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2024年5月27日发(作者：嵇碧萱)

环氧乙烷气体对灭菌物品包装材

料穿透力的实验研究

环氧乙烷气体对灭菌物品包装材料

穿透力的实验研究

孙汝顾健

摘要本研究表明,当环氧乙烷剂量为800m g L,在42℃、相对湿度60%以

上、灭菌室气压为-15kPa的条件下,作用8小时,对50层棉布、40层牛皮纸、40层

马粪纸、20层瓦楞纸板、50层聚乙烯薄膜、50层聚氯乙烯薄膜全部穿透,对50层

玻璃纸仅穿透了11层,而对0108mm厚

的护卡膜(PET・EVA1层也未能穿透。

关键词环氧乙烷穿透力灭菌

EXPER I M ENTAL STUD IES ON P IERC ING F ORCE F OR GAS OF EPOX Y

ETHANE T O PASS THR OUGH PACK INGM ATER I AL OF STER I L IZAT I ON

TH INGS.S un R u,Gu J ian.

W hen a do sage of epoxyethane is800m g L,temperature is40℃,relative ham idity is

mo re than60%,air p ressure in sterilizati on room is-15kPa,and effect ti m e is8hours,it w

as carried out that experi m ental stud2 ies on p iercing fo rce in8pack ing m aterials fo r

gas of expoxyethane to pass th rough pack ing m aterial of steril2 izati on th ings.T he

results show ed that50strata co tton clo th s,40strata brow n paper,40strata straw board,

20strata co rrugated paper,50strata po lyvinyl ch lo ride fil m,50strata po lyeth lene fil

m,and11strata glassine paper,have been passed,but1strata PET・EVA have no t been

passed.

