高分子材料的耐磨性范文

导语：如何才能写好一篇高分子材料的耐磨性，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】磨损；修复；陶瓷冷焊

在现代工业生产中，设备维修与保护越来越重要，对于由腐蚀、磨损和化学反应而引起的各种金属表面的损坏，普通处理方法如焊补后再进一步精加工等由于受工艺、材质、现场条件等诸多因素制约，已远远不能满足使用要求。随着新材料、新技术的迅速发展，其维修与维护方法也发生着巨大变化，高分子聚合金属陶瓷冷焊修复技术便是目前较先进、可行的修复技术。

1 问题的提出

摩擦是设备运行中普遍存在的自然现象，相互接触的两个物体之间由于摩擦必然导致磨损，而磨损会使零件的表面形状和尺寸遭到缓慢而连续的破坏，使设备的效率和可靠性逐渐降低，从而丧失原有的工作性能，最终可能导致零部件的突然破坏，而一旦破坏，零部件便会报废。

梁家矿付井提升下天轮自90年安装使用，天轮轴直径为Φ300+52¬0，采用3560型轴承，由于使用时间较长，同时考虑等维修、维护方面影响，使天轮轴东侧轴端与轴承配合处存在磨损现象(现轴径为Φ299.2)，对付井提升系统的安全、正常运行构成危害。

2 方案论证

方案I：更换天轮。更换后将原天轮轴修复。由于主、付井共有四套通用天轮，可共同备用一套天轮，但更换天轮现场施工难度大(主要是受现场条件所限，天轮的起吊和安装困难)，安全性差，施工用时间长，投入资金多(购置一套天轮约需38万元)。

方案II：根据现轴径加工特殊轴承，更换轴承。表面看投入资金少(约需1万元)，施工工期短(约需16小时)，但由于轴磨损不均匀，安装后由于不同心，可能导致加剧轴径磨损，造成安装后天轮的径向跳动，从技术及安全运行考虑，此方案不可行。

方案III：采用高分子聚合金属陶瓷冷焊技术进行修补处理，由于高分子聚合金属冷焊技术具有以下技术特性：

（1）高耐磨性能：耐磨性包括两个方面，一方面涂层本身有很好的保护功能，不被磨损；另一方面涂层本身具有减磨作用。耐磨性主要取决于填料材料的性能；填料使用高技术陶瓷涂层，就具有高技术陶瓷的性能，本身就耐磨。通过试验，高分子聚合金属陶瓷耐磨性相当好，其耐磨性能高于工具钢（HRC65）的耐磨性，是碳素结构钢的3倍。

高分子聚合金属陶瓷材料的硬度低于金属材料，但其耐磨性却远远高于金属与耐磨合金。主要是因为高分子聚合金属陶瓷涂层的耐磨涂层是由超细硬金属陶瓷与高分子固化剂形成多相结构，涂层高分子材料所组成的网状结构填满了超硬金属陶瓷颗粒，颗粒与固化剂之间相互镶嵌、结构紧密，硬质点分布均匀，所以非常耐磨。

（2）结合强度高：与金属间的结合是晶间之间的相互渗透；

（3）耐高低温性能：耐220℃～600℃高温，可在零下施工耐低温；

（4）耐腐蚀性能：优于镍基合金；

（5）膨胀系数与金属接近，适合各种金属设备高温薄层修复；

（6）带油、带水修复各种金属表面。

而且，从现场施工考虑，由于不受环境条件所限，施工相对安全，简单易行；从技术可行性及保证修复后安全运行考虑，由于现场修复磨损的轴径，可以保证轴径尺寸精度及同轴度，满足原设计要求，且修复后天轮轴的耐磨、耐腐蚀及抗压强度均优于原45#钢材质；从节支降耗考虑，只需维修费3万元，比购置天轮节约35万元。

综合考虑以上方案，从保证施工安全及修复后安全运行，节约资金投入几个方面分析比较，决定采用方案Ⅲ。

3 修复工艺：

采用高分子聚合金属陶瓷对磨损部位进行修复，工艺流程简单分为粗加工和精加工过程。

3.1 粗加工

（1）清洗工件，除尘、除锈、除油；

（2）测量修复前所有尺寸；

（3）粗磨，对工件进行拉毛粗化；

（4）施涂陶瓷材料，检查施涂质量；

（5）清洗粗加工定型模具，检查清洗质量；

（6）定型模具上施涂脱模剂；

（7）用定型模具加工施涂后工件；

（8）加温固化；

（9）取下定型模具，检验加工后质量，并修整。

3.2 精加工

（1）施涂金属陶瓷材料，检查施涂质量；

（2）清洗精加工定型模具，检查清洗质量；

（3）定型模具上施涂脱模剂；

（4）用定型模具加工施涂后工件；

（5）加温固化；

（6）取一定型模具，检查修复质量，测量修复后尺寸，符合设计要求，修复结束。

4 效果检查

（1）根据以上施工工艺修复，满足原设计要求，天轮运行正常，轴承开盖检查，无异常。

（2）整个天轮轴修复施工安全可靠，工程质量优良，比计划提前16小时，节约费用35万元。

篇2

关键词:建筑材料;高分子材料;回收利用

随着社会经济发展水平的逐步提高，社会发展的范围也得到扩大，现代建筑材料中，主要应用以塑料、橡胶、纤维为主的高分子材料作为主要的建筑材料，高分子材料在建筑材料中的应用，可以降低建筑的成本，实现现代建筑的使用寿命得到延长，但建筑材料中废旧高分子材料应用的回收不当，对社会环境造成较大的污染，结合高分子材料的特性，对高分子的回收利用进行探究。

1废旧高分子材料的危害分析

高分子材料主要是由塑料、橡胶以及纤维等资源，是一种新型符合建筑材料，废旧的分子如果不能得到及时降解，则会在太阳光的作用下发生化学反应，产生以二氧化硫为主的污染气体［1］，对造成大气污染，同时，高分子中的塑料成分中含有大量的聚乙烯，可降解性较差，从而在社会中产生有色污染垃圾，对社会环境造成直接污染，严重影响了社会环境的建设。结合以上对高分子材料的危害的分析，提出高分子在现代建筑材料中回收利用的分析措施，实现高分子在建筑材料中应用的进一步探究。

2建筑材料中废旧高分子的回收利用

2．1建筑材料墙体的应用

高分子在建筑材料中的应用，可以作为建筑材料墙体，高分子转换为玻璃塑料混合墙体，高分子的主要材质中塑料可以到达塑性的作用，从而实现建筑材料的外部形态结构得到稳固，大大提高了现代建筑墙体的稳定性和固定性，此外，高分子制作的新型融合性结构中充分发挥高分子抗压，耐高温的特点，而新型建筑墙体中融合了玻璃材质，使废旧高分子转化后的建筑墙体可以达到比传统墙体建结构更加完善的建筑稳定性受压能力，为废旧高分子的二次利用提供了应用的新范围［2］，为我国现代建筑行业的发展提供新的符合材料。

2．2金属橡胶混凝土

金属橡胶混凝土是现代建筑中应用的一种新型建筑材料，主要由不同硬度的金属，塑料、橡胶等部分组成［3］。金属橡胶混凝土的应用能够解决现代墙体建筑中存在的墙体裂缝等问题，可以提高施工建筑的密封性。例如:应用传统的建筑材料进行施工建筑中，施工材料受到墙体的压力或者温度的影响，容易出现墙体裂缝或者密封性降低的情况发生，导致建筑施工的质量出现问题，采用金属橡胶混凝土后，墙体施工后，应用新型混凝土对墙体建筑充的对接缝进行外部填充，新型混凝土中含水量较低，能够解决墙体施工建筑中施工开裂的问题，提高了现代建筑的施工质量。

2．3混合建筑保温层的转化

高分子材料在建筑应用材料中的回收利用，转化为混合建筑保温层，是直接的综合利用的体现。现代建筑中墙体保温层建筑是主要的建筑问题之一，传统的墙体保温层采用双层保温板，但保温板经过一段时间的应用后，受到墙体中水泥的侵蚀，使保温板的保温效果下降，用户入住后，一段时间后室内温度明显降低，房屋建筑的保温效果下降，高分子可以转化为泡沫保温层，新型高分子混合泡沫保温层的主要成分是塑料和橡胶，可以抵抗水泥长时间的形侵蚀，到达保证保温层长期持久豹纹的效果。此外，新型混合保温层具有较好的吸声作用，能够达到施工墙体建筑保温效果好的同时增强了墙体的隔音效果，完善我国建筑施工技术水平的进一步优化发展，实现废旧高分子的综合应用。

2．4新型防水符合材料

高分子材料在现代建筑领域的应用，为我国建筑施工的材料创新应用提供了更加全面的应用范围。高分子材料的应用，可以达到新型防水材料的使用。现代建筑施工中，采用硅酸水泥和粉煤灰以及聚乙烯作为主要的构成材料，新型防水材料的应用，可以实现外墙墙体建设与保温层之间的隔水性增强［4］，能够打破传统墙体建筑保温层中保温层受到外部墙体渗水的影响情况，新型防水材料中聚乙烯可以使施工材料表面形成保护膜，达到及时阻隔外部墙体渗入到墙体中水分的作用，实现我国整体建筑施工墙体的防水性得到大大提高。例如;新型符合防水层可以将外部墙体渗入的水分进行阻隔，聚乙烯将深入的水分转接给粉煤灰，粉煤灰吸收水分，保持保温层的环境干燥，达到保护墙体保温性，延长墙体使用寿命的作用。

