更换和维护防沙网的方法和防沙网的评估方法

摘要

本发明涉及一种便于更换和维护防沙网的方法，包括：(1)测定防沙网所在地的年紫外光辐射总量A紫外和年平均温度t2；(2)将所述防沙网进行加速老化‑冷凝循环，并定期进行拉伸强度测试，获得所述防沙网的拉伸强度低于其预定极限值时进行的加速老化时间T；(3)计算所述加速老化‑冷凝循环测试中对应于自然老化年的加速老化‑冷凝循环时间S=A紫外÷b÷2(t1‑t2)/10×N；其中，b＝加速老化辐照度，t1＝加速老化温度，N＝加速老化的紫外光照时间系数；(4)根据下式获得所述防沙网的使用寿命M=T÷S；(5)依照所述使用寿命M，按期更换和/或维护防沙网。本发明所述方法尤其适合于西北沙漠及沙漠化地区沙害的防治。

权利要求

1.一种按期更换和/或维护防沙网的方法，所述方法包括：(1)测定防沙网所在地的年紫外光辐射总量A紫外和年平均温度t2；

(2)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环，并定期进行拉伸强度测试，获得所述防沙网的拉伸强度低于其预定极限值时进行的加速老化时间T；

(3)计算所述加速老化-冷凝循环测试中对应于自然老化年的加速老化-冷凝循环时间S：S＝A紫外÷b÷2(t1-t2)/10×N其中，b＝加速老化辐照度，

t1＝加速老化温度，

N＝加速老化的紫外光照时间系数，其中，所述加速老化的紫外光照时间系数N等于加速老化-冷凝循环总时间与加速老化的紫外光照时间的比值；

(4)根据下式获得所述防沙网的使用寿命M：M＝T÷S；

(5)依照所述使用寿命M，按期更换和/或维护防沙网。

2.如权利要求1所述按期更换和/或维护防沙网的方法，其特征在于，年紫外光辐射总量A紫外按照国际出版社CIE NO.85所述确定：A紫外＝A×0.1098

其中，A＝防沙网所在地的年太阳辐射总量。

3.如权利要求1所述按期更换和/或维护防沙网的方法，其特征在于，所述加速老化辐照度b＝B×k：其中，B＝加速老化中使用的荧光-紫外灯的设定辐照度；

k＝传感器测试区占灯管有效波长的比例系数。

4.如权利要求1所述按期更换和/或维护防沙网的方法，其特征在于，所述预定极限值取决于防沙网所在地的风沙强度和风力环境及其受到的最大风阻。

5.一种评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，所述方法包括：(1)测定防沙网所在地的年紫外光辐射总量A紫外和年平均温度t2；

(2)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环测试，测定对应于自然老化年的加速老化-冷凝循环时间S：S＝A紫外÷b÷2(t1-t2)/10×N其中，b＝加速老化辐照度，

t1＝加速老化温度，

N＝加速老化的紫外光照时间系数，其中，所述加速老化的紫外光照时间系数N等于加速老化-冷凝循环总时间与加速老化的紫外光照时间的比值；

(3)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环测试，时间为T：T＝S×M

(4)测定加速老化后防沙网的拉伸强度；

(5)如果步骤(4)的拉伸强度大于或等于预定极限值，则防沙网在所在地能达到使用寿命M；如果步骤(4)的拉伸强度小于预定极限值，则防沙网在所在地不能达到使用寿命M。

6.如权利要求5所述评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，其特征在于，年紫外光辐射总量A紫外按照国际出版社CIE NO.85所述确定：A紫外＝A×0.1098

其中，A＝防沙网所在地的年太阳辐射总量。

7.如权利要求5所述评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，其特征在于，所述加速老化辐照度b＝B×k：其中，B＝加速老化中使用的荧光-紫外灯的设定辐照度；

k＝传感器测试区占灯管有效波长的比例系数。

8.如权利要求5所述评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，其特征在于，所述预定极限值取决于防沙网所在地的风沙强度和风力环境及其受到的最大风阻。

说明书

更换和维护防沙网的方法和防沙网的评估方法

技术领域

[0001] 本发明属于防沙治沙技术领域，具体涉及一种便于更换和维护防沙网的方法，以及防沙网的评估方法；本发明所述方法尤其适合于西北沙漠及沙漠化地区沙害的防治。技术背景

[0002] 我国沙漠、戈壁、风蚀地和沙漠地167万Km2,占我国陆地面积的17.4%，是受风沙危害最严重的国家之一，严重威胁了我国生态安全以及社会经济的可持续发展。