Key W ords Epoxyethane P iercing fo rce Sterilizati on

环氧乙烷气体穿透力特强,它不仅能穿透微孔的棉毛织品,还能穿透纸张、

薄纸板、薄塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯等,用环氧乙烷气体能使上述材料包装的内容

物达到灭菌[1]。为详细了解环氧乙烷气体对各种常用的包装材料的穿透力,从而为

实际应用提供具体的科学依据,本文进行了实验研究,现将结果报告如下。

1 材料和方法

111 包装材料

按实用和常用的原则,选用棉布、牛皮纸、马粪纸、瓦楞纸板、玻璃纸、聚乙

烯薄膜、聚氯乙烯薄膜及护卡膜等8种材料,并分别测量各种包装材料每层的厚

度。

江苏省南通市卫生防疫站,南通226006

1997—04—01收稿 1997—04—28修回112 灭菌效果指示剂

11211 化学指示卡天津大学研制,指示标识由红色变成兰色表示灭菌合格。

11212 生物指示剂枯草杆菌黑色变种(A TCC9372芽胞菌片(本站微生物检

验室制备,每张染菌量为5×105~5×106cfu。

113 包装

将化学指示卡和生物指示菌片各1片分别置于上述各种包装材料的每一层中进

行严密包装。包装层数除瓦楞纸板和护卡膜为20层外,其余材料均达到40层以

上。包装方法因材料而异,棉布用层层压紧包裹法;牛皮纸用大信封逐层套小信封;对

马粪纸、瓦楞纸板,是将其切成15×15c m的正方形对齐,按需要的层数紧紧叠压在一

起,四周侧面和底面部用铝箔密封数层,并用涤纶胶带粘紧,只留顶部一面让环氧乙烷

气体渗透;对玻璃纸、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、护卡膜几种材料,则用高温层层

烫封。

114 灭菌

将各种包装材料密封好的试验包集中到一个打了许多孔隙的大纸箱中,随同其

它需要灭菌的一次性使用医疗用品等物品一起放置于环氧乙烷消毒灭菌柜内灭菌

(消毒灭菌柜由杭州电达消毒设备厂生产,HDX—10型,10M3。灭菌按常规程序操作,

环氧乙烷剂量为800m g L,灭菌室最高温度为42℃,相对湿度为60~80%,灭菌室气压

为-15kPa,灭菌持续8小时。

115 灭菌效果监测及评价

待环氧乙烷气体驱散后,将8种包装材料的试验包分别逐层打开,观察化学指示

卡是否变色并作好记录,同时将生物指示菌片做上材料品种和层数记号,送微生物检

验室作无菌试验[2]。凡化学指示卡标识由红色变为兰色,且无菌试验灭菌概率达到

9919999%者,即判为灭菌合格,表明该层材料已被环氧乙烷气体所穿透;否则判为不

合格,即表明该层材料未被环氧乙烷气体所穿透。无菌试验均设阴性和阳性对照。

2 结果

经环氧乙烷灭菌后,8种包装材料中,除玻璃纸和护卡膜之外的6种材料,实验包

中所有层数里的化学指示卡全部由红色变成兰色,生物指示菌片放营养肉汤管中培

养7天以上,全部无菌生长,说明已全部被环氧乙烷气体所穿透;实验50层玻璃纸,被

穿透11层;实验20层护卡膜,1层也未穿透。环氧乙烷气体对8种实验材料穿透的

厚度,以瓦楞纸板最大,>140mm,其次为马粪纸、棉布、牛皮纸等,穿透厚度较小的是

玻璃纸,为0111mm,护卡膜1层也未穿透(见附表。

附表环氧乙烷气体对8种包装材料的穿透情况

材料名称实验层数穿透层数每层厚度

(mm

穿透厚度

(mm

棉布50500150>2510牛皮纸40400118>712马粪纸40400183>3312瓦楞纸板

2021710>14010玻璃纸5聚乙烯薄膜50500102>110聚氯乙烯薄膜

50500102>110护卡膜200010803 讨论

311 环氧乙烷可用于各种物品的熏蒸消毒或灭菌,尤其多用于一次性使用的医

疗用品的灭菌与皮毛工业的消毒,也可用于医院对忌热忌湿物品的灭菌与卫生防疫

消毒[2],应用范围日趋广泛。环氧乙烷的蒸气压比较大,对消毒物品的穿透性强,可以

穿透微孔而达到物品的深部[3],但是,由于不同的物质致密程度不一样,环氧乙烷气体

对它们的穿透力也不一样,所以在选择消毒或灭菌物品的包装材料时,既要考虑到包

装的美观、轻便、密封、经济等因素,更重要的是要看它是否能被环氧乙烷气体所

穿透,从而使包装内容物达到消毒或灭菌的要求。本文实验的8种材料,环氧乙烷气

体最易穿透的是瓦楞纸板,其次是马粪纸、棉布、牛皮纸,对聚乙烯、聚氯乙烯的穿

透力也较好,这些材料都可以单独或者配合起来作为消毒灭菌物品的包装。

312 环氧乙烷气体并非无坚不穿,对某些物质多层叠在一起亦不能一穿到底。

如笔者在实际工作中就遇到一例用护卡膜压封的人造皮肤产品,经环氧乙烷反复灭

菌后,产品上仍可检测到细菌,后经多方寻找原因,才发现是包装材料的问题。目前市

售的护卡膜为PET涤纶树脂(聚对苯二甲酸乙二酯和EVA 树脂(乙烯—醋酸乙烯共

聚物的复合材料,具有光滑透明、低温不裂、耐高温、耐老化、密封性好等优点,但