2．5复合地板的应用

高分子在建筑材料中的回收利用，体现为复合地板的应用，新型建筑材料的施工建筑具有加强的耐用性，复合地板的主要材料是由传统的木质材质和聚乙烯作为主要的材质，地板的木质材料保留了传统地板中木质地板材质问题，同时融合聚乙烯可以提高地板的防水性和耐磨性，表面的聚乙烯薄膜能够达到保护地板日常应用中与坚硬物体之间的摩擦痕迹，增强地板的耐磨程度;此外，新型符合地板可以保护地板不受到蛀虫的影响，延长地板在实际的使用寿命。

3结论

高分子是现代社会建设中经常应用的一种建筑材料，结合建筑材料对废旧高分子技术的探究分析，实现我国现代社会发展材料综合应用，促进我国现代社会发展资源的综合利用。

作者:陈玲琳 单位:湖北工业大学

参考文献：

［1］曹新鑫，何小芳，胡红卫．废旧高分子材料在建筑材料中的回收应用［J］．砖瓦，2006(11):54－56．

［2］吕洋，孔令元．浅析废旧高分子材料在墙体建筑中的回收与利用［J］．科技视界，2013(32):198．

篇3

关键词：铁道车辆；复合新材料；高速动车组

中图分类号：U292文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0009-02

一、新材料概述

随着铁道工业对自重问题重要性的认识提高，材料的开发和应用将有大大增加的趋势。主要新材料类型如下：

（一）复合材料

复合材料（如玻璃纤维/聚酯复合材料）在铁路其他零部件中的应用已被用于制造支承铁道电器系统的跨轨信号架。用复合材料制造跨越四根钢轨的信号架技术已经论证可行，而且与相当的钢结构相比，除耐蚀性好外，还能大大减轻自重。

（二）高分子材料

高分子材料是分子量高达1万至数十万的巨大“高分子”聚合而成的材料，塑料、FRP（纤维增强塑料）、弹性体、橡胶、纤维等都属于高分子材料。高分子材料具有质量轻、强度高、减振、绝缘等特性，故在铁道行业获得广泛应用：塑料、FRP具有质量轻、强度高、绝缘等特性；橡胶具有防振、减振、绝缘等特性。

（三）合成材料

合成材料的主要优越性有：减轻重量、减少车内噪音、提高旅客舒适性、安装费用低、防火性能好。特别是使用合成材料后，车辆的加速和减速都加快，减少了转向架和轨道的磨损，降低了能耗，降低了每旅客公里的运营费用。

二、新材料在铁路客运车辆上的应用

现在铁路运输业新材料应用较多，而且正在不断地扩展其应用范围，下面列举几个应用实例：

（一）复合材料在客车中的使用

车辆质量轻和加工方便的优点，也促进了复合材料在车辆内部的广泛应用。实际上，FRP在Inter City旅客列车上占垒车总重量的8%（3t左右）。一般车辆内部配件最常用的复合材料，是由玻璃纤维和阻燃聚酯树脂构成。窗框、卫生窗、通过台墙板以及通过台开敞车顶端，都成功地用玻璃钢制造过，其加工方法有冷压、喷射和手糊，有采用无规则玻璃毡，也有采用半连续玻璃毡。模压成型工艺所需设备费用较高，适用于大规模生产。座椅骨架常常采用片状模塑材料（SMC）模压加工制造。复合材料还被用于制造铁道车辆用的高比强度的夹层结构板中。这种墙板已在航空工业应用多年，其典型结构是由两层FRP板包覆着泡沫或蜂窝芯构成。随着设计师对轻质车辆的优越性认识的不断提高，这种结构在客车上应用得越来越广泛。意大利的ETR500型列车，再次为这种复合材料在现代高速列车上的应用提供了一个极好的范例。该车所有的内墙板、顶板及行李间全部由夹层板制造。这种夹层板结构包括一个由Airex公司提供的Nomex蜂货车用复合材料。

（二）高分子材料在客车中的使用

高分子自材料除用作机车车辆的承载件、车内装饰件等外，还作为减摩耐磨材料用作磨损件。高分子自材料在机车车辆上的应用实例。高分子自材料本身具备的或通过改性获得的良好耐磨性和自性，使它能够在少油或无油的条件下安全运行，因此，高分子自材料在许多场合下完全能取代金属。高分子自材料在机车车辆上取代金属制作磨耗件取得了较好的效果。

心盘垫。美国用超高分子量聚乙烯制作车辆的摇枕心盘垫。德国规定，货车的心盘垫用尼龙6制作。用塑料制作的整体碗形心盘垫已装用在美国铁路的内燃机车和货车的转向架上。

磨耗板。美国铁路在60年代将尼龙用于导框衬板后，又扩大应用到摇枕磨耗板。美国应用超高分子量聚乙烯制作的车钩钩身托板磨耗板已在货车上运行80万公里，未发生损坏，也不需、维护。

轴承保持架。瑞典SKF公司在客车车辆轴承和机车牵引电机轴承上，采用25%玻璃纤维增强尼龙66制作轴承保持架。德国市郊运输车辆和干线车辆的圆柱滚柱轴承采用尼龙保持架已经过数百万次运用考核，效果令人满意。俄罗斯自1986年在货车轴承上开始装用尼龙保持架，在温升、磨损、可靠性及耐久性等方面进行了长期考验。试验结果表明，这种尼龙保持架在温升、磨损和油脂亲和等方面有优良特性，对提高轴承负荷能力和寿命，特别是作用对延缓轴承事故、保证行车安全具有显著特点。

其他磨耗件。美国芝加哥和西北铁路公司用热塑性塑料制作拉杆村套。这种衬套可用八年。德国规定，各类车辆的车钩导框用尼龙66制作，客车的摇枕横向挡块用尼龙66制作，且使用量都已超过1万件。

（三）合成材料在客车中的使用

利用合成材料来代替传统用材，以求实现机车车辆的轻量化，满足高速列车要求轻、快、稳和安全可靠的要求。

裙板、顶板、墙板和车内隔板。法国双层高速列车TGV2N 采用三聚氰胺树脂代替玻璃钢墙板，重量比玻璃钢更轻而隔热隔声性能和玻璃钢相似。TGV2N 的天花板顶块采用自承式酚醛三聚氟胺制造，每辆车可减轻重量200kg。大西洋TGV的车内与电话间隔板采用聚碳酸醇材料。车体为铝板加玻璃棉。Keller公司为TGV2N 研制的车顶板采用了重量轻、致密、具有优良绝热性能和声学特性的合成材料。这种车顶板集自承载声学特性、热特性、可拆卸性和装饰性于一身，厚度只有大西洋TGV的一半。

裙板要求重量轻、耐腐蚀。德国新型城市间客车和汉堡城市的新型动车、鲁尔工业区的二等大开敞式客车两侧均采用塑料裙板，裙板材料为：聚氯乙烯硬质泡沫塑料芯层和玻璃钢面层。

车窗和车窗玻璃。采用聚碳酸酯板做车窗玻璃材料，热塑性塑料（如ABS树脂）压铸窗框，可收减轻重量、减少维修费用之效。

车门。车门要求重量轻、耐腐蚀、稳定和保养方便。采用玻璃钢能满足这些要求。法国大西洋高速列车TGV～A的内门、行李车车门和厕所门均采用氯磺化聚乙烯制成。

厕所、盥洗室。要求采用尺寸稳定性好、耐腐蚀、易清洗的材料。玻璃钢能满足这些要求。德国联邦铁路新研制的客车卫生间的特点是：易于安装和拆卸，适应不同客车布局需要，节水且便于机械清洗。该卫生间由四部分组成：玻璃纤维增强聚酯壁板，玻璃纤维增强聚酯马桶覆盖层，玻璃纤维增强聚酯盆形地板，塑料贴面壁板。德国联邦铁路的新乘务员车的盥洗室设有玻璃钢马桶。

茶桌、行李柜(架)。法国新的大西洋TGV―A装用一种坚实、轻便的折叠式茶桌。该荼桌由法国Trio―plast公司研制，采用美国杜邦公司的Kevlar复合纤维和浸渗了聚酯树脂的玻璃纤维作增强材料。蜂窝状的聚丙烯为阻燃泡沫填充料。Keviar具有高强度重量比。茶桌厚仅20ram，重量只有铝茶桌的二分之一，但能承受350kg的集中压力。

地板。地板除要求重量轻、阻燃外，还要求耐磨、防滑、耐腐蚀、电绝缘、隔热、隔声。日本在通勤型103、105、201、301系，市郊日本新型地铁车辆的多层地板为铝板夹以聚氨酯泡沫塑料和玻璃纤维。

