聚乙烯的论文文献

食品包装材料卫生安全性研究概况杨阳，甘平胜，胡国媛，胡毅志(广州市疾病预防控制中心，广州510080)【综述】[摘要] 食品包装材料与食品卫生安全有密切的关系，食品包装必须保证被包装食品的卫生安全，才能成为放心食品。因为只有合格的原材料、食品添加剂、包装材料和容器才能生产出符合质量安全要求的食品。从食品卫生检验工作者的角度，谈谈食品包装材料的卫生安全，以帮助人们关注食品卫生安全．提高消费者的鉴别能力。[关键词] 食品包装材料；国家卫生标准；安全性评价随着生活水平的提高，人们越来越注重食品的安全和卫生问题，而食品包装材料作为保证食品安全卫生的重要手段得到了更广泛的重视。从对餐饮具、食品包装的抽查结果看，我们发现食品包装材料的卫生安全存在着不容忽视的问题：基于食品包装与健康安全密切相关，并且存在问题较多较重，对食品包装材料的安全性研究显得尤为重要。1 食品包装材料的种类和卫生标准1．1 食品包装材料的种类目前我国允许使用的食品容器、包装材料以及用于制造食品用工具、设备的有(1)塑料制品一热塑性塑料、热固性塑料等系列化产品、塑料添加剂；(2)橡胶制品一天然橡胶、合成橡胶、橡胶助剂等系列化产品；前3种有机物所用的助剂必须符合GB~85一l994《食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准》的要求；(3)食品容器内壁涂料一常温成膜涂料、高温固化成膜等系列化涂料及助剂；(4)陶瓷器、搪瓷食具；(5)铝制品、不锈钢食具容器、铁质食具容器、玻璃食具容器；(6)食品包装用纸等系列化产品；(7)复合包装袋一复合薄膜、复合薄膜袋等系列化产品。1．2 食品包装材料的主要卫生指标食品包装材料的卫生指标主要包括：蒸发残渣(乙酸、乙醇、正己烷)、高锰酸钾消耗量、重金属、残留毒素等。在食品容器、包装材料的卫生标准中，均以各种液体来浸泡，然后测定这些液体的有关成分的迁移量。溶剂的选择以食品容器、包装材料接触食品的种类而定，按照不同物理状态下，一般用化学物质，如蒸馏水(代表中性食品)、4％乙(醋)酸(代表酸性食品)、8％～60％乙醇(代表含有酒精的食品)、正己烷(代表油脂食品)；浸泡后的蒸馏水溶剂中的高锰酸钾消耗量或叫做耗氧量(代表向食品中迁移的总有机物质及不溶性物质的量)；脱色试验；其他根据易造成食品污染的砷、氟、重金属(铅、镉、锑、锗、钴、铬、锌)、有机物单体残留物、裂解物(氯乙烯、苯乙烯、酚类、丁腈胶、甲醛)、助剂、老化物等有害元素的测定。蒸发残渣代表向食品中迁移的总可溶性及不溶性物质的量，它反映食品包装袋在使用过程中接触到液体时折出残渣、重金属、荧光性物质、残留毒素的可能性。如果用这样的食品包装承装食品，食品就会受到不同程度的污染，人们食用后毒素就会进人人体，长期沉积在内脏器官，引起慢性中毒。特别是人体中过量的重金属会减弱人体免疫功能．损伤神经、造血和生殖系统，尤其是对处于成长期的儿童和青少年的身体和智力发育产生阻碍减缓甚至不可逆转的毒副作用。1．3 食品包装材料的卫生标准在卫生标准上，分原材料和制品这两个方面。在原材料方面的卫生标准，有GB9691《食品用聚乙烯树脂的卫生标准》、GB96~(食品用聚苯乙烯树脂的卫生标准》和GB9693{食品用聚丙烯树脂的卫生标准》。在这3个树脂标准中．聚乙烯和聚丙烯用量最大，聚苯乙烯用量最少，而且会越来越少。另外，国外除了这3个树脂标准外，还有聚酯(PET)、尼龙(PA)等其他树脂的卫生标准。在这些原材料的卫生标准中，有重金属含量、蒸发残渣、高锰酸钾消耗量、脱色指标等规定，而国外的指标中，还有醛含量，镉、砷、汞等重金属含量，酚和胺含量等规定。在成型品方面的卫生标准，有GB％87{食品包装用聚乙烯成型品卫生标准》、GB9688{食品包装用聚丙烯成型品卫生标准》、GB9689《食品包装用聚苯乙烯成型品卫生标准》和G~683{复合食品包装袋卫生标准》。前面3个成型品卫生标准项目中，有蒸发残渣、高锰酸钾消耗量、重金属含量的具体指标，而第四个《复合食品包装袋卫生标准》中，又增加了二氨基甲苯含量不得大于0．004 m L的指标。这是因为在食品包装材料中，胶粘剂中的微量有害健康的物质，也会影响整个体系的卫生性能，而且其中的二氨基甲苯是一种致癌物质，必须严格控制。对成型品还要有相应的卫生标准，其目的就是防止乱用和滥用添加剂，就是要更好地保障直接包装和接触食品的材料具有高度的卫生安全性能。除了上述的卫生标准项目和指标外，我国的复合包装材料标准中，还有一项残留溶剂不得大于10 m kg的规定，例如GBIO0(~ 和GB10005，最近还增加了其中甲苯的残留量不得大于3 m kg的内容。这是因近年来大家对包装材料的异味和潜在毒性要求越来越严格有关，所以，除了限定它的残留量之外，随之而来的就发展了水性油墨和胶粘剂、醇溶性的油墨和胶粘剂以及无溶剂胶粘剂等新产品，目的是想保障复合材料具有更高的纯净、卫生和安全性能。为了控制食品容器和包装材料的卫生安全，我国又制定了GB9685{食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准》，在这个助剂的卫生标准中，规定了添加剂、溶剂、胶粘剂等17个大类、58种具体物质的名称和最高使用量，类似于FDA2l CFR&175．105和日本接着剂“自主规定”，列出可以用在食品包装领域中的辅助材料名称清单及其最高用量，除此以外就不准使用。1．4 食品包装材料中不得使用的有毒有害物质我国规定不得使用酚醛树脂用于制作食具、容器、生产管道、输送带等直接接触食品的包装材料；氯丁胶一般不得用于制作食品用橡胶制品，氧化铅、六甲四胺、芳胺类、ot一巯基咪唑啉、ot一巯醇基苯并噻唑(促进剂M)、二硫化二甲并噻唑(促进剂DM)、乙苯一B一萘胺(防老剂J)、对苯二胺类、苯乙烯代苯酚、防老剂124等不得在食品用橡胶制品中使用；我国规定在食品工业中使用的橡胶制品的着色剂应是氧化铁、钛白粉。因此在外观上规定用红、白两种色泽的橡胶为食品工业用，强调黑色的橡胶制品为非食品工业用；容器内壁涂料不得使用极毒或高毒的助剂。陶瓷器、搪瓷食具、金属、玻璃食具容器原料不得使用有害金属，金属食具原料混有铅、镉等有害金属或其他化学毒物，国内曾发生用镀锌铁皮容器制作饮料，饮后发生食品中毒，国家规定白铁皮不准用于食品机械部分，食品工业中应用的大部分为黑铁皮；在高档玻璃器皿中如高脚酒杯往往添加铅化合物，这是玻璃器皿中较突出的卫生问题；不得使用废旧回收纸作为制纸原料，因为废旧回收纸虽然经过脱色只是将油墨颜料脱去，而铅、镉、多氯联苯等仍可留在纸浆中；在食品包装用纸中严禁使用荧光增白剂，使用食品包装级石蜡，注意玻璃纸软化剂问题，应符合GB11680—89(食品包装用原纸卫生标准》要求；复合薄膜食品包装袋采用聚氨酯型粘合剂，带来甲苯二异氰酸酯(TDI)，在食品蒸煮时，会迁移至食品中并水解生成具有致癌性的2，4一二氨基甲苯(TDA)，应符合GB9683—1988(复合食品包装袋卫生标准》；食品中的微生物超标有的也是由于不合格的包装材料、容器引起的，尤其是质量不卫生安全的纸包装用品、皮革、天然橡胶、木材等材料容易造成食品尤其是液体食品发生霉菌(真菌)污染问题。2 国外对食品包装材料的卫生安全管理方式欧美发达国家食品包装安全管理各具特色，但也有一些共同点：2．1 科学立法首先，立法、执法、司法机构要权利分开，以确保立法决策的科学性、透明性和公众参与性。美联邦和各州(法国是各省)法律的基础是严格的、灵活的、科学的，联邦和各州法律都规定，食品生产和包装行业有按法律义务生产安全食品的法定责任。联邦政府、各州以及地方政府在用法律管理食品和食品加工时，承担着互为补充、内部独立的职责。2．2 执法公正宪法赋予执法、立法、司法各自的职责，执法、立法、司法机构在国家食品安全体系中均承担责任。作为立法机构的国会，要制定并颁布法令，确保食品安全；国会还授权执法分支机构贯彻这些法令，这些执法分支机构可以通过制定和实施法规来贯彻法令。当实施法规和方针引起争端时，司法机关要做出公正的裁决。在美国，法律、法令及总统执行令形成了一个完整体系，以确保对公众公开、透明。2．3 五大原则一般地说，食品包装安全体系遵循以下5大指导原则建立：食品安全方面的法规决策以科学为基础；政府具有公正执法的职责；只有安全健康的食品才能进入市场销售；制造商、配送商、进口商及其他人要遵守以上原则，否则承担法律责任；法律法规制定过程透明并向公众开放。2．4 国际合作在美国、法国的食品包装安全体系中，将国际合作和以科学为基础的安全预防与风险分析作为国家食品安全方针和决策的重要基础。这是长期以来美国、法国执行的食品安全方针。在合作方面，一方面通过与国际组织的合作，如与世界食品法典委员会CAC、世界卫生组织WHO、联合国粮农组织FAO等合作，解决技术问题、紧急问题、食品安全事件等；另一方面通过政府机构内专家的合作及向其他科学家的咨询或合作，为法规制定者提供技术和科学方面的推荐方案；强调食品病原菌的早期预警体系；授权制定法规的机构根据技术发展、知识更新和保护消费者的需要修改法规和指南。为了食品安全体系法令的有效实施，确保食品包装安全具有很高的公众信任度，欧美发达国家都建立了相应的管理机构，如法国国家认证委员会、国家标签鉴定委员会CNLC、卫生部、农业部、国家特产研究院；美国食品和药品管理局(FDA)、美国食品安全和检验局(FSIS)、动植物健康检验局(APHIS)、环境保护署(EPA)等机构组织，承担了保护消费者安全、健康的首要职责。3 加强食品包装材料的卫生管理的措施3．1 加快食品包装的卫生标准与安全法规的修改制定工作欧美发达国家是世界上制定食品包装安全法规的先驱，经过100多年的发展，建成了完善的食品包装安全管理体系。我国食品包装材料也有相应的法律法规和卫生标准，如《中华人民共和国食品卫生法》、《食品用塑料制品及原材料管理办法》、《食品用橡胶制品卫生管理方法》、《陶瓷食具容器卫生管理办法》、《搪瓷食具容器卫生管理办法》等。由于一些食品包装的卫生标准是上个世纪制定的，检测项目相对较少，对于许多新产品由于缺乏相应的食品标准、相应的检测指标要求以及相应的检测方法标准，使一些食品包装材料(包括基本材料、黏合剂、油墨)中隐含的有害成分得不到控制。依据传统工艺制造出来的食品包装物里面都会有添加剂成分，如抗氧化剂、苯、甲苯等有害物质的溶剂，虽然其中绝大多数都在制造过程中挥发出去，但少量溶剂会残留在复合膜之间，随着时间的推移，从膜表面渗透入食品，使之变质、变味、增加了食品的不安全因素。在复合包装材料中，除了树脂、助剂外，还有十分广泛使用的油墨和胶粘剂，目前还没有它单独的卫生标准，也没有全国统一的产品标准，只有各个生产企业的《企业标准》，这需要引起我们重视并及时做好相关研究工作。3．2 加强食品包装材料包括其原材料的检验监督工作加强对食品包装的检验监督。检验监督工作要做到关口前移，防止不合格的食品流人市场，危害社会。保证食品的安全质量，给广大消费者一个卫生、安全、环保、方便、美观的食品包装。[参考文献][1]袁振华．食品包装材料中化学物向食品迁移和安全评估[J]．浙江预防医学，1999，(11)：29—31．[2]和东芹．浅析包装材料对食品安全性影响[J]．邯郸职业技术学院学报，2004，17(1)：41—44．[3]GB9685—1994．食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准[S]．[4]宋杰辰，朱强，于晓英，等．纸制食品容器与包装材料卫生标准的探讨[J]．中国公共卫生，1999，15(8)：48—5O．

