i l l i s t h e b e s t ,u p to -495k g C O 2e q /t .T h e s e c o n c l u s i o n s c a n p r o v i d e c e r t a i n r ef e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l o f l a n d f i l l m i n i ng an d r e u s e i n C h i n a .K e y w o r d s:m u n i c i p a l s o l i d w a s t e;p e r u n i t m a s s o f l a n d f i l l w a s t e;l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e;m a t e r i a l a n d e n e r g y r e c o v e r y;c a r b o n e m i s s i o n m o d e l;c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n0引言我国城市生活垃圾(M u n i c i p a l s o l i d w a s t e, M S W)的处置方式以填埋为主[1]㊂截至2020年,在役生活垃圾填埋场数量约6900座,填埋垃圾存量超80亿t[2]㊂城市生活垃圾填埋产生的温室气体是垃圾处理领域碳排放的主要来源[3-4]㊂垃圾填埋场开采再利用是指从填埋场挖掘矿化垃圾并进行资源回收和生态修复[5],具有降碳减排的潜力㊂碳排放模型是用于评估填埋场开采再利用相对于持续填埋情况下的碳减排潜力的重要方式,可定量计算碳排放量并优选填埋场开采再利用路径[6]㊂因此,构建垃圾填埋场开采再利用碳排放模型并以此进行碳减排核算具有重要的科学意义和工程价值㊂垃圾填埋场开采再利用作为一种将填埋资源重新引入材料循环并减少环境负担的技术措施,以往研究主要集中于填埋垃圾的资源化利用技术[7-8]㊂随着人们对温室效应和气候变化的日益关注,研究者们逐渐关注垃圾填埋场开采再利用产生的碳减排潜力㊂C a p p u c c i等[9]构建了填埋场矿化塑料回收再利用的碳排放模型,对塑料再利用全生命周期的碳排放进行了核算,发现原材料生产塑料的碳排放量是矿化塑料回收再利用的4.5倍㊂H u a n g等[10]基于生命周期评价(L i f e c y c l e a s s e s s m e n t,L C A),构建了填埋垃圾可燃材料制备垃圾衍生燃料(R e f u s e d e r i v e d f u e l,R D F)的碳排放模型,发现填埋垃圾仅采用能源回收是增加碳排放的过程㊂以上研究均局限于单一材料回收利用的碳排放量核算,如塑料再生利用㊁可燃材料热处理等,未对填埋场内全部矿化垃圾的回收处置展开碳排放研究㊂J o n e s 等[11]首次提出了强化填埋垃圾开采路径的理念,强调通过优化材料和能源的回收路径来实现填埋场开采再利用项目的最大碳减排㊂S a n k a r等[12]采用L C A构建了填埋场材料和能源回收再利用的碳排放模型,核算发现,在生活填埋垃圾场中的1t垃圾,通过金属回收和可燃材料焚烧发电,可实现0.6 t C O2e q的碳减排㊂D a n t h u r e b a n d a r a等[13]构建了适用于比利时丹顿垃圾填埋场开采再利用项目的碳排放模型,核算了建筑材料二次利用和可燃材料热处理的碳减排量,研究表明填埋场开采再利用存在碳减排潜力㊂以上研究者通过建立垃圾填埋场开采再利用的碳排放模型,核算了垃圾填埋场可回收材料和可燃材料综合利用的碳减排潜力㊂但目前在相关研究中,选择的材料和能源综合利用的方式仍较为单一,塑料和纸张一般归为可燃材料用于能源回收,缺乏对材料与能源多路径利用技术下的碳排放研究㊂本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算填埋场单位填埋垃圾在保持原状场景('K e e p d o-n o t h i n g's c e n a r i o,K D N S)㊁开采-材料再回收(W a s t e t o m a t e r i a l,W t M)场景和开采-能源回收(W a s t e t o e n e r g y,W t E)场景的碳排放量,以分析生活垃圾填埋场开采再利用场景(L a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e s c e n a r i o,L M R S)主要碳减排影响因素与其碳减排量的影响关系,得到填埋场相对于K D N S场景,采用W t M场景和W t E场景的碳减排量㊂本文建立的碳排放模型可用于核算生活垃圾填埋场低碳化利用技术路径的碳排放量,研究结论可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排路径优选和碳减排潜力评估提供初步参考依据㊂1全生命周期碳排放模型1.1垃圾填埋场场景设立与技术流程概述垃圾填埋场场景设立与技术流程如图1所示㊂根据本文的研究目标和技术实用性,设立了垃圾填埋场K D N S场景和L M R S场景,K D N S场景和L M R S场景皆以填埋垃圾稳定化完成为开始节点㊂1.1.1 K D N S场景生活垃圾填埋场K D N S场景中,填埋垃圾中的有机质通过厌氧食物链的协同作用持续产生C H4㊁C O2等填埋气和渗滤液,填埋气回收发电或排放至大自然,渗滤液采用无害化处理后排放㊂K D N S场景用于评估生活垃圾填埋场L M R S场景的碳减排潜力㊂1.1.2L M R S场景生活垃圾填埋场L M R S场景主要包括渗滤液处理㊁垃圾挖掘粗筛和细筛回收㊁材料加工处理㊁R D F生产与热处理㊁危废物质处置㊁土地回填等过程㊂填埋场垃圾组分主要取决于填埋场类型㊁储存时间㊁降解程度和地理来源[14],按利用途径分为3大类:建筑组分㊁可燃组分和细粒组分[15]㊂卫生填642浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图1 垃圾填埋场场景设立与技术流程图埋场(S a n i t a r y l a n d f i l l ,S a L )和简易填埋场(S i m pl e l a n d f i l l ,S i L )矿化垃圾组分占比见表1㊂根据纸张和塑料的最终处置方式,L M R S 场景细分为W t M场景和W t E 场景㊂W t M 场景以材料再回收为主,塑料和纸张加工处理为再生塑料和再生纸张,联合国政府间气候变化专门委员会(I n t e r go v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n