纤维束十篇

纤维束篇1

关键词：高效过滤器；纤维束；纤维束安装

高效纤维过滤器是一种结构先进、性能优良的压力式纤维过滤器，它采用了一种新型的束状软填料一纤维作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，并具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题。微小的滤料直径，极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能，

增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会及滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。

1、技术参数及特点

高效纤维过滤器由固定孔板、纤维束、活动孔板、布气装置等组成。活动孔板可上下移动，过滤时使滤料顺水流方向孔隙度由大逐渐变小，纤维密度变大，形成理想的过滤层面，其过滤过程即有纵向深层过滤，又有横向深层过滤，有效地提高了过滤精度和过滤速度；清洗时，使纤维达到疏松状态，同时，采用气水合洗的方法，在气泡聚散和水力冲洗过程中，纤维处于不断抖动状态，在水力和上升气泡的作用下，使滤料被清洗而得以再生。

1.1 基本参数

结构型式：圆形，立式

设计压力：0.6MPa

水压试验压力：0.75MPa

正常出力压差：0.05MPa

最大出力压差：0.1MPa

最低工作温度：5℃

最高工作温度：50℃

进水浊度：

出水浊度：

材质：膨化丙纶纤维纤维长：1300/1400mm，但每束重量都在200g

过滤速度快：一般为20m～50m/h，是石英沙过滤器的3～5倍。

过滤精度高：经过混凝处理的进水浊度≤20FTU时，滤后水浊度≤1FTU；进水浊度≤150FTU时，滤后水浊度≤30FTU。

过滤阻力小：当过滤速度为30m/h时，起始压力降约为0.02Mpa。

设备体积小：与同样滤水量的石英砂过滤器相比为其体积的1/4～1/3左右。

截污容量大：设备截污容量为18～25kg/m3（滤料），是传统过滤器的2～4倍。

自耗水量低：反洗水仅为制水量的1～2%左右、反洗时间短，约10～15分钟。

耐负荷冲击力强：进水水质短时恶化，也能保证出水水。

2、高效纤维过滤器与高效彗星滤料过滤器的简单比较

2.1 配水的比较：彗星式纤维滤料在运行及反洗过程中仅保证纤维不缠绕，而不能保证滤料不乱层，配水的均匀性仍然是进水装置来完成。而孔板连接纤维不仅能保证纤维不缠绕，不乱层，还起到二次配水的作用，保证了进水的均匀性，从而保证运行不偏流。

2.2 反洗的比较：高效纤维过滤器的运行是依靠水力作用压实纤维（有一定的限位）来起到过滤作用，运行失效后，需要将纤维拉直，进气、进水反洗。孔板具有一定的配重，能保证纤维在反洗的过程中被拉直，从而保证反洗彻底。彗星式纤维过滤器在反洗进水、进气过程中，由于没有配重，滤料依靠向上膨胀一部分空间来反洗，由于慧核与慧尾的结构、密度不同，而反洗强度是一致的，这易造成反洗的不均匀，导致反洗不彻底。

2.3 结构的比较：

彗星式纤维滤料的慧尾易结团，慧核溶结材料与滤料本身材质不一样，牢固性差，运行一段时间后，慧核易开解，造成运行不稳定。高效纤维过滤器由固定的上孔板（出水装置）和自由浮动（有一定限度）的下孔板（一定质量）及上、下孔板间有一定长度、数量的丙纶膨化变形长丝（BCF）纤维束组成的过滤体系。该结构不存在滤料结团的问题，而且滤料本身材质一致，从而保证运行的稳定。

2.4 运行的比较：

彗星式纤维过滤器采用的是压力式过滤，既上进水，下出水，这种运行方式的配水均匀性很难保证，高效纤维过滤器是下进水，上出水，在合理的阻力配水系统作用下，过滤时，上向过滤水流对滤料压力均布，并且，随着过滤周期的延长，纤维截污量增加和阻力加大，滤料压实层均匀加厚，密度加大，保证了上孔板部位滤料压实厚度和密度具有自动可控性，同时，克服了容器的器壁效应。

3、纤维束的安装

3.1 纤维束的安装包括罐体内纤维束的安装和上下孔板盖板的纤维束的安装。

3.1.1 罐体内纤维束的安装；

a）四人从人孔进入罐体，其中两人在上孔板上，两人在下孔板上，一人在罐外辅助，传递纤维束、挂钩等，并负责安全保护；

b）按图纸要求准备好相应的纤维束和纤维束挂钩；

c）由上孔板上的两人把纤维束挂钩对称挂在纤维束两端，注意：一定要按纤维束的中心线对称分开，不要使挂钩刮乱纤维束，要使纤维束保持自由垂直；

d）把挂好纤维束挂钩的纤维束，慢慢传给下孔板的两人，要远离上孔板人孔的孔壁，以防刮乱纤维束；

e）下孔板上的两人同时要将纤维束两端的挂钩插入上、下孔板（最先从靠近罐壁的孔开始），并稍用力向下（向上）拉动纤维束，保证其挂牢；

3.2 上、下孔板盖板间的纤维束的安装；

a）首先把上孔板盖板平放于制作好的支架上，并用8号线捆牢，把下孔板盖板放置于地面上；

b）按填充密度的大小，准备好相应数量的纤维束、纤维束挂钩（按图纸）把纤维束挂钩对称挂在纤维束的两端，注意：一定要按纤维束的中心线对称分开，不要使挂钩，刮乱纤维束。要使纤维束保持自由垂直；

c）两人同时把吊有纤维束的纤维束挂钩，放在上、下孔板相互对应的孔中（图纸），并稍用力向下（向上）拉动纤维束，以确保纤维束挂牢，不脱落（纤维束的节在下）；

e）清理现场，以防刮乱纤维，等待吊装。

f）用吊装设备（起吊高度大于7.5m，载荷大于150Kg）把挂好纤维的上、下孔板盖板吊起，用塑料袋包好，慢慢从上封头的上人孔吊入罐中，派人从下人孔进入下孔板下，把塑料袋取出，对好方向，把下孔板盖板和下孔板用螺栓联接，完成安装工作。

纤维束篇2

本文从细观尺度研究受拉水泥基复合材料中倾斜纤维的桥联行为，提出细观约束变位模型以解决承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能。通过将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算可以有效地描述受拉纤维混凝土的受力过程。给出拉拔力与裂纹张开位移及纤维倾斜角的函数关系，所绘制的圆直纤维混凝土σ-ω曲线与试验结果有较好的一致性。

【关键词】 纤维混凝土；裂纹张开位移；拉拔力；变位约束细观模型

Micromechanic Solution of Variable Engagement Model For Inclined Crack-Bridging Fiber Reinforced Concrete Under Uniaxial Tension

Zhang Shu-feng

(Guilin building design and research instituteGuilinGuangxi541000)

【Abstract】In this paper, a model named the Micromechanical Variable Engagement Model is developed to describe the behaviour of randomly orientated discontinuous fibre reinforced composites subject to uniaxial tension. The model is developed by integrating the behaviour of single, randomly oriented, fibres over 3D space and is capable of describing the peak and post-peak response of fibre-cement-based composites in tension. The functional relationship of pullout force, total consumed energy, COD and inclined angle is demonstrated. The analytical results show that the model can preliminarily simulate the elastic pullout behaviour of inclined steel crack-bridging fiber.

【Key words】Fiber reinforced concrete；Crack opening displacement；Pullout load；Micromechanical variable engagement model

纤维增强水泥基复合材料在土木工程建筑、交通运输、国防工程等领域有着广泛的应用背景。由于县委的加入，改变了基体内部局域应力场的分布，可以改善基体材料的某些性能。因此，了解细观尺度纤维与基体的相互作用机制，对于复合材料性能的设计和优化有重要的意义。目前，关于细观尺度的研究主要集中于描述纤维体拔出基体过程的脱粘、滑动以及摩擦作用模型的建立。使用离散的延性纤维增强混凝土类脆性材料一直是水泥基复合材料的重要研究课题。在短纤维增强复合材料中，纤维随机分散在基体材料中，它们与材料制备以及加载过程中产生的裂纹面有一定的角度，因此讨论倾斜纤维的桥联作用有一定的实用意义。

混凝土的抗拉强度可通过合理分布纤维得到提高。混凝土基体抗拉强度的降低主要是由于内部微裂纹、孔洞等细观固体缺陷的扩展产生。Romualdi［1］推测如这些细观固体缺陷受到约束，则裂纹扩展可被延缓并且材料抗拉强度得到提高。此外，纤维的存在也可提高混凝土的疲劳性能，延性、硬度、耐久性和吸收的能量从而提高其使用寿命。Visalvanich［2］针对随机分布的钢纤维增强砂浆考虑界面摩擦以及纤维的完全拔出建立了半经验模型。俞家欢［3］发现钢纤维与水泥基复合材料的结合力主要是机械力，因此锚固比粘结作用更大，纤维的平均拉力与通过断裂面的纤维数量无关，该结论与Naaman［4］相矛盾。Naaman［4］证实对于拉拔试验中倾斜或平行于外加应力的钢纤维，增强效果与穿越裂纹面的纤维数量成反比，与纤维方向关系不大。Pinchin［5］通过试验证实纤维周边致密的混凝土可有效地提高机械结合力从而增加拉拔力，而拉拔力的大小与纤维――基体间的错配有关。这种错配定义为纤维半径和混凝土收缩孔径的差值。Burakiewicz ［6］提出荷载――张开位移曲线的形状取决于纤维类型，端钩纤维比其余纤维（刻痕或光滑）的结合强度离散性要小，端钩、刻痕纤维拉拔过程中比光滑纤维需要更多的能量。界面结合强度取决于拉拔过程的加载速率，和纤维取向无关。刘文彦［7］研究纤维直径、基体性能和纤维埋入端长度对拉拔性能的影响，证实界面平均结合强度与埋入长度成反比，是纤维直径的增函数，基体强度与纤维拉拔强度无关，界面摩擦结合强度与基体抗压强度无关。

目前纤维――基体界面力学增强机理仍未有统一结论，混凝土与纤维组合方式的多样性使得建立通用的细观模型并不实际。然而工程上需要一种简单并准确的模型以描述受拉纤维混凝土的断裂模式，本文给出的变位约束细观模型可有效地解决这一问题。

1. 变位约束细观模型

如基体裂纹被许多弱结合力的纤维桥接，则裂纹的扩张被有效阻止，这是由于纤维脱粘、界面结合力的克服以及倾斜纤维的变形都需要吸收能量。图1显示ω=0时纤维内部作用力可忽略不计。随ω增加，断裂区域的纤维将产生变形。