关键词：超高分子量聚乙烯工程塑料1 引言UHMWPE是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国上海高桥化工厂于1964年最早研制成功并投入工业生产，70年代后期又有广州塑料厂和北京助剂二厂投入生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前北京助剂二厂的产品分子量可达100万～300万以上。UHMWPE的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。UHMWPE平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，UHMWPE耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。UHMWPE优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于UHMWPE优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用。2 UHMWPE的成型加工由于UHMWPE熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，UHMWPE的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使UHMWPE由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。一般加工技术(1)压制烧结压制烧结是UHMWPE最原始的加工方法。此法生产效率颇低，易发生氧化和降解。为了提高生产效率，可采用直接电加热法〔1〕；另外，Werner和Pfleiderer公司开发了一种超高速熔结加工法〔2〕，采用叶片式混合机，叶片旋转的最大速度可达150m/s，使物料仅在几秒内就可升至加工温度。(2)挤出成型挤出成型设备主要有柱塞挤出机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出多采用同向旋转双螺杆挤出机。60年代大都采用柱塞式挤出机，70年代中期，日、美、西德等先后开发了单螺杆挤出工艺。日本三井石油化学公司最早于1974年取得了圆棒挤出技术的成功。北京化工大学于1994年底研制出Φ45型UHMWPE专用单螺杆挤出机，并于1997年取得了Φ65型单螺杆挤出管材工业化生产线的成功。(3)注塑成型日本三井石油化工公司于1974年开发了注塑成型工艺，并于1976年实现了商业化，之后又开发了往复式螺杆注塑成型技术。1985年美国Hoechst公司也实现了UHMWPE的螺杆注塑成型工艺。北京塑料研究所1983年对国产XS-ZY-125A型注射机进行了改造，成功地注射出啤酒罐装生产线用UHMWPE托轮、水泵用轴套，1985年又成功地注射出医用人工关节等。(4)吹塑成型UHMWPE加工时，当物料从口模挤出后，因弹性恢复而产生一定的回缩，并且几乎不发生下垂现象，故为中空容器，特别是大型容器，如油箱、大桶的吹塑创造了有利的条件。UHMWPE吹塑成型还可导致纵横方向强度均衡的高性能薄膜，从而解决了HDPE薄膜长期以来存在的纵横方向强度不一致，容易造成纵向破坏的问题。特殊加工技术冻胶纺丝以冻胶纺丝—超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法。荷兰DSM公司最早于1979年申请专利，随后美国Allied公司、日本与荷兰联合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都实现了工业化生产。中国纺织大学化纤所从1985年开始该项目的研究，逐步形成了自己的技术，制得了高性能的UHMWPE纤维〔3〕。UHMWPE冻胶纺丝过程简述如下：溶解UHMWPE于适当的溶剂中，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出，然后以空气或水骤冷纺丝溶液，将其凝固成冻胶原丝。在冻胶原丝中，几乎所有的溶剂被包含其中，因此UHMWPE大分子链的解缠状态被很好地保持下来，而且溶液温度的下降，导致冻胶体中UHMWPE折叠链片晶的形成。这样，通过超倍热拉伸冻胶原丝可使大分子链充分取向和高度结晶，进而使呈折叠链的大分子转变为伸直链，从而制得高强度、高模量纤维。UHMWPE纤维是当今世界上第三代特种纤维，强度高达,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。它可直接制成绳索、缆绳、渔网和各种织物：防弹背心和衣服、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。国际上已将UHMWPE纤维织成不同纤度的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳等。UHMWPE纤维的复合材料在军事上已用作装甲兵器的壳体、雷达的防护外壳罩、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。润滑挤出(注射)润滑挤出(注射)成型技术是在挤出(注射)物料与模壁之间形成一层润滑层，从而降低物料各点间的剪切速率差异，减小产品的变形，同时能够实现在低温、低能耗条件下提高高粘度聚合物的挤出(注射)速度。产生润滑层的方法主要有两种：自润滑和共润滑。(1)自润滑挤出(注射)UHMWPE的自润滑挤出(注射)是在其中添加适量的外部润滑剂，以降低聚合物分子与金属模壁间的摩擦与剪切，提高物料流动的均匀性及脱模效果和挤出质量。外部润滑剂主要有高级脂肪酸、复合脂、有机硅树脂、石腊及其它低分子量树脂等。挤出(注射)加工前，首先将润滑剂同其它加工助剂一起混入物料中，生产时，物料中的润滑剂渗出，形成润滑层，实现自润滑挤出(注射)。有专利报道〔4〕：将70份石蜡油、30份UHMWPE和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅胶)混合造粒，在190℃的温度下就可实现顺利挤出(注射)。(2)共润滑挤出(注射)UHMWPE的共润滑挤出(注射)有两种情况，一是采用缝隙法〔5、6〕将润滑剂压入到模具中，使其在模腔内表面和熔融物料间形成润滑层；二是与低粘度树脂共混，使其作为产物的一部分(详见)。如：生产UHMWPE薄板时，由定量泵向模腔内输送SH200有机硅油作润滑剂，所得产品外观质量有明显提高，特别是由于挤出变形小，增加了拉伸强度。辊压成型〔1〕辊压成型是一种固态加工方法，即在UHMWPE的熔点以下对其施加一很大的压力，通过粒子形变，有效地将粒子与粒子融合。主要设备是一带有螺槽的旋转轮和一带有舌槽的弓形滑块，舌槽与螺槽垂直。在加工过程中有效地利用了物料与器壁之间的摩擦力，产生的压力足够使UHMWPE粒子发生形变。在机座末端装有加热支台，经过模口挤出物料。如将此项辊压装置与挤压机联用，可使加工过程连续化。热处理后压制成型〔8〕把UHMWPE树脂粉末在140℃～275℃之间进行1min～30min的短期加热，发现UHMWPE的某些物理性能出人意料地大大改善。用热处理过的UHMWPE粉料压制出的制品和未热处理过的UHMPWE制品相比较，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低温机械性能大大提高了。射频加工〔9〕采用射频加工UHMWPE是一种崭新的加工方法，它是将UHMWPE粉末和介电损耗高的炭黑粉末均匀混合在一起，用射频辐照，产生的热可使UHMWPE粉末表面发生软化，从而使其能在一定压力下固结。用这种方法可在数分钟内模压出很厚的大型部件，其加工效率比目前UHMWPE常规模压加工高许多倍。凝胶挤出法制备多孔膜〔10〕将UHMWPE溶解在挥发溶剂中，连续挤出，然后经一个热可逆凝胶/结晶过程，使其成为一种湿润的凝胶膜，蒸除溶剂使膜干燥。由于已形成的骨架结构限制了凝胶的收缩，在干燥过程中产生微孔，经双轴拉伸达到最大空隙率而不破坏完整的多孔结构。这种材料可用作防水、通氧织物和耐化学品服装，也可用作超滤/微量过滤膜、复合薄膜和蓄电池隔板等。与其它方法相比，由此法制备的多孔UHMWPE膜具有最佳的孔径、强度和厚度等综合性能。3 UHMWPE的改性物理机械性能的改进与其它工程塑料相比，UHMWPE具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于UHMWPE的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充和交联的方法加以改善。填充改性采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对UHMWPE进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。用偶联剂处理后，效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高30℃。玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉等可提高硬度、刚度和耐温性；二硫化钼、硅油和专用蜡可降低摩擦因数，从而进一步提高自润滑性；炭黑或金属粉可提高抗静电性和导电性以及传热性等。但是，填料改性后冲击强度略有下降，若将含量控制在40%以内，UHMWPE仍有相当高的冲击强度。交联交联是为了改善形态稳定性、耐蠕变性及环境应力开裂性。通过交联，UHMWPE的结晶度下降，被掩盖的韧性复又表现出来。交联可分为化学交联和辐射交联。化学交联是在UHMWPE中加入适当的交联剂后，在熔融过程中发生交联。辐射交联是采用电子射线或γ射线直接对UHMWPE制品进行照射使分子发生交联。UHMWPE的化学交联又分为过氧化物交联和偶联剂交联。(1)过氧化物交联过氧化物交联工艺分为混炼、成型和交联三步。混炼时将UHMWPE与过氧化物熔融共混，UHMWPE在过氧化物作用下产生自由基，自由基偶合而产生交联。这一步要保证温度不要太高，以免树脂完全交联。经过混炼后得到交联度很低的可继续交联型UHMWPE，在比混炼更高的温度下成型为制件，再进行交联处理。UHMWPE经过氧化物交联后在结构上与热塑性塑料、热固性塑料和硫化橡胶都不同，它有体型结构却不是完全交联，因此在性能上兼有三者的特点，即同时具有热可塑性和优良的硬度、韧性以及耐应力开裂等性能。国外曾报道用2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3作交联剂〔11〕，但国内很难找到。清华大学用廉价易得的过氧化二异丙苯(DCP)作为交联剂进行了研究〔12〕，结果发现：DCP用量小于1%时，可使冲击强度比纯UHMWPE提高15%～20%，特别是DCP用量为时，冲击强度可提高48%。随DCP用量的增加，热变形温度提高，可用于水暖系统的耐热管道。(2)偶联剂交联UHMWPE主要使用两种硅烷偶联剂：乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷，常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。偶联剂一般要靠过氧化物引发，常用的是DCP，催化剂一般采用有机锡衍生物。