ge ,I P C C )的第四次评估报告[16](A R 4)指出塑料和纸张的回收利用率缺省值为80%~90%㊂W t E 场景以能源回收为主,塑料和纸张用于生产R D F ㊂表1 生活垃圾填埋场矿化垃圾组分占比组分S a L 组分占比/%S i L 组分占比/%易腐垃圾52.5148.03灰土砖石20.6427.01金属1.111.09玻璃2.802.87纸类2.232.23织物2.872.35塑料9.248.01竹木3.024.60混合垃圾4.613.09有害物质0.300.071.2 碳排放模型构建生命周期碳排放核算(L i f e c yc l e c a r b o n a c c o u n t i n g,L C C A )是量化碳排放变化趋势㊁研究碳排放影响因素和设计减排路径的基础㊂全生命周期碳排放模型包括碳排放核算范围和核算方法㊂通过相关文献调研确定K D N S 场景和L M R S 场景各阶段碳排放源范围,并绘制碳排放系统边界图㊂本文构建的碳排放模型采用‘2006年I P C C 国家温室气体清单指南“[17]推荐的碳排放因子法来计算K D N S 场景和L M R S 场景全生命周期各阶段的碳排放量㊂1.2.1 K D N S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界如图2所示㊂S a L 配备较完善的顶部覆盖系统和填埋气收集利用系统[18],一部分填埋气收集发电,减少传统燃料的使用,另一部分泄漏至大气中㊂S i L 一般情况下不配备填埋气收集系统,导致填埋气直接向大气排放㊂此外,S a L 相较S i L 具备更完善的渗滤液处理设备,能最大限度地减少渗滤液的排放㊂由于生活垃圾填埋场达到稳定化后方可开挖,因此K D N S 场景计算填埋垃圾达到稳定化后保持填埋产生的碳排放量㊂即K D N S 场景的总碳排放量等于填埋气排空㊁渗滤液处理和填埋气发电3个阶段的碳排放之和㊂a )填埋气排空碳排放㊂填埋气中的C H 4是生活垃圾填埋场最主要的碳排放来源㊂I P C C 在2019R e fi n e m e n t t o t h e 2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s [19]推荐使用一级衰减动力学模型(F i r s t -o r d e r k i n e t i c ,F O D )估742第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图2 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界算垃圾填埋场C H 4排放量㊂因此本文结合F O D 模型和甲烷全球变暖潜势建立生活垃圾填埋场填埋气排空的碳排放量计算公式,参数取值来源于中国环境规划研究院㊁C a i 等[2]㊂填埋气排空碳排放量可用式(1)计算:C C H 4=ð4i =1H ˑf i ˑD i ˑD f ˑe-(t -1)ˑk iˑF ˑ1612ˑ(1-R )ˑ(1-O )ˑEF g (1)其中:C C H 4为填埋垃圾填埋气排空碳排放量,t C O 2e q ;t 为垃圾填埋时间,年;H 为C H 4的修正因子;f i 为不同垃圾成分比例,%;i 为不同种类垃圾,i =1表示厨余垃圾,i =2表示纸张,i =3表示织物,i =4表示竹木;D i 为i 类垃圾可降解有机碳比例,%;D f 为分解的D i 比例,%;k i 为C H 4产生速率常数;F 为填埋气体中C H 4比例,50%;R 为C H 4收集率,%;O 为C H 4氧化系数;E F g 为甲烷全球变暖潜势值,28t C O 2e q /t ㊂b)渗滤液处理碳排放㊂渗滤液的排放和处理过程会产生温室气体㊂渗滤液处理碳排放计算公式为C l =T l ˑE F f ,其中:C l 为渗滤液处理排放的碳排放量,t C O 2e q ;T l 为垃圾渗滤液产量,t ;E Ff 为渗滤液处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂c)填埋气发电碳排放㊂填埋气发电可替代传统燃料的使用,从而间接产生碳减排㊂通过能源热值转换公式得到单位质量填埋气的发电量,再使用碳排放因子法计算得到填埋气发电基于传统能源发电的碳减排量㊂填埋气发电的碳排放量可用式(2)计算:C r =T C H 4ˑR ˑJ C H 4ˑK ˑ1000ρ㊃a ˑ(E F e 1-E F e 2)(2)其中:C r 为填埋垃圾收集的甲烷发电的碳减排量,t C O 2e q ;T C H 4为填埋垃圾甲烷产量,t ;J C H 4为甲烷热值,M J /m 3;K 为甲烷发电效率,%;ρ为甲烷密度,0.72k g/m 3;a 为能源转换系数,3.6M J /MW h ;E F e 1为甲烷发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;E F e 2为燃煤发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ㊂1.2.2 L M R S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界如图3所示㊂垃圾填埋场通过挖掘筛分将填埋垃圾回收处理成再生产品与R D F ,再生产品生产可减少原材料的开采㊂R D F 热处理可替代传统燃料的使用,本文根据我国热处理厂建设现状和实际需求,将R D F 产品以3ʒ2ʒ5的质量比投放至气化发电厂㊁垃圾焚烧厂和水泥厂㊂L M R S 场景的总碳排放量等于设备运行㊁物料运输㊁材料再利用㊁能源回收和土壤堆肥5个阶段的碳排放之和㊂a )设备运行碳排放㊂设备运行过程中消耗柴油和电力,产生碳排放㊂设备运行主要包括填埋场渗滤液处理㊁挖掘粗筛㊁细筛回收㊁危废物质处置㊁土地回填㊁R D F 生产过程㊂设备运行的碳排放量可用式(3)计算:C m =T m ˑ(y ˑE F e 3+h ˑE F d )(3)其中:C m 为设备处理物料产生的碳排放量,t C O 2e q ;T m 为物料处理量,t ;y 为设备处理物料的耗电量,MW h ;E F e 3为中国国家电网电能碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;h 为设备处理单位质量物料的柴油耗量,t ;E F d 为柴油使用的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂b )物料运输碳排放㊂物料运送过程中柴油消耗产生C O 2排放㊂由于物料运输为单程运输,故在运输过程中,需考虑运输车辆空载对碳排放的影响,空载时的环境负荷是满载时的0.67倍[21]㊂本文忽略由材料状态(如土体松散状态)变化引起的物料质量改变㊂物料运输的碳排放量可用式(4)计算:C