三、新材料在铁路货运车辆上的应用

（一）复合材料的应用

现在铁道车辆上复合材料的应用，主要局限于机车头部的三维模制外壳及客车内部的一些轻质配件。复合材料之所以在车辆司机室前端外壳上得到了广泛的应用，是因为现代列车外形既要适应空气动力学的要求，又要满足人们的审美需要，这使得车头的三维外形结构非常复杂，用金属制造起来难度较大，而且费用很高。由于复合材料质量轻、耐冲击等优点越来越突出，复合材料的制造能力也逐渐提高，这些都使得FRP在铁道车辆的自支承结构上得到了广泛的应用。

（二）高分子材料的应用

我国的大连内燃机车研究所和大连塑料研究所进行了玻璃纤维增强尼龙塑料保持架的研究，并在轴承试验台上顺利地进行了20余万公里的模拟高速试验。试验结果表明，各项指标均符合设计要求，温升值及其规律均属正常。由于尼龙保持架的成本约为铜保持架的20%，一旦此种保持架获得推广，其经济效益是非常可观的。仅以1000台东风机车的牵引电机小端轴承为倒，其购置费每年可节约50万元。

（三）合成材料的应用

1．走行机构、连续装置磨耗件。摇枕心盘采用超高分子量的聚烯烃塑料，其耐磨性比其他塑料高15倍。比不锈钢高4倍，价格则与钢相当，聚烯烃心盘垫和车钩托板磨耗板已在货车上运行了80万公里，不需、维护，未发生损坏。

2．车头、司机室。机车头部和司机室若采用金属件。曲面加工比较困难。采用易于造型的玻璃纤维增强塑料制造比较合适。日本著名的东北、上越新干线“光号”车前头部分采用FRP制成，其直径由1400mm逐渐缩小到1300mm。

3．轴承保持架。德国E12O型机车牵引电动机的ECP滚柱轴承采用聚酰胺滚柱隔离圈与金属隔离圈相比。因其外形精密度高，弹性、滑动性能好、重量轻，摩擦力小，所以能显著减少滚柱运动的阻力，降低工作温度和材料的消耗。

4．绝缘材料。日本新干线车辆主电动机采用聚酰亚胺作绝缘材料。主电动机在转向架内的安装位置因车辆种类和轮径不同而在尺寸和重量方面均受到严格限制。随着机车车辆的高速化，高调速运转和动力集中化，迫切要求主电动机大功率化和小型轻量化。 采用聚酰亚胺作绝缘材料及该材料系统的绝缘技术，对主电动机的小型轻量化作用极大。东海道新干线MT200型主电动机采用聚酰亚胺作绝缘材料，在相同尺寸和相同重量条件下，功率从185kw 提高到205kw，提高11%。

篇4

关键词 水性聚氨酯 改性 研究进展

聚氨酯（（Polyurethane，简称PU）是指含有重复的氨基甲酸酯键（NHCOO）的一类高分子材料，是聚氨基甲酸酯的简称。聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革等。广泛应用于机电、船舶、轻工及纺织部门，产品与品种逐年递增，是具有重大应用价值的先进高分子材料，已经成为当代高分子材料中品种最多、用途最广、发展最快的一种新型有机材料。我国聚氨酯工业始于20世纪50年代末60年代初，至今已50年左右。自1936年德国化学家Otto.Bayer等在研究异氰酸酯的加成聚合反应过程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基团的化合物。在第二次世界大战期间聚氨酯技术得到了发展，20世纪50年代以来，有关聚氨酯的新品种、新工艺、新装备大量涌现，逐渐形成了成熟、完整的聚氨酯工业体系。据中国PU工业协会统计，1991年我国PU行业产量为15万t，1998年为77万t，而2011年我国PU行业产量达到了700万t，生产和消费规模居世界首位。预测我国在“十二五”期间，PU产品年消费量将达到900万t～1 000万t，实现产值将达到2 700亿～4 000亿元。

水性聚氨酯（WPU）是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相（水）中的二元胶体体系。目前市场上大多数为溶剂型聚氨酯树脂，含有大量的有机溶剂和一定量的游离异氰酸酯，影响人们的身体健康和生活环境。随着各国环保法规对VOC（volatile organic compounds）排放量的限制以及对环保的重视，水性聚氨酯得到了较快的发展，己在织物、皮革、黏合剂等领域得到了广泛应用，正逐步替代溶剂型聚氨酯。

一、水性聚氨酯存在的问题

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，具有弹性、耐磨性、韧性、附着力和低温抗冲击性优异、VOC含量低，节能环保等优点。水性聚氨酯虽然具有很多优良性能，但其还存在着很多不足，如涂膜的耐水性不好，乳液稳定性、自增稠性、固含量等方面的性能不够理想，且机械强度不高，特别是硬度不够高。分析引起这些问题的主要原因包括以下几个方面：水性聚氨酯由于主链或侧链引入亲水基团从而使所形成的涂膜具有较高的表面能，通过成盐的方法虽然使聚氨酯可以分散在水相中，但是正是由于这些基团的存在使得水性聚氨酯耐水性、耐溶剂性、耐化学品性以及机械强度等性能变差。与有机溶剂相比，水的蒸发潜热很大（约540 cal/g），为了加快成膜过程中水分的蒸发需要高温，因此就需要投入大量能量。水的表面张力很高（约72 dtne/cm2），虽然添加助溶剂和表面活性剂可以降低表面张力，但是添加助溶剂会增加VOC的排放，添加表面活性剂会促使水性配方中被分散的成分稳定化，从而使夹带气泡的水-空气界面稳定化，因而产生泡沫，导致形成针孔。同时水的高导电性也会引起各种问题。

由于水性聚氨酯的这些缺陷，目前使用的水性聚氨酯基本上都是经过改性的。聚氨酯的改性有很多种，包括环氧树脂改性、有机硅改性、聚丙烯酸改性、有机氟改性等。本文主要对其改性技术进行了综述。

二、水性聚氨酯的改性

1.环氧树脂改性水性聚氨酯。环氧树脂（EP）材料具有高模量、高强度、易固化、黏附力强、化学稳定性好、价格低等优点，但其柔韧性、耐磨性不及WPU，因此，采用EP改性WPU可将两者的优良性能有机结合。利用EP改性WPU的方法主要有两种，一种是物理共混法，该方法是将EP均匀的分散到WPU预聚体中，两者之间并没有化学键的结合，最终将共混物在水中乳化；另一种是化学共聚法，该方法是EP开环后形成端羟基化合物与WPU进行共聚反应，得到的预聚体再在水中乳化。实验证明，采用化学共聚法制备的WPU乳液的稳定性不及物理共混法。

杜鹃研究了环氧树脂用量对乳液外观、乳液贮存稳定性等的影响情况，结果表明，随着EP用量的增加，乳液外观由乳白透明变为乳白色，由于当EP用量较多时，分散体的粒径大，阻碍了光线的透过，所以乳液呈发白现象。同时，随着EP用量的增加乳液黏度增大，贮存稳定性下降，低温柔韧性变差，吸水率减小。因为增加EP用量即增加了分子中交联结构，耐水性也就会越好。随着EP用量的增加，硬段含量增大，硬度增大，低温柔韧性也就会变差。李辉采用E-51环氧树脂为改性剂，得到了聚醚型环氧树脂改性WPU乳液。当环氧树脂E-51质量分数为4%时改性产品的性能最佳，该产品具有耐水性好、拉伸强度高等特点。

2.有机硅改性水性聚氨酯。有机硅材料是分子结构中含有硅元素的高分子合成材料，主链是一条键交替组成的稳定骨架，有机基团与硅原子相连形成侧基。由于有机硅的这种特殊结构和组成，使它具有耐高温、耐气候老化、电绝缘、耐燃、无毒、无腐蚀和生理惰性等优异性能。有机硅改性可提高涂膜的机械性能。含有硅氧烷基团的聚合物表面张力低于不含硅氧烷基团的聚合物，低表面能组分就会逐渐迁移至高表面能组分的外部，从而形成硅氧烷链段在乳液胶膜表面富集。富集于乳液表面的活性硅氧烷基团在一定条件下水解形成硅醇，硅醇与聚合物内部或表面的活性基团缩合形成立体网络（─Si─O─Si─）交联结构，化学交联点增加，交联密度相应增加，对涂膜表层的致密度有增强作用，并最终提高涂膜的机械性能。应用于水性聚氨酯改性的有机硅化合物主要是羟基硅油、氨基硅油、硅烷偶联剂等。

詹彪等用羟基硅油改性水性聚氨酯，结果表明，羟基硅油改性后的聚氨酯胶膜的分子链中聚硅氧烷连段从内部逐渐向表面迁移，有机硅富集在胶膜表面，从而增加了胶膜的疏水性。李文渊等采用3-氨丙基三乙氧基硅烷改性水性聚氨酯，研究了有机硅用量对乳液黏度和涂膜吸水率的影响，结果表明。有机硅改性提高了水性聚氨酯体系交联密度，从而使乳液黏度增加，涂膜吸水率下降，耐水性提高。Chen H等用氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷改性聚醚型水性聚氨酯，发现改性产品的耐水性明显得到提高。曲鹏飞等用羟基硅油改性阳离子水性聚氨酯，通过采用差示扫描量热分析证明羟基硅油的加入使改性样品软、硬段玻璃化转变温度都降低，这是因为羟基硅油中-CH3围绕Si-O键旋转的自由能几乎为零，使得整个羟基硅油分子旋转十分自由，将其引入聚氨酯分子链中，整个大的分子链就会变得更加柔顺。从胶膜的力学性能显示，羟基硅油的引入使得胶膜的断裂伸长率增加，而胶膜的拉伸强度略有下降。