硅烷交联UHMWPE的成型过程首先是使过氧化物受热分解为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚合物分子中的氢原子使聚合物主链变为活性游离基，然后与硅烷产生接枝反应，接枝后的UHMWPE在水及硅醇缩合催化剂的作用下发生水解缩合，形成交联键即得硅烷交联UHMWPE。(3)辐射交联在一定剂量电子射线或γ射线作用下，UHMWPE分子结构中的一部分主链或侧链可能被射线切断，产生一定数量的游离基，这些游离基彼此结合形成交联链，使UHMWPE的线型分子结构转变为网状大分子结构。经一定剂量辐照后，UHMWPE的蠕变性、浸油性和硬度等物理性能得到一定程度的改善。用γ射线对人造UHMWPE关节进行辐射，在消毒的同时使其发生交联，可增强人造关节的硬度和亲水性，并且使耐蠕变性得以提高〔13〕，从而延长其使用寿命。有研究〔14〕表明，将辐照与PTFE接枝相结合，也可改善UHMWPE的磨损和蠕变行为。这种材料具有组织容忍性，适于体内移植。加工性能的改进UHMWPE树脂的分子链较长，易受剪切力作用发生断裂，或受热发生降解。因此，较低的加工温度，较短的加工时间和降低对它的剪切是非常必要的。为了解决UHMWPE的加工问题，除对普通成型机械进行特殊设计外，还可对树脂配方进行改进：与其它树脂共混或加入流动改性剂，使之能在普通挤出机和注塑机上成型加工，这就是中介绍的润滑挤出(注射)。共混改性共混法改善UHMWPE的熔体流动性是最有效、最简便和最实用的途径。目前，这方面的技术多见于专利文献。共混所用的第二组份主要是指低熔点、低粘度树脂，有LDPE、HDPE、PP、聚酯等，其中使用较多的是中分子量PE(分子量40万～60万)和低分子量PE(分子量＜40万)。当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE树脂就会悬浮在第二组份树脂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。(1)与低、中分子量PE共混UHMWPE与分子量低的LDPE(分子量1，000～20，000，以5，000～12，000为最佳)共混可使其成型加工性获得显著改善，但同时会使拉伸强度、挠曲弹性等力学性能有所下降。HDPE也能显著改善UHMWPE的加工流动性，但也会引起冲击强度、耐摩擦等性能的下降。为使UHMWPE共混体系的力学性能维持在一较高水平，一个有效的补偿办法是加入PE成核剂，如苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐等，可以借PE结晶度的提高，球晶尺寸的微细均化而起到强化作用，从而有效阻止机械性能的下降。有专利〔15〕指出，在UHMWPE/HDPE共混体系中加入很少量的细小的成核剂硅灰石(其粒径尺寸范围5nm～50nm，表面积100m2/g～400m2/g)，可很好地补偿机械性能的降低。(2)共混形态UHMWPE的化学结构虽然与其它品种的PE相近，但在一般的熔混设备和条件下，它们的共混物都难以形成均匀的形态，这可能与组份之间粘度相差悬殊有关。采用普通单螺杆混炼得到的UHMWPE/LDPE共混物，两组份各自结晶，不能形成共晶，UHMWPE基本上以填料形式分散于LDPE基体中。熔体长时间处理和使用双辊炼塑机混炼，两组份之间作用有所加强，性能亦有进一步的改善，不过仍不能形成共晶的形态。Vadhar发现〔16〕，当采用两步共混法，即先在高温下将UHMWPE熔融，再降到较低温度下加入LLDPE进行共混，可获得形成共晶的共混物。Vadher用溶液共混法也得到了能形成共晶的UHMWPE/LLDPE共混物。(3)共混物的力学强度对于未加成核剂的UHMWPE/PE体系，其在冷却过程中会形成较大的球晶，球晶之间存在着明显的界面，而在这些界面上存在着由分子链排布不同引起的内应力，由此会导致裂纹的产生，所以与基体聚合物相比，共混物的拉伸强度常常有所下降。当受到外力冲击时裂纹会很快地沿球晶界面发展而导致最后的破碎，因此又引起冲击强度的下降。流动改进剂改性流动改进剂促进了长链分子的解缠，并在大分子之间起润滑作用，改变了大分子链间的能量传递，从而使得链段位移变得容易，改善了聚合物的流动性。用于UHMWPE的流动改进剂主要是指脂肪族碳氢化合物及其衍生物。其中脂肪族碳氢化合物有：碳原子数在22以上的n-链烷烃及以其作主成分的低级烷烃混合物；石油分裂精制得到的石蜡等。其衍生物是指末端含有脂肪族烃基、内部含有1个或1个以上(最好为1个或2个)羧基、羟基、酯基、羰基、氮基甲酰基、巯基等官能团；碳原子数大于8(最好为12～50)并且分子量为130～2000(以200～800为最佳)的脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪醛、脂肪酮、脂肪族酰胺、脂肪硫醇等。举例来说，脂肪酸有：癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬酯酸、油酸等。北京化工大学制备了一种有效的流动剂(MS2)〔17〕，添加少量(～)就能显著改善UHMWPE的流动性，使其熔点下降达10℃之多，能在普通注塑机上注塑成型，而且拉伸强度仅有少许降低。另外，用苯乙烯及其衍生物改性UHMWPE，除可改善加工性能使制品易于挤出外，还可保持UHMWPE优良的耐摩擦性和耐化学腐蚀性〔18〕；1，1-二苯基乙炔〔19〕、苯乙烯衍生物〔20〕、四氢化萘〔21〕皆可使UHMWPE获得优良的加工性能，同时使材料具有较高的冲击强度和耐磨损性。液晶高分子原位复合材料液晶高分子原位复合材料是指热致液晶高分子(TLCP)与热塑性树脂的共混物，这种共混物在熔融加工过程中，由于TLCP分子结构的刚直性，在力场作用下可自发地沿流动方向取向，产生明显的剪切变稀行为，并在基体树脂中原位就地形成具有取向结构的增强相，即就地成纤，从而起到增强热塑性树脂和改善加工流动性的作用。清华大学赵安赤等采用原位复合技术，对UHMWPE加工性能的改进取得了明显的效果〔22〕。用TLCP对UHMWPE进行改性，不仅提高了加工时的流动性，采用通常的热塑加工工艺及通用设备就能方便地进行加工，而且可保持较高的拉伸强度和冲击强度，耐磨性也有较大提高。聚合填充型复合材料高分子合成中的聚合填充工艺是一种新型的聚合方法，它是把填料进行处理，使其粒子表面形成活性中心，在聚合过程中让乙烯、丙烯等烯烃类单体在填料粒子表面聚合，形成紧密包裹粒子的树脂，最后得到具有独特性能的复合材料。它除具有掺混型复合材料性能外，还有自己本身的特性：首先是不必熔融聚乙烯树脂，可保持填料的形状，制备粉状或纤维状的复合材料；其次，该复合材料不受填料/树脂组成比的限制，一般可任意设定填料的含量；另外，所得复合材料是均匀的组合物，不受填料比重、形状的限制。与热熔融共混材料相比，由聚合填充工艺制备的UHMWPE复合材料中，填料粒子分散良好，且粒子与聚合物基体的界面结合也较好。这就使得复合材料的拉伸强度、冲击强度与UHMWPE相差不大，却远远好于共混型材料，尤其是在高填充情况下，对比更加明显，复合材料的硬度、弯曲强度，尤其是弯曲模量比纯UHMWPE提高许多，尤其适用作轴承、轴座等受力零部件。而且复合材料的热力学性能也有较好的改善：维卡软化点提高近30℃，热变形温度提高近20℃，线膨胀系数下降20%以上。因此，此材料可用于温度较高的场合，并适于制造轴承、轴套、齿轮等精密度要求高的机械零件。采用聚合填充技术还可通过向聚合体系中通入氢或其它链转移剂，控制UHMWPE分子量大小，使得树脂易加工〔23〕。美国专利〔24〕用具有酸中性表面的填料：水化氧化铝、二氧化硅、水不溶性硅酸盐、碳酸钙、碱式碳酸铝钠、羟基硅灰石和磷酸钙制成了高模量的均相聚合填充UHMWPE复合材料。另有专利〔25〕指出，在60℃，且有催化剂存在的条件下，使UHMWPE在庚烷中干燥的氧化铝表面聚合，可得到高模量的均相复合材料。齐鲁石化公司研究院分别用硅藻土、高岭土作为填料合成了UHMWPE复合材料〔26〕。 UHMWPE的自增强〔27、28〕在UHMWPE基体中加入UHMWPE纤维，由于基体和纤维具有相同的化学特征，因此化学相容性好，两组份的界面结合力强，从而可获得机械性能优良的复合材料。UHMWPE纤维的加入可使UHMWPE的拉伸强度和模量、冲击强度、耐蠕变性大大提高。与纯 UHMWPE相比，在UHMWPE中加入体积含量为60%的UHMWPE纤维，可使最大应力和模量分别提高160%和60%。这种自增强的UHMWPE材料尤其适用于生物医学上承重的场合，而用于人造关节的整体替换是近年来才倍受关注的，UHMWPE自增强材料的低体积磨损率可提高人造关节的使用寿命。4 UHMWPE的合金化UHMWPE除可与塑料形成合金来改善其加工性能外(见和)，还可获得其它性能。其中，以PP/UHMWPE合金最为突出。通常聚合物的增韧是在树脂中引入柔性链段形成复合物(如橡塑共混物)，其增韧机理为“多重银纹化机理”。而在PP/UHMWPE体系，UHMWPE对PP有明显的增韧作用，这是“多重裂纹”理论所无法解释的。国内最早于1993年报道采用UHMWPE增韧PP取得成功，当UHMWPE的含量为15%时，共混物的缺口冲击强度比纯PP提高2倍以上〔29〕。最近又有报道，UHMWPE与含乙烯链段的共聚型PP共混，在UHMWPE的含量为25%时，其冲击强度比PP提高一倍多〔30〕。以上现象的解释是“网络增韧机理”〔31〕。PP/UHMWPE共混体系的亚微观相态为双连续相，UHMWPE分子与长链的PP分子共同构成一种共混网络，其余PP构成一个PP网络，二者交织成为一种“线性互穿网络”。其中共混网络在材料中起到骨架作用，为材料提供机械强度，受到外力冲击时，它会发生较大形变以吸收外界能量，起到增韧的作用；形成的网络越完整，密度越大，则增韧效果越好。为了保证“线性互穿网络”结构的形成，必须使UHMWPE以准分子水平分散在PP基体中，这就对共混方式提出了较高的要求。北京化工大学有研究发现：四螺杆挤出机能将UHMWPE均匀地分散在PP基体中，而双螺杆挤出机的共混效果却不佳。EPDM能对PP/UHMWPE合金起到增容的作用。由于EPDM具备的两种主要链节分别与PP和UHMWPE相同，因而与两种材料都有比较好的亲合力，共混时容易分散在两相界面上。EPDM对复合共晶起到插入、分割和细化的作用，这对提高材料的韧性是有益的，能大幅度地提高缺口冲击强度。另外，UHMWPE也可与橡胶形成合金，获得比纯橡胶优良的机械性能，如耐摩擦性、拉伸强度和断裂伸长率等。其中，橡胶是在混合过程中于UHMWPE的软化点以上进行硫化的。5 UHMWPE的复合化UHMWPE可与各种橡胶(或橡塑合金)硫化复合制成改性PE片材，这些片材可进一步与金属板材制成复合材料。除此之外，UHMWPE还可复合在塑料表面以提高耐冲击性能。在UHMWPE软化点以上的温度条件下，将含有硫化剂的未硫化橡胶片材与UHMWPE片材压制在一起，可制得剥离强度较高的层合制品，与不含硫化剂的情况相比，其剥离强度可提高数十倍。用这种方法同样可使未硫化橡胶与塑料的合金(如EPDM/PA6、EPDM/PP、SBR/PE)和UHMWPE片材牢固地粘接在一起。参考文献：〔1〕钟玉荣，卢鑫华.塑料〔J〕，1991，20(1)：30〔2〕孙大文.塑料加工应用〔J〕，1983(5)：1〔3〕杨年慈.合成纤维工业〔J〕，1991，14(2)：48〔4〕 JP 63，161，075〔P〕〔5〕 .〔J〕，1981,27(1):8