h =T h ˑL h ˑE F h1000ˑk(4)其中:C h 为物料运输导致的碳排放量,t C O 2e q ;T h 为物料运输质量,t ;L h 为物料运输距离,k m ;E F h为柴油货运每千米每吨物料的碳排放因子,k g C O 2e q /(t ㊃k m );k 为空载返回系数,1.67㊂842浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图3 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界c)材料再利用碳排放㊂矿化垃圾经筛分处理后可生产再生产品,减少原材料的开采,从而减少碳排放㊂材料再利用的碳排放量可用式(5)计算:C r =T r ˑ(E F m -E F n )(5)其中:C r 为二次材料利用产生的碳排放量,t C O 2e q ;T r 为二次材料质量,t ;E F m 为二次材料再利用的碳排放因子,t C O 2e q /t ;E F n 为原材料初次开采的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂d )能源回收碳排放㊂填埋垃圾中的高热值可燃物为R D F 原料,R D F 热处理产生的能源可减少传统燃料的使用,从而减少碳排放㊂R D F 气化和焚烧发电路径的碳排放量计算公式为C s 1=-T s ˑE F e 2+T r ˑE F r ,其中:C s 1为R D F 发电产生的碳排放量,t C O 2e q ;T s 为R D F 投入质量,t ;T r 为底物处理量,t ;E F r 为底物处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂R D F 在水泥窑路径的碳排放量计算公式为C s 2=-T s ˑE F e 2ˑJ R D F /J c ,其中C s 2为R D F 产热产生的碳排放量,t C O 2e q ;J R D F为R D F 热值,20M J /m 3;J c 为煤炭热值,25M J /m3㊂e)土壤堆肥碳排放㊂研究表明土壤类材料堆肥时通过微生物作用,可将有机废弃物转化为稳定的腐殖质,同时固定有机碳[13]㊂土壤堆肥的碳排放量计算公式为C n =-T n ˑE F p ,其中:C n 为土壤堆肥产生的碳排放量,t C O 2e q ;T n 为土壤堆肥的质量,t ;E F p 为单位质量土壤堆肥的固碳因子,t C O 2e q /t ㊂2 垃圾填埋场场景的碳排放核算及其碳减排分析2.1 垃圾填埋场碳排放核算过程根据相关文献和统计资料绘制碳排放因子表,如表2所示㊂将碳排放因子和其他参数值代入生活垃圾填埋场K D N S 场景和L M R S 场景生命周期碳排放模型,对单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景各个阶段以及整个生命周期的碳排放进行计算,并根据计算结果分析W t M 场景和W t E 场景的主要碳排放和碳减排路径,探究其主要碳减排驱动因素与碳减排量的影响规律,最终确定单位质量填埋垃圾基于K D N S 场景时,其在W t M 场景和W t E 场景的碳减排量㊂2.2 垃圾填埋场碳排放量分析本节讨论了我国单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的总碳排放量㊁主要碳排放和碳减排路径㊂总碳排放量是正值表示该场景为碳排放过程,总碳排放量是负值表示该场景为碳减排过程㊂单位质量M S W 在K D N S 场景的碳排放量如图4(a )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在K D N S 场景的总碳排放量分别为185k g C O 2e q /t 和105k g C O 2e q /t ,表明生活垃圾填埋场在K D N S 场景会增加碳排放㊂单位质量M S W 在W t M 场景942第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用表2 碳排放因子汇总表因子符号符号含义因子单位因子值E F f 单位质量渗滤液处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.11[22]E F e 1甲烷发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.39[23]E F e 2燃煤发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.92[23]E F e 3国家电网发电1MW h 的碳排放因子均值t C O 2e q /MW h 0.58[24-25]E F d 单位质量柴油使用的碳排放因子t C O 2e q /t 3.15[26]E F h 单位质量物料通过重型货车货运1k m 的碳排放因子k g C O 2e q /(t ㊃k m )0.05[27]E F m 1单位质量玻璃二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.35[28]E F m 2单位质量金属二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.72~1.53[29-30]E F m 3单位质量塑料二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.56[10]E F m 4单位质量砂石二次回收处理的碳排放因子k g C O 2e q /t 2.50[10]E F m 5单位质量纸张二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[13]E F n 1单位质量玻璃原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[28]E F n 2单位质量金属原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 2.81~15.80[29-30]E F n 3单位质量塑料原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 3.24[31]E F n 4单位质量砂石原材料开采生产的碳排放因子k g C O 2e q /t 7.76[10]E F n 5单位质量纸张原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 1.82[32]E F r 1单位质量热处理残渣生产水泥的碳排放因子t C O 2e