有机硅改性水性聚氨酯具有很多优良的性质，如涂膜具有优良的耐水性、耐候性、耐酸碱性、耐高低温使用性能和良好的机械性能。但用含有机硅分子制得的涂料存在力学强度低、附着力差等缺点。要改善这些缺陷，需少加溶剂，合理进行分子结构的设计，使共聚物具有聚氨酯的力学性能、耐磨性，同时具有有机硅烷的介电性、耐水性及生物相容性。

3.聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯。聚丙烯酸酯（PA）树脂具有优异的耐光性、耐候性，受紫外线照射不易发生黄变，耐酸、碱、盐腐蚀，柔韧性高且价格低廉。采用聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯，可将水性聚氨酯的优异性能与聚丙烯酸酯树脂良好的附着力、耐候性有机结合，从而制备出高固含、低成本的水性树脂，这种方法提高了水性聚氨酯树脂的综合性能又降低了产品的成本，具有广阔的应用前景。国外已经在很多领域有了广泛的应用。

陈金莲等采用平衡溶胀发制备了丙烯酸改性水性聚氨酯乳液，结果发现该水性聚氨酯改性方法可以大大提高甲基丙烯酸甲酯（MMA）的含量，明显提高了改性水性聚氨酯乳液及涂膜性能。吴冬梅等采用丙烯酸丁酯（BA）和MMA与WPU乳液共聚制备水性聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液，结果表明所制备的复合乳液具有良好的室温贮存稳定性及成膜性能。与水性聚氨酯乳液相比，该复合乳液粒径有所增大，对基材润湿性更好，胶膜耐水性明显提高。杨霞制备了具有核壳结构的PUA复合乳液，研究了亲水扩链剂二羟甲基丙酸（DMPA）用量，R值、乳化剂用量、核壳质量比对乳液和胶膜性能的影响。王志强等合成了甲基丙烯酸甲酯改性的水性聚氨酯乳液，扫描电镜图显示，经丙烯酸酯改性的水性聚氨酯膜表面相对平整，这是因为聚氨酯与丙烯酸酯的微相分离程度小，相容性好，当m（PU）∶m（PA）=8∶2时得到的丙烯酸酯水性聚氨酯的综合性能较佳。

4.有机氟改性水性聚氨酯。含氟高聚物的性质主要取决于分子中的氟原子，而氟原子结合电子能力强、可极化率小、折射率低、电负性是所有元素中最高的。因此氟聚合物具有优良的电化学性能和光学性能，氟原子半径非常小，所以C-F键键长短，键能高，因此氟聚合物耐热性、耐氧化性及耐化学性优良。含氟聚合物的分子间凝聚力低，空气与聚合物界面间的分子作用力小，所以表面自由能低。而含氟化合物在成膜过程中有向膜表面迁移富集的趋势，因此，含氟化合物具有优异的表面性能，如疏水耐油性、性、耐溶剂性及良好的生物相容性等。对水性聚氨酯进行氟改性，使氟链段在材料表面富集，从而获得同全氟高分子材料相近的表面能。该方法能在很大程度上改善涂膜的性能，弥补水性聚氨酯在这些方面的缺陷。

李培枝等合成了全氟烷基侧链的氟改性水性聚氨酯，主要通过对水性聚氨酯进行单羟基的全氟乙基辛醇的接枝反应。结果表明，经过改性的水性聚氨酯涂膜的表面性能明显变低，耐水性、耐热性及耐腐蚀性明显提高。刘峥等制备出含氟长支链水性聚氨酯乳液，研究了含氟长支链的量对水性聚氨酯相关性能的影响。结果表明，在一定范围内随着氟含量的增加，乳液粒子粒径增加，涂膜表面张力明显降低，与水的接触角上升，涂膜的热稳定性得到提高，拉伸强度增加，断裂伸长率降低。

参考文献

[1]杜鹃.环氧树脂对封端型水性聚氨酯的改性研究[J].光谱实验室，2012.29（5）：23-27.

[2]李辉.环氧E-51改性水性聚氨酯胶黏剂的制备及性能研究[J].石油化工高等学校. 校报，2010，23（2）：37-40.

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【关键词】喷涂喷焊 机械设备维修

机械设备对整个企业生产来说，起着相当重要的作用，其工作效率以及维修成本等直接关系着企业的经济效益。如今，工业发展迅速，生产环境越来越复杂，加上机械内部结构的不断改变，在长期使用过程中，常会出现不同程度的摩擦损伤，有时只是几个零件的损坏，导致整个机械维修起来相当困难。在运行时，摩擦是最为常见的现象，由于各个零件表面相互接触，精度或尺寸都会有所磨损。为有效地解决磨损问题，可采用喷涂或喷焊技术，通过强化零件的抗氧化性和耐磨性，减少磨损，延长其使用寿命。

1 喷涂技术

1.1 特点

喷涂技术是一种表面处理技术，借助一定的热源对喷涂材料进行加热处理，当达到熔融或软化状态时，通过热源自身或者高速气流，将熔滴雾化后，以一定的速度喷射到经过预热处理的基体材料表面，从而形成牢固的表面层。

和其他的表面处理技术相比，喷涂技术具有很多优点，首先，此技术操作方便，而且易灵活掌握，由于成本较低，还具有良好的经济性；其次，使用范围较广，陶瓷、金属丝材、合金丝材以及高分子材料等都领域都有所应用；再者，生产效率高，由于其基体限制少、要求不高，在实际运用时，特别是一些中小型零件的维修中，方法简单，涂层厚度容易把握，不论是日常维护，还是抢修工作，都比较适用；此外，喷涂技术方法多样，功能众多，能耐高温、耐磨，具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。

1.2 功能涂层

1.2.1耐磨性涂层

磨损在机械设备的损害中占有很大比例，而且阻碍着整个设备的正常运行，如果不加以重视，极有可能会导致生产质量下降，带来巨大损失。为增强机械的耐磨性，常通过喷涂技术在机械表面涂上一定厚度的耐磨涂层，降低设备零件的更新频率，从而节约成本。

1.2.2耐热抗氧化涂层

主要应用于高温以及熔融金属的过程中，高温过程包括腐蚀性气体、高温的冲蚀以及氧化气氛等，金属熔融过程包括对锌铝铜铁钢等的熔融工作。对于在腐蚀高温环境中运转的机械设备或零件，该涂层能对其起到很好的保护作用，延长其使用工龄，尽量将损失降到最低。

1.2.3耐腐蚀涂层

该技术最初发展时，腐蚀主要来自于大气腐蚀和浸渍腐蚀。前者多是些工业气氛或盐性气氛引起的腐蚀，后者则是化学、非饮用淡水以及食品加工等造成的。随着技术的不断提升，如今，该技术能够耐各种介质的腐蚀，可涂在金属、塑料、锌铝等多种材料表面，在诸多领域得到广泛应用。

1.3 喷涂方法

1.3.1爆炸喷涂

氧气和其他可燃性气体发生作用，燃烧后产生气体，因膨胀而发生爆炸，从而释放出大量的热能和足够强大的冲击波，对粉末材料进行加热、加速，最后喷到基体表面形成坚固的涂层。该方法结合强度很高，具有良好的致密性，但成本贵，而且使用时会发出很大噪声，因此，最好在隔声间使用。

1.3.2电热爆炸喷涂

主要是借助金属导体沿轴向释放瞬间的直流高电压，在金属内部产生足够引起爆炸的电流，在冲击波的高速冲击下，金属粒子以极快的速度被喷向零件表面，而后急剧冷却，形成保护涂层。该技术可实现涂层和基体的冶金结合，从而增强涂层的结合度。

1.3.3超音速火焰喷涂

按一定的比例将助燃剂和燃料气体混合，在燃烧室内发生爆炸式的燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的4根倾斜喷管进入铜喷嘴，粉末由送粉气（Ar、N。）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送人高温燃气中，由高温高速燃气带出喷嘴，直接喷在工件上形成涂层。该方法的效率很高，而且涂层致密，具有较强的结合度。

2 喷焊技术

2.1 特点

喷焊技术是以喷涂技术为基础的，可以将之看成是对涂层的二次熔融处理，利用自熔性的合金粉末与基体材料进行冶金结合，形成更为坚固的涂层。喷焊技术可以说是喷涂技术和金属堆焊技术相结合的方法，改变了喷涂涂层结合强度硬度低的弱点。和喷涂技术不同，喷焊技术除了能减少机械零件的磨损，还能起到装饰表面的作用，因为有时其修复的零件的耐磨性比新零件更好，因此，在很多领域也被广泛应用。