文献检索分类讨论已知课题主题，查找相关文献1. 分析课题，提取概念a. 提取主要概念(是关键词)，区分出辅助概念、禁用词b. 扩展主要概念c. 构建检索策略扩大：可从以下角度考虑a. 检索词：增加同义词检索词用截词表示减少次要概念b. 检索字段：篇名改成文摘或主题甚至全文c. 检索算符：ONEAR/n改成NEAR/n或AND 或ONEAR/m(m〉n)等× AND改OR× ONEAR/n, NEAR/n改成OR是错误缩小：可从以下角度考虑a. 检索词：减少同义词、截词表示，增加检索词限定b. 检索字段：全文改主题或文摘或篇名，主题改文摘或篇名，文摘改篇名等c. 检索算符：AND改NEAR/n或ONEAR/n，OEAR/n改ONEAR/m(n>m)等× OR改成AND、NEAR/n、ONEAR/n是错误的二.已知确切书目(题录：作者.篇名.来源出处)形式，查找原文1. 简单书目：图书编者. 书名. 出版地：出版社. 出版年.2. 析出文献书目：图书：章节作者.章节名. 编者. 书名. 出版地：出版社. 出版年.期刊：作者. 文章篇名. 期刊名，年，卷(期)：起止页码已知课题主题,查找相关文献实例1例1:查找与课题”新一代可降解的塑料薄膜研究”的相关文献.解: 1. 分析课题,提取概念a. 主要概念: 降解塑料薄膜辅助概念: 新一代研究禁用词: 可的b. 扩展主要概念塑料扩展成:聚乙烯聚氯乙烯 PVC等薄膜扩展成:农膜c. 构建检索策略:降解 AND (塑料 OR 聚乙烯 OR 聚氯乙烯 OR PVC) AND (薄膜 OR 农膜)* 只要逻辑关系正确，概念扩展得多少对检索结果的篇数可能有影响，但不能算是错。Compendex数据库解： 1. 主要概念:降解，塑料，薄膜降解：degradation，degradation of，degrading 用degrad*表示塑料：plastics，plastic，plasticmaterial 用plastic*表示聚乙烯：polyethylene，pe，polythene 用polyethylene OR pe OR polythene表示聚氯乙烯: pvc, polyvinyl chloride, polyvinylchloride 用PVC OR “polyvinylChloride” OR polyvinylchloride表示薄膜：film，films，thin films 用film*表示解：2. 选择检索界面a. quick search界面选title/abstract/subject字段 (或title、abstract字段中任一个，但不能单独选择Ei controlled term)degrada* AND (plastic* OR polyethylene OR pe OR polythene OR PVC OR “polyvinyl Chloride” OR polyvinylchloride) AND film*或分成三个文本框检索 search界面(degrada* AND (plastic* OR polyethylene OR pe OR polythene OR PVC OR “polyvinyl Chloride” OR polyvinylchloride) AND film*)wn KY(或TI,AB)期刊文献标准文后参考文献格式：著者1，著者2，著者3，et al. 论文篇名[J]. 期刊名，年，卷（期）：起止页码* 西文作者姓在前，名在后<3人，全部著录>3人，用等或et al 表示将上述题录信息改成标准文后参考文献形式：Rostalski P，Besselmann T，Baric M et al. A hybrid approach to modelling，control and state estimation of mechanical systems with backlash[J]. International Journal of Control，2007，80(11): 1729-17403.如果检索结果不理想，需调整检索策略缩小：减少同义词：(degrada* AND plastic* AND film*)wn KY(或TI,AB) 等检索算符： (degrada* NEAR/1 plastic* NEAR/1film*) wn KY(或TI,AB) 等检索字段：KY改成AB, AB改成Ti扩大过程与缩小过程相反如:(3D OR three dimension*) AND (color or colour) AND graphic改成：3D NEAR colo* NEAR graphic或 3D ONEAR/2 colo* ONEAR/2graphic等---------------------------------------------------------------iPAC书目数据库解1：1.选择题名关键词输入：降解塑料农膜上大图书馆和上图检索结果为0改输入：塑料农膜上图有一本相关书目2. 该相关书目为：塑料农膜与生态环境保护.著者杨惠娣北京：化学工业出版社 20003. 将它表示成标准文后参考文献形式：杨惠娣.塑料农膜与生态环境保护[M].北京：化学工业出版社 2000-----------------------------------------------------百度解1：降解 (塑料 | 聚乙烯 | 聚氯乙烯 | PVC) (薄膜 | 农膜)如果检索结果太多，应缩小intitle: (降解 (塑料 | 聚乙烯 | 聚氯乙烯 | PVC) (薄膜 | 农膜)) filetype:pdf等----------------------------------------已知书目信息,查找确切文献实例2例2：已知书目信息“低密度校验码量化译码研究/李赛斯. 声学与电子工程，2006/04”，获取其原文。改成：已知书目信息“低密度校验码量化译码研究/声学与电子工程，2006/04”，将书目信息补充完整，获取其原文)改成：已知书目信息“低密度校验码量化译码研究/李赛斯. 2006/04”，将书目信息补充完整，获取其原文。检索方法相同------------------------------中国期刊网解2：方法一：在内容检索条件检索框中，选择篇名字段(基本字段)篇名低密度并且包含校验码并且篇名量化并且包含译码方法二：在检索控制条件检索框中，作者字段(辅助字段) 李赛斯方法三：在检索控制条件检索框中，期刊年期字段（辅助字段）从2006到2006来源期刊字段(辅助字段) 声学与电子工程或者以上方法的任意组合，都能找到本篇文章注意：确切书目的检索答案是唯一的，不能进行概念扩展等，它不同于相关文献检索。-------------------------------------分析：本条书目信息属期刊析出文献。印刷型：ipac题名关键字：期刊名电子全文数据库：中刊网著者关键字：作者姓名篇名：篇名中若干个关键词刊名：期刊名------------------------------------------解2：iPAC书目数据库a. 题名关键词：声学与电子工程只能取刊名检索b. 得到该刊的印刷型收藏信息，索刊号为TB 13510c. 根据索刊号为TB 13510，到架子上取期刊------------------------------------Compendex数据库只报道到文摘层次,故找不到原文Elsevier , EBSCO收录的中文刊很少，故找不到原文-------------------------------------百度解2：公网上查找正式出版物原文一般找不到, 公网上的原文大多数为个人出版物(非正式出版物)第八章：互联网1. 已知检索策略练习指导第6题2. 构建检索策略（答案不唯一）如：查找”数学”专业的网上学者专家的学术网站。检索策略：数学 (院士| 专家)intitle: 数学 (院士| 博士生导师)等如：查找”数学”专业的网上学术机构的学术网站。检索策略：数学 (研究院 | 学会 | 协会)等× 数学 (专家 | 个人) 个人应具体化× 数学 (专家 | 研究所) 专家和研究所不是并列的关系