q /t -0.75[33]E F r 2单位质量底灰无害化处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.04[34]E F p单位质量腐殖土堆肥的固碳量t C O 2e q /t -0.05[13]图4 单位质量M S W 在不同场景的碳排放量和W t E 场景的碳排放量如图4(b )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在W t M 场景的总碳排放量分别为-310k g C O 2e q /t 和-354k g C O 2e q /t ,其在W t E 场景的总碳排放量分别为-194k g C O 2e q /t 和-220k g C O 2e q /t ,表明垃圾填埋场在W t M 场景和W t E 场景均可实现碳减排,其中W t M 场景的碳减排潜力是W t E 场景的1.6倍㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量如表3所示㊂从表3可以发现:L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量与W t M 场景或W t E 场景的选择影响关系较小,其碳排放量主要取决于填埋场类型㊂S i L 单位质量垃圾在L M R S 场景的碳排放总量高于S a L ,前者是后者的1.2倍;S i L 的主要碳排放为大宗设备的运输,S a L 的主要碳排放为垃圾细筛回收过程㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量如表4所示㊂从表4可以发现:L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量与填埋场类型影响关系较小,其碳减排量主要取决于W t M 场景或W t E 场景的选择㊂W t M 场景主要的碳减排方式为塑料再生利用,其碳减排量在碳减排总量中的占比为50%;W t E 场景主要的碳减排方式为R D F 在水泥窑与煤混燃,其碳减排量在碳减排总量中的占比为46%㊂52浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷表3单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳排放路径的碳排放量k g C O2e q/t场景填埋场设备运行物料运输挖掘粗筛细筛回收土地回填渗滤液处理R D F生产粗筛ң细筛危废ң处理材料ң加工可燃材料ң热处理设备ң场地W t M W t E S i L4.054.570.265.570.700.540.011.330.6021.01 S a L4.054.600.252.230.590270.021.180.513.15 S i L4.054.570.265.571.730.540.010.951.4921.01 S a L4.054.600.252.231.740270.020.761.503.15表4单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳减排路径的碳减排量k g C O2e q/t场景填埋场材料再利用能源回收再生金属再生塑料再生玻璃再生砂石再生纸张气化发电焚烧发电水泥窑助燃土壤堆肥W t M W t E S i L-79.09-171.77-7.12-1.14-19.27-5.35-2.83-43.32-18.91 S a L-80.64-198.16-7.12-0.87-19.24-4.54-2.40-36.77-20.68 S i L-79.090.00-7.12-1.140.00-13.23-7.00-107.23-18.91 S a L-80.640.00-7.12-0.870.00-13.27-7.00-108.34-20.682.3L M R S场景碳减排影响因素分析从垃圾填埋场碳排放量的分析可知,W t M场景和W t E场景的最大碳减排影响因素分别为塑料再生和R D F热处理,因此本文对塑料利用率㊁R D F热值㊁R D F利用率等影响因素进行分析㊂S i L和S a L 中再生塑料㊁R D F热处理的碳减排量占总碳排放量的比例相近,故本文以S a L作为研究对象,其碳排放量随碳减排影响因素的变化规律同样适用于S i L㊂单位质量M S W采用W t M场景时碳排放量随塑料回收率的变化关系如图5所示,其中R1表示再生塑料碳减排量占W t M场景总碳排放量的比例㊂在S a L中,当塑料利用率从80%提高至90%, W t M场景的再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至71%;当塑料利用率从80%降低至70%,再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至34%㊂这表明生活垃圾填埋场在W t M场景时,其碳减排量随塑料利用率增大而增大㊂单位质量M S W采用W t E场景时碳排放量随R D F热值的变化关系如图6(a)所示㊂R2表示R D F水泥窑热处理产生的碳减排量占W t E场景总排放量的比例㊂当R D F热值从20M J提高至25M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从50%变化至78%;当R D F热值从20M J降低至15M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在总碳排放量中的占比从50%变化至18%㊂结果表明提高R D F的热值增大了R D F在水泥窑产热的碳减排量㊂单位质量M S W 采用W t E场景时碳排放量随R D F利用率的变化图5单位质量M S W采用W t M场景碳排放量随塑料回收率的变化关系曲线关系如图6(b)所示㊂R3表示再生能源回收的碳减排量占W t E场景总碳排放量的比例㊂当R D F 利用率从80%提高至90%,R D F热处理产生的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从55%变化至71%;当R D F利用率从80%降低至70%,R D F热处理产生的碳减排量在总碳排放量中的占比从55%变化至38%㊂这表明R D F热处理技术产生的碳减排量随R D F利用率的增加而增大㊂2.4L M R S场景的碳减排量分析本文采用W t M场景和W t E场景的碳减排量,核算了我国生活垃圾填埋场相对于K D N S场景㊂单位质量M S W采用W t M场景或W t E场景的碳减排量如图7所示,图中计算公式用于核算W t M场景和W t E场景的碳减排量,其中:C为垃圾填埋场在W t M场景或W t