[0003] 特别是随着我国西部大开发进程的加速，沙漠地区兴建了高速铁路、公路、矿井、卫星发射场等重大基础设施，如何防治这些重点工程、设备免受风沙的侵蚀已成为目前国家、地方政府和工程单位急需解决的难点问题。

[0004] 各种防沙治沙项目中，各种类型的防沙网发挥了重要作用。特别是塑料材质的防沙网是近年来使用较多的防沙材料，与传统的芦苇、麦草相比，这些材料具有成本低、可重复使用、方便施工和装运、可工业化生产等优点。但是防沙网在户外使用时，受光、热、氧气等环境因素的作用易发生老化，致使防沙体系出现不等时、不等量的破损甚至失效；而防沙网地处偏远、环境恶劣，人们又不可能时刻守护在防沙网周围，也不可能经常去看看是否需要更换，不利于维护和更换，而且频繁地更换，成本太高。

[0005] 为方便防沙网的维护和更换，人们需要了解防沙网的使用寿命。而目前还没有一种准确预知塑料网的使用寿命的方法，致使产品的管护和更换周期无法确定，难以实施有效的监测和管护，也难以确保材料达到最大使用价值，国家每年需要投入大量的人力物力来建设和维护防沙体系。

[0006] 对此，通过对防沙网的老化性能和使用寿命的研究，建立一种防沙网使用寿命实验室模型，以评估防沙网在特定地区的老化规律。这样，本领域的技术人员就可以准确、按期进行防沙网的维护和更换，大大提高防沙体系的管理效率、减少防沙网管护工作量。本发明所述方法还便于技术人员快速、准确地估算防沙网的使用寿命，调整技术方案以期达到所需要的使用寿命。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种方便更换和维护防沙网的方法，主要解决由于预先不知道防沙网其老化失效时间，而无法合理安排管理，按时按需的更换和/或维护防沙网。

[0008] 本发明另一目的是提供一种评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，可用于设计或选择符合防沙网所在地使用寿命要求的防沙网。

[0009] 为此，本发明一方面提供一种按期更换和/或维护防沙网的方法，所述方法包括：

[0010] (1)测定防沙网所在地的年紫外光辐射总量A紫外和年平均温度t2；

[0011] (2)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环，并定期进行拉伸强度测试，获得所述防沙网的拉伸强度低于其预定极限值时进行的加速老化时间T；

[0012] (3)计算所述加速老化-冷凝循环测试中对应于自然老化年的加速老化-冷凝循环时间S：

[0013] S=A紫外÷b÷2(t1-t2)/10×N

[0014] 其中，

[0015] b＝加速老化辐照度，

[0016] t1＝加速老化温度，

[0017] N＝加速老化的紫外光照时间系数；

[0018] (4)根据下式获得所述防沙网的使用寿命M：

[0019] M=T÷S；

[0020] (5)依照所述使用寿命M，按期更换和/或维护防沙网。

[0021] 在本发明的一个实施方式中，年紫外光辐射总量A紫外按照国际出版社CIENO.85所述确定：

[0022] A紫外＝A×0.1098

[0023] 其中，A＝防沙网所在地的年太阳辐射总量。

[0024] 在本发明的一个实施方式中，所述加速老化辐照度b＝B×k：

[0025] 其中，

[0026] B＝加速老化中使用的荧光-紫外灯的设定辐照度；

[0027] k＝传感器测试区占灯管有效波长的比例系数。

[0028] 在本发明的一个实施方式中，所述加速老化的紫外光照时间系数N等于加速老化-冷凝循环总时间与加速老化的紫外光照时间的比值。

[0029] 在本发明的一个实施方式中，所述预定极限值取决于防沙网所在地的风沙强度和风力环境及其受到的最大风阻。

[0030] 本发明另一方面提供一种评估防沙网在所在地能否达到使用寿命M的方法，所述方法包括：

[0031] (1)测定防沙网所在地的年紫外光辐射总量A紫外和年平均温度t2；

[0032] (2)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环测试，测定对应于自然老化年的加速老化-冷凝循环时间S：

[0033] S=A紫外÷b÷2(t1-t2)/10×N

[0034] 其中，

[0035] b＝加速老化辐照度，

[0036] t1＝加速老化温度，

[0037] N＝加速老化的紫外光照时间系数；

[0038] (3)将所述防沙网进行加速老化-冷凝循环测试，时间为T：

[0039] T=S×M

[0040] (4)测定加速老化后防沙网的拉伸强度；

[0041] (5)如果步骤(4)的拉伸强度大于或等于预定极限值，则防沙网在所在地能达到使用寿命M；如果步骤(4)的拉伸强度小于预定极限值，则防沙网在所在地不能达到使用寿命M。