聚乙烯醇论文文献

刘学鹏1，2 张明昌1

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

摘要化学交联聚乙烯醇（PVA）通过在滤饼和过滤介质交界面形成均匀、致密的交联PVA固体膜，改变了滤饼渗透率，起着控制失水的主要作用。本文讨论了目前广泛应用的两类化学交联聚乙烯醇降失水剂的作用机理和性能，并从分子角度提出对PVA进行进一步改性、提高其耐高温性能的途径。

关键词聚乙烯醇降失水剂合成油井水泥水泥外加剂

Study on the Way to Improve the Temperature-InsistantSubstantially of the Polyvinyl Alcohol Fluid-Loss Additive

LIU Xuepeng1，2，ZHANG Mingchang1

（ Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101，China； of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract The main factors in FL reduction by chemically crosslinked polyvinyl alcohol（PVA）is the reduction in filter cake permeability：a tough，monolithic and compact polymer film is formed on the filter membrane surface under the filter this paper，the mechanism and properties of two kinds of chemically crosslinked polyvinyl alcohol（PVA）were PVA was further modified from the molecular level， and the high temperature resistance property was enhanced could be used next to 150℃as the fluid-loss additive for oil well cement.

Key words polyvinyl alcohol；fluid-loss additive；synthetic；oil cement；cement additive

油井水泥降失水剂是一种能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆适当水灰比的材料。它是油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败和油井寿命、产能等一系列问题。聚乙烯醇（PVA）降失水剂较其他剂型具有价格适中、对缓凝时间和抗压强度影响小，且有一定的成膜防气窜作用等优点，有很好的应用前景［1］。

通常未改性的PVA降失水效率低，加量大，只能用于50℃以下的地层［1］。目前，在固井施工中广泛使用的PVA降失水剂绝大多数是化学交联改性产品，其最高使用温度也提升到70～120℃之间［2～5］。这种化学改性PVA在应用过程中能形成具有一定强度的空间网状结构，束缚自由水的流动，同时还能与界面形成一层致密的具有防气窜作用的低渗透膜进一步降低失水［5］。

随着石油勘探开发事业向深井、超深井方面发展，更高的井底温度给固井工程带来更大的挑战。如何以化学手段，从分子角度对PVA进行改性，进一步提高其使用温度，对于固井作业具有重要意义。本文在调研PVA降失水机理的基础上，探讨了有效提高PVA降失水性能的途径。

1 PVA及其降失水机理

PVA结构

聚乙烯醇（PVA）是由聚醋酸乙烯水解而得的白色、粉末状树脂。图1是PVA分子的结构片段，其分子包含大量羟基（—OH）结构和少量未水解的羧甲基（—COCH3）。常见的PVA可按分子量与水解度的不同分为许多种型号，按分子量分为300、500、1200、1700、2200、2400等；据水解度分为99％水解度（完全水解型）、88％水解度、78％水解度，水解度更低的也有，但不常见。国内产品的标示是前两位分子量，后两位水解度，如1788、1799等。

图1 PVA分子结构片段

PVA的化学结构稳定，10％热分解温度大于200℃，在高温碱性溶液中化学结构十分稳定。抗钙、镁离子的能力强，属于非离子聚合物，对水泥浆凝结时间影响小，且价格适中，适合作为开发耐高温固井水泥降失水剂原料或组分［1］。

PVA降失水机理

降失水剂发挥作用主要通过3个方面：一是增加滤液黏度，增加自由水的运动阻力；二是调整泥饼中的颗粒粒度配比，控制细粒子流失，使滤饼更加致密，降低渗透率；三是改变水泥颗粒表面的电性质，增加滤饼毛细孔的润湿性能［1］。

研究表明，滤液黏度的增加并不是PVA降低失水性能的主要原因。PVA在滤饼与过滤介质的交界处是否能形成致密的耐温聚合物膜才是降低滤饼渗透率、减少失水的主要原因［1，5］。使用未交联的PVA时，尽管PVA在室温下就能通过羟基（—OH）在分子内和分子间形成氢键，但是这种氢键易破裂，机械力学性能比较差［1］，因此在滤饼与过滤介质的交界处不形成薄膜，降失水能力差。这也是未改性的PVA降失水效率低的原因。如何形成交界处的低渗透薄膜，并使得其能够耐高温，成为提高PVA降失水剂性能的关键。目前的各种化学交联方法就是针对这一主要因素进行的。

2 化学交联改性PVA降失水剂

以化学手段，从分子角度对PVA进行改性，提高其使用温度的研究，国外始于20世纪80～90年代［6，7］。国内这方面的研究工作也在近些年有了很大的进展［1～3］，相关产品也被广泛应用。其主要途径分为两个方面：一是硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐交联改性［5，6，8～12］；二是戊二醛交联改性［1～4，7，13，14］。这两种改性方法的主要目的均是使其能够在交界处形成低渗透耐温薄膜。

硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐交联改性

最早用于生成和强化PVA降失水剂滤饼与过滤介质交界处的低渗透薄膜的方法是用线型PVA与一定比例的硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐等凝胶剂共混。PVA和硼酸等在水泥浆中接触发生络合结构，在碱性条件下进一步增强这种络合结构，如图2所示。美国早在1990年就有这方面的专利报道［6］，而对于其络合机理也有研究［12］。近些年，国内在这方面的研究应用也已经十分成熟［11］。

图2 PVA与硼酸的络合反应

共混交联PVA通过分子与凝胶剂分子在过滤介质表面相互接触、粘结形成低渗透性凝胶膜来降低失水，将失水性能大幅度提高。但是这种产品有一定应用局限性，在小于40℃时，难形成均匀络合物膜，大于95℃时络合物膜又易分解，不能作为耐高温降失水剂［1］。

戊二醛交联改性

针对共混交联形成聚合物膜不稳定的问题，又出现了采用戊二醛化学交联方法增加聚合物膜强度的方法（图3）。国外在1994年就有这方面的专利报道［7］，而对于其交联机理也有研究［13］。国内近年也做了相关研究［1，3］，并有相关应用专利申请［2］。

戊二醛化学交联PVA，也是通过在滤饼与过滤介质的交界面处形成聚合物膜来控制失水的。但是这种化学交联较硼酸等的共混交联更为稳定，使得富含羟基的化学交联PVA胶粒更易于在过滤交界处聚集，形成彼此相互粘结的连续整体［1］，进而促进形成均匀的固体薄膜，研究指出，在滤饼中聚集的化学交联PVA胶粒同样可以生成不连续的固体膜。这使得戊二醛化学交联的PVA的使用温度能达到120℃。当温度进一步升高超过120℃时，PVA胶粒和形成的固体薄膜将逐渐溶解，低渗透性凝胶膜逐渐消失，失水量会突然增加。

图3 PVA与戊二醛的络合反应

提高PVA降失水剂抗温性能的途径

化学交联法表明，针对PVA分子结构进行化学改性，能够提高其作为降失水剂的耐温性能，并使其最高使用温度达到120℃。目前，这也是PVA类降失水剂单独使用时所能适用的最高使用温度。如前所述，PVA的化学结构稳定，10％热分解温度大于200℃，能否进一步提高其使用温度？

近期，德国慕尼黑工业大学的Plank等［15］对PVA的降失水机理进行了细致而深入的研究，并给出了提高PVA降失水剂性能的建议。归纳为三点：一，提高PVA分子高温时在颗粒表面的附着力；二，增加抗温封堵粒子；三，采用高分子量、水解度的PVA原料。这与国内陈涓等［1］的早期研究结论一致，其目的就是促进形成均匀的固体薄膜，并增加它的抗温能力。针对上述研究结果，对PVA进行进一步改性开发，可以得到具有良好降失水性能的PVA抗温产品。

乙二醛、戊二醛交联

采用乙二醛、戊二醛混合交联，优化合成路线，得到抗温成膜PVA降失水剂。运用前文所述的二醛交联法，优化物料加量及反应路线，能进一步提升抗温降失水能力到125℃。超过该温度，所形成的低渗膜也将逐渐溶解，水泥浆失水会大幅增加。图4是125℃时形成的滤饼和低渗滤膜。

图4 滤饼和低渗滤膜（125℃）

无机纳米封堵颗粒改性

根据Plank等的研究，本文采用纳米二氧化硅（30nm）以环氧氯丙烷将其接枝到PVA分子上［16］，然后再采用戊二醛交联，得到另一种抗温成膜PVA降失水剂，反应路线见图5。改性后的PVA在130℃以下具有较好的降失水能力，但是稠度较大不利于现场实际应用。图6是纳米二氧化硅改性PVA样品图。

图5 纳米二氧化硅（约30nm）接枝改性

图6 二氧化硅接枝PVA样品

有机耐温封堵颗粒改性

通过以上研究可以看出，尽管二醛交联和引入具有封堵抗温能力的纳米二氧化硅改性PVA都提高了其耐温性能，但是提升有限。原因是当温度进一步升高时，PVA分子都会迅速溶解随游离水一同漏失。如何降低其高温溶解度、增加其在水泥颗粒表面的附着力，将有利于进一步提升其耐温性能。采用Plank等的研究结论：以二醛交联增加聚合物膜的强度，换用有机耐温聚合物作为高温封堵粒子，同时引入少量改变PVA分子性能的化学官能团降低其高温溶解度、增加其在水泥颗粒表面的附着力，综合提高其耐温性能。

本方法采用通过引入少量2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠（AMPS）增加分子附着力、少量具有耐温性能的刚性支撑结构N-乙烯吡咯烷酮（NVP）并加入一种合成的耐温高分子封堵粒子的方法，得到了150℃下有良好降失水能力的PVA成膜降失水剂，反应路线见图7。

图7 PVA化学接枝改性和引入的有机耐温封堵颗粒产品

小结

本文在探讨PVA降失水机理的基础上，探讨了有效提高PVA降失水性能的途径，合成出125℃和150℃温度下具有良好的降失水性能和优异的水泥浆综合性能的两个PVA改性降失水剂。为进一步对PVA进行改性，提高其耐高温性能提供了可参考的有效途径。

3 结论

1）化学交联PVA在滤饼和过滤介质交界面形成均匀、致密的交联PVA固体膜，改变了滤饼渗透率，起控制失水的主要作用。

2）由两种醛混合共同化学交联PVA组成的固体膜强度高、稳定，能够提高PVA降失水剂的耐高温性能。

3）采用大分子量的PVA，引入增加分子附着力的分子，并加入封堵粒子，能够进一步提高PVA降失水剂的耐高温性能。

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刘学鹏1，2 张明昌1 张林海1 丁士东1 刘伟1

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；

2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

摘要目前，对油井水泥降失水剂作用机理的研究认识多是推测，没有详细的数据支撑。本文从失水量、滤液黏度和滤饼结构等试验数据出发，解释了聚乙烯醇降失水剂的作用机理。研究结果表明，聚乙烯醇降低失水量的主要影响因素不是其对水泥浆液的增黏作用，而是其对滤饼渗透率的降低，即在滤饼和过滤介质表面形成一层致密聚合物膜。

关键词油井水泥降失水剂聚乙烯醇作用机理

Mechanisms Involved in Fluid Loss Control of Oil－well

Cement Slurries by Polyvinyl Alcohol

LIU Xuepeng1，2 ZHANG Mingchang1，ZHANG Linhai1，DING Shidong1，LIU Wei1

（ Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 100101，China；

of Petroleum Engineering，China University of Petroleum（Beijing），

Beijing 102249，China）

Abstract Nowadays，most of knowledge about the function mechanisms of fluid loss control agent is a conjecture without the support of laboratory this paper，the function mechanisms of polyvinyl alcohol （PVA）was first systematically discussed by determining the quantity of fluid－loss，filtrate viscosity and the electrophoretic mobility of filter cake results show that main factors in FL reduction by PVA is not viscosifying effect but reduction in filter cake permeability：a tough，monolithic and compact polymer film is formed on the filter membrane surface under the filter cake so that the FL is not increased notably meanwhile the film formed with PVA starts to destroy and this results in abrpt increase of FL.