环氧乙烷气体很难穿透。本文实验用的护卡膜,一层仅0108mm厚,即阻止了环氧乙

烷气体的穿透。如果非用护卡膜作灭菌物品的包装材料不可,则必须先灭菌,而后封

口,否则达不到预期效果。对某些材料,如玻璃纸,包装层数不可无限制的增加,在本文

的实验中,玻璃纸在加厚到第12层时,环氧乙烷气体即不能使化学指标卡充分变色。

313 过去认为,用塑料薄膜包装的物品应灭菌后再密封[2],但从本文的实验结

果来看,在实际工作中,如使用环氧乙烷灭菌器,对于聚乙烯、聚氯乙烯这样的包装材

料,完全可以先密封后灭菌。另外,如用聚乙烯和聚氯乙烯薄膜作包装材料,在实际中

一般不必考虑包装的层数太多会影响消毒灭菌效果。当然更可不必考虑瓦楞纸板、

棉布、马粪纸、牛皮纸等材料的层数太多会对消毒灭菌效果产生影响。

314 作为专门从事环氧乙烷(下转第302页

负相关关系(P <0101,与刺丝泡不发射率呈极显著的正相关关系(P <0101;而与相

对体长和分裂相细胞比率之间存在Cu 2+剂量增高与反应下降趋势,而相关性差异无

显著性(P >0105;随着Cu 2+浓度的增高,虫体生长呈现阶梯性抑制。

进一步的分析表明,Cu 2+浓度在0~01313m g

L 范围内,相对繁殖率与分裂相细胞比率之间的回

归方程为:

Y δ=615741X +211578,r =018175,P <0101

表明两者之间存在极显著的正相关关系。

3 讨论

T keshelashvili 等[7]研究发现Cu 2+

对细胞DNA

有损伤作用;曹阳等[8]报道CuSO 4・5H 2O 的强致毒剂量可导致ΚDNA 分子

上的某些限制酶P st 靶位点改变;作者最近报道了GSH 含量的降低是Cu 2+对草履

虫急性致死的主要原因之一[6]。本研究发现

浓度与草履虫繁殖之间呈明显浓度2反应关系,

与上述研究结果有一致性。虽然从整体来看,Cu

浓度与分裂相细胞比率之间无明显浓度2反应关系,但在Cu 2+浓度为

0~01313m g L 范围内,分裂相细胞比率与相对繁殖率之间存在明显正相关关系,此现

象进一步说明Cu 2+对虫体繁殖的影响。在Cu 2+浓度达016250m g L 以后,出现散

在的分裂相细胞是由于在环境不利的情况下,草履虫表现出接合生殖,以繁衍后代,维

持种族的生存。此外,研究还发现

Cu 2+对草履虫的生长抑制虽呈阶梯性,但其相关性

无显著性(P >0105,表明草履虫受Cu 2+的生长抑制影响不及繁殖抑制敏感。

本研究还发现Cu

对草履虫繁殖抑制作用的

阈浓度仅为010195m g L ,且在该浓度下其生长发育也受到影响。钟才高等认

为Cu 2+浓度达到

014m g L 时,才会对微生物酶活性及生长速度产生

影响[9];姜礼燔发现Cu 2+在011m g L 时可对某些经济鱼类的味蕾产生影响,在

0107m g L 时可使白鲢

产生回避反应[10]。由此可见,对不同种类的水生物,由于选择的毒作用观察指

标不一样,则产生的毒效应的阈浓度也不同。本研究结果表明草履虫对Cu 2+表现出

较高的敏感性,是一种对水体卫生质量评价的较理想指示生物,繁殖试验则是评价Cu

2+慢性毒性较为敏感的方法。

综上所述,铜对草履虫慢性毒作用机理:一方面

可能是Cu 2+直接作用于虫体的DNA ,从而破坏细胞繁殖有关,另一方面Cu 2+

也可能干扰虫体蛋白质、核酸等生物大分子的合成,使其细胞分裂和生长过程受

阻。

(本文承蒙本站毒理科主任诸茂盛付主任医师审阅,在

此表示感谢!

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10 姜礼燔1几种重金属对鱼类感受器味蕾的渗透影响1

环境科学,1989,10(3:29~32

(上接第268页灭菌器操作的技术人员,不仅要

熟练掌握环氧乙烷灭菌操作程序,熟悉注意事项,还

必须了解环氧乙烷气体对各种包装材料的穿透能力,以便对送来消毒灭菌的物

品进行鉴别,一旦发现不恰当的包装材料或包装形式,应及时提出改进意见,以免灭菌

失败,甚至由此而引起感染事故的发生。

(本实验研究承蒙南通医学院陆守曾教授指导,谨致谢忱。

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272

基于主成分分析和BP神经网络的气体识别方法研究①

魏广芬,唐祯安,余隽

(大连理工大学传感技术研究所,辽宁大连 116023

摘要:本文将主成分分析法与B P算法相结合应用于气体传感器阵列信号的处

理,并以一个由4个SnO2气体传感器组成的阵列为例,对其受到不同浓度的汽车、

酒精二元气体的响应信号进行了分析.结果表明,主成分分析能够在保留测试数据最

大量信息的前提下,给数据有效降维和预分类,以消除样本间的相关性,然后,再将所产

生的新的样本空间作为B P 网络的输入,使之减少网络的输入数,简化网络结构,并在

保持相同正确率的前提下,大大提高网络的学习速率.