对变位约束细观模型，有如下假定：

(1)纤维增强复合材料的整体性能可通过单根纤维在裂纹面上的性能进行空间求和而得到；

(2)纤维的几何中心在空间中均匀分布，所有纤维在任意方向的分布概率相等；

(3)所有纤维均从较短埋入端拔出，较长端纤维在基体中保持固定不动；

(4)纤维的弹性变形相对于滑移忽略不计；

(5)纤维弯曲刚度足够小以至于纤维弯曲过程中所吸收的能量忽略不计。

1.1拔出力与纤维倾角。

对锚固纤维，界面脱粘后纤维与基体间会产生滑移，并且ω＞滑移量。定义纤维有效约束时刻的COD为ωe，考虑θ=0时，并且θ=π/2时ωe无穷大。

图1纤维桥接裂纹示意图 (a)起裂前 (b)起裂后

选取连续函数ωe=αtanθ(1)

其中α为非连续纤维有效系数，与纤维方向和平均拔出长度有关。根据Banthia［8］试验，对端钩纤维有α=1.25。

对于变位约束细观模型，定义单根纤维承受拉力分别为：

Pf=0： ω＜ωe和＞la时

Pf=πdfτb(la-ω)： ωe＜ω≤la时 (2)

其中df为纤维直径，la为纤维埋入端初始长度，τb为开裂并滑移后纤维剩余埋入部分的平均剪应力，取为常数。

1.2约束角。

定义θcrit为临界约束角。在纤维倾角θ≤θcrit时纤维承受拉力，而θ>θcrit时纤维不承受拉力。由方程(1)可得：

θcrit=tan-1(ω/α)(3)

在给定裂纹张开位移ω下，随α增加θcrit减小。考虑纤维最大滑移ω=lf/2发生时极限角为

θlim=tan-1(lf/2α)(4)

在θ≥θlim时不仅纤维失去增强作用，而且还会因纤维――基体间薄弱界面的影响，使水泥基复合材料抗拉强度降低。

2. 三维随机分布纤维增强混凝土的整体方向因子与断裂能

对于三维随机分布纤维增强混凝土，Aveston［9］证明通过单位面积的纤维数量为pf/2，其中Pf为纤维体积率。对长度lf，直径df从较短埋入端拉出并通过裂纹面的纤维，Marti［10］证明在ω=0时，纤维平均埋入长度为lf/4，并且随着ω的增加，结合纤维的数量将减少。 改写(2)式为

Pf=kπdfτblf/2(5)

其中k为局部方向因子，有：

k=0， ω＜ωe 和 ω＞la时（6a）

k=2(la-ω)/lf， ωe ＜ω≤la时 (6b)

将方程(5)对单位面积进行积分可得拉应力：

σ=KfKdαfρfτb(7)

其中αf=lf/df为纤维长径比，Kf为整体方向因子，Kd为反映相邻纤维拔出时结合效率损失的损伤因子。随纤维体积率的增加Kd将减少，并且纤维成团缠绕在一起也会降低其增强效应，可知Kd为纤维数量、类型、基体强度以及COD的函数。对于工程上常用的纤维混凝土，如不存在纤维缠绕现象时，可近似选取Kd=1。

Kf可通过概率统计由纤维分布区域的形状得到。假设基体起裂时纤维仍有效约束，则

Kf=0.5(1-2ω/lf)2。

采用变位约束细观模型可得：Kf=1NΣNi=1ki(8)

其中N为穿过单位面积的纤维数量，Ki为第i根纤维的局部方向因子。将其代入方程(3)可得

Kf=limN∞1N{Σθerit0k(ω)+Σπ/2θeritk(ω)}=limN∞1N{Σθerit0k(ω)}(9)

假定随机分布穿过裂纹的每根纤维较短埋入部分的长度都在0和lf/2之间，则所有受约束纤维局部方向因子的平均值为

kave =12-ωlf(10)

假设粘结的纤维比例与ω成减函数的关系，并有

Kf=2θeritkaveπ•1-2ωlf(11)

其中方程(11)括号中代数项为在给定张开位移ω下未从基体中拉的纤维比例。将式(3)和(10)代入(11)式，有：

Kf=tan-1(ω/α)π1-2ωlf(12)

当α0时，Kf值趋近于Marti［10］的数值解。图2中针对纤维长度lf=60mm和不同的α值给出了Kf与2w/lf的函数关系。α=0.5时，Kf的峰值在2ω/lf=0.074时得到。

图2时整体方向因子――张开位移曲线

纤维断裂能可通过式(7)在ω∈［0，lf/2］区间积分得到，此时

GF=∫lf /20σdω=Kdρfτbαf6π［M+N］(13a)

这里

M=θlimlf-3θlimlfctg2(θlim)(13b)

B=5α+2αln(cosθlim)(3-ctg2θlim)(13c)

其中(13)式为仅由纤维引起的断裂能。对钢纤维混凝土而言，基体的断裂能可忽略不计。但对玻璃、有机纤维增强混凝土则不然。假设拉拔过程中纤维并不断裂，则满足(14)式时方能成立(12)式。

lf＜lc=αf2σfuτb(14)

其中lc――临界纤维长度；σfu――纤维极限抗拉强度。

3. 应力――张开位移（σ-ω）模型

假设沿纤维长度剪应力均匀分布，由力平衡条件，任意方向的纤维满足(15)式时将发生断裂。 la≥df4σfuτb+ωe(15)

对给定ω，整体方向因子为

Kf=2π1lf/2-ω∫crit0∫la，critωk(la，θ)dladθ1-2ωlf(16)

其中la，crit为纤维能够发生断裂时的临界埋入长度，

la，crit=min(lc/2+ωe，lf/2)(17)

将(6)式代入(16)式得到：

Kf=4πl2f∫crit0{max(la，crit-ω，0)}2dθ(18)

其中θcrit由(3)式得到，方程(18)可通过数值积分求解。如lc＜lf则纤维不会断裂并且(18)式退化为(12)式。弯曲可减少纤维的轴向承载力，尤其对于延性较差的玻璃、碳纤维更是如此。而方程(14)和(15)中关于σfu的计算忽略纤维弯曲应力的影响。

4. 变位约束细观模型理论计算结果与试验验证

试验证实纤维类型，界面剪应力τb以及混凝土的单轴抗拉强度fct间存在联系。通过纤维拉拔试验可求出剪应力τb。对圆直型纤维增强混凝土，有τb=1.2fct。其中fct=0.33•fcm， fcm为圆柱形试件的平均抗压强度(MPa)。

对受拉基体，应力――张开位移之间有以下关系：σct θ=fcte-cω(19)

其中σct ――拉应力；ω――张开位移；c――衰减指数，对砼和砂浆分别有c=15和c=30。

4.1Barragán［11］进行了端钩钢纤维混凝土的单轴拉伸试验。5个完全相同的试件中，纤维长度lf=60mm,直径df=0.75 mm ，混凝土试件70天时抗压强度达到fcm=41MPa。纤维体积率为ρf=0.

45%，抗拉强度1000 MPa。圆柱形试件直径为150mm,表面刻槽15mm深。试验方案见图3。混凝土粗骨料最大粒径为12mm,水灰比0.57,砂灰比5.5。在变位约束细观模型中，混凝土抗拉强度为fct=0.33•fcm=2.1MPa，剪切力τb=5.3MPa，约束参数α= 0.2。

图4描述拉应力与张开位移ω的函数关系。阴影区为试验中5个试件的数据分布。尽管5个试件的试验过程和材料组成完全相同，但对于给定COD在开裂后应力值的误差仍可达30%,在ω达到2mm时，断裂能的变位约束细观模型的计算结果为1.62N/mm,而试验平均值为1.84N/mm,两者相差不大。

图3Barragán［11］ 试验装置及试件尺寸

图4Barragán［11］ 试验值和理论值比较

4.2Li［12］进行端钩钢纤维增强普通混凝土(fcm=52MPa)的单轴拉伸试验。纤维长度lf=30mm,直径df=0.5mm,抗拉强度σfu和弹性模量Es分别为1000MPa和200GPa，纤维体积率6%。混凝土基体成分为最大粒径10mm的粗骨料以及硅石灰，水灰比为0.45,试件的矩形截面尺寸为100mm×20mm,试验方案如图5所示，位移加载速率为0.004mm/min。混凝土基体抗拉强度为4.2 MPa，剪应力τb=10.5MPa ，由式(17)可知纤维临界长度lc=23.8mm，由此必有部分纤维发生断裂。采用式(18)计算整体方向系数Kf并选取约束参数α = 0.13。图6显示拉应力与张开位移ω的函数关系，可知VEM与试验结果吻合较好。

图5Li［12］拉拔试验装置及试件尺寸

图6Li［12］试验值和理论值比较

5. 结论

本文提出细观约束变位模型以解决承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能。该模型通过将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算可以有效地描述受拉纤维混凝土的受力过程。通过与研究者Lim［11］所进行的轴拉纤维混凝土试验的比较验证了该模型的准确性，所绘制的σ～ω曲线与试验结果吻合。证实该弹性模型可以较好模拟纤维的破坏机理，但将其扩展为弹塑性模型以模拟加载，屈服及卸载等过程仍需要更为深入的研究。

参考文献

［1］Romualdi, J.P., and Batson, G.B., 1963. "Behaviour of Reinforced Concrete Beams with Closely Spaced Reinforcement", Journal of the American Concrete Institute, Proceedings Vol. 60, No. 6, June, pp: 775-789.

［2］Visalvanich, K., and Naaman, A.E., 1983. "Fracture Model for Fibre Reinforced Concrete", ACI Journal, Vol. 80, No. 2, pp: 128-138.

［3］俞家欢，张峰，贾连光，钢纤维混凝土配合比优化设计，沈阳工业大学学报，2006，No4,182-187

［4］Naaman, A.E., and Shah, S.P., 1976. "Pull-Out Mechanism in Steel Fiber-Reinforced Concrete", Journal of the Structural Division, Proceedings of ASCE, Vol. 102, No. ST8, August, pp: 1537-1548.

［5］Pinchin, D.J., and Tabor, D., 1978. "Interfacial Contact Pressure and Frictional Stress Transfer in Steel Fiber", Proceeding, RILEM Symposium on Testing and Test Methods of FibreCement Composites, R.N. Swamy, ed., The Construction Press, pp: 337-334.

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［7］刘文彦，徐松林，唐志平，水泥基复合材料中倾斜钢纤维细观桥联模型，工程力学，Vol. 21, No.3, pp:138-145，2004.

［8］Banthia, N., and Trottier, J.F., 1994. "Concrete Reinforced with Deformed Steel Fibers, Part 1: Bond-Slip Mechanisms", ACI Materials Journal, September-October, pp: 435-446.

［9］Aveston, J., and Kelly, A., 1973. "Theory of Multiple Fracture of Fibrous Composites", Journal of Materials Science, Vol. 8, pp: 352-362.

［10］Marti, P., Pfyl, T. Sigrit, Viktor, and Ulaga, T., 1999. "Harmonized Test Procedure for Steel Fibre-Reinforced Concrete", ACI Materials Journal, Vol. 96, No. 6, Nov-Dec, pp: 676-685.