该技术的热源主要来自氧气和乙炔的燃烧。形成的焊层具有较高的耐磨性、耐腐蚀性以及抗高温、抗氧化性，对于各种工况都很适用，当与母材结合时，强度可高达近300MPa；经其修复后的机械部件，性能优越，使用时间长，而且其修复速度快，能使生产提前进入正常运行轨道；元素的稀释率较小，综合性能优越，且焊层厚度容易调整。喷焊技术的不足之处在于修复后的工件容易变形。

2.2 喷焊材料

自熔性合金粉末是最常用的材料，因为其熔点较低，自熔性十分优越；粉末的性质受其形状、湿度以及粒度分布等因素影响；其喷焊范围广泛，合金涂层调整起来较为方便；在熔融状态下与基材有良好的润湿性，液――固相线之间的温度范围较宽，可以制备耐磨、耐腐蚀、抗氧化和耐热等表面强化和表面防护涂层。

镍基粉末熔点较低，成本适中，具有较强的润湿能力；形成的涂层工艺性和韧性都比较高，而且还具备良好的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。

钴基价格昂贵，但耐磨、耐腐蚀、耐高温，抗氧化性和红硬性等综合性能都相当优越，在700℃左右高温状态下最为适用。

铁基粉末较为廉价，耐磨性很强，耐腐蚀性在弱腐蚀介质中更容易发挥；在高温状态下，其抗氧化性较低；熔点要比镍基和钴基的高。

3 结束语

由于工业环境复杂，在生产中，机械设备常常会出现诸多问题，最常见的便是磨损，需要及时给予解决，但若是因某个零件的磨损就进行更换，很容易造成资源浪费。为有效节约资源，须做好相关的维修工作，从以上分析中可知，喷涂、喷焊技术在对机械设备进行修复的过程中起着不可替代的作用，且具有很多优势，其前景十分广阔，值得推广。

参考文献

[1] 王鑫.热喷涂和喷焊技术在机械设备维修中的应用[J].甘肃科技，2009，35（24）：143-145

[2] 万春锋.几种新型热喷涂技术[J].机械工程与自动化，2012，20（3）：123-125

[3] 陈玉重.关于机械设备维修与检测的研究[J].科级向导致富，2012，16（27）：295-297

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关键词：防偏磨；生产参数

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）06-0183-01

0 引言

油井偏磨一直是影响油井正常生产的重要因素之一，它是油井在生产过程中，当抽油杆在上、下冲程往复运动时，杆柱及接箍与油管接触而产生磨损。2010年我厂共实施防偏磨井，其中锦150块18口，锦16块4口，锦2-6-9块6口，其他区块2口。

油井偏磨主要集中在锦150块，因偏磨而造成断脱的平均检泵周期在50天左右，最短的7天，我们对检泵原因进行了数据统计，由于偏磨而造成了杆断脱和管漏的检泵分别占10％和17％。

1 油井偏磨的原因

1.1 偏磨井的类型统计

在偏磨井中斜井的数量大于直井，并且我们在生产中多数采用的为大泵生产，含水率也逐年升高。那么，这三样因素对偏磨会产生怎样的影响呢？

（1）井斜和全角的变化会造成油井管杆在井下发生弯曲，造成偏磨；

（2）大泵生产和泵挂的加深以及高冲次生产大大增加了抽油杆下行阻力，加剧了杆柱变形，加速磨损，缩短生产周期；

（3）含水上升造成产出液密度增大，浮力增大，从而减小的杆柱的分布力，使杆柱弯曲的临界压力降低，抽油杆柱发生弯曲。

1.2 不同油藏偏磨的原因

①中高渗断块油藏，一方面由于定向井多会造成井斜，另一方面，由于出砂严重造成的管杆磨砺，都会造成偏磨；

②低渗油藏由于井深，会造成抽油杆柱弯曲；

③稠油油藏由于杆柱下行阻力大，也会造成抽油杆柱弯曲。

2 油井防偏磨技术的应用现状

2.1 优化生产参数

油井含水率，泵挂深度，生产参数和杆柱优化组合对偏磨指数有一定的影响，对高含水进行堵水，降低含水率，优化抽汲参数和杆柱组合可以有效地避免和减轻杆管偏磨油杆防偏磨配套工具。

2.2 常用的防偏磨工具

滚轮Ⅱ型抽油杆 改变摩擦方式 它具有高强度、长效的特 点。该工具为全金属结构，具有承受较大径向载荷的能力，可适用于各种井况 滚轮脱落后，本体对油管有损伤

抗磨接箍 改变接箍材质 接箍使用抗磨材质，降低了接箍和油管之间的摩擦系数 保护了接箍，但是油管容易发生磨损

抗弯防磨副 使杆管隔离不接触 在抽油杆往复运动时，滑套自动定位于油管内壁的合适位置，摩擦杆在随抽油杆柱上下往复运动中与滑套形成摩擦副 投入成本较高

2.3 无杆采油

无杆采油具虽然杜绝了偏磨但是具有以下几个缺点：作业施工复杂，而且现有技术不成熟，使用性不太，成本高，没有大规模应用。

2.4 注塑杆防偏磨技术

由于以上几种工具的缺点，我们采用了“注塑杆防偏磨”新技术。

（1）技术原理。

注塑杆把每根抽油杆作为一个防偏磨单元来考虑，根据井斜数据、油井生产参数、现场偏磨情况，在抽油杆上直接注塑或安装两套或两套以上扶正器，以此来防止抽油杆柱在上下冲程中的失稳弯曲问题上，避免杆、管偏磨。

（2）技术特点。

①防偏磨位置在杆体和接箍两处，而不只是在接箍一处；②价格便宜，可在全井或中和点以下抽油杆进行扶正，防止偏磨段窜移；③结构简单、无镶插机构、结合牢固、不宜开裂、防偏磨能力强；④磨擦副为“软-硬”，而不是“硬-硬”，磨损扶正体，不磨损油管、抽油杆，因而对油管具有保护作用，提高油管和抽油杆的使用寿命；⑤不增加抽油杆丝扣连接点，减小了抽油杆脱扣概率。⑥组配能力强，可根据油井深度和偏磨情况调整扶正器的数量和距离，螺旋型对油管还具有刮蜡作用。

（3）技术改进。

①主要技术指标。注塑杆用在井身轨迹垂直、下部偏磨的抽油井上，防偏磨寿命在2.5年以上；在井身轨迹弯曲或倾斜、偏磨严重的抽油机上，防偏磨寿命在1.5年以上。

②原材料的改进，将传统的扶正器尼龙材料改为纳米高分子复合材料，纳米高分子材料具有以下优点：

（1）耐磨性居塑料之首；（2）冲击能吸收值在所有塑料中为最高值；（3）化学稳定性很高；（4）优良的憎水性。

高分子纳米材料耐磨损、耐冲击、自身、耐化学腐蚀等特性是目前塑料中所具有的最高数值。

2.5 现场应用

2010年我们实施注塑杆6口井，8井次，除锦2-14-310外，其余都分布在锦150块，注塑杆较以往常规偏磨技术，降低了对管杆的磨损程度，提高了使用寿命。

3 经济效益评价

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1.1案例来源及积累

案例主要来源于媒体报道或经典案例。如生活中常见的“502胶水”、“矿泉水瓶”、“化妆品瓶”、“塑料手套”、“雨靴”、“衣服”、“汽车轮胎”、“尼龙绳”以及“石墨烯智能服饰”等，最近的新闻报道“2014年80岁老太换全髋关节次日下地”，小孩的卡通玩具“光敏印章”，“农用聚乙烯薄膜”、“工业上泡沫塑料的发泡剂”工业生产原料等。日常注意收集积累，并根据案例所产生问题、解决途径进行归类，建立案例库，进一步有助于理解书本知识。

1.2案例选择

案例引入为教学服务，选择适当的案例保证教学活动的顺利进行是前提。适当的案例既能融合学生所学课程的理论基础，又能结合实验室条件以及学生的实际情况。综合以上考虑因素，对于功能高分子材料教学，选用“2014年80岁老太换全髋关节次日下地”作为教学案例，该案例内容包括了功能高分子材料的理解以及如何在生活中应用进行扩展等内容。人们对“关节置换”这个词已不再陌生，但是它的原材料是什么?大家可能还是很陌生。它是指用生物相容性和机械性能良好的金属或复合材料制成的一种类似人体骨关节的假体，通过手术将其植入体内，替代病变的关节，清除疼痛，恢复关节的活动与原有的功能，而这种生物相容的材料就是咱们的高分子材料超分子量聚乙烯。这样进行案例引入，大家对于目前简单应用的高分子材料有了更深入的认识。案例选择应遵循难易适中、可操作性强等特点，照顾成绩下游学生的同时，给上游学生预留挑战空间，激发学生解决问题的强烈愿望。