关键词:气体传感器阵列,主成分分析(PCA,B P神经网络

1 引言

自从Zarom b和Stetter[1]提出采用灵敏度部分重叠的气体传感器阵列解决

气体传感器的交叉敏和低选择性问题以来,人们对气体传感器阵列的信号处理技术

研究表现了极大兴趣.先后研究了变换最小方差法(TL S[2]、局部模型构造法(PM

B[3]、主成分分析法(PCA[4]等传统模式识别方法,以及误差反向传播神经网络(B

P[5]、自适应共振神经网络(A R T[6]、自组织特征映射神经网络(SO FM[7]等人工

神经网络方法,在气体传感器阵列信号处理中的应用.

B P网络是一种基于误差反向传播算法的神经网络,在气体传感器阵列信号处理

中使用非常广泛[8],但B P网络的训练速率和识别正确率受训练样本的选取、样本

间的相关性和网络结构的影响很大[9].主成分分析(P rinci p al Com ponen t A

nalysis,PCA是一种数据压缩和特征提取的多变量统计分析技术,能够有效去除数据

间的相关性.因此,本文将PCA和B P网络结合起来,首先采用主成分分析法对现有

的样本空间进行某种正交组合变换产生新的学习样本空间,使得新的学习样本空间

维数低、分量间相关性小,并对气体模式进行预分类,然后将新的学习样本空间作为

B P网络的输入,实现气体的浓度识别.

2 识别算法的基本原理

2.1 主成分分析法

主成分分析,是在基本保持原变量信息不变的前提下,通过原变量的少数几个线

性组合2001年12月传感技术学报

第4期

①来稿日期:2001204225

项目: 自然科学重大项目二级课题(59995550-5和S863项目的资助

来代替原变量并揭示原变量之间关系的一种数学分析方法.设使用一个由p 个

不同选择性的气体传感器组成的阵列共测试了n 组数据,R ij 表示第j 个传感器在第

i 次测试时的电阻值,纯净空气中电阻值记为R 0=(R 01,R 02,…,R 0p ,为消除气体传

感器自身漂移的影响,一般采用传感器电阻值的相对变化x ij =R ij -R 0j 组成样本数

据集X =(x ij n ×p .若记X 的协方差阵为2,2的p 个特征值为Κ1≥Κ2≥…≥Κp ≥0,相

应的标准正交化特征向量为V =(l 1,l 2,…,l p ,那么数学上已经证明X 的第i 主成分

为y i =l T i X ,其方差为D Y i =Κi (i =1,2,…,p .所以求X 的主成分就转化为求X 的

协方差阵的特征值和对应的单位正交特征向量.为了衡量各主成分的贡献,定义Κi

∑p

j =1

Κj 为主成分y i 的贡献率,∑p

i =1

Κi ∑p

j =1

Κj 为主成分y i ,y 2,…,y k

的累计贡献率,其中k 为选取的主成分的个数.累计贡献率越大,丢失的数据信息

就越少,但后续处理计算量大,所以通常k 的取值范围以使累计贡献率在70◊~80◊为

宜[10,11]. 在实际应用中,取样本(x ij n ×p 的均值x -=(x 1-,x 2-,…,x p -

、样本协方差阵S =(s ij n ×p 和相关系数矩阵R (r ij p ×p 为样本总体的数学期

望、协方差阵和相关系数矩阵的估计量,其计算公式分别为

x j -=

∑n

i =1

s ij =

n -1∑

k =1

(x k i -x i -(x k j -x j -r ij =

s ij s ii

s j j

其中:i ,j =1,2,…,p ,当i =j 时,s ij =Ρ2

ii =1n -12

k -1

(x k i -x i -2,r ii =1.样本主成分一般是随着度量单位而变化的,当变量的度量单

位不同或单位相同但变化

范围彼此差异很大时,应当考虑变量标准化[10].标准化方法很多,本文采用标准

差标准化方

法,即以

x ij -x j

s j j

代替x ij 进行计算,这样标准化后的x ij 的协方差阵即为其相关系数矩阵.