［11］Barragán, B.E., Gettu, R., Martín, M.A., and Zerbino, R.L., 2003. "Uniaxial Tension Test for Steel Fibre Reinforced Concrete - A Parametric Study", Cement and Concrete Composites, Volume 25, Number 7, October 2003, pp. 767-777(11)

［12］Li, Z., Li F., Chang, T.Y P., and Mai, Y.W., 1998. "Uniaxial Tensile Behavior of Concrete Reinforced with Randomly Distributed Short Fibers", ACI Materials Journals, Vol. 15, No. 5, Sep-Oct, pp: 564-574.

纤维束篇3

[关键词]皮辊；罗拉；纤维长度；工艺；控制

中图分类号：TQ340.64 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0306-01

1 前言

将腈纶丝束在其玻璃化温度以上进行热拉伸并在张力状态下迅速冷却，使纤维具有较大内应力并固定下来，这种纤维称为收缩纤维。收缩纤维经过蒸汽处理后成为不具有收缩能力的正规纤维，把收缩纤维与正规纤维按一定比例混合梳理而生产的毛条，称为腈纶膨体毛条。其生产原理：腈纶具有热弹性，这是目前化学纤维中唯有腈纶具有的特性。利用这一特性可以生产彭体毛条。这种毛条加工成丝后，在100℃左右进行热松弛处理时，收缩纤维沿轴向收缩成沙芯，正规纤维则在沙的表面形成圆形，手感蓬松而柔软。

2 纤维平均长度的因素分析

2.1 腈纶丝束本身的品质和影响

腈纶丝束本身质量的好坏直接影响到制条后纤维的平均长度，最关键的就是保持丝束质量的稳定，丝束的质量越稳定，制条纤维的平均长度就会越容易控制。在腈纶丝束的品质指标中。纤度偏差，单纤强度，纤维延伸度是影响毛条纤维平均长度的关键指标，而卷曲度含油率和回潮率对毛条纤维平均长度也有一定影响，但是次要影响因素。

（1）纤度偏差

如果丝束纤度偏差大或超出允许范围，那么单丝或丝束的粗细变化加重，导致纤维断裂不匀，毛条的长毛率和短毛率波动有上升的趋势。

（2）单纤强度

丝束单纤强度越高，拉断纤维就越困难，毛条的长毛率越高，丝束单纤强度越低，拉断纤维就越容易，但毛条的短毛率高。因此，单纤的强度不均增大，将导致纤维断裂不均率上升，加剧毛条纤维的平均长度波动。

（3）纤维延伸度

纤维延伸度波动越大，毛条纤维的平均长度就越难于控制。纤维延伸长度越小，纤维越脆，受外力愈易断裂，纤维平均长度越小，短毛率趋高，纤维延伸长度越大，纤维受外力作用愈不易断裂，纤维平均长度趋大，长毛率趋高。

2.2 生产工艺的影响

拉断制条工艺是控制腈纶纤维平均长度分布的关键工序，也是唯一控制纤维长度的工序，其中再割区的牵伸倍数和隔距是控制纤维平均长度的最重要工艺手段，而液压系统的压力大小，罗拉皮辊质量等则是影响纤维平均长度的设备因素。

（1）丝束薄厚的影响

由于进入拉断区的丝束之间不断地产生相互干扰形成了，整个区域内张力不一特别是靠近右罗拉握持点一端，纤维层厚，最紧密，纤维之间相互干扰也最大，因此张力就最小，结果愈靠后罗拉断裂的机会就越小，而在前罗拉的较大，所以产生的纤维概率大。

（2）牵伸倍数的影响

拉断纤维的长度分布主要由再割区的牵伸倍数来决定。牵伸倍数越大，断裂点前移，拉断纤维的平均长度就短，反之，牵伸倍数越小，断裂点后移，拉断纤维的平均长度就越长。

（3）再割区隔距的影响

再割区隔距的选择包括后再割区隔距和前再割区隔距两方面，主要从下列因素考虑。

1）控制拉断条中的最长纤维长度。隔距大，拉断条中的最长纤维就长。隔距小，拉断条中最长度就短，拉断条中最长纤维长度不超过200mm。

2）控制纤维的长度分布，如纤维受罗拉握持正常，对于超长纤维的控制，一般只需掌握好前再割区有效隔距和拉伸比，即可达到要求。对于短纤维指标。则在前再割区工艺确定的条件下，相应选择后再割隔距的可能，多一次拉伸将使产生短纤维的机会增加。增加前、后再割区隔距可降低等短毛率，但再割区的隔距必须服从工艺要求的纤维长度来加以选择。后再割区的隔距的增加，应以纤维在前再割区内尽可能的不发生二次断裂为原则。

3）在正常工艺条件下，丝束中各根单丝几乎全部在主拉断区开始发生断裂，为降低机台工作负荷和皮辊罗拉的握持力，主拉断区和后再割区选择较大的隔距。

（4）汽蒸的影响。

通常情况下，生产高缩条和正规条时，选择再割区的隔距不同。因为经汽蒸处理后纤维收缩导致正规纤维的平均长度下降，故再割区隔距在生产正规调时要比生产高缩时大。

（5）设备状态的影响

1）我车间主要设备是拉断机，毛条产品的工艺指标大多数由拉断机完成的。如：长毛率，短毛率，缩率。平均长度偏差等。

2）罗拉压力，加大罗拉压力，纤维的握持力也增大，纤维容易断裂，但压力太大，容易使罗拉变形，引起条子规律性不匀。压力太小，握持力不足，纤维在罗垃牵伸中打滑，出现未拉断线现象，实际生产中，罗拉压力可以根据丝束的总旦数，单丝强力，牵伸倍数及罗拉质量的变化作相应调整。

3）罗拉皮辊的质量，皮辊、罗拉的质量差，纤维握持不匀易出现长毛长度偏差增大。

3 采取的措施

3.1 设备状态的控制

按时巡检设备检查，液压系统压力波动状况，油泵，油缸，油路系统是否有内漏现象，轴和加压臂是否有弯曲，皮辊和罗拉的损耗等，如有不能用的及时更换元件，避免产生长毛和粗细节，影响毛条平均长度偏差。

3.2 选择合适的腈纶丝束

要求方式调整工艺，降低原料延伸度和总旦数，并保证各项指标稳定。另外，监督生产工段，接好料，用好料。

3.3 加强巡检，及时改正

加强操作工巡检，按时进行工艺检查，发现问题及时反馈，认真分析和及时处理问题，敢于创新。

4 实施后的效果

采用拉断法工艺生产腈纶膨体毛条，纤维的平均长度控制的好坏直接影响到后道工序的生产和产品的外观质量。通过实践证明，调整毛条纤维平均长度应把调整再割区隔距和牵伸倍数结合起来进行以提高生产经济效益。

参考文献

[1] 姚穆，赵锦芳，黄淑珍等.纺织材料学[M].北京中国纺织出版社，2002.

[2] 董纪震，赵耀明，陈雪英等.合成纤维生产工艺学[M].北京中国纺织出版社，1996.

纤维束篇4

关键词：耐热型；碳纤维上浆剂；工艺

中图分类号：TQ342.74 文献标志码：B

A Heat-resistant Sizing Agent for Carbon Fibers： Application and Effect in Production Process

Abstract： The performance of a heat-resistant sizing agent for carbon fibers was investigated by testing the contact angle， surface energy， wear resistance， hairiness， interfacial shear strength， etc. of the sized carbon fibers. The effect of different concentration of the sizing agent on fiber was studied. It was shown that the decomposition temperature of the carbon fiber sizing agent is up to 340℃， and a concentration of 2.5， is the ideal parameter for the sizing process. Compared with the bare fibers， the fibers’ contact angle and amount of hairiness decreased after sizing， the surface energy， wear resistance and shear strength were significantly increased.

Key words： heat-resistance； sizing agent for carbon fiber； process

碳纤维生产过程中，上浆剂在改善纤维表面性能和保护纤维等方面起重要作用，可增加丝束的集束性，改善纤维界面性能，有效降低丝束损伤，利于浸润，从而缩短复合材料的加工周期。因此，碳纤维收卷前纤维需进行上浆处理。

本文以国内科研院所研制的通用型和功能型上浆剂为研究对象，比较了上浆剂对碳纤维耐磨性、接触角、表面能等性能和层间剪切强度等指标的影响，对推动上浆剂国产化具有重要意义。

1 试验

1.1 原料

自产T700-6K碳纤维，上浆剂由复旦大学研制。

1.2 上浆工艺

未上浆的碳纤维经导辊进入上浆槽，经浸润后，再由导辊进入干燥炉烘干（图 1），上浆量控制在1.0% ～1.4%内。

1.3 分析方法

1.3.1 力学性能

使用INSTRON-5569A型力学试验机，按照GB/T 3362 ― 2005《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》测试。

1.3.2 上浆量

称取约 2 g试样，烘箱中干燥 1 h，再以丙酮萃取 2 h后，烘干称重。

1.3.3 蛹浼羟星慷

依据GB/T 1450.1 ― 2005《纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》测定层间剪切强度。

1.3.4 热重分析

设备型号TG209 F1，温度范围：20 ～ 1 000 ℃，升温速率：0 ～ 100 K/min。

1.3.5 其它指标

其他指标还包括硬挺度、耐磨性能、表面能和接触角、毛丝量等。

2 结果与讨论

2.1 上浆剂的耐热性能测试（图 2）

从图 2 两个上浆剂样品的热重曲线可知，在氮气气氛下，升温速率10 K/min，两个上浆剂样品的分解温度达到约340 ℃，898 ℃条件下的残留率分别为13.98%和13.53%。说明该上浆剂的分解温度高，残留率低，适用于高温环境。

2.2 纤维上浆的浓度分析

使用上浆剂与蒸馏水分别配制成质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的溶液，以不同质量分数的上浆剂对自产碳纤维进行上浆。上浆后取约 2 g试样，于（110±2）℃下干燥，再进行索氏萃取，萃取后沥干、烘干。称量萃取前后纤维重量的变化率即为上浆量，具体如表 1 所示。

由表 1 可知，随着上浆剂质量分数的增大，纤维的柔软性、开纤性变差，集束性和硬挺度显著提高。上浆剂质量分数超过3.0%时纤维呈棒状；当质量分数为2.5%时，纤维开纤性、柔软性良好，同时具有良好的集束性和硬挺度。

图 3 为不同质量分数的上浆剂下纤维的扫描电镜照片。从图中可以看出，裸纤维表面光滑、无杂质，且纤维间无粘连；经质量分数为1.0%的上浆剂上浆后，纤维表面有微小的颗粒，分布均匀，纤维的分散性和裸纤维相当，集束性差；上浆剂质量分数为1.5%和2.0%时，纤维间出现粘连现象，分散性较差；上浆剂质量分数为3.0%时，纤维束出现大范围的粘连，分散性极差，且纤维表面有大的颗粒分布。由于树脂具有刚性，导致随着上浆剂质量分数的增大，纤维的分散性变差，因此确定2.5%为上浆剂的最佳质量分数。