1.3案例深入和小组讨论

案例引入为实现教学目标而设计的，学生以理解知识问题为目标，围绕知识问题进行思考、讨论，进而理解知识要点。如果这堂功能高分子课程只进行到这里，学生只是知道了一个熟悉的陌生人。我们下面还要对这个高分子材料超分子量聚乙烯进行讨论。大家对聚乙烯比较熟悉，聚乙烯(PE)是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。以“聚乙烯的应用”为例，在方案设计前指导老师提出以下问题:“在日常生活中那些是聚乙烯的产品?”该问题引起了学生很大的兴趣和关注，为回答以上问题，学生自主进行了查阅。可以了解它可以应用在“保鲜膜、背心式塑料袋、塑料食品袋、奶瓶、提桶、水壶等”。紧接着又提出“聚乙烯的分类?它们的区别是什么?合成方法和用途是什么?”，该问题引导学生进一步扩展知识要点，聚乙烯主要分为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)三大类，而案例里提到的是超高分子量聚乙烯，学生要如何回答这几种聚乙烯材料的区别是什么，可以引入小组讨论的方式，分成四个小组，每个小组负责一种材料，从它的物理性质、特性、合成方法及用途上进行材料整理，在课堂上用PPT讲解，最终由教师进行点评，通过方案设计中的讨论，每个小组经过归纳整理把这种材料的性能基本完成全掌握了，同时也培养学生的动手能力及团队合作精神。事实证明，案例型教学法在激发学生的探索欲和提高学生学习兴趣方面起到了积极的作用，在解决问题的过程中逐步形成分析素养。

1.4案例扩展

将科研项目引入具体的课程教学中去是利用其进行智能型人才培养的新途径，也是将书本知识扩展到实际应用的一种途径。以上案例用到的是超高分子量聚乙烯作为人工关节软骨(关节臼)材料，然而，临床实践显示，人造关节有效工作年限为10～15年。长期使用过程中产生的聚乙烯磨屑会引起骨骼发炎，发生无菌性松动和假体脱落等问题，从而需要更换新的人造关节。再次更换人工关节的手术费用和失败率比首次更换高很多，导致经济损失和对患者身体的伤害。因此必须要增强医用超高分子量聚乙烯的耐磨性能，这样就在该课程的教学过程中引入科研项目，激发学生的学习兴趣，锻炼其查阅文献资料的能力，积极引导其参与到科研活动中去。通过学生资料查阅，采用纳米粒子增强复合材料技术，合成氧化石墨烯基超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料，充分利用新型二维纳米材料石墨烯的高强度、高模量、高硬度和低摩擦系数的突出特点，提高了石墨烯/UHMWPE复合材料摩擦磨损性能。在这里学生又查到一个新的概念—石墨烯，它是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;而电阻率只约1Ω•m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。与其他电池相比，具有能量转化效率高、无环境污染等优点。“质子传导薄膜”是燃料电池技术的核心部分，汽车中的燃料电池使用氧和氢作为燃料，转变输入的化学能量成为电流。现有的质子薄膜上常存在燃料泄漏，降低了电池有效性，但质子可以较为容易地“穿越”石墨烯等二维材料，而其他物质则很难穿越，那么我们研发石墨烯碳纸特种纸用作质子薄膜，既可以解决燃料渗透的问题，增加电池的有效性，还可以降低燃料电池的成本。而特种纸在日常生活中应用十分广泛，比如棉纸、宣纸、无尘纸、钞票纸、喷墨纸、热敏纸、过滤纸、茶袋纸、铝箔纸、拷贝纸、美术纸、复写纸、无碳复写纸、防霉纸、静电防止纸、导电纸、半导电纸、电池分离纸、电气绝缘纸、耐热纸、汽车用滤纸、空调滤纸、脱臭滤纸、医疗卫生用纸、药包纸、无菌纸、医疗胶布基材、手术衣等等。这样的学习过程最终实现让学生根据自身兴趣自主的寻找课题，参与到科研项目中，积极参与竞赛，培养他们将来在工作学习中“发现问题—方案设计—方案实施—结果讨论—问题扩展”的能力。

2培养学生的创新思维，树立绿色理念

开设课题开放性实验，培养学生独立查阅文献资料及设计开展实验的能力，在实验过程中积极引导、经常讨论总结进一步锻炼学生自主动手能力。增强现有学生实验室的开放性，组织学生参加各类竞赛、培养学生的专业技能和创新意识。同时，促进教师实验室、研究生实验室及校企联合研发中心的开放，带领学生去工厂实习，引导学生直接参与科研实验工作，使学生认识、了解科研，培养学生的创新意识和创新思维。此外，结合我国可持续发展战略及未来材料化学工业以及绿色造纸与特种纸绿色发展方向，在课堂、实验、实践等教学环节坚持融入绿色化学内容，渗透绿色化学思想，在丰富化工实验教学内容的同时培养学生树立绿色化工理念，增强绿色化学意识。

3加强卓越工程师的培养

为促进就业，培养学生的社会技能，增加课堂教学效果，积极组织学生参加材料化学专业和绿色造纸与特种纸的各项职业资格、技能考试，通过考证激发学生的学习兴趣，为学生今后就业和提升工作能力奠定基础。以“强化工程、工艺、设计和新兴特色学科交叉等方面基本理论、知识的培养;强化生产、研发、检测和管理等方面工作的基本工程能力的培养;强化国际化视野、企业家精神、市场头脑和创新思维等基本素质培养”为特色的强化“三基”人才培养方案，建立一个符合我院卓越工程师课程教学体系，培养满足地方产业发展需求的优秀材料化学以及绿色造纸与特种纸专业人才，增加学生就业渠道，提高学生的就业水平。

4结论

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我国有着悠久的渔业历史，早在原始人类前期人们就已经开始渔业行为，主要以采集扇贝和捕捞浅水鱼类为主。商朝时期渔业已经在农牧经济中占有一定地位，那时已经出现了简易的网具，网线材料大都是棉、马尼拉麻（白棕）、西沙尔麻（剑麻）、大麻、亚麻、黄麻等天然植物纤维以及毛发、蚕丝等动物纤维。渔业中曾经用蚕丝制造过刺网，由于其价格高昂，故不适用于制造渔具。 

改革开放以来随着国家大力发展生产，我国渔业迎来了前所未有的高峰期。各式各样的网具在时代背景下应用而生，各种大型网具在我国陆续投入生产，棉、麻等天然植物纤维制成的网线已经不能满足生产的需要，我国开始从国外引进各种化工合成纤维，50年代末开始引进PA复丝制作拖网片，且随着我国合纤材料生产的工业化，至80年代渔业中合成纤维完全取代了天然纤维。这些化工合成纤维较之以前天然植物纤维制成的网具在湿态下有更高的断裂强度和结节强度，并具备更高的抗腐性和耐磨性，提高了网具的荷重能力和使用寿命，这些化工合成纤维的引入生产为我国渔业发展做出了较大贡献。 

2.当前我国网具材料的使用现状 

目前我国渔业中使用的合成纤维主要有以下7种：聚酰胺（Polyamid，PA）、聚酯（Polyester，PES）、聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）和聚偏二氯乙烯（Polyvinylidene chlorid，PVD），以聚酰胺类、聚乙烯类、聚乙烯醇类和聚酯类的使用最为普遍。这些合成纤维制造的渔具能长期浸泡在水中或处于潮湿状态而不致因腐烂而遭到破坏，渔具就不需防腐处理和定期暴晒，大大节省劳动消耗和经济开支。此外合成纤维还具有较好的物理和机械性能，从而也会提高渔具的渔获能力和使用寿命，其强度较之植物纤维要大1.5-3倍，吸水量比植物纤维要小1/2-3/4，所以用它制成渔具的渔获率也远较植物纤维高。 

随着科技的发展，生态渔业渐渐被人们所接受，这些普通合成纤维已经不适应当代渔业的发展，其弊端已经成为制约我国渔业发展的主要因素，如自然分解周期太长，废弃的渔具往往会给海洋环境带来很大的污染，抗光性差和打结及湿态下强力降低，此外其强度和抗腐蚀性能也已经远远满足不了人们的需求。因此，可降解高分子网具材料等高新材料的研究和应用到渔业中已经成为世界渔业发展的必然趋势。 

3.当前世界高新网具材料的研究情况 

针对普通合成纤维在使用中出现的自然分解周期太长等弊端，世界各国主要在防生物附着网具材料、可降解高分子网具材料和超高强纤维材料等方面进行了研究并逐步应用到渔业生产中。 

3.1 防生物附着网具材料 

随着海洋渔业资源日渐衰退和相关“渔业协定”相继生效，我国大力发展海水养殖业（抗风浪网箱养殖，围网养殖等），但目前网箱和围网养殖面临着海洋生物附着网具现象严重的难题。国内外一些研究机构纷纷进行了防海洋生物附着网具材料的研究，根据不同海区的具体情况在原有材料中加入不同的防生物附着配方可以有效地解决海洋生物附着问题。 

海水中泥沙含量较大的海区，防止海洋生物附着的关键在于防止泥沙的大量附着，防生物附着剂配方抗泥性成为关键。在网具材料的制作中加入正电性水处理剂可有效吸附海水中的泥沙并使其快速沉降，也可使网具材料带有与泥沙相同的电荷，从而减少海水泥沙的附着。 

无机铜盐是船抗腐蚀添加剂的主要成分，同样它对网具材料抗生物附着也有同样的效果，铜离子可降低生物体中酶的活性，从而降低生物的生存代谢以达到降低生物寿命减少生物附着网具的目的。 