Key words Oil－well cement；fluid－loss additive；polyvinyl alcohol；functioning mechanisms

油井水泥降失水剂是一种能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆适当水灰比的材料，其对保证固井质量和保护油气层起着重要的作用［1，2］。聚乙烯醇（PVA）油井水泥降失水剂具有价格适中、对水泥浆缓凝时间和抗压强度影响小且有一定的成膜防气窜作用等优点，有很好的应用前景［3，4］。

本文以自合成的耐温120℃的非离子聚合物降失水剂聚乙烯醇PVA－120为对象，同时以耐温160℃的阴离子型（AMPS/AM/AA）共聚物降失水剂JHW－160为参照，结合陈涓等［3］的研究思路方法，进一步阐明聚乙烯醇类降失水剂的作用机理，尝试为深入探讨降失水剂作用机理提供一种系统性的研究思路。

1 实验部分

仪器

1）常压稠化仪，沈阳航天工业研究院生产。

2）高温高压降失水仪，沈阳航天工业研究院生产。

3）Zeta电位仪，上海中晨公司生产，JS94H型。

样品

JHW－160，工业产品，以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、2－丙烯酰胺基－2－甲基丙烷磺酸钠（AMPS）聚合而成三元共聚物；PVA－120，工业产品，以聚乙烯醇17－88经醛交联得到。

2 结果与讨论

失水量与加剂量及滤液黏度的关系

表1是降失水剂加量对水泥浆失水量和滤液黏度影响的测量数据。

表1 降失水剂加量对水泥浆失水量和滤液黏度的影响

注：“－” 表示没有进行数据测量。

从表1中可以看出，JHW－160随着剂量的增加，失水量逐渐减小。而PVA－120在加量小于％ BWOC时，失水量很大，随着加量进一步增大，失水量从951mL·30min－1急剧降至34mL·30min－1，这种现象称作“门限效应”。当进一步增加降失水剂量时，失水量不再明显降低。由此可见，PVA－120与JHW－160二者的失水规律不同，降失水机理也不相同。数据结果与文献报道一致［3］。

从表1中可以看出PVA－120的滤液黏度随加量变化不明显，而JHW－160的滤液黏度随着加量增大逐渐增加，表现出相关性。当PVA－120的加量从％BWOC增加到％BWOC时失水量从951mL·30min－1急剧降至34mL·30min－1，而滤液黏度几乎没有任何变化，这说明滤液黏度不是聚乙烯醇降失水剂PVA－120能够控制水泥浆失水的原因；相反，对于离子聚合物类降失水剂JHW－160来说，聚合物黏度或浓度的作用是不可忽视的，随着加量的增加，加有JHW－160的水泥浆滤液黏度逐渐增加，失水量逐渐减小。

失水量与吸附量的关系

当PVA－120加量在％BWOC时，75℃的失水量为34mL·30min－1；而加量在％BWOC时，却不能控制失水。因此选用这两个加量点，考察二者在水泥颗粒表面的吸附量差异，结果见表2。

表2 PVA－120在水泥颗粒表面的吸附

试验结果表明，PVA－120在水泥颗粒表面的吸附量极低，远远小于降失水剂的加量。同时，当PVA－120加量在％BWOC和％ BWOC时，二者在水泥颗粒表面的吸附量没有太大差别，而二者的失水分别为34mL·30min－1和951mL·30min－1。说明吸附在水泥颗粒表面的聚乙烯醇，不是PVA－120起降失水作用的主要原因。

失水量与滤饼电性质的关系

将滤饼重新分散在去离子水中测定滤饼颗粒的电泳迁移率，得到表3所示数据。

表3 失水量与滤饼颗粒的电泳迁移率的关系

研究PVA－120和JHW－160的滤饼可知，当PVA－120能控制住失水时，在滤饼与过滤介质的交界处形成一层厚度小于1mm的具有一定韧性的致密聚合物薄膜；同时在薄膜上层有一层较薄的滤饼，滤饼内部可见明显的不完整的薄膜夹层；而JHW－160只形成滤饼，且加剂量越大，失水量就越小，滤饼也会更薄。

分别将加有两种聚合物水泥浆失水试验得到的滤饼重新分散在去离子水中测定滤饼颗粒的电泳迁移率。发现加有PVA－120的水泥滤饼的电泳迁移率随加剂量增加变化不大，且与净浆滤饼的数值基本一致，说明滤饼的电性质没有改变，其降失水作用与此无关。这主要是由于PVA－120是非离子聚合物，不是以静电力作用吸附于水泥颗粒表面。而对于JHW－160随着加量增大，滤饼的电泳迁移率会由净浆的正值变为负值，同时当加量逐渐增大时，电泳迁移率的绝对值会更大，说明随着JHW－160的加入，水泥颗粒表面的电性质发生了本质上的改变，这种改变势必会对滤饼结构、润湿性等产生影响，进而对控制失水产生作用。研究结果与文献一致［3］。

失水量与滤膜的关系

研究结果表明，在滤饼与滤网处形成的致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂控水的关键，只要达到形成薄膜所需的聚合物浓度，失水量就不会有明显变化。要想进一步降低失水，就必须要了解这层薄膜的结构组成和形成过程。

从电子显微镜下（图1）我们可以清楚地看到滤膜的全貌结构图，进行局部放大可以看到滤膜是由许多粒径小于100μm的颗粒相互堆积而成的，在颗粒间有粘连结构。推测滤膜的形成是由PVA分子和水泥颗粒共同组成的整体，其中水泥颗粒相互堆积，并以PVA分子相互粘连。同时，水相法激光粒度仪测量水泥颗粒粒径分布的结果（D50＝μm）显示水泥颗粒的粒径确实是主要分布在100μm以下，这与电子显微镜下观察到的粒径大小基本吻合。

图1 聚乙烯醇降失水剂滤膜结构电镜显微照片

当滤膜形成后，水泥浆的失水状态得到明显改善，失水量会瞬间减少，但是依然会有少量流出。这可能是由于滤膜结构是由水泥颗粒堆积而成，而水泥颗粒的直径分布显示其中粒径小于1μm的颗粒很少，这样滤膜上颗粒堆积会留有一些小的空隙不能被有效封堵（在电镜图中表现为黑色空洞），它们一旦串通就会表现为失水量的不断增加。推测，如果加入小粒径的材料封堵住这部分空隙，失水量将减小。

固定PVA－120加量为％BWOC，采用％缓凝剂DZH －2、水灰比、嘉华G级水泥的基浆配方，在100℃测定其失水量为，见表4。由于水泥的粒径主要分布在1～100μm，所以分别选用中等粒径的材料超细硅粉（D50＝μm）和小粒径材料纳米锰粉（D50＝μm），考察其对失水量的改善效果，结果见表4。

表4是100℃时3次试验的平均值。从数据结果看，随着加入材料粒径的减小，失水量逐渐减少。这也证明了改善滤膜堆积空隙结构能够提高其控失水效果的推测。

表4 加入小粒径材料后的失水数据

降失水剂的作用机理

油井水泥浆降失水剂作为油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败和油井寿命、产能等一系列问题。目前应用较多的是阴离子聚合物体系（以AMPS为主要单体）和非离子聚合物体系（含胶乳体系和聚乙烯醇体系）。通过上文研究，进一步证明了这两类降失水剂的作用机理是不同的。阴离子聚合物体系是通过改变滤饼电性、增加游离液黏度实现控水的；在滤饼与滤网处形成致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂控水的关键。

3 结论

1）阴离子聚合物JHW－160是通过改变滤饼电性、增加游离液黏度实现控水的。

2）在滤饼与滤网处形成致密聚合物薄膜是聚乙烯醇类降失水剂PVA －120控水的关键。

3）增强聚乙烯醇类降失水剂滤膜的耐温性、改善滤膜的结构才是提高其抗温性能、增加其降失水效率的关键。

参考文献

［1］Plank J，Dugonjić－Bilić F，et mechanism of poly（vinyl alcohol）cement fluid loss additive［J］.Journal of Applied Polymer Science，2010，117（4）：2290～2298.

［2］张明昌.固井工艺技术［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［3］陈涓.固井水泥降失水剂结构与性能关系的研究［D］.中国石化石油化工科学研究院博士论文，2002.

［4］彭雷，房恩楼，张敬涛，等.交联聚乙烯醇的防窜机理及应用［J］.钻井液与完井液，2007，24（3）：39～44.

［5］谢惠波.重铬酸钾氧化法测定伯、仲醇［J］.四川化工，1996，2：32～33.

［6］陈涓，彭朴，汪燮卿.化学交联聚乙烯醇的降滤失机理［J］.油田化学，2002，19（2），101～104.