[0042] 在本发明的一个实施方式中，年紫外光辐射总量A紫外按照国际出版社CIENO.85所述确定：

[0043] A紫外＝A×0.1098

[0044] 其中，A＝防沙网所在地的年太阳辐射总量。

[0045] 在本发明的一个实施方式中，所述加速老化辐照度b＝B×k：

[0046] 其中，

[0047] B＝加速老化中使用的荧光-紫外灯的设定辐照度；

[0048] k＝传感器测试区占灯管有效波长的比例系数。

[0049] 在本发明的一个实施方式中，所述加速老化的紫外光照时间系数N等于加速老化-冷凝循环总时间与加速老化的紫外光照时间的比值。

[0050] 在本发明的一个实施方式中，所述预定极限值取决于防沙网所在地的风沙强度和风力环境及其受到的最大风阻。

[0051] 采用本发明提供的更换和维护防沙网的方法其有益效果在于：

[0052] (1)将本发明提供的方法应用于防沙网产品的寿命估算，可以有效地引导本领域的技术人员准确的、按期地更换防沙网，节省了大量的劳动力、时间和成本；

[0053] (2)可以为防沙网的寿命检验和选择提供一种方法，方便生产单位、工程单位对防沙网的检验的选择，而且还可以为研究开发人员提供一种防沙网技术研究和试验方法，更加高效地开展防沙网老化性能和使用寿命的研究。

[0054] 本发明的其它优点、目的和特征将在下面的描述中得到部分陈述，并且对于本领域一般技术人员来说，在审阅了下面的说明之后，将会部分了解本发明，或者是从本发明的实践中得到启示。由说明书及其权利要求所特别指出的方式可以实现并获得本发明的目的和其它优点。

具体实施方式

[0055] 在本说明书中使用以下术语时，它们具有下面给出的定义：

[0056] 在本文中，“使用寿命”是指防沙网的拉伸强度低于预定极限值时，所述防沙网处于所在地的时间(单位，小时、天、或年)。

[0057] 在本文中，“加速老化-冷凝循环测试”是指按GB/T16422.3《塑料实验室光源暴露实验方法第三部分荧光紫外灯》标准进行，选用UV-340管或UV-313模拟日光的紫外光谱分布，在60℃下光照8h或4h（模拟沙漠白天的光辐射状态），然后在50℃下冷凝4h（模拟沙漠夜间的无辐射状态）由此循环进行的测试。

[0058] 在本文中，防沙网拉伸强度的“预定极限值”取决于其所在地的风力强度、风沙环境以及防沙网所受的最大风阻。

[0059] 本发明主要采用以下基本原理：通过建立防沙网使用寿命评估方法，快速有效的测算或评价防沙网的老化性能和使用寿命，从而据此进行防沙网的更换和/或维护。

[0060] 本发明提供的防沙网使用寿命评估方法主要针对引起防沙网老化的关键因素——“紫外光和温度”、并结合沙漠夜晚的凝露而建立。本发明建立了沙漠实际紫外光、温度环境与实验室加速老化试验紫外光、温度间的数学关系，采用标准的实验室加速老化试验方法试验出试验条件下的老化时间，并采用本发明的数学关系式计算出使用寿命。

[0061] 可以理解，无论是本发明前述的一般性描述还是下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在对如权利要求所要求的本发明提供进一步解释。

[0062] 在本发明中，所述的防沙网寿命估算主要有二个内容：

[0063] （1）按实验室加速老化试验标准对防沙网进行加速老化试验，得到到达老化临界点时的加速老化时间值T；

[0064] （2）根据本发明建立的实验室加速老化时间T（小时）、自然老化一年（365天）对应所需的加速老化时间S（小时）之间的关系公式计算防沙网在规定使用条件下的老化时间即使用寿命M：

[0065] M=T÷S（年）。

[0066] 在本发明中，该关系公式及其变化公式可用于不同的应用场合：

[0067] (1)M=T÷S

[0068] 用来计算防沙网材料应用在特定环境下的使用寿命，可用于对未知材料在某个环境下的使用寿命的评估，来确定其维护和更换的周期，或用于材料的开发与性能研究；

[0069] (2)T=M×S

[0070] 用来对已知使用环境和要求的使用寿命的材料，进行实验室加速老化试验所需时间的确定，可用于对材料的检验和选择。

[0071] 本发明建立的自然老化一年（365天）对应所需实验室加速老化-冷凝循环时间S之间的关系：

[0072] S=A×1000×0.1098÷b÷2(t1-t2)/10×N

[0073] 其中：

[0074] A为某沙漠的年太阳光辐射总量，单位KW·h/m2。(通过百度百科检索得到某沙漠的年太阳光辐射总量为P千卡/平方厘米，1KW·h/m2＝859.9712千卡/平方米)，[0075] A紫外＝A×1000×0.1098＝某沙漠的年紫外光辐射总量，单位