在网具材料中加入能吸收海水中氦核的有效成份，可以使网具表面富聚射线，氦核具有很强的电离作用和电离密度，对生物组织细胞有很强的杀伤作用，可有效防止生物附着。 

3.2 可降解高分子网具材料 

生物降解高分子材料是指在一定条件下，一定的时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物降解的高分子材料。真正的生物降解高分子是在水存在的环境下，能被酶或微生物水解降解，从而高分子主链断裂，分子量逐渐变小，以致最终成为单体或代谢成二氧化碳和水。 

影响材料生物降解性能的因素有环境因素和材料的结构。环境因素是指水、温度、PH值和氧浓度。虽然环境因素影响材料的降解性能，但是材料的结构是决定其是否生物降解的根本因素。易降解高分子结构通常为直链、橡胶态玻璃态、脂肪族高分子，而且具有低相对分子量和良好的亲水性（含有羟基、羧基的生物降解性高分子，不仅因为其较强的亲水性，而且由于其本身的自催化作用，所以比较容易降解），此外表面粗糙也可以促进材料的降解。 

目前我国网具所使用的材料大都是普通合成纤维，如PA网线材料，这种材料虽然较之棉、麻等天然材料来讲有较大的强度，在吸水性方面也有很大的改观，但是其天然分解周期太长，废弃的网具丢弃在海中往往会给海洋环境带来极大的污染，同时大量的废弃网具漂浮在海上也会给我们以后的捕捞活动带来干扰。 

生物可降解高分子网具材料在生态渔业中的地位不言而喻，世界各国正在极力开展研究和开发工作并推广应用，前景十分广阔。但要实现大规模推广还必须解决以下几个问题：一是降低成本，目前可降解高分子网具材料是其他普通材料价格的5.～6倍；二是材料的精细化，即根据不同的作业方式调节其在降解时间和生物相容性等方面的性能；三是新颖结构的生物可降解高分子网具材料有待于进一步的研究。

      3.3 超高强纤维材料 

70年代初美国开发了凯芙拉（Kevlar）超高强聚芳胺纤维（PPTA，也就是常说的芳纶），1979年荷兰开发了迪尼玛（Dyneema）超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE），这些超高强度纤维的拉伸强度为常规聚乙烯、聚酰胺纤维的4-5倍以上，超高强度纤维还具有结节强度高和抗老化性能好等特点。相同断裂强力和结节强力下，用这些超高强纤维制成的网线比常规纤维直径减少了一半左右，从而减少了网具在水下的阻力，减少了拖网等作业过程中的能源损耗。由于超高强度纤维这些良好的渔用性能，80年代末开始，这些纤维就被广泛用于渔业，这些材料在渔业中的应用使得高效、节能、网具大型化取得突破性的进展。 

提高捕捞效率：如大型中层拖网采用超高分子量聚乙烯纤维后，网口周长增加了41%，由原先的1100m扩大到现在的1550m，在保持渔船拖曳功率不变的情况下，可以增大网具尺寸或者适量增大渔船拖曳速度进而提高捕捞效率。 

减少能耗：在捕捞作业中使用超高强纤维可以在保持断裂强度和结节强度不变的前提下，减少网具网线的直径，减少水流对网具的作用力，从而达到减少油耗的问题。据统计，在爱尔兰北海水流湍急的海域，网具使用超高分子量聚乙烯纤维后，在鳕鱼拖网作业中使用294kw的渔船能替代原先441kw-515kw的渔船作业，每天可减少近2t油耗。 

捕捞网具大型化：目前世界网具发展总趋向为规格大型化，使用超高强纤维恰好可以迎合这一点，采用超高强纤维可以使绳索、网线直径变细，网具的重量和体积减少，在保证起网设备动力不变的情况下可以使网具大型化，这对捕捞海洋中分布较为分散的资源十分有利。 

超高强纤维的使用也给网箱和围网养殖带来了福音，网线直径变细增加了网箱和围网的过滤性能，同时也有效地减少了水生生物在网线上的附着，有利于内外水体的交换和饵料的进出。网线强度的增加在加大网箱和围网的抗风浪性能的同时也防止网箱和围网外掠食鱼类破坏网箱和围网而进入网箱或围网内盗食的现象，为海洋网箱和围网养殖提供了保障。 

4.高新网具材料在我国使用现状及前景 

我国现代渔业起步较晚，自20世纪90年代以来我国各大水产研究所在其他渔业发达国家对高新网具材料研究的基础上对这些高新网具材料都纷纷进行了研究和试制，在防生物附着网线材料、抗污染网线材料等研究方面已经取得了一定的成果。 

由于这些高新网具材料成本较之以前的普通合成纤维高出很多，加上我国渔民和渔业公司对这些高新网具材料认识不足，环境保护观念不足，国家对这些材料的宣传和推广力度不够，受传统观念的制约等，这些高新网具材料并未大规模投入实际生产当中。在全世界渔业资源逐渐枯竭的现在，如何在不损伤现有渔业资源的前提下实现渔业资源的最大最高效化利用已经成为全世界关注的焦点，完成渔业的改革要先从渔具的改革开始。我国是渔业大国，渔业已经成为我国国民经济中不可缺少的一部分，完成渔具材料的改革对我国渔业的发展至关重要。实现高新网具材料在我国普及需要国家的大力推广，让人们了解这些高新材料的优点及这些材料推广的必然性，从根本上改变人们的传统观念，慢慢接受这些材料。 

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[关键词]煤层气井 管杆腐蚀措施

中图分类号：TE933.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0166-01

一、腐蚀的发生

腐蚀是指材料与环境发生化学反应或电化学反应所造成的破坏。这种破坏导致材料性能的损失与失效，造成资源浪费乃至引发设备事故。金属材料和非金属材料均可以和环境介质发生作用而腐蚀。金属腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学或电化学反应而遭到破坏的现象。对金属材料而言，腐蚀是一种自发的过程，除了少数贵金属（金、铂等）外，各种金属都有转变成离子的趋势，这种向离子化或化合物状态变化的过程，伴随着自由能的降低。

1.井下腐蚀因素

煤层气开采过程遵循排水降压原理，采出水过程中水的矿化度高，并常伴有硫化氢、二氧化碳、溶解氧等腐蚀性物质，会对井下管杆产生腐蚀；地面集输处理过程中，同样会对各种管线产生腐蚀；因此需要预防腐蚀的发生。

2.井下管杆腐蚀

井下介质发生腐蚀、结垢会使井下管杆、机具的工作条件变得恶劣，其危害主要表现为机械性能下降导致抽油杆断脱、油管穿孔、卡泵等，造成煤层气井的产水减少从而影响产气量、导致修井费用的上升。目前煤层气井采出水过程普遍存在井下材料、用具等腐蚀现象。

二、井下管杆腐蚀的因素

1.物理因素

1.1 压力因素

一般情况下，溶解水中的氧气、二氧化碳和硫化氢等的溶解度，随着压力的升高而增大，而高浓度的氧气和二氧化碳参与的化学反应就越强烈，从而对金属表面的腐蚀越严重，随着压力的降低，氧气和二氧化碳的溶解度降低，对金属的腐蚀就越轻微。常态下水中的氧气和二氧化碳在水总的含量不足以让他们在水中发生剧烈反应。煤层气井排水过程溶解于井水中的二氧化碳和氧气会随着井下压力的增大而增大，于是高浓度的两种气体就会以水为介质发生剧烈的反应，对井下的金属或者用具造成不同程度上的腐蚀损坏。

1.2 温度因素

根据排采数据和跟踪井下情况观察得出井下的腐蚀快慢与温度有着密切的关系，这种腐蚀的速率会随着温度的增高成比例的增高。数据表明井下温度上升金属的腐蚀速度就会相应的增加，所以在不同井深温度下对井下材料的腐蚀危害程度不一样，这个在修井过程提出管杆得以验证。

1.3 流速因素

煤层气井下腐蚀因素中，井下流体的流动速度扮演着“运输载体”的角色，它虽然不直接对井下设备产生危害，但是它造成的损失却是不容小视的。它的存在会促进腐蚀物质向金属设各表面扩散接 触，还促进腐蚀性反应物向周围扩散交换。另外，流速的增加还会对贴附在金属表面的保护膜造成一定的破坏，从而加快了金属腐蚀进度。

1.4 偏磨腐蚀

井下偏磨主要是由油管和抽油杆错位造成的，地质条件不同这种影响在煤层气斜井中普遍存在。按照电化学原理，偏磨处由于金属大部分暴露而活化，这样就成了受腐蚀的阳极区。此外，与抽油杆或者是油管相比较，偏磨部分的面积是很小的，这样就会形成电化学上的大阴极和小阳极，从而造成在很短的时间内腐蚀速率很快，严重的会出现油管穿孔或者是造成抽油杆腐蚀断裂等情况发生。

2.化学因素

煤层气井排水过程井下水中溶解了很多的气体，这些气体都会在水中与周围的金属设备发生化学反应，从而造成化学腐蚀。如氧气既可以与井下金属反应，又能够为反应提供条件，从而使腐蚀速率变得很快；硫化氢在气体状态下不具腐蚀性，一旦溶于水便会电离出氢离子对金属造成严重的腐蚀；而大量的二氧化碳溶于水中则会造成井水ph值得下降使水呈酸性，对水中的所有金属设备造成腐蚀伤害；当然它会随着压强的增大而增加腐蚀的程度及速率。