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一、什么叫白色污染这要从塑料开始谈起。塑料是一类高分子材料。以石油为原料可以制得乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，这些物质的分子在一定条件下能相互反应生成分子量很大的化合物（即高分子）：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。我们通常使用的塑料就是由上述四种高分子组成的材料（聚乙烯、聚丙烯薄膜抖动时声音发脆，而聚氯乙烯薄膜则较柔软，抖动时无发脆声音；发泡塑料一般是聚苯乙烯，燃烧时有浓烟）。从上世纪六十年代开始，塑料进入广泛实用阶段。由于塑料具有很多优点：它取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世，便深受世界欢迎，它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。塑料被列为20世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为白色革命。随着塑料产量不断增大，成本越来越低，我们用过的大量农用薄膜、包装用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为白色污染。二、白色污染的危害白色污染存在两种危害：视觉污染和潜在危害。视觉污染指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们的视觉带来不良刺激，影响环境的美感。前几年，有人戏称我国有两座万里长城，一为古长城，二为白色长城，指的是我国铁路沿线到处是白色的饭盒、塑料袋，这就是视觉污染。在我们学校，随处可见一次性饭盒、各色塑料袋，起风时候，塑料袋到处飘扬，严重影响校园的美观。白色污染的潜在危害则是多方面的。 1、一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严重影响我们的身体健康。3月20日，北京市消费者协会发布2001年第1号消费警示：当温度达到65°C时，一次性发泡塑料餐具中的有害物质将渗入到食物中，对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造成损害。因此，2001年4月23日，国家经贸委发布了〈〈关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通告〉〉，要求停止生产一次性发泡塑料饭盒。我们现在用来装食物的超薄塑料袋一般是聚氯乙烯塑料。早在四十年前，人们就发现聚氯乙烯塑料中残留有氯乙烯单体。当人们接触氯乙烯后，就会出现手腕、手指浮肿，皮肤硬化等症状，还可能出现脾肿大、肝损伤等症。1975年，美国就禁止用聚氯乙烯塑料包装食品和饮料。在我国，更为严重的是，我们用的超薄塑料袋几乎都来自废塑料的再利用，是由小企业或家庭作坊生产的。中央电视台〈〈新闻调查〉〉节目组曾经岸访了塑料袋的生产厂，这些生产厂所用原料是废弃塑料桶、盆、一次性针筒等。生产时，首先用机械把原料粉碎成塑料粒子，再把塑料粒子放在一个水池里清洗（名曰消毒），取出来晒干，再用机械把它压成膜，制成各种塑料袋。记者问老板，这种塑料袋用来装食物，是否对人体有害，该老板毫不遮掩地承认这类薄膜未经消毒，肯定有害于身体，他本人从不用这种塑料袋装食物。每次吃饭时，就有不少同学用塑料袋装饭菜，他们不知道这种行为不仅危害环境，也危害自己的身体。 2、使土壤环境恶化，严重影响农作物的生长。我国目前使用的塑料制品一般是不可降解的，其分子量在2万以上，只有分子量降为2000以下时，才能被自然界中微生物所利用，而这一过程至少需200年。农田里的废农膜、塑料袋长期残留在田中，会影响土壤的透气性，阻碍水分的流动，从而影响农作物对水分、养分的吸收，抑制农作物的生长发育，造成农作物的减产。若牲畜吃了塑料膜，会引起牲畜的消化道疾病，甚至死亡。 3、填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。 4、若把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生迄今为止毒性最大的一类物质：二恶英。二恶英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，它会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏及脑有严重的损害作用。焚烧垃圾排放出的二恶英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题。三、白色污染的防治 1、停止使用一次性餐具及超薄塑料袋。由于一次性塑料餐具难降解，现在许多城市都推广使用绿色餐具——纸制餐具，因为纤维素能被微生物降解。但许多环保专家认为，用纸制餐具代替发泡塑料餐具亦不明智。首先，纸制餐具同样也会带来视觉上的污染，因为它们的降解速度并不快，往往在几十天甚至几个月内也不会降解彻底。其次，制纸制餐具时，除用到草浆、稻浆外，还要加入1/3左右的木浆，若全面推广，势必造成大量木材的消耗，导致森林砍伐的加剧。值得注意的是，我国森林覆盖率仅为，人均占有森林面积只相当于世界人均水平的，居世界112位。第三，制纸浆历来是耗水大户、耗能大户及排污大户。造浆工艺需大量水，而我国人均水的占有量在世界上排88位，已被列为世界12个贫水国家的名单上；若污水未经处理，直接排入河流中，会引起水污染；纸制餐具成型后需立即烘干，这就需要耗大量能。而我国能源结构是以燃煤为主，这样就会增加空气中SO2的含量，引起酸雨。因此，无论是从环保角度，还是从节约资源角度，不使用一次性塑料餐具及纸制餐具都是一件好事。任何一次性餐具不仅不利于环保，也是对资源的最大的浪费。我们在日常生活中，应拒绝使用超薄塑料袋买菜或盛装食物，买菜可用菜篮子或较厚塑料袋，避免使用上的一次性，从而减少塑料袋对环境的污染。 2、回收废塑料并使之资源化是解决白色污染的根本途径。其实，塑料和其它材料比，有一个显著的优点：塑料可以很方便地反复回收使用。废塑料回收后，进行分类、清洗后再通过加热熔融，即可重新成为制品。从组成看，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯均由碳氢元素组成，而汽油、柴油等燃料也是由碳氢元素组成，只不过分子量较小。因此，把这几类塑料隔绝空气加热至高温，使之裂解，把裂解产物进行分馏，可制得汽油与柴油。近年来，一些国家大力开展3R运动：即要求做到废塑料的减量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）。目前，在德、日、美等国家，由于重视对包装材料的回收处理，已经实现了塑料的生产、使用、回收、再利用的良性循环，从根本上消除了白色污染。 3、研究开发降解塑料。降解塑料具有与普通塑料同样的使用功能，但在完成其使用功能而被废弃后，其化学结构可以在某些条件下发生变化，使高分子分解成分子量较小的分子，最后，被自然环境所同化。降解塑料有三类：光降解塑料、生物降解塑料及双降解塑料。但是现在许多降解塑料并非100%降解，只是把塑料变为塑料碎片，据报道，我国陕西杨凌农业高新技术产业示范区已研制成功100%降解的塑料。它是将淀粉和不可降解的塑料通过特殊设备粉碎成纳米级后进行物理结合，再将两者比例控制在一定范围内。用这种新技术生产的农用地膜，经过四至五年的大田试验，结果显示，在70天至90天内，淀粉完全降解为H2O、CO2，塑料变为对土壤和空气无害的细小颗粒，并在17个月内同样完全降解为H2O、CO2。现在这种塑料已投入批量生产。目前在世界上降解塑料还远远没有得到大规模使用。开发使用降解塑料也只能作为解决白色污染的辅助措施。 4、加强环保宣传，提高公民的环保意识，在社会上形成良好的环保氛围，是解决白色污染及其它各种形式污染的前提。例如，要回收废塑料，就要实行垃圾回收分装制度，把不同类的垃圾放在不同的垃圾桶内，这就需要我们有高度自觉的环保意识。让我们人人树立以爱护环境为荣，破坏环境为耻的思想，以实际行动来消除校园里的白色污染及其它污染，把四中建设为绿色校园，文明校园。

随着我国现代建筑技术的不断发展，人们对于建筑给排水工程方面也提出了越来越高的的要求。下文是我为大家整理的关于建筑给排水工程论文的范文，欢迎大家阅读参考!

浅谈高层建筑给排水工程设计

摘要：对高层建筑给水系统设计，排水系统设计、室内消防和热水系统设计进行了详细介绍，总结出目前高层建筑给排水存在的问题，并探讨了给排水节水措施，以确保水资源的合理利用。

关键词：建筑给排水;高层建筑;设计;节水措施

1、高层建筑给排水工程设计方法

高层建筑给水排水工程与一般多层建筑和低层建筑给水排水工程相比，基本的理论和计算方法是一致的，但因高层建筑层数多，高度大，结构复杂。近年来建筑给水工程设计方法得到改进。

例：给一个高层建筑为15层的楼房设计给排水：

住宅楼为框架结构，共15层，层高，室外给水管网位于建筑物的北侧，距离外墙为10m，接管点埋深，管径400mm，管材为球墨给水铸铁管，常年提供的水头;室内粪便污水需要经过化粪池处理方可排入市政管网，室外排水管网位于建筑物的南侧，埋深2m，管径600mm，管材为聚乙烯双壁波纹排水塑料管。

设计参数

生活用水定额：qd=150L/(人.d);最大小时生活用水量：Qh=;最高日用水量：Qd=;小时变化系数：kh=;每户人口：m=人;共90户;室内消防用水量：10L/s;消防水箱水量为火灾前10min的水量6m?;贮水池内的消防水量：按火灾延续2h的水量计;雨水重现期：2年。

设计内容

给水系统设计

管道采用钢塑复合管(内衬塑外镀锌)螺纹连接，进行干管安装、立管安装、支管安装，管道安装完毕需进行水压试验，压力设在，并对安装好的管道做好防腐和保温工作，冲洗管道对其进行管道通水试验。

根据《建筑给排水设计手册》上卫生器具的最大静水压力不得超过，因此高层建筑给水系统必须分区。设计任务书给定了市政给水管网提供常年的水压为。根据给水最小所需压力估算方法：第1层，第2层，2层以上增加1层，压力需增加。得的压力能直接供到第6层还多。所以1层～6层为一个区，上面7层～15层为一个区，总共就两个区。1层～6层用市政管网直接供水，其中底层和2层～6层单独设立管。

考虑到此设计对象是15层的高层建筑。市政管网提供的压力不能全部直接供水，所以必须对生活用水进行提升或加压。高层建筑设计一般都使用高位水箱供水，供水压力比较稳定，此设计也使用高位水箱;又因此设计面向高层民用住宅楼，通过查看平面图纸，根据建筑物的布置情况和楼层的承载力情况及水箱本身占用大量的建筑面积，即在楼层中间没有建筑面积可允许安置水箱，串联供水不可实现，因此高区的供水应在地面用泵抽升到高区水箱。

方案(一)与方案(二)相比管材使用量、工程投资相对较少，但它对减压阀的质量要求相对较高，一旦减压阀受损或使用性能降低，低区的静水压力会迅速增加，影响卫生器具的使用。方案(二)采用低区市政管网直接供水，消除了通过依赖减压阀降低静水压力来减少低区供水的现象。基于工程质量和供水水质及水压的可靠性，最终选择方案(二)

排水系统设计

室内排水系统为污水、废水合流系统，地上部分直接排出室外，地下部分分段设置集水坑把地下室污水、废水汇集于坑内，利用潜水泵由集水坑自动控制将其提升至室外。为了保护存水弯水封性能，保持排水系统内的空气压力与大气压取得平衡，使排水管内排水畅通，向排水管内通入新鲜的空气，保持管内的换气，防范因室外管道系统积聚起来的有害气体而伤害到养护人员、引发火灾和腐蚀管道等隐患，还应减少排水系统的噪声，在排水系统中设置通气管。

室内消防工程

室内消火栓给水系统有：分区、不分区两种方式。消火栓的静水压力超过时就需要分区供水，而本设计是15层的小高层，高度不超过50m，静水压力小于，可以不分区。同时本设计的建筑是15层小高层民用住宅楼，造成火灾的隐患少，人员疏散也快，扑救难度不大，高压消防给水无须设置常年的。设置专用的消防泵，从贮水池内抽取消防水，可用生活给水箱在火灾发生初期10min提前给水，并设置止回阀，既消除了消防水箱对楼层负荷，又可减少工程投资。此设计是15层小高层，层高，总楼高不超过45m，根据建筑给排水设计手册!规定消防栓的最大静水压力不超过，此设计无须分区消防供水，可利用消防泵直接供水满足条件。