[0076] W·h/m2，

[0077] b为加速老化试验辐照度，单位W·h/m2，

[0078] t1为加速老化试验温度，

[0079] t2为某沙漠的年平均温度，

[0080] 2(T1-T2)/10为试验温度条件下相比实际温度的加速老化倍数，

[0081] N为紫外光照与冷凝试验时间系数。

[0082] 本发明中某沙漠的年紫外光辐射总量公式按以下得出：

[0083] 按国际出版社CIE NO.85给定，紫外区290-320nm占太阳总辐照的0.6%，320-400nm占10.38%，合计紫外区占10.98%，而沙漠年太阳辐射总量为A(KW·h/m2)，因此沙漠地区的年紫外辐射能量为A×1000×0.1098

[0084] (W·h/m2)。

[0085] 本发明所说的加速老化试验辐照度b(W·h/m2)如下确定：

[0086] 根据荧光-紫外灯的设定辐照度为B(W·h/m2)，而传感器测试区占灯管有效波长的比例系数为k（由荧光-紫外老化箱生产厂家设定），所以加速老化试验实际辐照度b=k×B(W·h/m2)。

[0087] 本发明所说的加速老化试验按GB/T16422.3《塑料实验室光源暴露实验方法第三部分荧光紫外灯》标准进行：

[0088] (1)选用UV-340管或UV-313模拟日光的紫外光谱分布，

[0089] (2)在60℃下光照8h或4h（模拟沙漠白天的光辐射状态），

[0090] (3)在50℃下冷凝4h（模拟沙漠夜间的无辐射状态），

[0091] (4)循环进行上述步骤(3)和(4)。

[0092] 由于UV340荧光紫外灯与太阳光紫外光谱吻合性好、而UV313荧光紫外灯试验条件更严酷，因而可用UV340灯进行防沙网寿命的评估和检验，用于按期更换和/或维护防沙网的方法。而用UV313灯进行防沙网寿命设计试验则更可靠。

[0093] 根据目标使用地昼夜时间的比例设定紫外光照的试验时间，一般设置为8h、白天时间较短的可设置为4h，冷凝试验时间为4h。

[0094] 本发明采用拉伸性能评价法或其他方法确定试样达到老化临界点所需的时间T。其中，拉伸性能试验按GB/T3923.1《织物断裂强力和断裂伸长率的测试条样法》进行，测试试样的断裂强度和断裂伸长率：

[0095] 样品大小50mm×200mm，夹距100mm，拉伸速度100mm/min；

[0096] 其中，老化临界点的强度设置不小于防沙网使用条件下允许的最低极限强度。

[0097] 以下，发明人提供具体的实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但是，本发明要求保护的范围并不限于此。以下具体实施方式仅用于举例说明的目的。

[0098] 实施例1

[0099] 某单位采购一种防沙网，用于防沙工程中，但不知该防沙网的老化性能和使用寿命，需要对其进行使用寿命评估，以便按期更换和维护防沙网。根据防沙网使用所在地的最大风力强度、风沙环境以及防沙网所受的最大风阻，确定防沙网的极限使用强度(即，预定极限值)为20N/50mm。

[0100] 根据百度百科检索得到腾格里沙漠地的年太阳辐射总量150千卡/平方厘米,根据换算关系：1KW·h/m2＝859.9712千卡/平方米，计算得到该防沙工程所在地年太阳辐射总量A=150×10000÷859.9712=1744(KW·h/m2)，沙漠年平均气温7.8℃。

[0101] 第一步，加速老化试验：将尺寸为50mm×200mm的普通HDPE网试样放置在荧光-紫外灯加速老化试验箱中进行加速老化试验，UV340荧光紫外灯设定的辐照度为9.8(W·h/m2)，k为1.5，光照温度60℃时试验时间8小时，冷凝温度50℃时试验时间4小时，以此进行循环试验。

[0102] 第二步，试样测试：定期将试样从老化试验箱中取出进行拉伸性能测试，直至试样的拉伸强度测试值到达20N/50mm以下时加速老化试验停止，此时得到试样到达极限使用强度时的实验室加速老化时间T=3000h。