E场景的碳减排量,P为填埋垃152第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图6 单位质量M S W 采用W t E 场景碳排放量随R D F 的变化关系曲线图7 单位质量M S W 采用W t M 场景或W t E 场景的碳减排量圾采用K D N S 场景的量在填埋垃圾总量的比例,1-P 为填埋垃圾采用W t M 场景或W t E 场景的量在填埋垃圾总量的比例,C E 为填埋垃圾在W t M 场景或W t E 场景的总碳排放量,C K 为填埋垃圾K D N S 场景的总碳排放量㊂由图7可知,当填埋场单位质量垃圾全部采用W t M 场景时,其碳减排量达到最大,为-459~-495k g C O 2e q /t ㊂垃圾填埋场碳中和表现为其在W t M 场景或W t E 场景的碳减排恰好抵消其在K D N S 场景的碳排放,即填埋垃圾采用W t M 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为19%~27%,或其采用W t E 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为24%~33%,此时垃圾填埋场处于碳中和状态㊂3 结 论本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算和对比了单位质量生活填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的碳排放量,分析了W t M 场景和W t E 场景碳排放的主要驱动因素与碳排放量的变化规律,评估了单位质量生活填埋垃圾在W t M 场景和W t E 场景的碳减排潜力㊂所得主要结论如下:a )生活垃圾填埋场单位质量垃圾采用W t M 场景的碳排放量低于W t E 场景,前者的碳减排潜力是后者的1.6倍㊂b )提高塑料回收率将显著提升W t M 场景的碳减排总量,提高R D F 热处理量(R D F 热值和利用率)有助于增加W t E 场景的碳减排总量,其中R D F 热值变化对W t E 场景的碳减排影响大于R D F 利用率变化对其碳减排影响㊂c )在填埋场K D N S 场景基准下,W t M 场景或W t E 场景将直接影响生活垃圾填埋场L M R S 场景的总碳减排量,另外垃圾填埋场类型也会影响总碳减排量㊂仅从碳减排潜力考虑,S i L 单位质量垃圾在W t M 场景的碳减排潜力最佳㊂d)减少垃圾填埋场生命周期碳排放的有效措施包括:加快垃圾稳定化,提前开展垃圾填埋场的开采;提高垃圾填埋场甲烷收集利用率,减少填埋气泄漏;提高垃圾再生利用技术和R D F热处理技术,降低处理过程中二氧化碳等温室气体排放㊂本文构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,可用于定量核算填埋场材料与能源多路径利用技术下的碳排放量㊂本文可为填埋场开采再利用路径的优选提供思路,也可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供参考㊂252浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷参考文献:[1]肖电坤.垃圾填埋场好氧降解稳定化模型及其应用[D].杭州:浙江大学,2023:3.[2]国家统计局.2020年城乡建设统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2021:53-60.[3]郭含文,徐海云,聂小琴,等.我国城乡生活垃圾处理温室气体排放清单研究[J].环境工程,2023,41(S2): 286-290.[4]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的温室气体排放计算及减排思考[J].环境卫生工程,2019,27(5):45-48.[5]H o g l a n d W.R e m e d i a t i o n o f a n o l d l a n d s f i l l s i t e:S o i la n a l y s i s,l e a c h a t e q u a l i t y a n d g a s p r o d u c t i o n[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r c h,2002,9 (S1):49-54.[6]肖旭东.绿色建筑生命周期碳排放及生命周期成本研究[D].北京:北京交通大学,2021:2-6.[7]郑康琪,陈萍,邱鈺峰,等.生活垃圾腐殖土物化性质及资源化利用途径:以浙江省某高龄期填埋场为例[J].中国环境科学,2022,42(7):3254-3264. [8]白秀佳,张红玉,顾军,等.填埋场陈腐垃圾理化特性与资源化利用研究[J].环境工程,2021,39(2):116-120.[9]C a p p u c c i G M,A v o l i o R,C a r f a g n a C,e t a l.E n v i r o n m e n t a l l i f e c y c l e a s s e s s m e n t o f t h e r e c y c l i n g p r o c e s s e s o f w a s t e p l a s t i c s r e c o v e r e d b y l a n d f i l l m i n i n g [J].W a s t e M a n a g e m e n t,2020,118:68-78.[10]H u a n g T,T a n g Y T,S u n Y,e t a l.L i f e c y c l ee n v i r o n m e n t a l a n d e c o n o m i c c o m p a r i s o n of t h e r m a l u t i l i z a t i o n o f r e f u s e d e r i v e d f u e l m a n u f a c t u r e d f r o m l a n d f i l l e d w a s t e o r f r e s h w a s t e[J].J o u r n a l o fE n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t,2022,304:114156.