综上所述,主成分分析法的主要计算步骤如下:(1 原始数据样本集(x ij n ×p 的

标准化.

(2 建立相关系数矩阵R ,求R 的特征值和标准正交特征向量.借助矩阵分析手

段,直接对样本集(x ij n ×p 进行奇异值分解,可以得到(x ij n ×p 的奇异值和R 的标准

正交特征向量V ,(x ij n ×p 的奇异值的平方就是R 的特征值.

B P 网络的计算一般分为模式的前传,期望输出和实际输出的误差计算,误差反

向传播和权值修正三个步骤.输出神经元的期望值一般为0,1(或-1,1[5,12],输出神经

元的一种编码组合就对应一种气体模式(不同浓度不同种类气体的任一组合对应一

种气体模式,若输出神经元数为N ,就对应2N 种气体模式.这样做的优点是输出模式

明确,缺点是当气体模式很多时,训练样本、输出神经元数急剧增大,收敛困难.本文采

用三层网络结构,取Sig 2

392第4期魏广芬,唐祯安等:基于主成分分析和BP 神经网

络的气体识别方法研究

m o id函数为神经元非线性函数,输出层的神经元数代表混合气体的种类数,期

望输出值为各气体的浓度值与所用的测试数据集中气体浓度的最大值的比值(为了

将其限制在0~1范围内,与Sigm o id函数的值域对应,该最大值相当于我们所使用的

传感器的量程.这样可以充分利用神经网络的非线性,输出也不会仅仅限于几种固定

的模式,其检测值更接近于实际情况.

3 实验及识别结果

本文分析的信号是一个气体传感器阵列对不同浓度的酒精、汽油以及酒精

和汽油的混合气体的响应.该传感器阵列由4个SnO2旁热式烧结型元件构成,其中

两个对汽油的灵敏度高,另两个对酒精的灵敏度高.原有数据共四组样本79个[12],从

每组样本中任选5~8个数据组成测试样本集(27个,其余数据组成训练样本集(52个.

3.1 主成分分析结果

我们用M A TLAB语言编写了PCA计算程序,通过计算得到样本数据集相关系

数矩阵

R的特征值和相应特征向量V,Y=X・V即为变换后的新的样本空间,R的特征

值及所解释的方差贡献率见表1.

从表1可知,选用第一、第二两个主成分组成新的样本集就能够代表原始数据

所能提供的信息的98.68%.使用第一、第二主成分作为横纵坐标值,作出气体模式分

类图(见图1,图2.

l1 l2 l3 l4

表1 R的特征值及所解释的方差贡献率

主成分特征值方差贡献率累计方差贡献率

由图1可以看出,主成分分析法将各种气体模式分成了汽油、酒粗、汽油与酒

精的混合

气体三类,类间离散度非常大,没有类重合现象.图2是一次测量的一组数据(共

18种气体模式的PCA分类图,各点的浓度值标识于图中.结合图1和图2可以看出气

体浓度与PCA1,PCA2之间的关系:PCA1体现了气体浓度的高低,随着PCA1值的增

加,气体浓度也逐渐增加:PCA2体现了气体的分类情况,PCA2>0时汽油占多

数,PCA2<0时酒精占多数,并且纯汽油和纯酒精的浓度与PCA1、PCA2呈一定的线

性关系.对此的解释为:PCA1 =X・l1,而l1的各分量大小相当,并且都为正,表明PCA1

的四个传感器响应的总体反映,实际上传感器对气体的响应是随着气体浓度增加而

增大的,故PCA1应当体现气体浓度的高低;PCA2=X・l2,l2前两分量为负,后两分量

为正,表明前两个传感器对酒精的选择性高,后两个传感器对汽油的选择性高,与该传

感器阵列构成相符,故PCA2体现的是气体的分类情况.由此可以看出,使用主成分分

析法可以分析气体传感器的选择性,便于合理设计气体传感器阵列.