[0103] 第三步，计算在该防沙工程地使用一年时自然老化对应的实验室加速老化时间S：

[0104] S=A×1000×0.1098÷b÷2(t1-t2)/10×1.5

[0105] =1744×1000×0.1098÷（9.8×1.5）÷2（60-7.8）/10×1.5

[0106] =524.26h

[0107] 第四步，计算该防沙网在该防沙工程中的使用寿命M：

[0108] M=T÷S=3000÷524.26=5.72（年）

[0109] 该防沙网在该防沙工程中的使用寿命为5.72年，相当于2088天，也即在2088天后该防沙网需要更换。

[0110] 实施例2

[0111] 某铁路防沙工程，当地的年太阳辐射总量2166kw.h/㎡、年平均气温6.3℃。按照设计要求，该工程设计防沙网使用寿命5年，防沙网极限使用强度30N/50mm，需要通过试验评估防沙网在该地区的使用寿命，以确定准确的更换时间，并保证在更换时间内不老化失效。

[0112] 第一步：计算防沙网在该地使用一年对应的实验室试验时间S：

[0113] S=A×1000×0.1098÷b÷2(t1-t2)/10×1.5

[0114] =2166×1000×0.1098÷（9.8×1.5）÷2（60-6.3）/10×1.5=586.82h。

[0115] 其中，如下文所述，加速老化-冷凝循环测试的光照温度t2为60℃。

[0116] 第二步：计算5年使用寿命对应的试验时间

[0117] T=S×5=2934h

[0118] 第三步：加速老化试验

[0119] 将尺寸为50mm×200mm的防沙网放置在荧光-紫外灯加速老化试验箱中进行加速2
老化试验，UV340荧光紫外灯设定的辐照度为9.8(W·h/m)，k为1.5，光照温度60℃时试验时间8小时，冷凝温度50℃时试验时间4小时，以此进行循环试验。总试验时间2934h。

[0120] 第四步：测试试验后防沙网的抗拉强度

[0121] 按GB/T3923.1《织物断裂强力和断裂伸长率的测试条样法》测试防沙网的断裂强度和断裂伸长率，样品大小50mm×200mm，夹距100mm，拉伸速度100mm/min。

[0122] 在本实施例中，测试所得试验后防沙网的拉伸强度为86N/50mm。

[0123] 显然，本实施例的拉伸强度大于设计所要求的30N/50mm。因此，本实施例的防沙网符合该铁路防沙工程。

[0124] 通过上述计算和试验，可以确定防沙网是否满足在该地区使用寿命5年的要求，该方法可供工程单位确定防沙网管护、更换时间，也可用于使用单位选择和检验材料、材料单位设计试验和生产检验材料所用。

[0125] 实施例3

[0126] 某研究单位拟将HDPE编织网用于防沙治沙。由于HDPE网受光、热、氧作用易老化，因而需要通过抗老化处理提高其耐候性，但不知该网在抗老化处理前后的老化性能及使用寿命，拟对其在抗老化处理前进行使用寿命评估，以便监测、维护和更换，并研究抗老化配方。在本实施例中，防沙网的极限使用强度20N/50mm。该网的目标使用地在宁夏中卫沙坡头腾格里沙漠，其年太阳辐射总量A=1744(KW·h/m2)，年平均气温7.8℃。

[0127] 第一步，加速老化试验：将尺寸为50mm×200mm的普通HDPE网放置在荧光-紫外灯加速老化试验箱中进行加速老化试验，采用UV313荧光紫外灯，设定辐照度为9.8(W·h/m2)，k为1.5，光照温度60℃时试验时间8小时，冷凝温度50℃时试验时间4小时，以此进行循环试验。

[0128] 第二步，试样测试：定期将试样从老化试验箱中取出进行拉伸性能测试，直至试样的拉伸强度测试值到达20N/50mm以下时加速老化试验停止，此时得到试样到达极限使用强度时的实验室加速老化时间T=240h。

[0129] 第三步，计算在野外试验地使用一年，对应的实验室加速老化时间S：

[0130] S=A×1000×0.1098÷b÷2(t1-t2)/10×1.5

[0131] =1744×1000×0.1098÷（9.8×1.5）÷2（60-7.8）/10×1.5

[0132] =524.26h

[0133] 第四步，计算该HDPE网在该试验地的理论使用寿命

[0134] M=T÷S=240÷524.26=0.4578（年）

[0135] 该HDPE网在未进行抗老化处理前在目标使用地的使用寿命为0.4578年，相当于167天。

[0136] 由于其使用寿命较短，故所用普通HDPE防沙网的应用大大受限。据此，该科研单位进行产品实地试验和监测、产品抗老化技术研究，以期提高普通HDPE防沙网的使用寿命。