2.3 毛丝量和耐磨性能

以质量分数为2.5%的上浆剂对裸纤维进行上浆，纤维以0.2 ～ 0.5 m/min的速度匀速经过 2 枚聚氨酯软泡夹层，称量10 min后软泡的质量变化量，即纤维的毛丝量，每个试样测定10次，取其平均值，测试结果如表 2 所示。

由表 2 可知，未上浆的纤维毛丝量为12.84 mg/m，使用上浆剂FD纤维的表面毛丝量最小，仅为0.16 mg/m。上浆后毛丝量大幅减少，上浆剂在纤维表面形成光滑、柔韧的保护层，增加了纤维的集束性，上浆剂可有效抑制纤维产生毛丝，有利于后续加工。

上浆后纤维的耐磨性、硬挺度较好，丝束耐磨时间达30 min以上。上浆后纤维的耐磨性得到很大提高，可能是由于：加入异氰酸酯提高了上浆层的柔韧性；加入集束剂、抗氧化剂等助剂，增加了纤维的浸润性、集束性。

2.4 接触角和表面能

考察纤维的浸润性，测试纤维的表面能和接触角，结果如表 3 所示。

从表 3 可知，上浆前碳纤维表面能为35.47 mJ/m2，上浆后为46.25 mJ/m2，提高了30.39%，其中色散分量和极性分量分别提高了48.26%和13.6%。

因纤维表面疏水性大，不易被水浸润，未上浆纤维与水的接触角超过65°。经上浆后，纤维与水的接触角为58.357°，纤维的亲水性得到改善。

2.5 力学性能和层间剪切强度（表 4）

根据表 4，上浆前纤维的层间剪切强度（ILSS）为87 MPa，上浆后提高了29.48%，纤维的力学性能和ILSS均得到显著提高。说明上浆剂可以提高碳纤维与树脂基体之间的界面结合力，其发挥了纤维与树脂基体之间应力的传递作用。

3 结论

（1）上浆剂样品的分解温度可达340 ℃，残留率仅为14%，该耐高温、残留率低的上浆剂适用于高温环境。

（2）以不同质量分数的上浆剂对纤维进行上浆，上浆后观察其微观形态，当上浆剂质量分数为2.5%时，纤维的开纤性、柔软性良好，同时具有良好的集束性和硬挺度，确定2.5%为最佳工艺控制指标。

（3）上浆前碳纤维的接触角最大，上浆后均有所降低，纤维的表面能提高了30.39%，其接触角有所降低，纤维的毛丝量大幅减少，其耐磨时间为32 min。此外，上浆后纤维的力学性能和层间剪切强度均有显著提高，上浆前纤维的ILSS为87 MPa，上浆后提高了29.48%。

参考文献

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[2] 罗云烽，杨矗D研. 上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影[J]. 材料科学与工艺，2014，22（4）：61-65.

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[5] 魏慧卿，张黎明，赵建国，等. 碳纤维耐磨性能检测设备：中国专利，201320754122.0[P]. 2013-11-26.

纤维束篇5

关键词：手扯尺量法；棉纤维长度；准确性

手扯尺量法测量棉纤维长度适用于籽棉收购的长度检验和成包皮棉按批检验的长度检验，具有快速、方便、适应性广等特点，并可在手扯过程中观察纤维整齐度、细度、强力、成熟度等品质情况。但在实际工作中手扯尺量毕竟属于感官检验，存在着人为因素影响，检验员手法不当、操作不规范、取样没有代表性等原因都影响到手扯长度的准确性，导致测量结果产生偏差。本文分析了手扯尺量法测量棉纤维长度产生差异的原因并对提高测量准确性给出了建议。

1 影响手扯尺量法测量棉纤维长度准确性的因素

1.1 取样没有代表性

棉花长度取样有两个概念：一是从整批大样中取小样；二是从小样中扦取手扯长度样。在检验过程中，抽取的样品随意性很大，个别人员甚至挑选纤维顺畅、整洁、瑕疵少的棉花做长度样。如果挑选出的样品没有代表性，就将直接影响结果值的准确性。

1.2 待检样品回潮率、整齐度特性有差异

棉花样品回潮率的大小直接影响着手扯长度的结果，同一棉花样品，在回潮率不同的情况下，所检测的长度结果偏差很大，回潮率高时，棉纤维吸水膨化，天然转曲减少，棉纤维容易伸直，检验结果容易偏长。回潮率低时棉纤维膨化变形小，不利于棉纤维的伸直，导致干纤维手扯长度偏短。

棉花纤维长与短的差距称为整齐度，差距越小，整齐度越好，差距越大，整齐度越差。从剖解纤维在棉籽上的分布情况看，靠棉籽中间的纤维较长，棉籽两头的纤维较短。在检验时整齐度好的棉花，手扯长度容易准确；整齐度差的棉花，手扯头几次纤维较长，主观上就会造成纤维偏长的错觉。

1.3 检验手法的差异

抽拔棉样拇指与食指相压，送棉样时若手指间张角偏小，先喂入的纤维位置就偏后，而后喂入的纤维位置向前移动，造成错层，量取值将可能偏长；反之，则造成偏长或偏短。在整理棉束时，捻、压、拉力量不足，棉束样蓬松，测量得到的数据偏短，反之结果可能偏长。所拔棉束叠合不整齐，一端参差不齐，似露非露，给切量也带来困难。 切量时钢尺歪斜，与棉束的平齐端不平行，或切量时来回压拉，造成平齐端翘起，都会影响到长度值的准确性。

1.4 技术水平不稳定

检验人员由于技术不过硬或受到他人检验结果影响，对自己的检验数据没有把握，随意增减尺量结果，给测量值造成偏差。由于工作时间长，身心疲劳，思想不集中时进行长度检验工作，判断能力降低，随意性增大，也会造成长度值出现差异。

2 提高手扯尺量法测量棉纤维长度准确性的建议

（1）手扯长度的基本动作要规范

一般采取站立的姿势，身体直立、两肩平行、放松、手臂弯曲成90度，两臂依靠在腰部，手腕朝前，两手靠拢。手指的动作是大拇指的第一关节对准食指的第一关节，食指的第一关节对准中指、无名指、小指的第二关节，前后平行，上下平行，要注意食指的指尖与大拇指第一节和第二节之间的关节线平行，不要超过，也不要拖后，大拇指的指尖不要翘、关节也不要向上臌，要注意大拇指的第一节平压在食指的第一节上，紧紧捏住纤维。中指、无名指、小指的第一节弯在手心里，呈拳头形状，检查手的基本动作是否规范，关键要看五个手指扣在桌面上是否大拇指的侧面和其他四个手指的背面都能接触到桌面。手扯长度一般采取拉三把纤维的方法，也就是从第一把纤维的抽取，第二把纤维过渡整理，第三把的棉束成形。纤维的抽取动作主要靠大拇指和手腕，只有在剔除杂质时中指可以活动，其他手指一般不动。

（2）手扯长度的操作过程要标准

首先是准备工作，取样以15克左右为宜，注意顺着纤维自然排列的方向，两手将棉样撕开，一分为二，然后合二为一，将两块棉花合在左手上，要注意两块棉花绒头向上保持平行，不能有高有低，左手中指、无名指和小指将棉花握紧，大拇指尖与食指尖合拢，中间呈椭圆形，面积不宜过大，纤维露出大拇指和食指约1.5厘米左右，这时右手开始手扯第一把纤维，一般手抓纤维的范围在5～6毫米，要求把纤维抓住，不让滑掉，第一把棉纤维抽取的次数一般在13～15次，每次抽取的纤维要薄，然后左手对右手上的纤维进行整理和加捻，扯第二把时，左手对右手已取纤维抓在3～4毫米处，抽取10～12次，这时右手再对左手上的纤维进行整理和加捻。扯第三把纤维时，右手抓在左手已抽取的第二把纤维2～3毫米处，再行抽取3～5次，最后左手对右手上的纤维再进行整理和造型，即可完成。将扯好的棉束放在绒板上用钢尺顺纤维方向在中间尺量，尺头对准纤维上端，下端看准钢尺的刻度，方可完成长度检验的全过程。

（3）手扯长度的基本要求要记牢

手扯长度的标准即对第三把成形的棉束进行尺量的要求，一般用六个字来判定，即平、直、齐、净、快、准。平、直、齐、净是指手扯长度的质量要求。快，是指手扯长度的熟练程度，速度要快，以适应棉花大量收购检验的工作要求。准，是核心，要求棉束通过尺量能正确地确定长度，如果手扯长度不准确，那就失掉长度检验的意义，即使棉束扯得再漂亮也是毫无意义的。

（4）掌握手扯长度技术与技巧

1）取样技术与技巧

从实际情况看，手扯取样要求任意扦取，一般采取定点抽取纤维，不可选择特好或特差的棉花，所取的棉纤维有代表性，其检验结果比较准确。

2）纤维抽取技术与技巧

纤维抽取时手指压力要一致，抽取的纤维才能厚薄均匀，在抽取过程中，要注意随时剔除杂质，用中指和大拇指下端肌肉夹除零乱纤维和杂质，保持干净。抽取的纤维像梳理过一样，纤维重叠要层次清楚，一目了然。

3） 纤维取舍技术与技巧

在整个手扯过程中，纤维通过三次取舍、去长、舍短，目的是取得主体纤维，长度偏长偏短，取舍是主要原因，只有用标准长度样，反复对照练习纤维取舍技术，才能达到准的要求。

4） 纤维加捻技术与技巧

加捻的基本动作概括成三个字：“捏、揉、抹”。在手法上，捏的力度要重，揉的力度要轻，抹的力度要更轻。要求加捻动作捏、揉、抹一次到位，避免反复加捻和清理纤维，这样会使手上的棉纤维越来越少，最后无法使长度棉束定型。

5） 棉束造型技术与技巧

长度棉束的造型要求美观、大方、准确。在扯完第三把棉束的时候，就要完成造型工作，把棉束的左右两条边轻轻抹直，使线条清楚，保持轮廓，上面的一条边要平直，棉束上端自然张开，一般5～6毫米，棉束的根部要求平直，纤维重叠成一条直线，不可错位，便于尺量。棉束的造型大多采取长方形或扇形，长方形要求四边平行，扇形要求上下平行，左右对称，这两种形状可由自己选择。扯完第三把先将右手大拇指用力把纤维压在食指的第一节位，大拇指顺着纤维方向向右上方离开食指，食指弯曲呈“7”字形动作，将棉纤维放在绒板上，上端先着绒板，然后食指将纤维根部紧贴绒板轻轻离开，不可移动棉束位置，方可尺量确定长度。

（5）减少棉花的回潮率、整齐度特性对测量长度的影响

对于过干、过湿的棉样，在有条件的情况下，可放置在恒温恒湿室内达到平衡。若条件不具备，对棉纤维的自然卷曲，通过施以适当的压、捻、拉等手法，使棉纤维自然卷曲消失，把握好纤维伸直而不伸长这一原则，量取长度值就会较准确。在抽拔时对过干的棉样可采取增加抽拔次数，反复加压加捻的办法，尽量使纤维达到平直；对过湿的棉样，抽拔次数应尽量减少，捻、压、拉力度减弱。