[11]J o n e s P T,G e y s e n D,T i e l e m a n s Y,e t a l.E n h a n c e d L a n d f i l l M i n i n g i n v i e w o f m u l t i p l e r e s o u r c e r e c o v e r y:a c r i t i c a l r e v i e w[J].J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n, 2013,55:45-55.[12]S a n k a r C V R,M i c h e l e J,W a h i d u l B,e t a l.E n v i r o n m e n t a l i m p a c t e v a l u a t i o n o f l a n d f i l l m i n i n g o f l e g a c y w a s t e w i t h o n-s i t e s o r t i n g u s i n g l i f e c y c l e a s s e s s m e n t[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r c h,2023,30(11):30033-30047.[13]D a n t h u r e b a n d a r a M,V a n P a s s e l S,V a n d e r r e y d t I,e ta l.A s s e s s m e n t o f e n v i r o n m e n t a l a n d e c o n o m i c f e a s ib i l i t y o f E n h a nc ed L a n d f i l l M i n i n g[J].W a s te M a n a g e m e n t,2015,45:434-447.[14]Q u a g h e b e u r M,L a e n e n B,G e y s e n D,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o f l a n d f i l l e d m a t e r i a l s:s c r e e n i n g o f t h e e n h a n c e d l a n d f i l l m i n i n g p o t e n t i a l[J].J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n,2013,55:72-83.[15]K a a r t i n e n T,S o r m u n e n K,R i n t a l a J.C a s e s t u d y o n s a m p l i n g,p r o c e s s i n g a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f l a n d f i l l e d m u n i c i p a l s o l i d w a s t e i n t h e v i e w o f l a n d f i l l m i n i n g[J]. J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n,2013,55:56-66.[16]I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e.C l i m a t eC h a n g e2007:S y n t h e s i s R e p o r t:A R4[R/O L].(2007-04-23)[2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.i p c c.c h/s i t e/a s s e t s/u p l o a d s/2018/02/a r4_s y r_f u l l_r e p o r t.p d f.[17]E g g l e s t o n H S,B u e n d i a L,M i w a K,e t a l.2006I P C CG u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s[M]. K a n a g a w a,J a p a n:I n s t i t u t e f o r G l o b a l E n v i r o n m e n t a l S t r a t e g i e s,2006:2.4-2.14.[18]陈云敏,刘晓成,徐文杰,等.填埋生活垃圾稳定化特征与可开采性分析:以我国第一代卫生填埋场为例[J].中国科学:技术科学,2019,49(2):199-211.[19]I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e.2019 R e f i n e m e n t t o t h e2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s[R/O L].(2019-05-12) [2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.r e s e a r c h g a t e.n e t/ p u b l i c a t i o n/333984998_2019_r e f i n e m e n t_t o_t h e_2006_ i p c c_g u i d e l i n e s_f o r_n a t i o n a l_g r e e n h o u s e_g a s_ i n v e n t o r i e s_v o l_1_c h a p t e r_6_q u a l i t y_a s s u r a n c e q u a l i t y_c o n t r o l_a n d_v e r i f i c a t i o n.[20]C a i B F,L o u Z Y,W a n g J N,e t a l.C H4m i t i g a t i o n p o t e n t i a l s f r o m C h i n a l a n d f i l l s a n d r e l a t e d e n v i r o n m e n t a lc o-b e n e f i t s[J].S c i e n c e Ad v a n ce s,2018,4(7):e a a r8400.[21]毛睿昌.基于L C A的城市交通基础设施环境影响分析研究:以深圳为例[D].深圳:深圳大学,2017:32.