492 传感技术学报

2001年

图1

使用主成分分析法得到的气体模式分类图

图2 18种气体模式的分类图

3.2 使用B P 网络进行浓度识别

综合三个网络,总迭代次数为543000,训练样本的识别正确率为76.92%,测试样

本的识别正确率为62.96%.直接使用原始数据建立的B P 神经网络(结构为4,8,2型,

当误差能量函数值也为0.0005时总训练迭代次数为2724000,训练正确率为80.77%,

测试正确率为66.67%.显然,经过PCA 预处理后,网络的收敛速度比未经PCA 处理时

要快得多,而其识别正确率却基本与未处理时持平,继续降低误差能量值,识别正确率

将会提高很多.

592第4期魏广芬,唐祯安等:基于主成分分析和BP 神经网

络的气体识别方法研究

表2 BP 网络的训练和测试结果

BP 网络

训练

测试样本数

识别正确数

识别正确率 %

样

本数

识别正确数

识别正确率 %

训练迭代次数

综合训练识别正确率 %

综合测试

识别正确率 %

132000

图3和图4分别是通过上述方法采用B P 网络识别的气体浓度与实际气体浓度

的比较

原因有传感器的漂移以及温度、湿度等外界因素对气体传感器的影响以及B P

网络训练的总误差能量不够小,B P 网络的非线性函数与气体传感器的非线性响应之

间的相似性比较差等.降低B P 网络训练时的总误差能量,采用与气体传感器非线性

响应相似性较高的非线性函数作为B P 网络的神经元非线性函数,并且将传感器的

漂移、温度和湿度的变化也纳入主成分分析中,识别误差将会大大减少,限于篇幅,本

文不讨论这些问题.

图3 识别浓度与实际浓度的散点图比较

4 结论

本文将主成分分析法和B P 神经网络方法相结合,对一组测试数据进行了

预分类和浓度识别.结果表明,主成分分析法能够在保留数据最大量信息的前提下,对

数据进行维数压缩和有效预分类,消除B P 网络输入间的相关性,减少网络的输入数,

简化网络结构,提高网络学习速率,使用B P 神经网络能够对气体的浓度进行识别.

92 传感技术学报

2001年

第 4 期魏广芬, 唐祯安等: 基于主成分分析和 BP 神经网络

的气体识别方法研究 297 图 4 识别浓度与实际浓度的残差散

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2 传感技术学报

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D alian, L iaon ing 116023 P. R. Ch ina w o rk w ere u sed fo r p rocessing signa ls of a

ga s sen so r a rray con sisted of 4 SnO 2 ga s sen 2 . so rs T he respon ses of the a rray to

ga so line, ethano l, and m ix tu re of ga so line and ethano l . w ere ana lyzed w ith the

PCA and B P in series T he resu lt s show ed tha t PCA can g ive a hanced g rea t ly due

to the num ber of the B P inp u t s is reduced. good cla ssifica t ion fo r the ga ses, reduce

the d i en sion of da ta, and eli ina te the da ta co r2 m m rela t ion w ith reta in ing the m

o st info rm a t ion. T he new sam p le sp ace p roduced by PCA is em p loyed a s the inp

u t s of B P netw o rk. H ence, to the sam e recogn it ion righ t 2ra te, the con 2 Key

words: ga s sen so r a rray; P rincip a l Com ponen t A na ly sis ( PCA ; B P neu ra l netw

o rk 作者简介 Abstract: P rincip a l Com ponen t A na ly sis ( PCA and B ack 2P rop aga

t ion (B P neu ra l net 2 st ruct ion of B P netw o rk is si p lified, and the convergen t sp

eed of the B P netw o rk is en 2 m 魏广芬: 大连理工大学传感技术研究所, 在读博士生.