对整齐度差的棉花，偏长纤维舍得要多一点，而偏短的纤维不能舍得过多，防止长度出现偏差。在抽拔过程中应尽量去除杂质、索丝、游离纤维等物质，减少因杂质给棉束尺量带来的影响。拔好的棉束应呈平、直、齐、净状。

（6）定期对手扯长度测量进行校准

纤维束篇6

论文摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。

一、碳纤维的性能

1.1分类

根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。

1.2性能

碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。

1.3应用领域

由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。

二、生产工艺

通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。

2.1干喷湿纺法

干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。

干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段)后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、离浴辊引出的丝条经后处理得到PAN纤维。

离开喷丝板后的纺丝液细流先经过空气层(干段)再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相分离和成纤结构有着重大影响，在空气层，挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，表面形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大部分被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀结构致密化、均质化，最终纺出的原丝和所制碳纤维表面较平滑而无沟槽。

与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能碳纤维。

2.2射频法

PAN原丝经过预氧化(200～350。C，射频负压软等离子法)、碳化(800～1200。C，微波加热法)到石墨化(2400～2600。C，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中达到纤维定型、碳元素富集，分子结构从聚丙烯腈高分子结构—乱层的石墨结构—三维有序的石墨结构。

国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生产工艺”开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。

三、碳纤维的发展

3.1国外发展

以PAN碳纤维为例，该纤维国际上研发已有30年左右，目前世界碳纤维的生产能力在3.4～3.8万吨左右，主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国台湾省。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽、东邦以及三菱人造丝公司）依靠其先进的纺丝科学技术，形成了高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还是数量上都处于世界前三位，三大集团占据了世界75%以上的产量。

3.2国内发展

我国聚丙烯腈基碳纤维的研究开发始于20世纪60年代，当时由于碳纤维作为重要的军工产品，国外对我国进行严格技术封锁，使得当时我国聚丙烯腈基碳纤维基本上以自主研究开发为主。1976年中科院山西煤化所建成第一条聚丙烯腈基碳纤维中试生产线，生产出高强I型碳纤维，其产品性能基本达到日本东丽公司的T200。继而从“六五”开始试制高强Ⅱ型碳纤维(相当于T300)，但到目前为止产品性能指标仍未达到T300标准。吉林石化公司在采用硝酸一步法生产原丝的基础上，研究开发出性能基本接近T300的碳纤维，但该法对环境污染较大，因而现已放弃。由于种种原因我国碳纤维发展缓慢，表现为生产规模小、产品质量不稳定、产品规格少、品种单一、没有高性能产品、技术设备落后，大多没有形成规模效益，这些成为制约我国碳纤维发展的瓶颈。

近些年来，随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维现阶段大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，国内实际产量仅为1O多吨，而且无论是质量还是规模与国外相比差距都很大。另据估测2009年我国碳纤维需求将达到7500吨，这表明我国碳纤维严重供不应求。尽管目前国际社会碳纤维的制造技术与产品对华出口有所松动，通用级碳纤维进口渠道已经开通，但高性能碳纤维对我国依然限制。

近年来，由于我国对碳纤维需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纤维又成为国内新材料业研发的热点，如上海石化公司准备采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝。上海星楼实业有限公司拟建立400吨/年大丝束碳纤维生产线，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维，上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。安徽华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)建立500吨/年PAN原丝和200吨/年碳纤维生产线，其PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进，产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。广西桂林市化纤总厂拟建200吨/年碳纤维生产线，产品为3-12K的小丝束碳纤维。山东天泰碳纤维有限责任公司将建立400吨/年生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)将建立50吨/年左右的碳纤维生产线。江苏扬州与中国科学院山西煤炭研究所也计划合作建立高性能聚丙烯腈原丝和碳纤维的生产中试基地。吉林石化公司放弃了以前采用硝酸一步法生产原丝的技术，与北京化工大学合作承担了国家“九五”科技攻关项目，共同研究开发二甲基亚砜法高性能聚丙烯腈原丝生产技术，并将充分依靠自己的技术建立500吨/年原丝和200吨/年碳纤维生产线。兰化集团化纤厂已有100吨/年原丝生产线和预氧化生产装置，计划配套碳化装置生产碳纤维，原丝采用NaSCN一步法，该厂的腈纶生产线是我国从国外最早引进的，有丰富的生产经验和技术积累。吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。大连兴科碳纤维有限公司已建成380吨/年生产线，是目前我国唯一实现碳纤维产业化的企业，位居大陆首位，并在世界排名第十一，据专家评价该公司实际拥有年产量800吨的生产能力，产品各项技术指标已经达到国外同类产品先进水平。

3.3存在问题和差距

一是国内PAN碳纤维总生产能力较小，实际生产量仅30～40吨/年，远远不能满足国内的需要（约5000～6000吨），目前我国95%的碳纤维依靠进口；二是与国际先进水平相比，国产碳纤维强度低（仅相当于东丽公司已基本决定淘汰的T300水平），均匀性、稳定性差（强度、模量、线密度的CV值均为国外产品的一倍以上），毛丝多（断头率为国外产品的6倍），品种单一且价格昂贵（为国外产品的1.5～3倍），发展水平总体落后发到国家近20～30年；三是厂家、装置规模小，技术设备落后，经济效益差。

四、产业分析

4.1世界碳纤维市场

4.1.1世界碳纤维扩产加速

2003年以前碳纤维基本供大于求，属于买方市场，当时工业用普通模量级12K碳纤维价格仅12美元/公斤，但到了2004年形势突变，碳纤维一下子由买方市场变为卖方市场，价格一路攀升，2005年翻了好几倍，2006年更是处于有价无市的情况，这给碳纤维厂家带来了难得的发展机遇。从2004年开始全球碳纤维厂家兴起了一轮扩产热潮。

日本东丽集团公司

2004年4月陆续开始了一系列扩产项目，见表5。

2004年4月12日宣布日本Ehime扩产2200吨/年，2007年1月开始运转。

2004年4月14日宣布法国Soficar扩产800吨/年，2007年10月开始运转。

2004年4月26日宣布美国CFA扩产1800吨/年，2006年初开始生产。

2008年还将分别在日本和美国各扩产1800吨/年。

2008年东丽公司碳纤维产能将达到17500吨/年，差不多是2005的两倍。计划到2010年，东丽公司全球碳纤维市场的占有率要从2004年的34%提高到40%。2005年东丽还和波音公司协议，今后17年内东丽将提供29亿美元的碳纤维(主要是T700)给波音公司，用于B-787的生产。

日本帝人东邦集团公司

东邦集团紧随其后，从2004年8月开始进行了一系列收购和扩产计划：

2004年8月31日宣布收购美国Fortfil全部3500吨/年大丝束碳纤维生产线，将其改造成700吨/年小丝束，1700吨/年预氧化纤维，保留1300吨/年大丝束碳纤维。2006年4月15日东邦决定在日本Mishima投资大约1亿美元(10.7billionyen)，扩大碳纤维生产能力2700吨/年，到2008年4月完成。

2008年东邦集团碳纤维产能11800吨/年，其中小丝束10500吨/年。大丝束1300吨/年。总产能仍居世界第二，见表6。

日本三菱人造丝集团公司

日本三菱集团也加快了扩产步伐，从2005年到2007年，3年内碳纤维产能将增加72%，接近或赶上东邦的产能，见表7。

2005年4月，宣布增加日本生产线产能2200吨/年；2007～2008年完成。

2005年l0月，宣布三菱和SGL结成碳纤维联盟，三菱提供技术和原丝，在SGL苏格兰生产线生产碳纤维，2006年二季度开始生产，三菱的回报是500～700吨/年碳纤维。

2005年底计划完成美国Grafil扩产500吨/年的任务。

2008年三菱集团碳纤维产能将达到7900～81O0吨/年。由于三菱碳纤维此前尚未取得适航认可，只能用于工业和体育休闲用品，公司努力争取2005年取得AirbusA380认可，使其碳纤维在宇航工业得到应用。

表

此外，中国台塑集团2005年5月24日宣布扩大碳纤维产能，从1850吨/年增加到2950吨/年，2006年12月完成。

美国Hexcel公司2005年11月16日宣布在西班牙马德里附近建碳纤维厂，另外美国犹塔工厂也增加碳纤维生产线，产能增加大约50%，即从2270吨/年增加到3300吨/年，2006～2007年完成。目标很明确，针对A380、A350和B787对碳纤维的大量需求。

Zoltek公司2006年1月3日报告，希望碳纤维产能从2006年的4080吨/年增加到2007年8620吨/年。从2004年l2月l6日开始和世界最大的风能厂家Vistas等协议，为他们提供风电叶片用大丝束碳纤维。

美国Cytec公司准备耗资超过l0亿美元建立新的碳纤维生产线，目前在选址和设计选择，计划2009年开始工作。

4.1.2碳纤维供需状况将趋于缓和

根据表9和图1、图2对碳纤维产能和需求的预测分析可以看出，2005年全球碳纤维供小于求，按ChrisRed的预测缺口约2000吨，Toray预测缺口近3000吨，中国台塑预测缺口也有约1000吨，这就是2005年碳纤维紧张的说明。2006年虽然碳纤维厂家纷纷扩产，其供应量应较需求量大，但是扩产部分要到2006年底或2007年初才能上市供应，且超过部分有限，仍不能满足用户要求。因此2006年碳纤维供应仍然紧张。2007年以后全球碳纤维产量将明显增加，扩量部分陆续上市，供应量显著超过需求量，供需矛盾得到缓解，紧张状况将会所改变。

4.2中国碳纤维市场

（1）需求增长快。我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，2005年用量约5000吨，年增长率在20%以上，到2009年将达到7500吨/年，而国内现有产量仅约40吨左右，无论质量和规模与国外相比差距都很大。

（2）产能瓶颈明显。我国除了华皖碳纤维及少数科研院所具有完整的产业链外，绝大部分企业仅仅具有部分碳纤维及其制品的生产工艺。安徽华皖碳纤维有限公司目前已经顺利完成200吨碳纤维及500吨碳纤维原丝的生产装置的安装，2007年还计划开工建设800吨碳纤维及1800吨碳纤维原丝二期项目。

（3）生产效益大。如果按丙烯腈1.3万元/吨的销售价格计算，大体可以测算出碳纤维原丝及碳纤维的生产成本，分别为4.4万元/吨、18万元/吨。一般情况下，军工级碳纤维（3～6K）的售价在200万元/吨左右，民用碳纤维（12K）售价为55万元/吨，可见碳纤维的盈利空间还是非常可观的。