[22]W a n g X J,J i a M S,C h e n X H,e t a l.G r e e n h o u s e g a se m i s s i o n sf r o m l a n d f i l l l e a c h a t e t r e a t m e n t p l a n t s:A c o m p a r i s o n o f y o u ng a n d a g e d l a n d f i l l[J].W a s t e M a n a g e m e n t,2014,34(7):1156-1164. [23]中华人民共和国生态环境部.2019-2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案(发电行业):国环规气候 2020 3号[A/O L].(2020-12-29)[2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.m e e.g o v.c n/x x g k2018/x x g k/ x x g k03/202012/t20201230_815546.h t m l. [24]刘昱良,李姚旺,周春雷,等.电力系统碳排放计量与分析方法综述[J/O L].中国电机工程学报:1-16(2023-06-27)[2023-10-04].h t t p s:ʊd o i.o r g/10.13334/j. 0258-8013.p c s e e.223452.[25]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告:2019[M].北京:中国建筑工业出版社, 2019:11-12.[26]中华人民共和国国家发展和改革委员会.中国煤炭生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)[R/ O L].h t t p s:ʊw w w.n d r c.g o v.c n/x x g k/z c f b/t z/ 201502/W020190905507324625877.p d f.352第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用。
浙江理工大学科技成果——PTFE、PU共同拉伸弹性膜的研制及产业化
浙江理工大学科技成果——PTFE/PU共同拉伸弹性膜
的研制及产业化
成果简介
聚四氟乙烯（PTFE）薄膜具有独特微孔结构和优异化学稳定性能，经层压覆膜后制备的特种服装面料和环保除尘滤布性能优异，市场潜力巨大。
本项目经过多年的研究攻关，通过控制PTFE脱脂条件、分段控温和接触固化分别解决了PTFE基带/PU粘结、扩幅和固化等难点，形成了PTFE/PU弹性膜生产技术，弹性膜与纺织品复合后不需再涂层，克服了涂层缺陷，在薄膜生产技术上有重大创新；研制了弹性膜固化用接触热辊及配套设备，突破了传统烘箱热定型的技术瓶颈；采用研制的层压新设备，实现了薄膜上胶新工艺，实现了与针织布、非织造布等材料的复合，形成了产品加工设备和工艺技术，发明了层压织物、薄膜复合保暖材料、薄膜复合弹性针织布等新产品，实现了产品防水、透湿和防风等性能的统一，突破了薄膜在特种服装面料和环保除尘滤布应用的技术瓶颈，突破了国外技术封锁和产品垄断，覆膜滤布的除尘效率高达99.99%，粉尘排放浓度低于6mg/m3，远低于国标规定的50mg/m3，产品可广泛用于火电厂、冶炼厂、垃圾焚烧厂等的高温烟尘处理以及高清洁度要求的电子加工行业、食品行业和医药行业等。
曾获国家技术发明二等奖、浙江省科学技术一等奖、中国纺织工业联合会科技一等奖。
本项目现处于产业化阶段。
浙江理工大学科技成果——高密度全显像数码仿真彩色丝织技术
浙江理工大学科技成果——高密度全显像数码
仿真彩色丝织技术
成果简介
本技术运用新研制开发的“五色交织组合法”，利用有限的色丝色相在经纬交织时产生的空间混合效果，开发出一套实用的设计软件。
主要技术指标
（在选用色丝不超过6种的情况下）织物交织色彩达到2000种以上，组织密度比传统丝织像锦提高8倍，结构层次扩展3倍，色彩表现增加数十倍；所研制的方案能够适用于任何种类原料。
特别是精细度较高的46.6dtex纤度的真丝纤维；经密达100根/cm 以上，纬密达190根/cm以上；交织密度达到每英寸250-300根，织物的交织点达到11500个/cm3以上。
应用领域
本技术开发的产品具有色彩丰富、画质精美、传神逼真等优点，能最大限度的传达原作质感。
可以创作高品位的丝绸织锦画，为国际市场定制高档独花围巾、领带等。
丝绸织锦画既是旅游工艺品、高档礼品，又是室内装饰品。
技术水平
本项目在世界上首次采用三原色分色原理进行仿真彩色织造，技术水平处于国际领先，曾获国家技术发明二等奖。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 在冷轧堆漂白工艺中应用活化剂/H2O2体系， 能提高漂白效果或缩短处理时间。
超级柔软颜料印花
Zhejiang Sci-Tech University
颜料印花的优点
对纤维无选择性，适用于所有织物； 工艺稳定、简便； 可以免除印花后水洗工序，节水减排。
研究表明，在新型粘合剂不断问世、粘合剂 牢度和皮膜柔性不断改善的情况下，增稠体系对 印花手感的负面影响已经成化性质
粘度、流变性 稳定性、药剂的相容性
增
表面给色量
稠
花纹清晰度
H2O2/活化剂体系的安全性
该体系中具有漂白作用的是过氧酸阴离 子，因此，该体系实质上仍然是过氧酸漂 白体系。
但是生产过程中使用的仅仅是双氧水和 活化剂，并不直接使用过氧酸。而且浴中 生成的过氧酸的浓度很低，不存在高浓度 过氧酸可能发生的危险，因此该体系的应 用是安全的。
H2O2/活化剂体系的环保性
漂白技术的改进能改变漂白的条件，有利于降低 纤维的损伤，因此，一直是染整领域研究的热点之一 。
Zhejiang Sci-Tech University
迄今为止，全世界的染整行业采用得最普 遍的天然纤维漂白体系不外乎以下三种：
1）酸性介质中的亚氯酸钠体系
亚氯酸钠漂白技术应用时有很大的局限性
2）次氯酸钠体系
活化剂TAED 和 NOBS 的结构
O
N O
O
O N
TAED
NOBS
O O
SO3Na
酰胺类活化剂 与H2O2的反应
O O
N N
O O
TAED
+ 2HOO
2CH3COOO
+
DAED
O
N
H
H
N
O
酯类活化剂 与 H2O2 的反应
O O
NOBS
SO3Na +HOO-
O
OOH
+ -O
SO3Na
该体系在浴中产生的过氧酸具有很强的 低温漂白能力，在40℃到70℃的温度条 件下处理纤维素纤维，能在较短的时间内 获得今人满意的白度。
83.62 79.45
74.18 71.44
77.91 75.57
79.52 77.33
强力保留率（%）
针织布
印花布
76.00 77.30