三、防腐蚀方法

1.防腐金属材料应用

煤层气井排采理念是排水降压，排采过程地下水连续性采出，气体解析降压稳定采出。整个过程对金属腐蚀不可避免有一定影响，结合现场情况选择合适钢材，选择抗酸性、抗耐磨性较好的材料，注意各种化学反应的影响，尽量使用电极电位近似的金属材料互相组配对于气井防腐蚀很重要。目前大部分煤层气井采用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内衬油管。该管材是在钢制普通油管内衬一层超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管材，采用专用技术使衬管与钢制油管紧贴在一起，形成“管中管”结构。这种内衬油管不仅可以解决油管偏磨、腐蚀、结腊等难题，同时由于其摩擦系数较低，还可降低油井光杆负荷、抽油杆柱底部应力，延长抽油杆柱的寿命。

2.非金属材料应用

可以使用良好的耐腐蚀性非金属材料。像各种大理石、天然岩石、白云石等人造硅酸盐材料，或者是陶瓷、玻璃、搪瓷等有C材料，还有朔料、朔脂等现代高分子材料都可以很好的起到防腐蚀的作用，现如今，油气田设备中使用最多的是玻璃钢和有机材料。

3.镀层材料应用

为了防止材料腐蚀还可以使用附膜保护方法，这样就可以使金属设和介质分隔开，从而起到防止被腐蚀的作用。另外，针对受到严重腐蚀的井，油管或者是抽油杆表面都应该做好防腐处理。对于无偏磨井的油管杆表面可以使用涂料、化学镀油等手段，而对于偏磨比较严重的井应该使用耐磨的树脂朔料内衬油管。目前开始推广使用双弧面电镀钨合金节箍，主要材质为35CrMo，并电镀钨合金，不仅具有较好的防偏磨效果，也有较好的抗腐蚀性能，沁水盆地区块煤层气井使用效果很好。

4.缓蚀剂应用

为延长煤层气井材料的使用寿命，可适当添加一定浓度的缓蚀剂。其作用是通过几何覆盖效应，亲水端对金属表面有很大的亲和力吸附在金属表面，疏水端在溶液中对水分子排斥，形成一层吸附膜，阻止了金属阳极反应产生的金属离子从金属表面转移到介质中，从而阻滞了金属在腐蚀介质中的腐蚀过程。针对水中溶解众多的氧气可发生腐蚀，可以在水中投入一些还原性比较强的还原剂，这样就可以反应掉水中的氧气，从而达到防腐的目的；对于硫化氢的腐蚀可以加入一些除硫剂或者是专门针对硫化氢的缓蚀剂。

5.加强管理

对于一些煤层气井的腐蚀还有一些原因是在材料的安装时人为的失误造成的，由于在材料的安装期间工作不当，很容易造成油管和抽油杆错位的现象，从而造成了两者之间的偏磨，在这之后倘若没有有效的管理与控制，那么就会使偏磨、腐蚀变得越来越严重，最终导致小修作业的发生。

四、防腐措施及建议

1.涂镀层油管主要依靠其涂层或镀层来隔绝钢体与腐蚀介质的接触，从而达到防腐的目的。例如：修井过程中使用防腐蚀抽油杆、防腐蚀柱塞等材料。

2.根据井的不同腐蚀环境，采用不同的缓蚀剂类型，制定缓蚀剂加注周期和加注量等加注工艺措施，逐步达到“一井一法一工艺”的精细化防腐方法；。

3.美国和日本等发达国家已普及使用13Cr不锈钢油套管，以提高抗腐蚀的能力。国内宝钢和天钢 已开发出此产品，并已成功应用于国内部分油气田中。

参考文献

[1] 《油气田腐蚀与防护技术手册》编委会.油气田腐蚀与防护技术手册[M].北京：石油工业出版社，1998

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关键词 夜间发光 防护装备 安全性 效率

中图分类号：U458；U454 文献标识码：A

当前武警部队救援分队在能见度不良条件下运用绳索实施救援时，所使用的救援绳索需要照明才能够实施打结、捆绑、渡送，不便于观察，增加了救援难度和危险度，迟滞和影响实施营救作业展开。新型的发光救援绳索，就是要解决救援绳索没有任何光源的前提下，自身会自主发光发亮的问题。它主要是利用多层次编织组合编织技术，采用新的高分子材料、蓄光材料、反光材料、新型纺织材料制作而成，达到既能发光，又不易磨损，同时既有救援所需的强度、柔韧度和耐高温性，具备救援绳索的各项技术指标。弥补在夜暗条件下救援绳索不易发现的问题。

1发光救援绳索的特点

（1）发光时间长，具有自动发光、反光的功能。在没有任何光源的情况下，自身能长时间持续发光； 且抗拉强度高、重量轻（能浮于水面）、不易老化、阻燃、耐高温、耐磨。

（2）发光均匀细腻，色彩亮丽柔和，颜色丰富。工作与非工作状态下立体与透视感强烈，外表与发光颜色高度统一，发光时不会产生眩光，适合救援人员夜间视觉观察。可视距离50-100米。

（3）适应环境能力强，具备柔软、可折叠弯曲、随意打结、裁减、拼接等特点，而不会影响发光性能，并且可以反复折叠弯曲打结。发光绳索长度根据实际使用需要能够剪接，首尾发光亮度与均匀性都不会发生变化。

2发光救援绳索的使用范围及方法

（1）可以作为救生圈和水上救生的绳索，对落水者进行施救；可配在木船、救生筏、冲锋舟等水上工具上，是水上专用的绳索。在夜暗的环境救援时，将浮环丢向落水者，水面上会有一道光线，极大的增加了救援绳的可见性，能让落水者看清绳索漂流的位置，尔后能够接近绳索将浮环套在手臂上，然后弯曲手臂抓牢绳索。等落水者套好浮环，救援人员拖动浮索，救起落水者。

（2）可作为矿用、废墟底部、竖井内、管（坑）道内的救生索。一说起煤矿，大家都会想到里面很黑，环境非常不好，工作很困难，正因为这种恶劣的环境，所以井下的矿工更需要发光的绳子，关键的时候不仅可以用它来照亮前方的路，而且能够救人和自救，也有利于救援人员在第一时间掌握信息，可以减少因视线不好对队员产生的绊绕、坠落。

（3）可作为消防楼梯通道出口引导绳。面对火灾，如何逃生一直是人们关心的首要问题。在火灾现场秩序会比较混乱，在消防楼梯通道出口拉好绳索，即为安全标记与指示，受灾人员就会沿着发光的位置逃生，不会出现踩踏、跌落等情况；也是一种可以在火灾中用于自救、救人或者转移时使用的消防逃生绳。在使用时，要将一端绑在柱子、栏杆等牢固的地方，再把安全带穿戴好，然后沿着墙面下降，墙面就会出现光线，会引起救援人员的注意，即可远离火场。

3发光救援绳索使用时应注意的事项

为了方便识别，不同用途的发光救援绳索可以用不同的颜色来区别。在进行救援工作时，尽量采用带护套的包芯式发光救援绳，不建议使用螺旋式的发光救援绳，因为螺旋式的发光救援绳没有外层保护套，容易磨损。下面介绍使用中要注意的事项：

（1）避免发光救援绳接触化学物品。应把发光救援绳存放在避光、凉爽和无化学物质的地方，最好使用专用绳包存放安全绳。

（2）发光救援绳达到以下状态之一者就要作报废处理：

①外层（耐磨层）发生大面积的破损或有绳芯露出；

②连续使用（参加抢险救援任务）300次以上；

③外层（耐磨层）沾有久洗不除的油污及易燃化学残留物，影响使用性能时；

④内层（受力层）损坏严重而无法修复，使用三年以上。

（3）每周进行一次外观检查，检查内容包括：有无划伤或严重磨损，有无被化学物质腐蚀、严重掉色、有无变粗、变细、变软、变硬，发光包是否出现破损等情况。

（4）严禁在地面上拖拉发光救援绳，不要踩踏发光救援绳，拖拉和踩踏会导致发光救援绳磨损加速。

（5）严禁锋利边角刮割发光救援绳。不管发光救援绳的耐磨性多高，与任何形状的边角接触时，都极易发生磨损，磨损严重都有可能导致发光材料发生断裂。因此，有摩擦危险的地方使用发光救援绳，必须使用安全护垫、墙角护轮等对发光救援绳进行保护。

（6）不弄湿绳索，即使是防水加工过的绳索，也要尽量的避免在容易将绳子弄湿的状况下使用，因为吸了水的绳子不但重、易滑，而且容易造成反光、发光材料丧失功能，难以使用。

（7）产生纽结的绳索也有可能会因重量冲击而断掉，须多加留意。所谓的纽结是指绳子上所产生的扭曲情形，而老旧的绳索、编织绳都较新的绳索容易发生扭曲。绳子若出现纽结，需要使用前拉住绳子的一端将纽结处恢复，而使用后的整理，最好也采用不易产生纽结的捆绑方法。

参考文献

[1] GA494-2004，消防用防坠落装备[S].