五、发展对策和措施

近年来，中国复合材料产业有了很大的进步，已成为碳纤维复合材料应用大国。但是我国大陆碳纤维长期依赖进口，受治于人，面对当前严峻的形势，必须采取行之有效的措施。

（1）坚持自主创新是发展我国碳纤维的唯一出路。碳纤维是军需战略物资，是国防建设、先进武器不可或缺的关键材料，不可能也不应该长期依赖进口。15年前美国国防部就下决心民用碳纤维可以从国外进口，国防工业所需的碳纤维必须国内自行生产。中国更不能长期从国外进口国防工业所需要的碳纤维。德国、法国虽然也生产碳纤维，但是碳纤维的核心原丝技术牢牢掌握在日本人手中，至今德国和法国得不到PAN原丝技术。因此中国不可能引进国外先进的碳纤维制造技术，只能自力更生，依靠自己，别无出路。

（2）坚持应用中改进提高是碳纤维发展的科学规律。

纤维束篇7

【摘要】 目的 利用磁共振扩散张量成像(DTI)及扩散张量纤维束成像(DTT)评价缺血性脑卒中所致皮质脊髓束(CST)损伤程度与运动功能的关系。方法 对9例急性期大脑中动脉供血区缺血性脑卒中病人进行常规MR、DTI和DTT检查，对数据进行离线后处理，采用dTV.II软件处理，获得FA图及方向编码彩色图，并重建双侧皮质脊髓束3D纤维束图。对梗死区及健侧相应区域白质进行FA测量。采用Brunnstorm标准判断脑卒中患者患手肌力。结果 在脑卒中病人梗死区FA值显著低于健侧，两侧相比差异有显著统计学意义(t＝4.570，P

【关键词】 脑缺血；磁共振；扩散张量成像；纤维束成像

Abstract： Objective To study the diffusion anisotropic features of white matter fibers of cerebral ischemic patients by using MRI diffusion tensor imaging (DTI) and diffusion tensor tractography (DTT) in order to evaluate the relationship between the impairment degree of cortical spinal tract (CST) and muscular strength. Methods Nine patients with acute cerebral ischemic stroke were performed MRI， DTI and DTT. For imaging processing， fiber tracking with the software of DTVII， fractional anisotropy (FA) maps， directionally encoded color maps and 3D tractography of bilateral CST of all the patients were created. FA was measured and compared between infarction lesions and corresponding contralateral normal regions. Hand motor function ability was evaluated with Brunstorm criteria.Results In the stroke patients， FA value in the infarct area of white matter was significant lower than that in the normal hemisphere (P

Key words： cerebral ischemia; magnetic resonance imaging; diffusion tensor imaging; tractography

脑缺血性卒中是一种常见病、多发病，其致残率高达60%～80%。近年发病率在不断上升，急性期就会表现运动、感觉和语言表达等功能障碍，严重危害了人类身体健康和生活质量。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI) 以及在此基础上的扩散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年来在弥散加权成像（dffusion weighted imaging，DWI）基础上迅速发展起来的磁共振成像最新技术，主要用于观察大脑白质纤维结构特性。本研究用DTI和DTT对急性脑缺血性卒中的梗死区的弥散程度及皮质脊髓束变化进行初步研究，评价DTI和DTT在监测和研究脑缺血性卒中后在运动功能损伤康复的价值。

1 材料和方法

1.1 一般资料 收集我院2002年11月—2008年6月9例均为运动功能损伤的急性大脑中动脉供血区脑缺血性卒中患者，所有患者均接受常规MRI和DTI检查，并排除其他脑部疾患。9例患者，其中男5例，女4例，年龄16～87岁，平均51.4岁。病程4.5 h～11 d，其中超急性期3例，急性期2例，亚急性期4例。肌力评价按Brunnstom分级。

1.2 MR检查方法 第6期脑缺血性卒中MR扩散张量成像的初步研究 许尚文，等采用美国GE公司Signa Excite 1.5 T HD双梯度16通道磁共振仪，采用8通道头颈联合线圈：所有病例均行MRI平扫检查，包括矢状面及轴面液体衰减反转恢复（FLAIR）T1WI（TR/TE=400 ms/20 ms ）、轴面及冠状面快速自旋回波（FSE）T2WI（TR/TE=3 600 ms/90 ms）及弥散加权成像[为单次激发平面回波成像（EPI）脉冲序列，b值=1 000 s/mm2 。层厚= 6 mm，层间隔1.5 mm，FOV＝240 mm×240 mm]。扩散张量成像：采用单次激发SE EPI序列（TR/TE=10 000 ms/112 ms ），层厚＝4 mm，层间距＝0.5 mm，30层连续扫描，矩阵128×128，FOV＝240 mm×240 mm。在13个方向上施加弥散梯度和一个没有弥散加重的采集，其中b=1 000 s/mm2 。

1.3 数据处理 （1）DTI数据处理：应用日本东京大学影像计算和分析实验室开发的Volumeone 1.64下的dTV.II.R1软件处理DTI图像，对正常志愿者显示部分各向异性（fractional anisotropy， FA）图及彩色FA方向图，将感兴趣区（region of interest，ROI）置于双侧内囊前肢、膝部、后肢测量FA值，并重建双侧皮质脊髓束3D图。所取ROI面积同一大小约为25个象素。计算脑卒中组梗死灶及对侧相应区域白质与灰质的FA值，在彩色FA图的基础上重建患者的双侧皮质脊髓束3D白质图，观察纤维束的结构变化包括：移位、分布、连续性及破坏等情况，并与脑功能激活图对照，观察脑功能激活区与其皮质下皮质脊髓束束之间的关系。（2）统计学方法：统计学处理均采用SPSS 11.0统计分析软件，脑卒中患者的梗死区及健侧相应正常部位的FA值，采用配对t检验进行分析比较，以P

2 结果

2.1 DTI表现 脑卒中病人的FA值图能区分发生在灰质或白质的梗死，方向编码彩色图(Directionally Encoded Color，DEC)能清楚显示梗死部位对白质纤维的直接影响（图1）。9例脑梗死患者梗死区及对侧相应正常部位的FA值的比较结果（见表1）显示：梗死区的FA值均较对侧降低，其中白质区FA值下降更明显，经配对t检验显示两侧相差显著，具有统计学意义(t＝4.570，P

2.2 DTT表现 重建双侧皮质脊髓束显示患者组健侧皮质脊髓束自中央前回下行至内囊并延续至脑桥和延髓，每条纤维束光滑、连续，形态一致性良好（图1C、2D）。患侧皮质脊髓束因受梗死不同程度的累及，表现为连续性中断及解剖结构形态一致性的丧失。本研究将皮质脊髓束受累程度分为3级，1级：皮质脊髓束完整，有1例；2级：皮质脊髓束完整，但轻度受压推移，共2例（图1C）；3级：皮质脊髓束中断，共6例（图2C）。

根据手部运动功能累及程度将患者分为3组，组1：Brunnstom 5级和6级；组2：Brunnstom 3级和4级；组3：Brunnstom 1级和2级。皮质脊髓束损伤程度与患手肌力程度经相关性检验结果显示有显著正相关关系（spearmen correlation rs＝0.888，P

图1A～C 右侧白质区脑梗死患者，肌力3～4级。图1A DTI FA值图示梗死区呈明显高信号，与CST重建图融合示右侧皮质脊髓束数量较对侧减少并轻度受压向外推移。图1B DTI FA值图示右侧白质区面积明显小于对侧，提示有神经纤维的丢失。图1C DTI CST三维重建图可见右外侧CST较对侧明显减少，上段轻度受压推移，角度增大，但CST中断不明显。

3 讨论

3.1 扩散张量和扩散张量纤维束成像的基本原理 扩散张量以及在此基础上的纤维束成像是近年来在弥散加权成像基础上迅速发展起来的磁共振成像最新技术，主要用于观察大脑白质纤维结构特性。扩散张量是指“水分子弥散的各向异性、不均匀性组织弥散特征”，而表面扩散系数 图2A～D 左侧基底节区脑梗死患者，肌力1～2级。图2A DTI FA值图示左侧白质区低信号，FA值为0.21。图2B DTI FA值图与DTI CST三维重建融合图示左侧梗死区白质纤维束较对侧明显减少。图2C DTI CST三维重建可见梗死区中CST完全中断。图2D DTI CST三维重建示健侧皮质脊髓束完整同正常人。 表1 脑卒中患者梗死区与健侧相应部位FA值结果及患侧肌力和CST分级结果（apparent diffusion coefficient，ADC）指一个方向分子的位移。水分子弥散的各向异性可以用来追踪纤维束的走行，评估组织结构完整性和连通性。要评估弥散的各向异性，首先要确定整体扩散张量，这就要求至少在6个非共线方向上连续应用弥散梯度，来获得一组弥散加权图像。目前用来定量分析各向异性程度的参数很多，最常用的是各向异性分数(Fractional anisotropy，FA)，其值的大小与髓鞘的完整性、纤维致密性及平行性有密切关系，能够较真实全面地反映白质纤维是否完整[1]。本研究结果也显示白质纤维走行方向不同，其FA值也各不相同，排列紧密且走行一致的白质纤维，如胼胝体膝部、压部，其FA值最高；纤维交叉走行，如半卵圆中心，FA值最低。FA值的范围为0～1，0代表最大各向同性的弥散，1代表假想状况下最大各向异性的弥散，FA是体现神经传导功能强弱的主要参数，其值越大，神经传导功能也越强[2～3]。为便于显示及临床影像描述，扩散张量的示踪(trace)或平均弥散图像需要联合应用相应的示踪ADC和FA图进行评价。在ADC图中，信号强度与ADC值呈正相关，如脑脊液为高信号而脑实质为低信号。在FA图中，脑白质各向异性最高，表现为高信号；相反，各向异性最低的脑脊液则表现为低信号。组织的生化特性(黏滞性和温度)、组织结构(大分子、膜和细胞内的细胞器等)能够从根本上影响水的弥散能力，因此当组织纤维结构在病理状态时既影响水的弥散性，又影响水的各向异性的弥散特征。方向性越强的白质纤维其各向异性程度越高，DTT成像对应着纤维束的传导方向，将大脑中神经纤维束的轨迹描述出来，可以用来追踪纤维走行，评估白质纤维束的完整性和方向性。

3.2 DTI和DTT对皮质脊髓束损伤的评价 正常情况下脑白质组织排列紧密，水分子沿白质纤维束走行方向最快，且白质对缺血较灰质敏感，脑缺血性卒中后病变区由于细胞毒性水肿引发细胞肿胀，造成细胞外间隙减小，导致分子扩散运动发生显著异常，主要表现为运动突然停止和（或）方向发生异常改变，加之水肿的压迫，则可使纤维肿胀，纤维束间隙变小、受压迂曲，导致病变白质区各向异性的减低及FA值显著下降，使锥体系和椎体外系纤维受到不同程度的破坏，从而产生典型的对侧肢体运动障碍等相应的临床症状。DTI则通过检测水分子弥散各向异性特征变化来评价脑组织的病理生理过程、组织结构完整性与功能的关系，这对脑梗死后的干预性治疗以及疗效评价具有重要的临床应用价值[4～5] 。