室内热水工程

应根据建筑物的用途、热源的供给情况、热水用量和卫生器具的布置情况进行技术和经济比较来确定何种热水供应方式。热水供水方式有如下几类。按供应范围不同有：集中供热、局部供热、区域供热。

2、目前建筑给排水存在的问题

控制超压出流产生的水量浪费

生活给水系统按规定竖向分区后仍然存在着部分卫生器具配水点水压偏大的问题，而这是常常被忽视的。卫生器具的额定流量少于单位时间内的出水量，影响给水系统正常分配水的流量。如不采取减压节流措施，将造成水资源浪费、水压过高、漏水量增加等弊病，同时易产生水击、噪声和振动，致使管件损坏和破裂。这些水量的浪费不容忽视。

管道和阀门的损坏

我们可看到的路边给水管道在管子接缝处及法兰、阀门连接处向外冒水，而我们看不见的地下更不知有多少漏水处。管道受损及腐蚀，阀门不严等问题导致大量水流失。

热水系统浪费水量巨大

建筑热水供应已成为建筑给水的重要部分，由于设计不当，其浪费已非常严重，造成一定损失。所以给水系统供水应保证冷热水压力均衡，采用循环系统以确保每户开龙头就有热水，降低水量浪费。

3、我国建筑给排水节水措施

提高用水效率

1)严格执行生活用水量定额标准，饮用水、生活用水、景观用水、绿化用水按各个水质要求分别供给。

2)采用节水系统，如节水的卫生器具，利用限制卫生器具的流出水头、红外线感应龙头和便器等。

3)选择一个可再生能源，如风能、太阳能、水能、海洋能、地热能、生物能等非化石能源用于建筑的热水供应。对于不同的场合采用不同的热源形式。

雨水的利用

利用雨水收集系统再循环得到符合标准的水质进行绿化浇灌，处理后的雨水还可用于冲洗厕所，这不仅可减少用水量还可减轻污染。提高地基的保水能力，合理规划雨水流经途径，引入雨水沉淀池再利用。

污水排放和二次利用

建筑中水系统是典型的资源可持续利用装置，将建筑物产生的污水、废水加以收集并对其处理，在节省资源和保护环境的基础上对生活污水和废水的重复利用。

节水指标

节水指标有三类：

1)雨洪水利用率：常年降雨量除以使用或收集量;

2)水使用率：正常使用量除以使用量;

3)循环量：一次性用量乘以循环次数。

4、结语

在给排水设计时，我们应正确合理的选择系统和方案，以达到节水节能的目的，确保水资源的合理利用。

参考文献：

[1]孙志魁.我国绿色建筑给排水节能新技术的应用新探.中国新技术新产品，2012(1)：45.

[2]杨天峰，张旺.低碳经济下建筑给排水的节能问题研究.科技创业月刊，2010，23(9)：161-162.

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[4]李倩.绿色建筑给排水设计的节水途径探析.企业导报，2012(1)：273.

浅析建筑工程给排水施工技术

摘要：本文作者结合实际工作经验，对建筑工程的给排水施工技术进行了分析，提出了自己的见解。

关键词：建筑工程;给排水;施工技术

随着我国现代建筑技术的不断发展，人们对于建筑给排水工程方面也提出了越来越高的的要求。在设计和施工时要不断积累经验，深入分析各种常见问题，促进给排水施工技术的发展。

1 建筑给水方面的管道施工

给水管道材料的种类和选用

现在在新型建筑中用的较多的给水管材主要包括：聚丙烯类、聚乙烯类、聚丁烯类、工程塑料类，以及还有一些复合管类，例如：钢塑管、铝塑管、铜塑复合管等。虽然可供选择的材料有许多种，但在每一个具体施工工程中也必须根据实际情况进行选择。而且在管材的选用上还受到许多因素的影响，必须对国家政策、施工标准、地区特点、工程性质以及施工标准等因素进行综合考虑，选择最优管材。其中还要特别注意的是，管道的使用位置以及其使用方法是在管材选用时需要着重考虑的，还有就是管件与连接也是选取管材时容易忽视的一个关键的问题。

给水管道的施工

在对给水管做热熔连接时，必须要掌握好加热的时间和连接将要插入的深度。如果加热时间过长就使水管融化，如果加热时间过短也不能更好连接;如果插的过深，就会造成管道断面减少;如果插的过浅也会使降低接口处强度。所以，加热时的温度、加热时间和接缝压力是影响热熔连接质量的三个关键因素。

2 建筑排水管道常见问题的原因分析

排水管道方面经常出现的问题是漏水、堵塞问题。出现这些问题的原因也比较多，第一，就是施工中出现的问题，大多是施工单位没有选择合格的管材，为了一时经济利益以次充好，或者是在安装前没有进行漏水实验，也或是一些不合格的材料运用到工程中导致漏水现象的发生;比如说管道穿墙(楼板)设置套管的缺陷与不足较为普遍。有的虽然加了套管，穿越楼板与楼板面齐平或嵌入楼板有的穿越墙面，比饰面多出20-50mm，有的没有设套管或预埋套管偏位，于脆用水泥圈(楼面)塑料圈(墙面)护(粘)住，掩人耳目，有的套管比管道只大一个规格，有的大三至五个规格，套管与管道间隙有的用泡沫、油麻堵塞等等套管的设置应按(GB50242-2002)规范第规定.“安装在楼板内的套管，其顶部应高出装饰地面20mm，安装在卫生间及厨房内的套管，其顶部应高出装饰地面50mm，底部应与楼板底面相平，安装在墙壁内的套管其两端与饰面相平。穿过楼板的套管与管道之间缝隙应用阻燃密实材料和防水油膏填实。端面光滑。穿墙套管与管道之间缝隙宜用阻燃密实材料填实，且端面应光滑。管道的接口不得设在套管内”。第二，就是设计方面出现了问题，导致管道安装好以后容易堵塞;第三，就是住户使用时出现了问题。

3 建筑给排水施工的特点

管道安装具有的特点

在这几年里，给水管道的材料大多使用的是PP-R管和UPVC管。因为这两种管道具有轻便、耐高压、抗腐蚀、质量安全、使用卫生、通水阻力小、使用寿命较长的特性，所以安装中最明显的特点就是便于安装。对于PP-R管的安装来说，连接前要清除管道上附着的灰尘后，在按照严格的施工流程来进行安装，但是其中需要注意的是在在对管道进行热熔是一定不能旋转，以免加热过度，而且在管道连通后还要采取一定措施对其进行冷却。对于UPVC管的安装来说，安装时一定要使用排水胶粘结。在涂完胶以后还要注意的就是胶干时间，具体的时间应依据当地气候和温度的变化来进行调节，还要注意不能沾水。如果是在环境温差较大的地方安装，必须使用管道伸缩节。

给排水管道的试压

当所有管道安装完成之后，还要对所有部位进行全面的检测，主要包括检测已安装的管道和阀门等设备是否符合设计和技术要求规定，如果有问题应立即拆除予以更换或是维修。检测的具体方法是用临时的短管来替代安装的管道，把所有的开口处封闭，从管道最低处开始灌水，在最高处进行放气。如果出现异样，要及时停止检测，并立即排水。在试压完成后，还对所有管道要进行吹洗。

4 提高建筑的给排水施工技术的具体措施

随着建筑技术的发展，生产工艺的不断改进和提高，对给排水工程的设计、施工、维修和运行管理的要求也就越来越高。要想使管网达到优质、高效、低能耗运行的目的，除要有合理的设计方案外，给排水系统安装质量的优劣将会对日后的使用产生极大的影响。

管道施工的措施

对于管道的施工来说主要是注意加热时间、加热温度、接缝压力这三个方面的问题，施工中运用最多的是钢塑复合管，在对其施工中应采用螺纹连接的方法，插入管道的长度应严格按照标准旋转深度进行控制;在对管端和管螺纹进行加工后，还要进行密封处理，这时需要使用聚四氟乙烯生料带来进行缠绕螺纹;施工中需要选用厌氧密封胶密封过的管道接头，必须在养护24h之后再进行试压。施工中要用专门的施工机具，不能随便更该。

W型铸铁管的施工方法

有关W型铸铁管的具体施工措施，第一步就是下料，在切割管材时要选用专门的切割工具，主要是保证管口的平直。第二步是连接，进行连接时先要松开卡箍，再取出内衬中的橡胶圈，把箍套和橡胶圈放在入管口的一侧，使管口对齐后，随后把橡胶圈放在接口上，最后锁紧了箍套紧固了螺丝就算完成了管道连接。第三步低支架的设置，对于一般的管材安装来说，如果每隔3m设置一个支架其实是可以的，但是对于W型无承口机制排水铸铁管接口来说就不行了，因为其属于柔性接口，当支架放在管道中间时，理论上可以将管道保持平衡，可是在实际工作中，找到重心点是很难的，所以经常无法保证管道接口的平滑，如果采用每隔设置一个支架的方法来进行布置，这样就可以很好地解决管道外观和管道坡度的问题。

建筑给排水施工的监管

给排水管道的设计与施工是一项很复杂的措施，其中关于管道的铺设和管道的安装都容易出现问题，所以有关管道施工的监督也是一项非常重要的方面。因为管道施工工期较长设计建筑工程的的许多阶段，所以监管也可以分为多个阶段来进行。

首先，在工程施工前期阶段的监管，在施工前就应该仔细阅读施工图纸，充分了解设计者的设计意图和目的，这样才能保证施工过程中不偏离设计图纸的要求，也不能在施工中随意变更设计方案。

其次，是在基础主体结构施工阶段的监管，在基础主体施工中，要注意排水系统的排水管和给水管的引入管在穿越建筑物或地下构筑物外墙处时，是否按设计要求预留好了足够的孔洞以及设置好的套管。

再次，就是装修阶段的监管，在装修施工阶段主要是对给排水管道系统安装阶段，主要是注意装修工程不能破坏原有的管道路线的设置或是预留管道的破坏，必须在明确所有管道布置之后再结合装修方案进行施工。

5 结束语

随着我国建筑技术的不断发展，对给排水工程的设计、施工和运行管理等方面的要求也越来越高。优质的安装施工质量和科学的管理是保障管网系统高效安全运行的必要条件。为了满足给排水建筑施工技术要求，提高施工质量，需要施工人员不断学习，提高自身的技术素质，只有这样，才能保证安装工程的质量，立足于建筑安装工程的基本建设。

参考文献：

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