唐祯安: 大连理工大学传感技术研究所所长, 教授, 博士生导师.

文章编号:

环氧涤纶层压玻璃布管及耐酸特性的研究

黄飞,吴泽,张显友

(哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江省,哈尔滨,150040

摘要:本文利用湿法缠绕工艺在远红外光下固化成型技术,制造出环氧涤纶层压

玻璃布管,通过涤纶良好的耐腐蚀特性来达到防腐的目的,从而减少局部放电和泄漏

电流,提高绝缘强度。

关键词:环氧涤纶层压玻璃布管湿法缠绕工艺SF6断路器防腐

中图分类号:TQ323.4 文献标志码:A

Studay on Epoxy-polyester-fiber layer-pressing glass pipe

and the character of its’s resistance to SF6

Huang Fei,Wu Ze ,Zhang Xianyou

(School of material science and engineering,Haerbin University of Science and

Technology , Heilongjiang,

Haerbin ,150040

Abstract: This paper attempts to take advance of wet-winding craft which is

solidified in infrared ray and make epoxy –polyester-fiber layer-pressing glass pipe

which can achieve little partial discharge and leak electricity and raise insulating grade by

polyester-fiber/s anticorrosive character.

Keywords:Epoxy-polyester-fiber layer-pressing glass pipe Wet-winding craft SF6

breaker anti-corrosion

随着高压电器的发展,传统断路器的灭弧方法、灭弧介质和灭弧材料已满足不

了日益发展的需要,如80年代广泛使用的少油断路器和空气断路器的缺点逐渐显

露。经过长期的研究后,人们发现SF6具有良好的绝缘、灭弧和热传导三大特性,是

一种极好的灭弧介质,且SF6断路器不必采用大气体压力和大量串联断口,于是便有

SF6断路器时代的到来,并成为当今世界发展的主流 [1]。

但是SF6断路器却存在一个技术问题,即腐蚀问题。常温下SF6气体化学性能

稳定, 500℃下也不分解,但是在高压电弧下易分解生成SF4,而SF4是强活性化合物,

遇到水分时起化学反应生成氢氟酸,氢氟酸可同玻璃纤维中的SiO2,从而侵蚀玻璃钢

表面、

收稿日期:

作者简介:黄飞,男,毕业于哈尔滨理工大学,硕士,主要从事绝缘材料方面的研

究。

项目:黑龙江省自然科学 ,编号E9801 降低表面电阻、增加泄露电流,导致电

性能劣化,也使力学性能下降[2-4]。对此国内外科研人员进行了多年的努力,目前国

外对于SF6断路器及其绝缘制件的技术已经成熟,基本解决了腐蚀问题,如瑞士的

Micafil公司和Cellpack公司、法国的A-A公司等,普遍采用玻璃纤维层压管外包聚

脂布,聚脂布能很好的起到防腐的作用。我国对SF6断路器的研究起步晚,与国外相

比我国还相差很大一段距离,主要体现在绝缘材料的质量不过关,抗腐蚀性差,从而使

绝缘强度低及局部放电量和泄露电流量大[5],这严重阻碍了我国SF6断路器的发展,

所以有待进一步提高。

1 实验部分

1.1 实验仪器和试剂

仪器:湿法缠绕长管机;远红外加热设备;烘箱;脱管机;砂轮;切割机;车床;

SWJ5000型材料实验机; NDJ-1型旋转黏度计; 局放检测设备

试剂:环氧E-51(即环氧618;HK021;