皮质脊髓束主管肢体运动功能，梗死后大多患者出现肌力减退等运动功能障碍，这是病变累及皮质脊髓束所致[6]。本研究中脑卒中患者梗死区的FA值均较对侧降低，经配对t检验显示两侧相差显著，具有统计学意义，同时也研究了9例脑梗死与肌力变化之间的关系，结果发现皮质脊髓束的受累程度与患者肌力丧失的严重程度成正相关性，可用于评价康复治疗的预后情况。应用DTT三维重建皮质脊髓束，观察其走行和形态改变，发现其中皮质脊髓束完整与仅有轻度推压者3 例，肌力均为4～5级，其余6例皮质脊髓束均有中断，肌力均在4级之下，充分说明脑梗死后所致皮质脊髓束损伤，脑组织细微结构的完整性遭到破坏，引起组织中水分子弥散各向异性特征的显著改变。本研究结果与国外相关文献报道相一致[7～8]。

同时，本研究将CST受损程度与临床症状及预后相联系，我们随访（最短2个月，最长12个月）结果显示，1例皮质脊髓束完整，经康复治疗后肌力基本恢复正常或接近正常，2例皮质脊髓束完整，但轻度受压推移，临床症状虽明显，但经治疗后肌力较前明显改善，6例皮质脊髓束中断者，临床肢体症状重，恢复效果也相对较差，由此可见皮质脊髓束损伤与运动功能的恢复存在密切相关关系，DTT显示纤维束结构完整与否，可用于判断预后，指导临床康复治疗。

总之，相信随着MRI技术日益完善，DTI和DTT将可能成为监测和研究脑缺血性卒中皮质脊髓束损伤后康复的非常有用的工具，可无创地在体研究不同脑区之间的潜在联系，这对了解脑损伤后功能区的重组非常的重要[4，9]，并有助于我们理解、研究、甚至阐明皮质脊髓束损伤后运动功能康复的过程和机制，在脑科学的基础和临床应用研究中具有重要的理论价值和实际应用意义。

参考文献

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纤维束篇8

资料及方法

一、一般资料

收集经手术及病理证实25例AF患者临床资料。男15例,女10例,年龄6 ~ 52岁,平均20.3岁,其中15岁以下7例。临床症状以局部疼痛为主。 25例中8例有明确的外伤史或肌肉注射史。病程2个月~ 4.5年,平均15个月。 18例为原发,7例为术后复发,其中4例1次复发,2例2次复发,1例3次复发。

二、MRI检查

25例患者均接受MRI检查,使用Siemens Magnetom Vision 1.5T及Siemens Trio 3.0T超导磁共振成像设备。采用横断、冠状、矢状面扫描,平扫序列为TSE,T1WI(TR 450 ms,TE 12 ms,矩阵160 × 256 ~ 224 ×256)、T2WI(TR 4500 ms,TE 90 ms,矩阵224 × 512 ~ 308 × 512) 、脂肪抑制(fat suppression,FS)T2WI;层厚4 ~ 6 mm,间隔0.4 ~ 0.6 mm。全部病例均行增强扫描,对比剂为Gd-DTPA,剂量0.1 mmol/kg体重,注射速度1 ~ 2 ml/s,静脉注射后行横断和(或)冠矢状T1WI扫描,并行一个断面的脂肪抑制T1WI扫描。

三、病理学检查

25例AF标本行石蜡包埋、组织切片和HE染色。

结 果

一、手术结果

25例AF病变位于颈部2例,锁骨上2例,腋窝3例,腰背部3例,盆底1例,臀部7例,上肢2例,下肢5例。病变呈类圆形、梭形、扇形,大小介于3 ~ 21 cm。质硬,无压痛。 AF呈实性肿块状,质地坚韧,瘤体切面呈灰白色或黄白色,呈编织状排列,可见神经支和血管分支穿入瘤内。 21例AF瘤体边界不清,无包膜,向周围浸润生长,边缘呈爪状。 4例瘤体周围组织受压形成不完整的假包膜。浸润邻近肌肉20例,浸润邻近脂肪组织13例,累及血管神经束12例,骨质侵犯5例。

二、MRI改变

肿块边界不清21例(图1),边界清楚4例(图2)。与肌肉组织相比,肿块信号特点有3种类型,即T1WI、T2WI上均为低信号;T1WI上为低信号、T2WI上为高信号;T1WI上呈稍高信号,T2WI上呈高信号。肿块不同区域呈不同信号,大多数(21/25)信号不均匀,少数(4/25)信号均匀。总体上,肿块T1WI上以等或稍高信号为主,T2WI以高信号为主,信号低于脂肪组织,夹杂T1WI、T2WI上均为低信号的斑片状及条状影(图1)。增强扫描病变呈不均匀强化21例,均匀强化4例。浸润邻近肌肉20例,其中侵犯单一肌肉8例,侵犯多块肌肉12例(图3) 。邻近脂肪组织侵犯13例(图3),血管神经束受累及12例(图3),邻近骨累及5例(图4)。

三、病理组织学改变

初发、复发AF的组织病理学表现相同,均由增生活跃的成纤维细胞、纤维细胞和胶原纤维束组成,成纤维细胞与纤维细胞无异型性。成纤维细胞、纤维细胞、胶原纤维束3者的比例在不同患者及同一患者的不同区域存在较大差异。镜下肿瘤由形态一致的梭形纤维母细胞、肌纤维母细胞呈编织状或漩涡状交织状排列,分布在胶原纤维内,无异型性(图5)。浸润邻近肌肉20例,浸润邻近脂肪组织13例,累及血管神经束12例,骨质侵犯5例。

讨 论

侵袭性纤维瘤病或硬纤维瘤是1838年Muller首次提出并命名的一种少见肿瘤[4]。病因不明,可能与外伤、手术有关,也可能与体内雌激素水平、遗传等有关。在家族性腺瘤肉病(famility adenomatouspolyposis,FAP)和Gardner综合征中该病的发生率高[5-6]。

AF起源于肌肉、筋膜、腱膜等结缔组织[1,3,6],临床上为质硬、不活动的实体肿块,可有疼痛、局部功能障碍等表现。组织学上呈良性表现,由纤维性组织构成。 AF大多无包膜,边界大部分不清,质韧,瘤内血管间质较少。本组资料证实,AF的主要组织成分是成纤维细胞、纤维细胞和胶原纤维,其细胞形态无异型性,但其组织排列、分布有明显异型性,表现为交织状或编织状排列[6-7]。腹外型AF多见于儿童,本组15岁以下的AF有7例。儿童AF多发生于臀部,本组发生于臀部的7例AF中5例为儿童患者。浸润性生长和术后高复发率及不转移为AF的生物学特点。肿瘤复发与患者年龄、性别、发病部位、肿块大小无明显关系,而与肿瘤边界是否清楚及是否浸润周围组织有关[8]。应用显微外科手术可更彻底切除AF,因此肿瘤侵犯范围的术前影像评价有重要意义。

AF不同的组织成分对应MRI上不同的信号表现。胶原纤维在T1WI、T2WI上均为低信号,增强扫描强化不明显;细胞成分为主者(成纤维细胞、纤维细胞),T1WI、T2WI上分别为低、高信号,增强扫描呈较明显强化。肿块内条状及斑片状T1WI、T2WI低信号是AF较特异性的征象。经与病理结果对照,部分低信号区为胶原纤维丰富的区域,另一部分低信号区为肿瘤累及肌肉后残留的正常肌肉岛[1,6,9,10]。病理证实的浸润性生长的AF,呈爪状向邻近肌肉、脂肪组织浸润,故在MRI上大多呈边界不清的肿块。部分AF在病理上发现有假包膜,则在MRI上表现为边界清楚的肿块。复发肿瘤更具侵袭性[8],在MRI及病理上表现为边界不清楚的肿块。本组复发的AF均有类似表现。

AF好发于四肢及躯干深部组织,好发于青少年;在MRI的T2WI上肿块以稍高信号为主,夹杂斑片状及条状低信号区;虽然肿块往往较大,但无坏死,亦无瘤周水肿;增强扫描肿块较明显强化,强化多不均匀;大部分肿瘤沿肌纤维或肌间隙浸润生长;均是诊断AF的临床、影像学依据。由于AF具有侵袭性特点,需与软组织恶性肿瘤鉴别,如纤维肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、横纹肌肉瘤等[1,3]。纤维肉瘤及恶性纤维组织细胞瘤发病年龄常大于AF,肿瘤恶性程度高,易出现坏死,瘤周水肿往往较明显。横纹肌肉瘤发病年龄往往小于AF,边界更不清楚,瘤周水肿明显,如无坏死,则强化均匀,且强化显著,可与AF鉴别。

纤维束篇9

【关键词】膝关节 后交叉韧带 解剖 临床 意义

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）12-0228-01

近年来，对膝关节后交叉韧带研究不断的增加，但是绝大多数的文献皆集中在对其损伤的机制、诊断以及治疗方面进行研究[1]。因此研究人后交叉韧带解剖及构造，以便于对临床工作进行指导意义重大。本文通过观察测量大体标本的后交叉韧带，采取组织学检查以及显微外科的解剖等方法，对后交叉韧带解剖结构进行深入了解，取得一定效果，现报道如下：

1.材料与方法

1.1一般材料

材料选自我校解剖实验室人的膝关节标本46例，其中福尔马林液浸泡保存标本30例，冷冻低温保存标本16例。采用福尔马林液进行浸泡保存标本由内蒙古医科大学解剖教研室提供，具体的年龄及性别不详；健康青年是冷冻低温保存新鲜标本的来源，其中女3例，男13例，死亡年龄的范围为19-32岁，平均年龄为（24.1±0.4）岁，在零下二十度的冰箱中进行20-30d不等的保存，主要用在病理切片组织学的检查以及显微的解剖。

1.2实验的主要方法

1.2.1大体标本的观察方法

于实验的前一天把冷冻的标本在零下二十度的冷冻柜中往5°的冷藏柜中转移且解冻。往正中纵行的方向将后关节囊切开，直到将后交叉韧带充分暴露。采取游标卡尺对屈膝90°后以及伸膝0°位时后交叉韧后内束与前外束长度、交叉韧后远、近、中3段厚度与宽度进行测量。剥离交叉韧后自胫骨以及股骨附着处，用记号笔划出附着区的轮廓，并且用直尺测量。

1.2.2显微外科的解剖方法

解冻16例采取新鲜冷冻保存人膝关节的标本之后，采取摆锯完整取下后交叉韧带胫骨与股骨的附着区骨块及后交叉韧带。在显微镜下采取显微外科的解剖，目的为将纤维走向与分束情况掌握，确保不会发生普通解剖所产生人为分束现象。

1.2.3病理组织学的检查方法

在10%福尔马林液中置入新鲜人膝关节的后交叉韧带标本，并且固定24h。对远、中、近三段取材，往横行的方向切取0.5cm长的韧带，脱水后用蜡块包埋。切取韧带截面做成玻片，用HE染色之后于显微镜之下行放大50-400倍组织学的观察，描述韧带不同平面切片内的纤维束走向、数量以及大小。

1.3统计学方法

数据采用SPSS 17.0软件包进行处理，组间计量资料用x±s表示，用t检验。

2.结果

2.1后交叉韧带的形态

股骨内侧髁外侧面往下后外的方向走形为后交叉韧带终点，胫骨髁间隆起的后方为起点。其覆有一层的滑膜组织，滑膜鞘内具血管走形。在前后交叉韧带相交叉的地方具类似脂肪组织连接两根韧带，但较疏松。按照韧带纤维起止的部位，标本上大体的后交叉韧带分成后内束与前外束。完整切下由附着区的韧带后，韧带胫骨端的宽度为（15.5±1.7）mm，中段最窄的平均宽度为（10.3±0.9）mm，韧带股骨端的宽度为（20.5±1.2）mm，韧带的厚度为（5.8±0.7）mm。

股骨内侧髁的外侧面为后交叉韧带股骨的附着区，其形状为半环形，边界远端弧度同股骨内侧髁的关节软骨大致平行，距离软骨的边缘大约3-5mm，最前外点到达髁间的正中线，底边的长度为（23.1±1.7）mm，半环形最高点到底边的距离是（11.4±1.1）mm。胫骨的附着面呈现不规则的四边形，其四个角皆位于胫骨髁间隆起后方且都圆滑。其前方邻着内外侧半月板后角的止点处。内侧界距离内侧关节面的软骨大约2-5mm，后界在胫骨后方的转折处，内外侧宽为（11.4±1.0）mm。胫骨的附着处是斜坡，同水平面之间夹角是35-45°。

2.2显微解剖的情况

显微解剖后交叉韧带后发现其主要由多束大小不等纤维组成，纤维束之间具疏松结缔组织，大部分纤维束的排列同后交叉韧带的长轴一致，大约占据90%-94%，较少纤维束从后上走行到内下，呈现斜行的排列，同后交叉韧带的纵轴呈现15-10°的夹角。于股骨与胫骨附着处的附近，两束纤维可分开，相互之间具较多纤维组织交错与融合。

2.3组织学的观察情况

将后交叉韧带组织切片以及行HE染色之后放置在50×400倍显微镜之下进行观察，可以发现后交叉韧带是由众多条红色胶原纤维构成，且纤维之间具有间隙，其间未染色物质即疏松结缔的组织。胫骨与股骨的附着区处纤维的排列较为松散，但在韧带中部的纤维较紧密，韧带两端横截面积大于中部。于胫骨与股骨附着区的附近可以看见可分开的大纤维束，其间见疏松结缔组织相隔，但于韧带的中部融合一起。

3.讨论

3.1膝关节后交叉韧带的形态与临床意义

据国外相关资料显示，后交叉韧带宽度为13mm，长度为38mm，中部为最窄处[2]。而本院所测其宽度为10.8mm，长度为33.7mm，厚度为5.8mm。其他人测量中国人膝关节后交叉韧带后得出其厚度为6mm、宽度10mm、长度34mm，皆比西方人种更小。Davis等人测量100个后交叉韧带标本时得出女性宽度小于男性，两者具显著性差异[3]。因此，可以认为性别与种族是人膝关节后交叉韧带大小相关因素，且西方人中长度高于中国人。对后交叉韧带进行重建手术要依据患者性别与种族，选择不同长度移植物。

后交叉韧带大体的形态为中间细小、两端较为粗大，而此种结构有可能是为了适应功能。胫骨与股骨附着处较宽且纤维较分散，增加了附着区的面积，使附着更牢固。因为关节腔髁间窝较小，中间细小结构可有效避免后交叉韧带同前交叉韧带出现摩擦和撞击。因此，将韧带重建应考虑原始韧带结构，模仿中间细与两端粗特点。

3.2后交叉韧带分束

大部分的学者认为其可以分为后内束与前外束，但是存在不同的看法。Maris把后交叉韧带分为后斜、后纵、中与前四束。从大体的标本上看到其具明显分束，但是据显微解剖显示其为一整束不可分离的纤维。因为后交叉韧带出现扭转，即胫骨端外旋60°-90°，导致大体标本皆有分束。

综上所述，膝关节后交叉韧带为完整韧带，每束之间具交叉的联接纤维，对其进行研究具有重要意义。

参考文献：

[1]罗浩，余家阔. 膝关节后纵隔与后交叉韧带下止点的解剖关系及临床意义[J]. 解剖学报，2010，29（4）：54-55.

纤维束篇10

关键词：羊毛；次氯酸钠；断裂强度；断裂时间；断裂伸长

羊毛拉伸强度对纺织品的耐磨性、结实度、弹性、抗皱性、悬垂性都有很大的影响。一直以来，澳大利亚等国家对羊毛强度等力学指标的检测比较重视，80%以上的原料批次是要进行强度检测的。我国目前对羊毛强度的检测还没有予以足够的重视，检测精度水平远远落后于发达国家[1-3]。从我国目前情况看，采用主观的手拉或手弹的传统测试方法区别或划分毛丛强度具有很大的局限性，进口羊毛由于没有强度指标检测要求，对强力较弱的进口羊毛无法向供货方提出索赔。由于弱节毛的存在，以及在洗净、漂白、印染等工艺中所造成的羊毛强度下降，导致了纺织品品质的降低，并且给企业和消费者都带来较大的经济损失，因此研究羊毛强度的检测方法以及寻找加工工艺所导致的羊毛强度的降低因素对提高羊毛制品的品质具有较重要的意义[4-6] 。

次氯酸钠，是钠的次氯酸盐，常用作纺织品和造纸工业的漂白剂，次氯酸钠漂白具有价格低廉、工艺设备简单等优点。但是次氯酸钠本身是一种强氧化剂，因此在漂白过程中，织物除了天然色素受到氧化破坏外，天然纤维的结构也会受到不同程度损伤，导致纤维聚合度降低，从而导致纤维束的拉伸强度降低。本研究采用正交试验设计方法研究不同浓度、温度和处理时间下的次氯酸钠溶液对羊毛纤维强度的影响[7-10]。

1 试验

1.1 材料与仪器

样本采用敖汉细羊毛，羊毛单纤维平均直径27.8?m， 图1为试验样本在光学显微镜下的观察结果。试验药品为次氯酸钠溶液（质量分数为10%）。仪器：水浴振荡器HT-100X50（金坛市城西春兰实验仪器厂）；电子天平ME204（梅特勒-托利多仪器有限公司，分度值0.001g）；YG（B）162D型毛绒束纤维强力机（温州市大荣纺织仪器有限公司）；CU-6纤维细度分析仪（北京合众视野科技有限公司），Y（B）802K-II快速烘干箱（温州市大荣纺织仪器有限公司），绒板，镊子，钢板尺，细梳（15针/cm～20针/cm）。

1.2 正交试验设计

为了考察次氯酸钠溶液在0.01mol/L～0.1 mol/L对羊毛纤维的损伤程度，试验设计了0.01mol/L、0.055 mol/L、0.1 mol/L三个次氯酸钠溶液浓度水平。考虑羊毛织物的清洗温度10℃～30℃，处理时间10min～30min较为合适。选择次氯酸钠溶液浓度、处理时间和处理温度作为主要的影响因素，设计了L9（34）的正交试验表，正交试验的因素与水平见表1，因素A、B、C分别安排在正交试验表格的1、2、4列，第3列为空列（Empty Column，简称EC）。

1.3 断裂强度的检测

羊毛束断裂强度的测试参照GB/T 27629―2011毛绒束纤维断裂强度试验方法，在同一试验方案下制作5个样本，将样本整理成一端基本整齐的纤维束，用细梳将纤维束内短纤维梳去，将羊毛样本梳理成近似平行的束纤维集合体，剪取每个样本长度100mm，称取3mg作为试验样本，将样本夹装在夹持器上，夹距设为10mm，在恒温恒湿条件下测试羊毛束样本的强度，测试环境温度10℃、湿度50%。取5个样本试验指标的平均值进行分析。

2 结果与讨论

根据表1设计的试验方案进行正交试验，对所得的断裂强度（N/ktex），断裂时间（s）、断裂伸长（mm）进行分析与评价，其中断裂强度为断裂强力与纤维束线密度的比值；断裂时间为拉伸开始到拉断时刻所用的时间；断裂伸长为拉伸开始到拉断时刻由于拉力的作用引起试样长度的增量。所得数据列于表2。

2.1 试验结果的极差分析

从表2可以看出，与未处理的羊毛束相比较，次氯酸钠处理过的羊毛束纤维断裂强力明显降低了，对正交试验中的断裂强度、断裂时间、断裂伸长进行极差分析，结果见表3，其中RA、 RB、RC、REC分别为A因素、B因素、C因素、空列的极差，表3数据表明正交试验中的三个因素对断裂强度的影响不同，浓度影响>温度影响>时间影响，说明次氯酸钠溶液浓度是影响断裂强度的重要影响因素；三个因素对断裂时间的影响不同，浓度影响>温度影响>时间影响，说明次氯酸钠溶液浓度是影响断裂时间的重要影响因素；三个因素对断裂伸长的影响不同，浓度影响>温度影响>时间影响，说明次氯酸钠溶液浓度是影响断裂伸长的重要影响因素。

2.2 试验结果的方差分析

为了弥补正交试验直观分析方法的不足，对试验结果采用了方差分析，方差分析的原理是把试验数据的总的波动分解成两部分，一部分反映因素水平变化引起的波动，另一部分反映试验误差引起的波动，即把数据总的偏差平方和（SST）分解为因素的偏差平方和（SSA 、SSB 、SSC）与误差的偏差平方和（SSe），计算自由度（df），并计算它们的平均偏差平方和（或均方，记为MS），然后进行F检验，得出方差分析表，试验结果的方差分析如表4所示。

其中，临界值F0.05（2，6）=5.14；F0.01（2，6）=10.92；F0.05（2，2）=19； F0.01（2，2）=99。 通过上述方差分析的结果，溶液浓度（因素A）对断裂强度、断裂时间、断裂伸长有非常显著的影响处理；温度（因素B）对断裂强度没有影响，对断裂时间、断裂伸长影响显著；处理时间（因素C）对断裂强度、断裂伸长都没有影响，对断裂时间的影响显著。相比处理温度和处理时间这两种因素，溶液浓度对三个试验指标的影响都非常显著。

3 结论

通过正交试验研究次氯酸钠溶液对羊毛束纤维拉伸强度的影响，试验采用三因素三水平的正交试验设计，研究了三个因素（溶液浓度、处理温度、处理时间）对羊毛束纤维的断裂强度、断裂时间、断裂伸长的影响，通过极值方法分析得出次氯酸钠溶液浓度对试验指标的影响比溶液的温度和处理时间的影响程度大。通过对正交试验结果的方差分析，次氯酸钠溶液浓度对断裂强度、断裂时间、断裂伸长三个试验指标都有非常显著的影响（P

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