第一篇:新型纤维材料
新型功能纤维
本文涉及到新型功能纤维包括相变调温纤维和吸湿排汗纤维。
一、相变调温纤维
1、概述
相变材料(Phase Change Material,PCM)是一类在外界环境温度变化情况下,依靠自身可逆相变,以潜热的形式从环境周围吸收或释放热量的一种新型的环保型材料。当环境温度升高时,能够从周围吸收热量;当温度降低时,能释放热量。这类纤维材料可主动地、智能地控制周围的温度,故又称为智能纤维。20世纪30年代以来,特别是受20世纪70年代世界行能源危机的影响,相变储热的基本原理和应用技术研究在美国、德国、日本、加拿大等发达国家迅速崛起并不断发展。20世纪80年代中期它最初是由美国航天局(NASA)在研制和发明,计划用于宇航服中的工作手套。我国自20世纪90年代开始对蓄热保温纺织品的研究,现在已取得较大的成绩。现已在运动服、职业服、室内装饰、鞋袜、医疗用品等方面应用。
2、相变材料的分类
目前常用的相变材料主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等无机物相变材料;以及高级脂肪烃、脂肪酸及其酯类;醇类、芳香烃类及高分子聚合物等有机物相变材料。按相变温度范围,可分为:高、中、低温三类。按材料组成分:有机和无机类。按相变方式主要有固一液、固一固两种。其中固液相变材料用的较多。相变材料通常是由多组份构成的,包括储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等组分阴。
3相变纤维的制法
3.1 浸渍法
早期的相变纤维制作一般通过两个步骤:先制成中空纤维,然后将其浸渍于PCM(如无机盐)溶液中,使纤维中空部分充满PCM;经干燥再利用特殊技术将纤维两端封闭。Vigo等人自20世纪80年代中期开始研究将中空纤维浸渍于低分子量PEG或塑料材料的溶液或液体中,使PEG或塑晶进入纤维内部,得到了在-40—60℃温度范围内具有相变特性的纤维。但进一步研究发现,低分子量的PEG溶于水,而塑晶材料在反复升降温后,会失去结晶水而从纤维中析出,因此这种方法不具有实用价值。后来,他们又将分子量为500—8000的聚乙二醇和二羟甲基二羟基乙二脲(DMDHEU)等交联剂及催化剂一起加入传统的后整理工艺中,使PEG与纤维发生交联而不溶于水,使纤维的蓄热性更持久。
3.2 复合纺丝法
将聚合物和相变材料熔体或溶液按一定比例采用复合纺丝技术直接纺制成皮芯型相变纤维。但是由于相变材料的可纺性一般较差,同时相变材料在加工过程中的化学稳定性对该工艺路线的实施也有影响,一般通过添加第三组分的方法可以提高相变材料的可纺性。张兴祥等人以聚丙烯(PP)和分子量为1000-20000的聚乙二醇(PEG)及增稠剂为主要原料,采用熔融复合纺丝的方法研制出了皮芯复合相变纤维,该纤维加工成490g/㎡的非织造布,在35.5℃左右时其内部温度较纯丙纶非织造布低3.3℃,在26.9℃左右其内部温度较纯丙纶非织造布高6.1℃。[7]20世纪90年代初,日本公司采用纺丝法直接将低温相变物质(以石蜡为例)纺制在纤维内部,并在纤维表面进行环氧树脂处理,防止石蜡从纤维中析出。该纤维在升降温过程中,石蜡熔融吸热结晶放热,使纤维的热效应明显不同于普通纤维。
3.3 微胶囊法
微胶囊法是目前加工相变纤维最先进的方法之一。微胶囊法是指通过将相变材料包封在一载体系统(直径为1.0~10.0µm的微胶囊)中,对织物进行涂层或将微胶囊混入纺丝液中进行纺丝。该方法制成的相变纤维具有材料分散均匀,调温性能显著,穿着、洗涤、熨烫等过程中不会外逸等特点。1992年,Triangle公司将正二十一烷和正十八烷双组分相变材料包封于微胶囊中,制成相变材料微胶囊,用于宇航设备的降温处理。美国Outlast公司于1997年将Triangle公司的微胶囊整理织物技术实现了商业化。由这些纤维或织物制成的服装能够使身体损失的热量降到最低,从而使人的身体处于一种舒适的状态中。[8]美国Kansas州立大学的Shim等用电脑控制的人体模型与相邻两测试室(冷、暖室)对人体模型从较暖环境到较冷环境中的热效应进行测试,得知人体模型穿着含有相变材料微胶囊的服装,与未含相变的服装相对比,其热阻值比未含相变材料的服装要高。相反,当人体模型从冷到热环境中时,含相变材料的服装产生平均6.5W的凉效应。[9] 3.1共聚法
主要指一些高分子交联树脂:如交联聚烯烃类、交联聚缩醛类和一些接枝共聚物:如纤维素共聚物、聚酯类接枝共聚物、聚苯乙烯接枝共聚物、硅烷接枝共聚物等等。嵌段共聚与接枝共聚改性机理不同,分别得到的是主链型和侧链型的固态相变材料。嵌段共聚是将聚乙二醇分子链作为软段,另一种化学结构不同的高分子作为硬段,通过共缩聚反应合成以末端相连的链段所组成的大分子聚合物。在嵌段共聚物中,软链端和硬链段组成具有网络能力的序列结构,即使处于熔体状态,仍能在一定程度上保持原样,从而使共聚物表现为良好的固–固相变特征。例如,东华大学的周光宇等以不同相对分子质量的聚乙二醇为原料,用酯交换法与聚对苯二甲酸乙材料的优点是 PEG嵌段长度可调,具有智能相变功能。接枝共聚法能够制备固–固复合相变材料,例如利用接枝共聚方法制备以 PEG 为工作物质,高分子为骨架材料的复合相变材料系列研究主要有: 聚乙二醇与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[15]聚乙二醇与纤维素(CELL)、聚乙二醇与聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇与氯化聚丙烯等。姜勇等人把聚乙二醇的端羟基可以和二乙酸纤维素(CDA)上的侧羟基反应而接枝在CDA主链上,形成梳状或交联网状结构。通过改变 PEG 的含量和分子量,可以得到不同相变焓和不同相变温度的一系列固–固相变材料。
4.1 相变纤维的用途
相变纤维除做太空服外,还应用于运动性服装上,制成滑雪服、滑雪靴、手套、袜类。它根据人体头部或脚部过热与过冷的情况,吸收环境或运动员剧烈运动产生的大量热量,使人体避免了过快的体温上升而出现的高热现象。应用在医疗上,制成多种温度段和适合人体部位形态的热敷袋、被褥、服装等,相变材料可以根据环境及人体温度的变化,吸收存储的和重新释放热量,对病人的病情起到良好的辅助治疗作用。相变纤维还用于对温度变化要求高的仪器、调温设备等。
目前,相变材料的开发研究进入一个新的领域,具有调温功能的新型纺织品不仅能够提高服装的舒适感,而且具有高附加值和高效益。随着高新技术不断引入该领域,保温调温纤维还会继续发展并完善。随着人们对服装高档化要求的日益增强和对功能性整理织物要求的提高,在要求保温性能的同时,还需要具有抗菌,防紫外线,除臭等功能,开发多功能型保温调温织物将有良好的发展前途和广阔的应用前景。
吸湿排汗纤维
1、概述
随着人们日益对服装面料的舒适性、健康性、安全性和环保性等要求越来越高,开发吸湿排汗类功能服装已经成为一大主要发展趋势。吸湿排汗纤维是指一些不亲水的纤维经过改性形成的同时具有吸水性和快干性的新型纤维。纤维的吸湿排汗性能取决于其化学组成和物理结构。吸湿排汗纤维使水分发生迁移的过程主要由两部分组成,其一是气态水分首先被纤维材料吸收,然后经由纤维表面放湿,这主要与纤维大分子的化学组成有关;其二是皮肤表面的液态水分由纤维内部的孔洞(毛细孔、微孔、沟槽)以及纤维之间的空隙所产生的毛细效应使水分在材料间表面的吸附、扩散和蒸发,这主要与纤维的物理结构形态有关。
2吸湿排汗产品的开发途径
目前,吸湿排汗织物可以通过下述的五种方法来实现吸湿排汗的特性[61:(1)纤维截面的异形化:如Y、+、w字形截面,增加表面积,使纤维表面有更多的凹槽可以提高传递水气的效果;(2)中空或微多孔纤维:利用毛细管作用和增加表面积的原理将汗液迅速扩散出去;(3)纤维表面化学改性:增加纤维表面的亲水性基团(接枝、交联),达到迅速吸湿的目的;(4)亲水剂整理:利用亲水性助剂在印染过程中赋予织物或者纱线亲水性能;(5)采用多层织物结构:利用亲水性纤维作为织物内层结构,将人体产生的汗液迅速吸收,再经外层织物空隙传导散发至外部,从而达到舒适凉爽的性能。
1.2.1纤维截面的异形化
几乎所有的天然纤维都属于非标准圆形截面。在化学纤维生产中,采用改变喷丝板孔形及纺丝工艺条件等方法制造各种非圆形截面形状的纤维,统称异形纤维。由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关,借助于纤维截面形状的改变可获得人们所需要的各种特性。由于异形孔喷丝板加工技术不断发展和完善,喷丝板的种类不断增加,据不完全统计到目前为止已有近百种,用于工业生产的主要有三角形、四叶形、三叶形、多叶形、菱形、中空形和异形中空型。由于纤维截面异性化之后,吸湿导湿性有所增加,韩国、日本、美国和中国等一直致力于研究开发具有吸湿排汗等功能的异性截面涤纶纤维。日本恒川昭夫等在1987年的两份专利中称具有Ⅱ形截面的涤纶纤维具有吸湿性和抗起球性,吸水高度分别为63cm和102cm,而相对应普通圆形截面涤纶纤维吸水高度分别为l lcm和25cm[8,9】。
Aerocool@是韩国晓星公司开发的具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维【101。参照“苜蓿草”的四叶子形吸湿排汗程序,利用纤维表面的细微沟槽和孔洞,将肌肤表层排出的湿气与汗水经由芯吸、扩散、传输的作用,迅速排出体外,使肌肤保持干燥与清凉。韩国东国贸易株式会社利用纤维表面异型截面的毛细管现象以及比表面积大的特点,研发出I.COOL系列吸湿排汗纤维【l¨。该原丝表面的水分可以很快被吸收和干燥,从而使织物具有吸湿排汗的功能,让肌肤保持干爽和舒适感。日本旭化成报道利用形状为伴有6个矩形突出裂口的弧形喷丝板孔制成截面为六叶且有一个开口的中空部分涤纶纤维,其机织物具有干燥手感和良好吸湿性能,该公司还报道利用具有凹形截面即在具有中心角小于1800圆弧截面上有两条线截121的涤纶纤维所织成的布具有干爽柔软的手感、吸水性和快干性【l 21。美国杜邦公司于1988年推出商品名为Coolmax@的异性截面涤纶新品,不仅具有四管状截面,又是中空纤维,而且纤维的管壁还可以透气【13】。这种纤维的独特物理结构使得它具有吸湿、排汗和透气等特性,其制成的面料有很好的毛细效应:可随时将皮肤上的汗湿抽离皮肤,传输到面料表面从而迅速蒸发,使皮肤保持干爽和舒适。通过Coolmax@功能性纤维面料与其它面料干燥率进行比较发现,无论在短时间或较长时间内,Coolmax@功能性纤维面料的干燥速率都明显好于其它面料【141。将Coolmax@功能性纤维面料应用于牛仔织物上,其较强的透气性和良好的吸湿控制,将使穿着者的皮肤保持干燥,减少体能消耗,使出汗不再成为一个扰人的问题。该产品的纤维外表有四道沟槽,可以随时将皮肤上的汗湿排出体外新:快速蒸发,使皮肤随时随地和衣服之间保持清新、干爽的舒适接触【15l。台湾也在吸湿排汗纤维方面进行了大量的投入开发。这其中包括:南亚公司推出异性截面Delight,新光推出十字形截面Bamboo.1ion,远东推出H形截面Eastlence,力鹏企业股份有限公司推出Seco Tcc纤维,中兴开发的十字型截面沟槽纤维CoolpluS@等【161。
国内方面,仪征化纤公司推出的C00lbst@系列异形涤纶纤维[171,广东顺德金纺集团与东华大学合作开发了导湿干爽型具有独特的四沟槽十字型截面纤维的1.2.2中空或微多孔纤维中空、微多孔纤维通常是指芯部有中孔,皮层有微多孔的差别化纤维,其中有部分微多孔成为从表面到中空部分的贯穿孔。当涤纶织物与汗水接触时,在毛细效应作用下,一面从内侧贯穿孔将汗水输向中孔并沿中空部分分布,一面又通过外侧微孔向空气中蒸发,因而吸水迅速,保水率输水率高、透气性好,较好地满足了穿着舒适性的要求。这种纤维的生产除了利用异形孔喷丝板直接纺丝或采用复合纺丝法纺制双组分皮芯纤维得到中空外,其微多孔结构的形成是向普通聚酯中添加成孔剂,使它均匀分布在聚合物中,经熔融纺丝后,在织物整理阶段再用碱将其溶解出来,纤维上就留下了许多微多孔。
据报道,日本帝人公司、钟纺公司都研究出了中空率高达35%,--40%的涤纶中空微孔长丝。帝人公司1982年开发出吸水涤纶“Wellkey'’,它具有吸汗快干的特性,可以吸收和释放超量的汗液【I丌。国内罗先珍、李燕立、张大省等使用特制的中空喷丝板,结合成孔剂和碱处理,制得了高吸水涤纶短纤维。为充分体现此纤维的性能,对纱线、织物和服装做了精心设计,经对服装性能的测试表明,用此种涤纶短纤维与棉按80“20比例混纺所得织物具有好的手感,制成夏季服装后在吸汗、排汗方面较纯涤纶、纯棉织物有较好的舒适性【18,19】,浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司通过化学和物理手段研发出一种具有内外贯穿的蜂窝状微孔结构纤维。它是一款有很好的柔软性、抗起毛起球、吸湿快干、低温染色以及其它功能集于一身的多功能纤维,而且强大的功能能同各种纤维混纺后,仍可保证其性能的有效性。纤维通过原液色纺工艺或后染整处理,在高温定型(180℃~190℃)的条件下,能克服普通涤纶产品在高温定型时的定型牢度、升华牢度、涤纶热移染存在的缺陷,服用安全性指标达到了GB.18401的标准,真正达到使其功能的永久性、环保性、使用的广泛性以及极好的服用安全性和高技术含量、高附加值的要求【2们。
1.2.3纤维表面化学改性
在涤纶分子的构造中,引入醚键、羟基、磺酸基团等亲水性基团,在大分子上进行接枝共聚,从而增强涤纶纤维的吸湿性。由于涤纶分子链结构具有紧密的敛集能力和高的结晶度,并且大分子上投有活性基团,接枝共聚要在放射线、电子线等强烈辐射发条件下才能进行。接枝共聚的改性纤维,吸湿率可达4-.13.4%,但成本高,因此未能工业化【211。通过在聚合时加入含有亲水基团的化合物,或与这一类化合物进行共聚、共混来改善疏水纤维的吸湿性。例如:东丽采用共聚的方法制备PET和PA6的嵌段共聚物,然后再与PET共混纺丝,制成的82.5dtex/24啪共混纤维显示出良好的吸湿性。以PET作皮组分,尼龙4作芯组分,经复合纺丝得到非圆形截面的皮/芯双组分复合纤维在标准状态下平衡吸湿率为42%。类似的还有以吸湿性共聚酯为复合成分,该共聚酯是亲水性化合物以相对于该共聚酯总质量的40%”99%进行共聚而成的聚酯,其吸湿参数为12%"--'80%,还含交联剂【221。日本可乐丽的Sopllista@是一种具有亲水基团(-OH基)的全新合成纤维。它具有吸湿、吸水、扩散性能,实现了以往合成纤维所没有的给人的肌肤带来柔软、舒适的感觉。Sophista@纤维表面能迅速吸收、扩散汗水,而且干得也非常快。把它和快干型涤纶进行比较,吸收109/m的水后,在相同环境下,涤纶需要45min才能全干,而Sophism@则只需要30min【23】。
1.2.4亲水剂整理
吸湿排汗整理一般应用在涤纶或涤棉混纺织物上,所使用的吸湿排汗整理剂主要是一种以水分散性聚酯为主组分的复配物,如汽巴精化(Ciba)的欧特菲HSD就是含亲水性聚硅氧烷和亲水性聚酯的分散体【24,251。涤纶的疏水性除与化学结构有关外,与其表面组成也有很大关系。用亲水性整理剂对纤维进行涂层处理以改变涤纶的疏水表面层性能,是应用较广的方法。国内外已经推出了多种亲水性为主,兼有防污、抗静电性能的整理剂。但是这种方法常因亲水剂与纤维结合不牢导致吸湿没有耐久性,经过洗涤,吸湿功能会渐渐降低。为了使纤维表面亲水化,通常使用亲水性高分子覆盖于表面,但要求在洗涤时该亲水性化合物不易脱落。尤其对涤纶纤维用的聚乙二醇的共熔结晶型聚酯是最出名的加工剂。亲水剂苯二甲酸的苯环部分与其相连接的酯键部分和聚酯纤维有完全相同的结构。因此,在用这样结构的亲水加工剂处理之后,在进行加热时,具有相同结构的部分成为如同熔合的状态,经冷却后,进入聚酯纤维的结晶结构之中而形成共熔结晶。通过共熔结晶而获得耐久性,一般认为由聚乙二醇链段而获得亲水性【26】。
1.2.5多层织物结构
通过纤维素系纤维和聚酯纤维的优点相互结合所制成的纤维材料,有一些复合纤维已被开发出来。例如,由日本东洋纺公司所开发的多层结构丝,控制由于大量出汗引起的粘糊感和凉感,纤维结构为最内层是疏水性长丝,中间层为亲水性短纤维,最外层用疏水性复丝包覆的三层结构复合丝。通过多层结构织物和针织物达到吸湿排汗性能的材料也已经被开发出来。高度达N20m的杉树从根部吸收的水分能上升到树梢,这是由于导管巧妙地利用了毛细管现象所产生的效果。例如,根部附近的导管直径约25mm,中间部分为lOmm,前端为1.Smm的一种毛细管直径由下到上逐渐变细的形态。运用这种原理的100%聚酯多层结构针织品已开发出来,靠近肌肤一侧用粗纤维形成粗网眼,J'b侧N配置细的纤维形成的细网眼,通过这种形式使汗水迅速向外部放出,这种多层结构聚酯纤维针织品由日本东丽公司与帝人公司在生产着
世界各大权威纺织机构的研究表明:吸湿排汗纤维以及高附加值功能性纺织品是未来消费市场发展的一大趋势。目前,在迎合市场需求、节省成本、提高产品竞争力三大因素的前提下,国内外纺织业界纷纷结合上、中、下游的生产厂商开发出功能性纤维、功能性高科技纺织品。例如:台湾地区吸湿排汗纤维即由上游化纤厂中兴、南亚、新光、东云、台化、华隆及远东等厂负责聚合纺丝,由宏远、佳和、大字、台富、昶和、宏和、儒鸿、裕源、金纬、重亿等梭、针织业者,配合染整和成衣厂,制造出一系列运动、休闲及内衣产品,以展现经济性、舒适性、功能性的产品特色,创造化纤与纺织产品的最高附加值。吸湿排汗纤维能够广泛应用于紧身衣裤、衬衣、女式外衣、运动服、西裤、衬里、装饰制品等领域【32】。另外,装饰制品与其它用途相比,规模较小。
1.顾超英,聚酯类吸湿排汗纤维的开发与应用【J】,纺织指导,2005(2)2.王耀武,Coolmax复合纱线与吸湿快干凉爽织物的性能研究【D】,西安工程 科技学院硕士研究生学位论文,2004:2-5 3.吸湿排汗面料市场需求强劲【J】,市场与技术,2004(12):6 4.吸湿排汗功能面料[J】,针织工业,2006(7):60 5.徐晓辰,吸湿排汗聚酯纤维的开发与应用[J】,合成纤维,2002(6):9 6.吸湿排汗纤维【J】,毛麻科技信息,2006(9):6 7.陈稀,沈新元,穆搬华等,合纤产品开发与应用[M】,上海:上海石化教育中 心,1995 8.Kokai Tokkyo koho[S】,JP6223881 8 9.Kokai Tokkyo Koho[S】,JP6228405 10.国内外吸湿排汗纤维与纱线开发简况【J】,技术创新,2004(8):34 11.Sweat-Absorbing/Quick Drying Casual Wear Gains Popularity[J】,Asian Textile BusinCSS,2004,No.594:42 12.Asahi Kasei[S】,JIO一212621,1998—08-ll 1 3.DuPont Coolmax【OL]:Spots Authority Press Release 1 4.Coolmax Alta TM High Tech—performance with comfortable【OL】,Nature feel 1 5.DuPont Performance Fabrics[OL】:A Guide to nSmart竹Technology,http://storm.eadcam.iupui.edu/drs/fabrics/coolmax.txt 16.刘宝贵,宋建军等.吸湿排汗纤维Cool plus的纺纱实践[J],山东纺织科技,2004(1):24 17.梁浩祥,彭彩霞等,新型Coolbst纤维织物的开发与性能测试[J】,广西纺织 科技,2006(1)18.罗先珍,浅谈高吸水涤纶的开发[J】,广西化纤通讯,1996(2)19.李燕立,张大省,高吸水涤纶短纤维的研制【J】,聚酯工业,1998(4):24.27 20.http://www.xiexiebang.com/info/html/20043992529.htm
第二篇:新型碳素纤维污水净化技术
新型碳素纤维污水净化技术
新型碳素纤维污水净化技术实现高效水处理
来源:谷腾环保网 阅读:292 更新时间:2014-04-09 15:11 ——专访北京市水处理环保材料工程技术研究中心主任海热提教授
近年来,碳纤维被广泛应用于湖沼和海岸水质净化以及人工养殖海藻等领域。碳纤维的作用机制如何?其在水污染领域产业化应用如何?谷腾环保网近日采访了国内碳纤维研发做的较为成功的研究机构——北京市水处理环保材料工程技术研究中心。工程中心主任海热提教授向笔者揭开了碳纤维污水净化技术的神秘面纱。
谷腾环保网:请简要介绍下工程中心的背景?在水质净化方面研发了哪些新技术?
海热提教授:随着经济社会的快速发展,北京市水资源日益匮乏,水污染不断加剧已成为制约北京社会经济可持续发展的重大“瓶颈”问题。为了改善北京市的水环境质量,提高水资源利用效率,“十二五”期间,北京市将落实减排目标责任制,强化污染物减排和治理,推行最严格的水资源管理制度。在此背景下,我科研项目组依托北京化工大学,联合中国通用机械工程总公司等3家科研企业单位共同建立了北京市水处理环保材料工程技术研究中心,以期通过环保材料的研发、技术的创新、以及装备的研制,为北京市的水环境质量改善提供有力的技术保障。
在水质净化方面,工程中心已成功进行了多项材料的研发、技术的创新和装备的研制。主要包括生态碳纤维、生物相容性碳纤维、生物碳纤维双层过滤平板膜、微生物挂膜菌剂以及微纳米气泡发生装置的研发;碳纤维接触氧化、碳纤维MBR、碳纤维生态浮岛、碳纤维SBR、碳纤维A2/O、强化人工湿地等污水净化技术与相应的净化装备等。
谷腾环保网:你们推出的新技术——碳纤维材料净化装置,核心就是碳素纤维,请介绍下应用这种材料净化的机理以及去除效果如何?
海热提教授:碳素纤维是由聚丙烯纤维经过特殊的高温处理后形成的。通常,一束碳素纤维中含有12000根,每一根直径7微米,只有头发直径的十分之一。碳素纤维具有丰富的微孔结构;比表面积大,一般都在1000m2/g以上,具有较大的吸附容量;其微孔直接分布于纤维的表面,因而吸附质扩散的路径短、时间短,其吸附和再生的速率快,可在较温和条件下再生。整体而言,碳素纤维具备优良的亲水性、生物兼容性和生物附着性。
将碳素纤维其用于污水处理中时,由于其比表面积大、孔径分布合理、高吸附和高生物相容性的特点,能为微生物生长提供良好的环境。在水中,碳素纤维受到紫外线、电磁波等外界能源照射后,会发出超声波,周围的好碳素菌等多种微生物会受其影响,快速吸附在碳素纤维上,并且迅速繁殖,形成有粘着性的生物膜,吸附水中的有机物、氨氮等污染物。此外,除吸附作用外,微生物在材料表面附着形成的生物膜,以有机污染物为能量来源,通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物,把这些污染物分解成二氧化碳和水,从而使水质提高,透明度增加。碳纤维材料的污水净化效果极好。对于污水排放量最大的生活污水,当其COD为500-1000mg/l,氨氮30-50mg/l,使用该材料能使其COD去除率达到90%以上,出水COD降至 45 mg/l左右;氨氮去除率达到80%以上,出水降至4 mg/l左右。完全达到国家关于城镇污水处理厂一级A的提标改造标准。在处理水产养殖废水和微污染水方面,该材料的应用可使水中COD、氨氮、总磷和浊度分别去除50%、45%、40%、65%,养殖水体使用寿命延长至90天,使河道的水质按地面水环境质量标准由V类提高到III-IV类。除此之外,该材料还适用于各种有机废水的处理,可对含氯废水、制药厂废水、有机染料废水、造纸黑液、苯酚废水、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。其中,对制药废水的处理结果表明,采用该材料可以使总排水出水达到生物工程类制药工业水污染物排放标准(GB 21907—2008)一级标准,净化效率达86%以上。同时,碳纤维材料对金属离子具有较好的吸附还原能力,可吸附水中的银、铂、汞、铁等多种离子并能够将其还原。
谷腾环保网:对比其他技术设备,碳纤维材料净化成套装置技术特点和优势在哪?对比国内外同类技术有何差异?
海热提教授:碳纤维材料与其他作为接触氧化池内的填料相比,具有高孔隙率、高吸附能力、易挂膜等优点。将其与污水处理工艺相结合所形成的的碳纤维污水净化技术和装备的特点与优势主要体现在以下几点:①生物碳纤维属新一代环保型材料,在国内外是首创,填料污水净化性能达到了国际领先水平,为技术领先填料,普通活性碳纤维无论从成本上还是性能优越性上都无法与之匹及,因此该技术中碳纤维材料先进性突出;②通过碳纤维污水处理技术与装备在各污水处理领域中的应用,表明了该技术在节能减排方面效果显著;③该技术的应用不仅实现了污水的资源化,提升了企业废水达标排放水平,还为我国污水资源化提供技术支持,有利于促进我国可持续发展和控污减排,环保性能强;④由于碳纤维材料具备稳定性高、质轻、机械强度大、寿命长、安装维修方便、单位用量少和价格便宜的优势,可以实现节省工程投资和运行费用的目的,其经济效益显著;⑤该技术不仅可用于水产养殖池体净化、石化废水净化、养猪废水净化、生活污水处理厂提标、制药污水水净化、河道湖泊微污染水体生态修复,同时也可以推广到其他污水处理等领域,用途广泛。
相对于国内外同类技术,以碳纤维为核心的污水净化技术设备在集成碳纤维填料之后,其生物亲和性更强,因而对有机物的降解能力更强,效率更高。同时,由于碳纤维材料所具备的的显著的经济优势,其相应的技术装备成本控制更好,因而更加便宜。经对比,处理1gCOD所需碳纤维材料的成本为0.92元,相比日本生态草(2.4元)和美国阿科曼(1.54元)具有绝对价格优势,使用该材料为核心的反应器与工艺,在工程上五年内可节省500万-2000万。因此,碳纤维材料净化水处理关键技术及其成套装备从处理效果、投建成本与运行成本上都具有绝对优势。
谷腾环保网:碳纤维材料使用寿命如何?整个系统成本用户可以接受吗?
海热提教授:前面提到过,碳纤维材料的强度极高、耐酸耐碱,可以保证安装使用20年不更换而不会造成明显的性能退化。考虑到填料本身价格并不高,而寿命很长,所以整个系统成本用户是绝对可以接受的。
谷腾环保网:碳纤维材料净化装置适用于哪些环境水质?介绍下典型的项目,运行情况如何? 海热提教授:工程中心将该材料广泛用于生活污水处理、微污染水体修复、水产养殖废水处理、养猪废水处理、印染废水处理、石化废水处理、制药废水处理、高盐度废水处理中,效果良好。工程中心已将该材料和技术及装置成功应用于北京小汤山鸿羽水产养殖水质净化与废水处理、北京通州碧水污水处理厂水质提标中试、绍兴兴越小区大山池水质净化工程、绍兴水务公司污水处理厂水质提标中试、汕头澄海区莲上镇涂城村农村污水处理工程、汕头铁洲社区农村污水处理工程、北京通州张家湾鑫淼渔场水质净化与利用示范工程、北京昌平常兴庄渔场水质净化与利用示范工程中,运行效果良好。
北京通州张家湾鑫淼渔场水质净化与利用示范工程是我们材料和技术应用的一个典型项目。该项目自2012年起开始运行,计划于今年7月份结束。通过前期调研,针对该厂目前在水质净化工艺中存在的问题,我中心提出了对其净化填料进行更换、采用碳纤维生态浮岛工艺对水体净化工艺进行改进的技术和工艺,并且运用碳纤维一体化膜反应器实现其水循环。自2013年2月起,我们对该厂的填料进行调研,发现该厂原先采用的是传统的毛刷填料,该填料质地坚硬,比表面积小,不利于微生物的生长附着。并且,若长期安置于水中,可能存在部分化学物质释放对鱼类造成危害的隐患。此外,毛刷填料虽然价格低廉,但需经常更换,经济性并不明显。因此,我中心将自主研发的高科技碳纤维材料应用于该厂中,替换了其原有的填料。随后,中心研究人员通过大量的技术论证和对比试验后,决定采用碳纤维生态浮岛净化工艺对水产养殖水体进行原位修复。在工程示范中,共制作大型浮岛11座,共158 m2,占整个水面面积的27.8%。分为泡沫浮岛和聚丙烯浮岛,其中泡沫浮岛共80平米,每平米16个花盆,16束生物碳纤维材料;聚丙烯浮岛78平米,每平米9个花盆,12束生物碳纤维材料。浮岛种植植物品种包括小香蒲、紫花梭鱼草、美人蕉、慈姑、狐尾藻、菖蒲、千屈菜、黄花鸢尾等,浮岛按照植物种类进行种植。浮岛完成后总体呈长方形,横放于池子当中,两边用尼龙绳固定在岸边,防止浮岛随着水流移动。经初期的稳定运行,碳纤维生态浮岛上的植物生长旺盛,鱼苗生活正常。对池内水质进行定期检测发现,COD、氨氮和亚硝酸盐保持在较理想状态,池内的溶解氧浓度保持在8.0 ppm以上,pH在7.5~8.1的范围内。该结果表明,通过植物与碳纤维材料的多重吸收降解,碳纤维生态浮岛对影响鱼群免疫力的非离子氨等具有明显的去除效果,是养殖水体净化的优选工艺。除了对其养殖水体进行净化,针对目前渔业发展中的集约化养殖趋势,我中心将自主创新的生物碳纤维+气升循环一体式MBR组合工艺应用于该工程中,以实现渔场的循环用水需求。经前期设计、安装与调试,在最佳工艺参数的条件下,该反应器的出水已能完全满足鱼池用水循环的水质要求,谷腾环保网:河湖富营养化现象已成为世界上重要的水环境污染问题。目前我国十大流域都已经受到不同程度的污染。贵中心提出的一系列河湖生态治理方案中,碳纤维材料做为核心设备,其技术治理路线是怎样的?
海热提教授:总体路线从目标层、方案层、保障层3个方面进行设计。目标层解决污染、突破瓶颈,实现人与环境和谐共存。
方案层确定“一个核心”与“三大重点”两项根本任务,“一个核心”即以河道生态综合治理为核心,“三大重点”即以排污口截污治理、面源污染防治、河流断面水质达标治理为重点,进行河道综合治理。同时,利用多项关键技术实施方案保证任务的顺利实施。
保障层设置健全科学的管理运行体系,同时包含应急技术方案等技术保障,全程保障项目方案从设计到施工以及运行进程的正常顺利运转。
谷腾环保网:时下,国家对生态环境保护、生态修复日益关注,并采取了一定的措施加强这方面的治理,您认为你们技术的前景如何? 海热提教授:由于生态修复技术在达到污水净化效果的同时不但不会造成环境的二次污染,还具有良好的景观效果,其显著的生态友好性使得此类技术在我国生态环境保护和生态修复领域中日渐得到了认可和推广。
我中心所研发的以碳纤维材料为核心的污水净化技术可以实现对环境的零负荷与完全的生物安全,是净化受污染水域、修复水环境生态的优良选择。将其应用于城镇污水处理厂升级改造、小区景观水体水质净化、农村污水处理、水产和畜禽养殖废水处理、石化和制药废水处理、受污染河流和湖泊水体水质改善等,工程应用结果均显示了其显著的污水净化效果,为相关技术的推广应用提供了支撑。由于该技术所具有的显著的经济、社会和环境效益,在国家水专项所支持的水体污染治理与修复研究中具有广阔的推广应用前景,是国家水处理、水质净化与提标、河湖污染治理等领域的最佳选用技术。
谷腾环保网:您对工程中心未来发展有何规划?
海热提教授:目前中心已经研发几项关键生态修复技术,获得了多项相关国家发明技术专利授权,并联合几家科研企业单位进行了技术交流和应用推广,进行了相关工程示范,初步建立了环保关键技术交流共享平台。下一步工程中心计划将中心网站平台逐步开放,积极引入更多的环保企业、环保科研单位,巩固平台建设,继续推进技术交流与共享。同时,工程中心将继续加大力度进行环保新技术研发,积极为中国环境保护事业做出应有的贡献。
第三篇:纤维增强复合材料及新型结构体系
纤维增强复合材料及新型结构体系
【摘要】
简单介绍土木工程材料的发展与历史、几大纤维原丝的生产工艺,介绍FRP材料的特性与种类并分析其优缺点,深入介绍为实现FRP材料高性能化所运用的技术及FRP四大加固技术,提出问题并探讨FRP材料增强新结构。【关键词】
FRP材料
结构
加固
增强新结构 引言
FRP 是复合材料,由于单一材料在性能方面或者其它方面无法 满足具体的需求,所以有了 FRP 的存在,FRP 是将两种或者两 种以上的材料组合而成的新型材料,它是一种高性能纤维复合材料和工程专用纤维复合材料。高性能 纤维复合材料属于高分子复合材料,它是由各种高性能纤维作 为增强体置于基体材料复合而成。其中高性能 纤维是指有高的 拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重等优良 物性的纤维材料,它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速 的一类特种纤维。高性能 纤维的发展是一个国家综合实力的体 现,是建设现代化强国的重要物资基础。高性能纤维复合材料 是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础 原材 料,同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休 闲等国民经济领域具有广泛的用途。
1.土木工程材料的发展与历史
1.1历史
远古时期,人类于穴巢居住;石器时代,人们挖土凿石为洞(古崖居)、伐木搭竹为棚;封建时期,人们可用砖木建房;1760年欧洲工业革命,建筑材料实现了质的飞跃,其标志为钢材、水泥、混凝土的发明与应用;二十世纪开始后,复合材料及高分子材料得到快速发展。1.2传统土木工程材料的缺点(1)耐久性差:如钢筋,型钢,拉索等
(2)性能单一性,不可设计性:如震后可恢复性较差
(3)低强度重量比,限制结构的发展:如大跨斜拉桥,悬索桥等(4)无法实现自监测功能:结构安全性能隐患 1.3土木工程材料的基本性质
(1)材料的力学性质 A 强度与比强度 B 材料的弹性与塑性 C 脆性和韧性 D 硬度和耐磨性;(2)材料与水有关的性质: A 材料的亲水性与憎水性 B 材料的含 水状态 C 材料的吸湿性和吸水性 D 耐水性 E 抗渗性 F 抗冻性(3)材料的热性质: A 热容性B 导热性 C 热变形性
(4)材料的耐久性,是指用于构筑物的材料在环境的各种因素影响下, 能长久的保持其性能的性质
1.4土木工程材料的发展趋势
随着地球人口的增长,人类为了生存之需,土木工程材料未来至少应朝5个方向发展,及高空、地下、海洋、沙漠及太空。同时,绿色、高性能的材料亦是土木工程材料的发展趋势。2.纤维原丝
2.1我国鼓励发展的四大高科技纤维:碳纤维(CF)、芳纶(AF)、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)、连续玄武岩纤维(CBF)
2.2碳纤维生产工艺
碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
2.3玻璃纤维生产工艺 池窑拉丝工艺又被称为一次成型工艺,这种生产工艺是将各种玻璃配合料在池窑熔化部经高温熔成玻璃液,在澄清部排除气泡成为均匀的玻璃液,再在成型通路中辅助加热,经池窑漏板,高速拉制成一定直径的玻璃纤维原丝。一座窑炉可以通过数条成型通路,安装上百台拉丝漏板同时生产。
2.4玄武岩纤维的制备
连续玄武岩纤维的生产流程图窑前料仓玄武岩矿石称量加料机浸润剂粗纱细纱其它制品烘干拉丝机原丝 2.4.1玄武岩的分布与作用 玄武岩(basalt)属基性火山岩。是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质,也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。玄武岩在地球上分布广泛,遍及各大洋和各大洲。月球玄武岩是构成月球的主要岩石之一。主要分布在深海洋脊、洋盆内群岛和海山岛、弧和活动大陆边缘、大陆内部,可作为基石研磨材料来磨金属、磨石料,同时可用于作过滤器、干燥器、催化剂等。
2.4.2连续玄武岩纤维 连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fibre 简称CBF)是以火山岩为原料经1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维,其外观为金褐色,属于非金属的无机纤维,被称为21 世纪无污染的“绿色工业原材料”。同时,连续玄武岩纤维是关乎国家安全的重要战略物资,是支撑高技术产业发展的新型高技术绿色纤维材料;又是国民经济发展新的基础材料 ;也是国民经济发展新的增长点的绿色原材料!2.4.3中国发展玄武岩连续纤维的前景
(1)原料,我国地域辽阔,玄武岩储量非常丰富,但不同玄武岩纤维需要不同类型的玄武岩(2)市场,中国本身就具有新材料应用的庞大市场(3)成本,中国具有低成本制造玄武岩纤维得天独厚的条件
(4)技术,全球玄武岩纤维的技术及规模尚处于初级阶段,这给我们追赶乃至超过国外的先进 技术水平提供了很大的发空间和市场机遇 3.纤维复合材料
纤维复合材料是以纤维材料作为增强材与基体结合形成的复合材料,简称FRP(Fiberreinforced polymer)。在城市工程中常用的FRP材料有:碳纤维FRP,芳纤 维FRP,玻璃纤维FRP和玄武岩纤维FRP。3.1 FRP材料的种类
(1)FRP 片材,包括 FRP 布和 FRP 板:主要用来粘贴在混凝土结构的表面对其进行加 固补强
(2)FRP 棒材,包括 FRP 筋和 FRP 索:主要在 FRP 筋混凝土结构、FRP 预应力混凝土 结构和桥索 中替代钢筋和钢绞线;(3)FRP 网格材和 FRP 格栅:作为混凝土结构中的配筋或简易工作平台
(4)FRP 拉挤型材:截面形式灵活多样,力学性能好,用途广,是 FRP 结构应用的主要 产品
(5)FRP 缠绕型材:主要用作 FRP 管混凝结构土,可以作为柱、桩,甚至梁,使构件 性能大大优于普通钢筋混凝土
(6)FRP 夹层结构和蜂窝板: 由上下面的 FRP 板和夹心材料组成,充分利用了面层 FRP 材 料强度,有很高的强度重量比和刚度重量比,是非常合理的构 件形式,主要在梁和桥板中应用
(7)还有一些其它工艺的 FRP 产品,如:模压产品、层压和卷管产品、热塑性成型产品以 及手糊产品(低压接触)等等 3.2 FRP材料的特性
(1)轻质高强。FRP 材料最突出的优点在于它有很高的比强度(极限强度/相对容重),即通常所说的轻质高强。FRP 的比强度是钢材的 20~50 倍,因此采用 FRP 将会大大减轻结构自重。在桥梁工程中,使用 FRP 结构或 FRP 组合结构作为上部结构可使桥梁的极 限跨度大大增加[4,5],并且可以减小地震作用的影响(2)良好的耐腐蚀性。可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀,这是传统结构 材料难以比拟的。目前在化工建筑、地下工程和水下特殊工程中,FRP 材料耐腐蚀的优点已 经得到实际工程的证明
(3)良好的可设计性。与传统结构材料相比,这是 FRP 所独有的。工程师可以通过使用 不同纤维种类、控制纤维的含量和铺陈不同方向的纤维设计出各种强度和弹性模量的 FRP 产品。而且 FRP 产品成型方便,形状可灵活设计 4.纤维复合材料的高性能化
4.1混杂/复合技术 主要包括多种纤维混杂技术 与纤维与钢筋复合技术。其中,由于单种纤维性能较为单一,如碳纤维的价格高、抗冻融不佳、抗辐射差,玻璃纤维、玄武岩纤维等疲劳强度不高、蠕变大、耐碱腐蚀不佳等,从而产生了多种纤维混杂/复合技术。即将性能各异的多种纤维材料,按照不同的结构性能要求,进行混杂设计达到不同的力学性能,从而从根本上改变传统材料单一不可设计性。而纤维与钢筋复合技术则是通过复合界面粘结提升技术、树脂提升技术、筋材表面处理技术,实现钢筋与纤维有效混杂和复合,从而提高其性能。
4.2 FRP智能化 FRP智能化主要体现在两种材料的应用上,即混杂碳纤维传感材料与自传感FRP智能筋/索。首先,单种碳纤维在出现断裂前尽管线性好,但在很大一个应变区间电阻变化率很 小,一般在1-2%以下,在现场很难进行精确测量;且在通常情况下,碳纤维电阻的快速变化往往伴随着碳纤维的最终断裂,导致有效测量范围较窄。所以,我们运用碳纤维传感混杂技术与碳纤维传感增敏技术来降低小电阻变化率所对应的应变范围,同时在整个测量范围内,可以使电阻随应变的变化出降现一个阶梯状变化的关系。
其次,由于分布式光纤传感具有分布式的测量优势和光学测量的稳定性,是最佳的传感元件之一,但是光纤本身比较脆弱,与土木工程的恶劣环境不能相容,而FRP具有优异的力学性能和耐久性能,且与光纤之间存在天然的物理相容性,所以我们将光纤与FRP进行复合,得到了自传感BFRP智能材料。这种智能材料具有优良的传感性能、高强的力学性能、卓越的耐久性能,同时在环保、价格上具有较高的综合优势,被认为具有广泛应用前途。
5.纤维复合材料加固结构 相比于FRP加固,传统加固方法具有施工周期长、难度大、费用高、复杂结构不易加固、不能高效修复和提升钢筋混凝土(RC)结构功能等缺点。而如今在国际上FRP加固重大工程结构技术已进入主流地位。如:澳大利亚西门大桥40余公里桥段采用FRP加固;3.11东日本大地震显示了FRP加固铁路高架桥效果优于钢材。现今,纤维复合材料加固结构共有以下五大技术: 一是FRP抗弯/抗剪承载力加固技术,此技术是单将FRP片材(板材)粘贴于钢筋混凝土梁的底面和侧面,这是提高钢筋混凝土构件抗弯/抗剪承载力的一个有效措施。首先,FRP将与受拉钢筋一起提供抗弯作用从而起到抗弯加固的作用,其破坏的主要模式为FRP拉断、顶部混凝土压碎、FRP-混凝土界面剥离三种方式;其次,粘贴于混凝土梁/柱侧面的FRP与抗剪腹筋作用类似,是用于限制混凝土斜裂缝发展,从而起到抗剪加固的作用,其主要破坏模式为FRP拉断、FRP-混凝土界面剥离。
二是FRP抗震加固技术,由于FRP材料具有高强、轻、薄、易于施工的特点,因此与传统的包钢或增大混凝土截面加固方法相比,FRP材料具有明显优势。FRP抗震加固可以通过包裹粘贴或封闭缠绕纤维布,或在柱外侧套上预制成型的FRP管来实现,此技术对柱抗震加固具有重大贡献,可提高混凝土的变形能力、柱延性、柱抗剪能力与抗压强度,同时降低轴压比。
三是FRP预应力加固技术,此技术的三大步骤为:预张拉不含浸纤维布、粘结和养护、剪断释放端部纤维布。预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显。而采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。
四是FRP网格水下加固技术,此技术通过预制、潜水、安装、压浆四个步骤来实现,通过FRP网格水下加固技术,结构受力性能和耐久性能均显著提高,同时,此技术已形成了一套完整的施工功法,大大降低了成本与工期。6.纤维复合材料增强新结构
6.1背景问题及提出 目前土木工程在材料上存在三大问题:其一是是钢材腐蚀问题严重,基础设施服役周期长,钢材腐蚀因素过多,给世界各国带来巨大损失,尤其是基础设施建设规模已超过世界上其他国家总和的我国,面临的局面尤其严峻。同时,国家海洋战略中需要建造各种海洋工程设施,导致钢材在海洋环境中的腐蚀问题更加突出。其二是重大工程结构各项性能亟需高度提升,在现今的工程中,正常使用条件下的部分结构仍然存在短命及安全隐患问题(预应力混凝土大跨箱梁桥几乎是“无箱不裂”,结构下挠现象突出,工程结构倒塌事件多有发生),同时极端荷载(地震、爆炸、冲击)作用下重大结构的安全设计还没有完全解决,各种快速修复要求的可修复性设计的基础理论也未建立。最后是重大工程结构的轻量化,现在的高层建筑、大跨桥梁等重大工程结构85%以上是自重,这巨大重量意味着结构的高负荷、高地震响应和高成本。因此,需要轻量化进行结构减压和超越,以实现其高性能和长寿命。6.2损伤可控结构抗震设计理论
现有规范抗震设计要求“中震可修“,但无定量的计算方法,同时其变形性大、不可修复,而新型抗震设计要求”中、大震可修“,其变形性小,但缺乏理论指导与设计方法,由此诞生了损伤可控结构抗震设计理论。其原理如下图所示:
6.3全BFRP筋增强混凝土结构 与传统材料相比,全BFRP筋具有以下三大优点:粘结性能提升、弯折搭接更灵活、承载能力(抗弯承载、抗剪承载)更强。其计算如下(粘结滑移)(弯折搭接)MuEuA(hxc/2)(抗弯承载力)
V0.7ftbh0ffAfh0/s(抗剪承载力)
6.4 FRP索结构 FRP索结构的一个应用为体外预应力索。体外预应力索的布索方式分为单纯型和混合型。单纯型将预应力索部分布在构件截面以外,混合型则将预应力索部分布置在构件截面以外,部分布置在构件截面以内。截面以外的预应力索大多锚固在桥梁支座外或中间横隔梁上,中间通过设置转向来改变索的方向,因此一般情况下体外预应力索多呈折线型。由此可知,索只能在转向块处与混凝土接触,因此能够大大减少预应力摩擦损失,提高预应力效益。索布置在腹板以外,避免了体内布筋时腹板中由于波纹板较密,腹板不易振实的缺点。此外,索布置在体外,可以很方便的维护和替换。
6.5FRP组合结构 FRP 组合结构包括混杂FRP-混凝土组合结构、钢-FRP组合桁架结构体系与FRP桥面板-钢梁结构。它是指将 FRP 与传统结构材料,主要是混凝土和钢材,通过受力形式上的组合,共同工作来承受荷载的结构形式。FRP 与混凝土通过合理的组合方式使 FRP 型材与混凝土共同受力,发挥各自的优势,达到提高受 力性能、降低造价、增强耐久性、便于施工的目的。FRP 与钢材组合,可发挥出钢材的高弹性模量和 FRP 耐腐蚀、耐疲劳性能好的优势,达到互补的效果。可在拉挤 FRP 型材时,直接将钢筋和钢丝嵌入 型材中成型;也可在钢结构外部采用 FRP 型材封闭,一方面防止钢结构锈蚀,另一方面可与钢结构共 同受力。还可用钢结构骨架与 FRP 织物蒙皮结合的组成蒙皮结构。结语
随着经济高速发展和技术飞速进步,世界各国对土木工程的要求越来越高。在有些条件下传统建 筑材料很难满足这种发展要求。FRP 复合材料具有轻质,高强,耐腐蚀,抗疲劳,耐久性好,多功能,适用面广,可设计和易加工等多种优点。在重要的土木工程中,如超大跨,超高层,地下结构,海洋 工程,高耐久性的应用,以及特殊环境工程,永久性工程,结构加固修复,大型工程结构的在役监测 等的应用,都具着巨大的优越性。它可以满足现代土木工程,对新型建筑材料提出更新,更高的要求。FRP 复合材料作为一种新型的有发展潜力的建筑材料与技术,并不是要取代传统的建筑材料-钢材与混 凝土,而是做为传统建材的一个重要补充。FRP 复合材料在土木工程中的应用技术与材料研究开发,在 当今世界上已成为复合材料界与土木工程界共同研究开发的一个热点。该技术研究开发成功后将会极 大地推动现代土木工程的技术进步。它还将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场,因而具有非 常广阔的发展应用前景。参考文献
[1] 叶列平,冯鹏.FRP 在工程结构中的应用与发展.土木工程学报,2006,03:24—34 [2] 王全凤,杨勇新,岳清瑞.FRP 复合材料及其在土木工程中的应用研究.华侨大学学7 报,2005,01
:
01—06 [3] 谷倩,张祥顺,彭少民.新材料 FRP 的研究与应用综述.华中科技大学学报,2003,03:88-92 [4] 邹祖讳.复合材料的结构与性能[M]//材料科学与技术丛书(第 13 卷).吴人洁等译.北京:科学出版 社,1999 [5] 冯鹏.新型 FRP 空心桥面板的设计开发与受力性能研究[D].北京:清华大学工学博士学位论文,2004 [6] 杨允表,石洞.复合材料在桥梁工程中的应用[J].桥梁建筑,1997,(4):1-4 [7] 于清.FRP 约束混凝土柱研究与应用中若干关键问题[J].工业建筑,2001,(4):1-4 8
第四篇:木纤维简介
关于木纤维及木纤维产品
木纤维产品的特点
什么是木质纤维产品:原料为全进口纯天然木纤维,选用2至3年生天然无污染的美洲速生树木,粉碎高温蒸煮成木浆提取纤维制成,经过特殊技术和生产工艺剔除木材中的糖和脂份,并采用先进技术根除物质的静电反应。整个过程中没有任何化学添加成份,与棉花一样都是100%的绿色产品。其质地细密度和柔韧性均达到最佳状态。由于木纤维产品天然的抗菌功能,因而制成的产品不需添加任何人工合成的抗菌剂,不会引起皮肤的过敏现象。采用对人体无害活性染料。指标达到国家行业标准。
木质纤维产品特有功能及市场潜力: 随着人们对健康卫生的日益重视,传统毛巾因油污很难清洗、易滋生病菌等缺陷受到了越来越多的关注,成为了人们生活起居最担心和头痛的问题。对此,北京华美家纺科技有限公司通过科技创新所研发的纯天然木纤维毛巾,以其所具有的天然抗菌保健、清除异味、自清自洁等功能,很好地解除了上述担忧,在极大的提高了人们生活品质的同时,也撬动了一个以“亿万计”的宠大市场。由于纯天然木纤维毛巾是选用纯进口优质木材做为基本原料,经过特殊技术和生产工艺将木材中的糖和脂份剔除,并采用先进技术根除物质的静电反应,生产出的针织品。整个过程中没有任何化学成分,与棉花一样都是100%的绿色产品。该毛巾有着极强的吸水性和排油去污能力,特别是吸水透气性优于传统棉织物及其它植物纤维。其具有极强抑菌、抗菌,清除异味,无刺激、不霉变等功能,即使用于擦拭油渍、污渍、汗渍时也不用任何洗涤用品,清水一洗就干净,且对擦拭物无损伤,不留痕迹。而它的自清自洁的超强去污功能,则无须洗涤剂,任何油物(含机油、鞋油)无须用力揉搓,只用清水冲洗便可洁净如新。由于这种木纤维毛巾优越性能,自上市后即受到消费者的赞誉。同时,其可广泛用于厨房、家居、家电、汽车、宾馆、餐饮、美容等场所的多样化用途,以及有着13亿消费人口的国内巨大市场潜力,也吸引了全国众多的经销代理商们。另外又推出了新产品木纤维袜子,具有易清洗、抗菌、抑菌、防臭等功能,成份主要为木纤维。
产品性价比:我们的产品是100%的木纤维高品质产品,纯进口的木纤维一吨加工成本在2.8-3万元之间,形式上成本高些,产品价格高了,利润空间小了,但从长远的赢利条件来说还是赚的。如果一个消费者只购买一次和购买十次,哪个成本高、哪个成本低就显而易见了,要在市场中让消费者由产品的认知到忠诚消费才是真正赚钱的好手段,这也是做大品牌的基础。木纤维含量直接影响到产品的功效,含量少的混纺产品不能称之为真正的木质纤维产品。
特色是最大的竞争力,纯天然木纤维毛巾同普通毛巾在使用和形状上没有区别,但与普通毛巾相比具有更多优点:纯木材为原料提取纤维,天然环保,特有天然的抗菌保健,清除异味、自清自洁的功能,油污清洗,清水一冲便洁净,长时间使用也不会发滑、发臭、发腻、发硬,永远鲜亮柔软。木纤维有棉的本质,丝的品质,是地道的生态纤维,源于天然而优于天然。木纤维是用天然木材作为原料优化处理得来的,木纤维较棉纤维本质更纯正。木纤维的纤维素含量在99.5%以上,而棉纤维在95——97%;木纤维的脂 肪和蜡质占0.2——0.3%,棉纤维占0.5——0.6%;木纤维无含氯物质,棉纤维中含氯物质占1——1.1%;木纤维不含果胶及多缩戌糖,而棉纤维含1.2%;木纤维其它灰份的含量为微量,棉纤维灰份的含量达1.14%。木纤维耐日光、抗虫蛀、耐热、耐化学药品、耐融剂、耐霉菌,在主要纺织纤维中,它的优良性能较为全面。
木纤维的单位细度级细、手感非常柔软;色牢度好、色彩亮丽;悬垂性佳,柔软滑爽不扎身,比棉还软,有着特有的丝滑感。纯天然木纤维产品是选用2至3年生天然无污染的澳洲速生树木,粉碎高温蒸煮成木浆提取纤维制成。经过特殊技术和生产工艺剔除木材中的糖和脂份,并采用先进技术根除物质的静电反应。整个过程中没有任何化学上的成份,与棉花一样都是100%的绿色产品。其质地细密度,柔韧性均达到最佳状态。它不含任何化学添加成分。由于木纤维产品天然的抗菌功能,因而制成的产品不需添加任何人工合成的抗菌剂,不会引起皮肤的过敏现象。采用对人体无害活性染料。指标达到国家行业标准。因木质有先天的疏松性及传输性。所以木纤维产品可以自由的吸收并蒸发水分,具有极强的吸水性和排油去污能力。特别是吸水透气性优于传统棉织物及其它植物纤维。其具有天然的抗菌保健,清除异味、自清自洁的功能,触感柔软,不板结变硬,是一件真正的,纯绿色的健康产品。
木纤维毛巾与普通毛巾的区别
纯天然木纤维毛巾同普通毛巾在使用和形状上没有区别,但与普通毛巾相比具有更多优点,区别如下:
1.化纤类毛巾:石化物质生产,油污难清洗,需用洗涤剂(费水、费时间、费钱),吸水极差,有静电,易生病菌易感染皮肤,使用后发滑、变味、发腻发硬。
2.棉织类毛巾:绿色环保,棉花生产,油污极难清洗,需用洗涤剂(费水、费时间、费钱),吸水好静电小,含糖脂成分,易生细菌易感染皮肤,使用后发滑、变味、发硬。
3.竹纤维毛巾:竹纤维生产,天然环保,抗菌抑菌,油物容易清洗,但纤维柔软性不佳,使用多次后纤维发硬,白色易发黄,不适合长久用于洗脸,适合长用于厨巾、抹布。
4.超细纤维毛巾:超细纤维产品,成分为化纤、棉两类,油污难清洗,但用久了会很难清洗,吸水好化纤静电大,易生病菌易感染皮肤,使用后发滑、发臭、发腻、发硬。
5.木纤维毛巾:纯木材为原料提取纤维。天然环保,特有天然的抗菌保健,清除异味、自清自洁的功能,油污清洗,清水一冲便洁净,长时间使用也不会发滑、发臭、发腻、发硬,永远鲜亮柔软。
木纤维毛巾鉴别知识
木纤维是采用天然木材为原料,木纤维毛巾具有其他毛巾没有的“八大优点”。
一、看——晶莹亮丽
对着光线,从每个角度观察毛巾表面,木纤维毛巾色泽亮丽,自然流畅,其表面光圈的色泽特殊晶莹亮丽,反光,丝绸光泽。
二、触——柔软舒适
用手轻揉木纤维毛巾或接触或脸部肤服,您会感受到木纤维毛巾象婴儿的肌肤一样细腻柔软、滑顺舒适。普通毛巾,带给您的必定是干燥粗糙。
三、嗅——淡清木香
贴近木纤维毛巾,会闻到木材淡淡的清香气息,自然流畅。没有其他毛巾刺鼻气味,久用也无异味产生。
四、抖——悬垂挺直
提起木纤维毛巾两角轻轻抖动,明显感到木纤维毛巾良好的动感和垂感。飘柔顺畅,再皱褶的毛巾,悬挂2个小时也会平滑光整。
五、烧——天然环保
从木纤维毛巾中经纬纱各抽出一根纱,点燃,仔细观察燃烧现象,实验证明:木纤维燃烧迅速彻底、无烟无味、无残留物,仅木材的清香。
六、洗——自清自洁
将打湿木纤维毛巾,用酱油食用油倒在毛巾上,用清水冲洗便洁净,不用任何洗涤用品。这是因为木纤维特有叶绿素铜钠成份,使其具有超强去污、自清自洁的性能。
七、放——抗菌抑菌
湿毛巾象出差旅游一样折叠装进包里,或直接放在阴暗的地方保持潮湿,第2天木纤维毛巾不会产生馊臭味,不霉变。
八、吸——吸水透气
木纤维毛巾沉降率吸水性透气性高。把水滴在木纤维毛巾上马上就吸进去了,好的棉毛巾也要上10秒才进去,普通含化纤的毛巾几乎不吸水。
商机由你把握财富尽在你手
产品介绍:100%纯天然木纤维精制, 具有极强的分油性,沾上油污(含机油、鞋油)后,见水分离,无须洗涤剂,只用清水冲洗便洁净。木纤维毛巾采用2至3年生天然无污染的美洲速生树木做为基本原料,并采用先进技术根除物质的静电反应,粉碎高温蒸煮成木浆提取纤维,经过特殊技术和生产工艺将木材中的糖和脂份剔除,抑制了病菌滋生、存活的环境,不论用多久,不发滑、不油腻、无异味、不变硬、不霉变,永久保持鲜亮如新,洁污美容,防止皮肤细菌交叉感染,洗脸沐浴干净舒适。普通棉毛巾易生细菌,不易洗涤。木纤维独具天然的抗菌保健,清除异味、自清自洁的功能,触感柔软,吸水性好,整个加工过程中没有任何化学上的成份,与棉花一样都是100%的绿色产品。
纯天然木纤维毛巾是现代高科技的成果,它高品质,柔软抗菌,低价格,一巾多用,将会给您全新的感觉,时尚的享受。同时克服了传统毛巾的缺陷,被业内人士称为毛巾的一场革命。
木纤维袜子具有易清洗、抗菌、抑菌、防臭、吸汗功能。穿着干净舒适,卫生。产品功效:高科技结晶,高品质享受。
有了“华美美康”木纤维毛巾,清洁卫生变得轻松自在。
洗脸、洗澡、卸妆不再用香皂、洗面奶,抗菌护肤。
洗碗、擦灶台、清洗油烟机省去用洗洁剂,健康卫生。
擦玻璃、电器、精密仪器不留水珠、不掉细毛,洁净光亮。
出差、旅行装在包里不发霉、无异味,方便干净。
甚至用来擦皮鞋,顽固难洗的鞋油都能“一扫而光”。
久用鲜亮如新、柔软舒适,不发黄、不变硬,抑菌卫生。
功能比较:据测定,在人体皮肤的表面,正常的细菌和真菌的数量是每平方厘米100至1000个。在这个数量范围内,他它不会危害人类健康,也不会产生异味,但当环境温度较高时,细菌和真菌就能繁殖160万个后代,棉质类的毛巾产品用一段时间后,就会产生异味、干燥后板结变硬,这都是细菌及排泄物所致,所以只清洗皮肤除菌是不够的,主要是规避细菌的宿主“毛巾”。
燃烧:通过燃烧,可知是木纤维制作,不会有石化产品和棉花产品燃烧后的焦味。清洗:打一盆清水,将毛巾打湿,拿出后拧掉水,然后用它擦比较脏的地板或抹灶台、油烟机或把油倒在地上,把油擦净,甚至用来檫鞋油、机油,这个时候毛巾会很脏,你只需把毛巾放到水里晃荡或搓洗,拧掉水后会发现毛巾干净如新。
投资效益分析:有资料显示,我国人均年毛巾消费水平为250克(平均60克/条),而中等发达国家在1000克以上,欧美发达国家则在1500克以上,我国家用纺织品的人均消费支出仅占衣着消费支出的7%,占全部消费支出比例为0.7%,而发达国家2项基本持平。我国服装、家用、产业用纺织品的纤维消费量比例仅为52.5:33:14.5,而发达国家的比例为各占1/3。由此看来,有着13亿人口的中国家用纺织品市场,消费增长空间何等巨大!
目前,人们使用的化纤类毛巾是由石化物质生产,油污很难清洗,需用洗涤剂(不环保,对人体有危害,费钱),吸水差,静电大,对皮肤有害,易生病菌,一段时间后毛巾就会变的滑腻、发硬、发臭。而那些棉质类毛巾,油污极难清洗,同样要用洗涤剂
(不环保,对人体有危害,费钱),虽然吸水好,静电小,但是含糖、脂,易生病菌,使用后也会变得滑腻、发硬、产生异味。
如此好的产品利润到底如何呢?一个市场潜力投资分析,可以很好的说明,以一个消费水平适中、城市常驻人口约50万的城市的为参照:
销售预测:
1、以平均每个家庭4人计算,则有12.5万户左右。
2、以经济收入中等,卫生健康意识较强人群占总户数60%计算,即有7.5万户。
3、以启动市场后,7.5万户中,只有40%有家庭产生购买欲望和进行购买,即3万户,这样按每条毛巾的使用寿命为一年(普通毛巾一般发滑、板结、变味,实际寿命不到半年),又因为它具有防交叉感染的优势性能,我们可以拟定四口一户的家庭,一年里所消费该种毛巾总数:4块脸巾+4块澡巾+6块厨房用巾(每季度2块)=16块(预算不包含抹布)。
4、以统一市面价为标准:12元/脸巾,15元/澡巾,4元/厨房,则年每户需要消费木纤维毛巾为132元,3万户的毛利润为396万元。
投入成本:
1、进货费用:约为总销售额的50%,即396万元×50%=198万。
2、销售费用及人员工资:以总销售额15%计,396万元×15%=59.4万。
3、媒体广告:可以自行选择广告形式,投入比例为10%,即396万×10%=39.6万。
年纯利润:销售总额396万元—进货费用198万元—销售费用59.4万—广告投入39.6万=99万元。
第一年即可获利99万元(加上丰厚的返利,及袜子等系列产品利润更高),市场预测量是该利润的几倍,且不计一些单位、宾馆、酒店等集团购买以及节日活动发放礼品、纪念品等团购行为。
以上文字表明,当你拥有了“华美美康”产品的代理,加上自己的勤奋,致富就在眼前!
创建VI体系:木纤维毛巾属新产品,市场刚刚起步,品牌优势没有形成,消费者认知度低。消费者对产品的认识局限于概念,消费处于偶然性、尝试性。木纤维毛巾作为日用品,紧跟市场潮流、顺应时代发展,产品普及会很快。在高度市场化的今天,人们的消费趋于理性、品牌化,木纤维毛巾要快速启动市场,首先必须创建一套健全的VI体系,快速打造行业品牌,占领市场,否则就可能成为行业铺路石。
作为一种功能性很强的产品,木纤维毛巾在导入期的市场推广中更适合采用“体验式销售”模式,例如在超市、商场、居民小区等场合进行现场产品功能演示,从事“华美美康”毛巾销售不需要培训、开会、听课,您只要学会做好产品的示范演示,一切问题都能解决,将木纤维毛巾“易清洗、抗菌和除油污”三大功效特性清晰地演示给消费者,销售起来会很轻松。为了更好地帮助代理商和经销商销售产品,总部提供统一的海报、宣传单页、VCD以及整体的营销方案。产品销售专职、兼职均可,适合任何人的创业。
经销权益:特许专卖权:享有“华美美康”全部产品特许专卖权;
形象使用权:免费使用总部提供的“华美美康”品牌VI系统;
区域保护权:总部依据商务部《城市等级划分原则》确定和发展专卖店数
量,专卖店享受区域监督权;
独家买断权:加盟专卖店可申请买断县级市、地级市独家经营权;
代理优先权:同等条件下,加盟专卖店享有晋级区域总代理的优先权;
业绩鼓励奖:完成规定的销售业绩或进货额,加盟店可获得总部鼓励奖。
投资风险:经销天然木纤维产品风险几乎为零。因为:(1)消费群体巨大。其本身为日常生活用品,居家必备,因其优质性能,应用范围相当广泛,理所当然会在同类产品竞争中受到广大消费者的青睐。良好的性能产生良好的口碑,产品回购率节节攀升。(2)产品价格低。本产品与其它同类产品比较,性价比之优势显而易见,生存空间巨大。(3)投入可大可小。代理“华美美康”木质纤维毛巾或经营专柜、专卖店,经营面可宽可窄,经营门槛可高可低,经营步骤可快可慢,赋予投资人多重商机和选择余地,轻松赚钱。1000元流动资金即可取得试销商资格,3000元即可成为经销商。
市场展望:“华美美康”木纤维毛巾立足国内市场,全力打造中国毛巾强势品牌,大规模推出木纤维系列精品,面向全国发展各级代理商、经销商、商场专柜、专卖店,以品牌专卖形式将“华美美康”品牌直接切入中国终端零售业,同时为众多有眼光的投资人带来了一个令人振奋的商机。
第五篇:膳食纤维论文
学院:动物科学技术学院 班级:
姓名:
学号: 课程论文题目:
课程名称: 评阅成绩: 评阅意见:
成绩评定教师签名: 日期: 年 月
日2 浅谈功能食品之膳食纤维 学生:
(动物科学技术学院动营一班 ,学号:)
摘要:人类社会进入21世纪,人们生活水平大幅提高,饮食日趋精细,对健康越来越注重,膳食纤维作为功能食品中的一分子,其生理功能已经成为食品领域研究的热点,并立为保健食品的功能成分之一。因此膳食纤维的功能在营养学领域受到极大的关注,无疑会在健康饮食中得到更大的应用和扮演重要角色。
关键词:膳食纤维
生理功能
保健食品
应用发展
正文:膳食纤维一词在1970年以前的营养学中尚不曾出现,是一种复杂混合物的总称,是一种一般不易被消化的食物营养素。并且,膳食纤维被称为继水、蛋白质、脂肪、淡水化合物、矿物质、纤维素之外的“第七大营养素”。其主要来自于植物的细胞壁,包含纤维素、半纤维素、树脂、果胶及木质素等。
一.膳食纤维主要成分的结构及特性
1、纤维素 : 纤维素不能被人体肠道的酶所消化。纤维素具有亲水性,在肠道内起吸收水分的作用。
2、半纤维素 : 在人的大肠内半纤维素比纤维素易于被细菌分解。它有结合离子的作用。半纤维素中的某些成分是可溶的。半纤维素大部分为不可溶性,它也起到了一定的生理作用。
3、果胶 :果胶是一种无定形的物质,存在于水果和蔬菜的软组织中,可在热溶液中溶解,在酸性溶液中遇热形成胶态。果胶也具有与利息结合的能力。
4、树胶 :树胶的化学结构因来源不同而有差别。主要的成分是土套躺醛酸、半乳酸、阿拉伯糖及甘露糖所形成的多糖,它可分散于水中,巨头粘稠性,可起到增稠剂的作用。
5、木质素 :木质素不是多糖物质,而是苯基类丙烷的聚合物,具有复杂的三维结构。因为木质素才在于细胞壁中难以与纤维素分离,故在膳食纤维的组成成分中包括了木质素。人和动物均不能消化。维是一种能抗人体小肠消化吸收,3 而在人体大肠部分或全部发酵的可食用的植物性成分,碳水化合物以及其类似物质的总和。以溶解于水中可分为两个基本类型:水溶性纤维与非水溶性纤维。
6、抗性淀粉: 抗性淀粉包括改性淀粉和淀粉经过加热后又经冷却的淀粉,它们在小肠内不被吸收
二. 膳食纤维的生理功能
膳食纤维虽然不能被人体消化吸收,但膳食纤维在体内具有重要的生理作用,是维持人体健康必不可少的一类营养素。由于膳食纤维在预防人体胃肠道疾病和维护胃肠道健康方面功能突出,因而有“肠道清洁夫”的美誉。
1、膳食纤维的吸水溶胀性能有利于增加食糜的体积,刺激胃肠道的蠕动,并软化粪便,防止便秘,促进排便和增加便次,起到一种导泄的作用,减少粪便在肠道中的停滞时间及粪便中有害物质与肠道的接触,保持肠道清洁,从而减少和预防胃肠道疾病。
2、膳食纤维能够抑制胆固醇的吸收,预防高血脂症和高血压。
3、膳食纤维能够延缓和减少重金属等有害物质的吸收,减少和预防有害化学物质对人体的毒害作用。
4、膳食纤维可以改善肠道菌群,维持体内的微生态平衡,有利于某些营养素的合成。
5、水溶性膳食纤维具有很强的吸水溶胀性能,吸水后膨胀,体积和重量增加10~15倍,既能增加人的饱腹感,又能减少食物中脂肪的吸收,降低膳食中脂肪的热比值,相对控制和降低膳食的总能量,避免热能过剩而导致体内脂肪的过度积累,既可解决饱腹而不挨饿的问题,又可达到控制体重减肥的目的。
6、科学研究发现,在控制餐后血糖急剧上升和改善糖耐量方面,可溶性膳食纤维效果最佳。膳食纤维能够延缓葡萄糖的吸收,推迟可消化性糖类如淀粉等的消化,避免进餐后血糖急剧上升,膳食纤维对胰岛素敏感性增强,还可直接影响胰岛a—细胞功能,改善血液中胰岛素的调节作用,提高人体耐糖的程度,有利于糖尿病的治疗和康复。研究表明,膳食纤维含量充足的饮食,无论是在预防还是在治疗糖尿病方面都具有特殊的功效。
三.膳食纤维在功能性食品中的应用
膳食纤维可广泛应用到各种食品、保健品和医药制品中,应用的主要目的是补充人体生理所需的膳食纤维量,增加产品保健功能、改进产品风味、提高产品品质和附加值等。山东保龄宝生物技术公司与国外科研机构合作,在国内首开先河开发生产了水溶性膳食纤维,引领了功能性食品新的发展方向。膳食纤维主要应用领域:
1.水溶性膳食纤维在保健食品中的应用(1).糖尿病人保健食品
糖尿病是一种胰岛素绝对或相对不足引起的疾病,表现为碳水化合物、脂肪蛋白质、水及电解质的代谢紊乱。随着我国经济的发展和生活水平的提高,我国糖尿病人也急剧增加,到2002年底已超过6000万。目前,糖尿病还没有根治方法,有效控制糖尿病,也是一个漫长的过程,除药物治疗外,主要还是 依靠饮食控制。因此,适当调整饮食结构,是防治糖尿病的最主要方法。
科学研究发现, 由于可溶性膳食纤维可以在胃肠中形成一种粘膜, 使食品营养素的消化吸收过程减慢, 延缓了胃的排空;可溶性膳食纤维能调节肠道对糖类物质的吸收,延缓血糖的急剧升高, 有助于糖尿病患者控制症状。增加饮食中膳食纤维的含量,还可以改善末梢组织对胰岛素的感受性, 降低人体对胰岛素的需求,从而达到调节糖尿病患者的血糖水平。膳食纤维对胰岛素敏感性增强, 还可直接影响胰岛a-细胞功能,改善血液中胰岛素的调节作用,提高人体耐糖的程度,有利于糖尿病的治疗和康复。研究表明, 膳食纤维含量充足的饮食,无论是在预防还是在治疗糖尿病方面都具有特殊的功效。
(2).便秘人群保健食品
水溶性膳食纤维目前广泛用于调节微生态平衡、润肠通便的保健食品,水溶性膳食纤维被服用后,促进肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌,同时产生大量短链脂肪酸,如乙酸、醋酸、叶酸和乳酸,改变肠道pH值,改善有益菌群的繁殖环境,从而加快肠道蠕动,使粪便顺利排出。2.水溶性膳食纤维在乳制品中的应用
在乳制品中加入膳食纤维能同时满足了人们对蛋白质、维生素A、脂肪等 5 动物性营养成分和膳食纤维等植物性营养成分的需求,能进一步提高乳制品的营养价值和应用范围。长期饮用能使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖,特别适于中老年人、糖尿病人和肥胖者食用。
水溶性膳食纤维在乳品中应用具有如下作用:(1).使用水溶性膳食纤维可以改善乳品口感,提高稳定性,且不与其中任何成份发生对人体不利的理化反应。
(2).长期饮用含有水溶性膳食纤维的乳品,能使肠道舒畅,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖,特别适于中老年人饮用。3.水溶性膳食纤维在饮料中的应用
膳食纤维类饮料是西方很流行的功能性饮料。其既能解渴、补充水分,又可提供人体所需膳食纤维。这类产品,尤其是水溶性膳食纤维在欧美和日本等发达国家比较流行。如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水,盛行日本;另外,西欧国家和美国的高纤维橙汁、高纤维茶等也很普遍;目前国内汇源公司开发并生产了高纤果汁,北京三元乳业推出了高纤奶。长期饮用能使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖、助控减肥,特别适于中老年人、糖尿病人和肥胖者饮用。在饮料中应用,有如下特性:(1)、饮用添加水溶性膳食纤维的饮料,能使饮用者吸收各营养成份的同时,增强饱腹感,减少对热量物质的摄入量,长期饮用能显著助控减肥,特别适合中青年肥胖者饮用;
(2)、在饮料中使用水溶性膳食纤维后,可使饮料中其它微粒均匀分布溶液中,不易产生沉淀和分层现象;
4.水溶性膳食纤维在婴幼儿食品中的应用
婴幼儿特别是断乳后体内双歧杆菌骤减,导致腹泻厌食、发育迟缓,营养成分的利用率降低;食用水溶性膳食纤维食品,可以提高营养素的利用率和促进对钙、铁、锌等微量元素的吸收。
四、膳食纤维的发展趋势
膳食纤维在我国的应用研究才刚起步,基础研究比较薄弱,应用研究也处于比较低的水平,因此,关于膳食纤维的研究将朝着以下几个方向进行:
1.加强膳食纤维的基础研究20年来,我国膳食纤维的研究主要集中在膳食纤维的制备方面,一些基础研究比较薄弱,如膳食纤维的改性研究、膳食纤维的检测分析研究、膳食纤维的生理功能的机理研究等,这方面的研究还有待加强。
2.扩大膳食纤维的应用范围的研究从我国食品添加剂管理方面的法规而言,现在的膳食纤维还没有一个合法的身份,这必然使得相关的应用研究受到较大的限制。随着科学技术的不断进步,人们对膳食纤维的安全性的认识也越来越深入,膳食纤维的应用范围也必将越来越广阔,膳食纤维的应用研究也必将得到迅猛发展。
3.加强膳食纤维来源的研究目前,膳食纤维的来源基本上来源于小麦、大豆、甘蔗、菊芋、瓜胶等,而我国除此之外还有很多的粮食作物未得到充分的开发应用,有针对性的加强膳食纤维来源的研究,将对我国食品工业的发展有非常重要的促进作用。五.结语
随着人们对膳食纤维与人体健康关系的认识的不断深入,一些高纤食品越来越来受到大众的青睐,我们有理由相信,膳食纤维将成为21世纪最具开发力的营养素之一。
【参考文献】
[1] 《膳食纤维在食品加工中的应用与研究进展》
[2] 《膳食纤维及其在食品中的应用》 [3] 《膳食纤维及其生理功能的探讨》