苄基二甲胺;DMP-30;涤纶;玻璃纤维

1.2 实验方法

采用环氧树脂—液体酸酐—胺类体系(组分一和环氧树脂—液体酸酐—HK021

体系(组分二两种不同的体系进行凝胶实验和黏度实验,再分别利用这两种体系为黏

合剂,以玻璃布为增强材料,涤纶绸布为增强隔离材料, 在湿法带绕远红外线加热设备

上固化成型,将所的成品制成所需的试样,再进行电击穿、冲击强度和局部放电实

验。

2 实验结果与讨论

2.1 凝胶时间对配方的影响

通过对环氧树脂-液体酸酐-苄基二甲胺胶粘体系和环氧树脂-液体酸酐-DMP30

胶粘体系的实验,将两组凝胶时间数据绘制成时间与温度曲线(如图1,从图中分析得

出

100

120

5678910111213t (m i n

时间T (

温度℃

图1两条胶凝时间随温度曲线

如下规律:①随着温度的升高,胶粘体系胶凝时间逐渐减少;②由图1可以看出,

在80℃以下胶粘体系随温度升高急剧下降,在80℃以上体系随着温度变化逐渐缓

慢;③上述

两种体系的胶凝时间对比可以看出,苄基二

甲胺体系的胶凝时间一般较DMP-30体系的胶化时间短,如果在粘胶体系的性

能无很大影响的话,当然应选择胶凝时间短的体系,因为这样可以缩短生产工艺过程,

增加效率。

2 体系粘度对配方的影响

通过上述两组体系不同比例的粘度的测定,然后将两组分数据中第三号实验绘

制成粘度与温度曲线(如图2通过对图2及

η(M p .s

粘度T(

温度℃

图2两组分中的各自第三号实验中粘度与温度曲线

两组分实验数据分析,可以得出以下规律:

①随着温度的升高,体系的粘度逐渐降低,且在80℃以下,体系粘度随着温度的升

高急剧降低,在80℃以上,体系的粘度随着温度的升高变化缓慢;②从两组实验中可

以看出,各组实验中第三号实验体系粘度为最小值。在对性能无大的影响下,应选择

粘度稍低的体系,这样有利于气体的排除。

2.3 冲击强度与电击穿强度对配方的影响

通过对不同组分实验的研究,将所得实

验数据绘制成表1和表2。从表中我们可以得出如下规律:①第一组比第二组的

冲击强

表1 组分一的击穿强度和冲击强度表

度和电击穿强度要稍微高一点,故选取时优先考虑第一组的配方;②冲击强度和

电击穿

表2 组分二的击穿强度和冲击强度表

剂和促进剂的比例一定时,其性能可以达到一个最大值。 2.4 耐酸性对比实验

环氧涤纶玻璃布管耐SF 6特性即为其耐酸性,因为断路器中不可避免地含有少

量的水分,所以SF 6在高压电弧下的分解物和水分会有反应。所以模拟HF 酸环境,

将环氧玻璃布管和环氧涤纶玻璃布管在其环境中进行对比实验(如从图3。从图中

可以知道

局部放电量(P C

时间(h

图3 环氧涤纶层压玻璃布管和环氧玻璃布管局放图

环氧涤纶层压玻璃布管在长期的酸性条件

下其局部放电量也变化很小,虽然也有增大,但总体影响很小,仍然满足要求。而

玻璃布层压管则由于抗酸性小,局部放电量急环氧涤纶具有良好的抗腐蚀性特性。

3 结论

综合分析了不同配方的凝胶时间、粘

度、冲击强度及电击穿强度的性能,按择优配方原则,本实验最后确定了粘胶材

料为环氧树脂-液体酸酐-苄基二甲胺体系。并利用此体系制造出的环氧涤纶层压玻

璃布管,通过抗酸性实验说明其具有很好的耐酸性,从而达到防腐的目的,并由此可以

减少局部放电和泄漏电流,提高绝缘强度。

参考文献

[1] 张显友、陈伟,高压电器耐SF 6新型绝缘材料的研究进展《绝缘材料通

讯》,2000,2:21-24。 [2] 赵世琦,高压绝缘材料的开发与应用,《绝缘材料通

讯》,1999,2:1-4。

[3] 龚应安、于萍、罗运柏,电气绝缘材料的性能与研究,《绝缘材料通

讯》,1998,2:37-41。

[4] 郑殿春,《气体绝缘》,东北农业大学出版社。 [5] 赵利生,高压开关复合绝缘

与固体绝缘结构技术的应用与发展,《绝缘材料》,2001,6:18-21。