91.30 90.40
91.50 90.20
90.70 91.40
▪ 纯棉针织布和机织印花布冷轧堆法漂白
工艺
白度 （CIE Whiteness）
针织布
印花布
强力保留率（%）
▪ 而且，亚麻纤维的表层含有较多的微小纤束，在 高温和长时间处理时，容易剥离形成微纤，造成 纤维表观的恶化。
亚麻织物冷轧堆漂白结果以及与常规工艺的比较
白度 WI
吸水性 (Sec) 强力损失 率(%)
失重率
（%）
NOBS 冷轧堆
65.8
0.7
19.6
24.5
TAED 冷轧堆
63.5
高温漂白
66.1
氯/氧漂
但是，由于颜料印花本身的特点，产品 存在先天性不足：
手感偏硬
对于轻薄织物和大花纹印花织物来说， 问题更为突出，因此：
颜料印花的品质一直难以与染料印花媲美
因此，涂料印花技术的推广应用，必须 解决手感的老大难问题；
目标是：使颜料印花产品的手感
接近和达到染料印花产品的水平
必须拓宽思路，有技术创新。
影响颜料印花产品手感的因素分析
68.2
1.3
1.4
1.2
17.5 36.8 43.2
26.4 30.2 32.4
由表中数据可见，冷轧堆法工艺 中应用 活化剂/H2O2 体系可以获 得良好的白度，而且纤维损伤和失 重率可以得到控制。
结论
▪ 活化剂/H2O2体系是一个有效的低温漂白体系， 能够在比较温和的条件（较低的温度和pH值、 较短的处理时间等）下对棉、亚麻织物漂白， 获得令人满意的白度，从而能大大降低纤维在 处理过程中的损伤。
▪ 粘胶/棉混纺织物
粘胶/棉（52/48）混纺织物在漂白过 程中极易遭受损伤，不同的处理条件对 产品的品质有很大影响。
活化剂/H2O2工艺处理后样品的白度 以及对比工艺处理样品的白度和强力保 留率数据见下表：
粘胶/棉（52/48）的漂白结果
工艺
常规H2O2漂白 97℃x20min, pH=11
常规H2O2漂白 70℃x20min, pH=11
一个有潜力的低温漂白体系：
过氧酸漂白体系
最常见的是过醋酸（peracetic acid）漂 白体系，曾被认为是一个符合上述要求的体 系。
但是，
过氧酸漂白体系存在致命的缺点：
▪ 工业用过醋酸通常由醋酸酐（acetic anhydride）和双氧水在硫酸存在条件下反 应而得，稳定性很低，有刺激性气味且能灼 伤皮肤；
天然纤维低温漂白 超级柔软颜料印花 棉的天然染料染色
Zhejiang Sci-Tech University
漂白—用氧化剂破坏纤维中的色素以获得良好的 白度，是对纤维最具损伤力的化学处理过程，必须对 全过程进行监控以获得白度和纤维损伤程度之间的平 衡。
由于天然纤维本身的复杂性以及氧化体系的不稳 定性，这种控制往往是很困难的。
实验结果还显示，活化剂/H2O2工艺对棉籽壳的去除很有帮助。
5、 亚麻织物
▪ 亚麻纤维与棉纤维相比较，其断裂强度高、刚性 强，而断裂伸长率低。
▪ 亚麻纤维大分子中含有较大量的半纤维素，并且 集中分布在纤维可及度较高的节点区域内，这些 半纤维素对化学药剂和外界条件十分敏感，在较 高温度下极易从纤维中分离出来，不仅导致过高 的失重率，还使原本就比较薄弱的纤维节点更加 暴露，在化学药剂的作用下发生不可逆的破坏性 损伤，严重影响纤维的强力。
次氯酸钠漂白体系也因为严重的AOX污染问题， 正面临淘汰的命运
3）H2O2/NaOH体系
没有AOX 污染问题，但通常需要高温、高pH条件 和很长的处理时间，容易损伤纤维。
因此，开发新的低温且无污染问题的氧化体系很有必要。
Zhejiang Sci-Tech University
30 多年前有人提出了
常规H2O2漂白 70℃x40min, pH=12
TAED工艺漂白 70℃x40min, pH=11
TAED工艺漂白 70℃x40min, pH=12
NOBS工艺漂白 70℃x40min,
（CIE
白度 Whiteness）
强力保留率（%）
79.64
83.0
59.31
91.3
70.82
86.3
74.91
▪ 更严重的是，过醋酸还有发生爆炸的潜在危 险，运输和储存都需要特制的容器。
最近的研究采用了新的思路，可 以较好地解决过氧酸漂白的安全问 题。这就是本文要着重介绍的：
H2O2/活化剂低温漂白体系
H2O2/活化剂体系的组成
双氧水（H2O2）+ 活化剂
活化剂通常为酯类或酰胺类化合物，在 碱性溶液中，它们能与双氧水阴离子 （HOO—）反应，生成过氧酸。
粘合剂都是高分子聚合物，大分子的柔性有限； 粘合剂必须成膜才能起作用（网状结构）； 粘合剂皮膜的柔性与其粘结强度是一对矛盾； 粘合剂的包覆作用对所有固体物质无选择性。
增稠剂的影响
增稠体系的应用在涂料印花中必不可少； 增体系都有一定的含固率（增稠剂）； 绝大多数增稠剂都是高聚物，大分子有较大刚性； 印花时增稠剂大分子被粘合剂包覆且不能洗除； 增稠剂大分子的存在使粘合剂皮膜的手感更加恶化；
LyocellA100及其混纺织物不同工艺漂白
工艺
处理前 常规（恒定pH11） 常规（滑移pH11）
TAED/H2O2 NOBS/ H2O2
CIE 白度
LyocellA100
Lyocell A100 /Lycra
43.30
38.10
69.50
65.02
70.23
64.71
74.94
71.41
76.87
羊毛/棉(30/70)混纺织物的 活化剂/H2O2漂白与常规工艺的比较
漂白工艺
CIE 白 强力 断裂 棉籽
度
cN/tex 延伸 % 残余
未处理
15.57 10.25 4.89 -
H2O2常规70℃工艺 65.43 11.64 6.34 100 TAED 70℃工艺 72.58 11.16 5.90 <25 NOBS 70℃工艺 75.67 11.23 5.80 <25
白度 (CIE Whiteness)
79.4 68.6 74.3
77.2
强力保留率 ( %)
75.0 92.3 91.5
90.6
数据显示：
▪ 采用H2O2/活化剂工艺处理的试样，白度高 于同样温度下常规工艺处理的试样，其中 NOBS工艺更好些，比较接近97℃常规工艺 的水平。数据还显示，两种H2O2/活化剂工 艺漂白试样的强力损失均大大低于高温工艺 处理的试样。显微观察发现，H2O2/活化剂 工艺处理试样的纤维表面基本无损伤，而 97℃常规工艺处理试样可以观察到明显的表 面损伤。
91.5
76.25
89.8
76.52
90.7
3、LyocellA100及其混纺织物
▪ Lyocell A100 是木浆纤维，加工过程条件不当 容易出现原纤化而造成疵病。实践表明：采用 70℃和pH11的漂白条件，是安全的。
▪ 为了检验活化剂工艺能否在保证Lyocell纤维不 发生原纤化的前提下，即在70℃漂白温度下， 达到所需的72-74 CIE 白度，本研究对 100%LyocellA100 织物和LyocellA100/Lycra (90/10)混纺织物进行了TAED/NOBS工艺与 70℃常规漂白工艺的对比试验，结果见表: