導(dǎo)語：如何才能寫好一篇高分子材料的性質(zhì)特點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：熱分析技術(shù)；高分子材料；技術(shù)作用；技術(shù)應(yīng)用

高分子材料是一種具有較高穩(wěn)定性的材料，可以被應(yīng)用到很多產(chǎn)品制作當(dāng)中，要想進(jìn)一步得知高分子材料的物理性質(zhì)和溫度關(guān)系，就必須使用更具針對性的技術(shù)對其進(jìn)行分析，熱分析技術(shù)就是一種能夠分析材料物理性質(zhì)和溫度關(guān)系線性變化的技術(shù)，它的應(yīng)用將進(jìn)一步幫助人們更好的了解高分子材料的性質(zhì)，提升高分子材料的性能。在本文當(dāng)中，筆者將對熱分析技術(shù)的概念和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析，進(jìn)一步促進(jìn)高分子材料的研發(fā)水平。

1 熱分析技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域簡介

1.1 熱分析技術(shù)簡介

熱分析技術(shù)利用一定的程序控制分析對象的溫度，并對分析對象的物理性質(zhì)進(jìn)行觀察和研究，最終得出溫度變化與分析對象物理性質(zhì)之間的關(guān)系。材料的研發(fā)對應(yīng)著一定的社會需求，那么被研發(fā)出來之后，它具體能夠被應(yīng)用到哪些領(lǐng)域，這就需要對材料進(jìn)行客觀全面的分析，作為其中一個(gè)項(xiàng)目，了解材料物質(zhì)性質(zhì)和溫度之間的關(guān)系對于確立材料的應(yīng)用層面是十分重要的。例如材料的光學(xué)特性、機(jī)械性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)等等，決定了材料是否能夠被用于高溫環(huán)境、機(jī)械高壓環(huán)境、噪音隔離等各種不同的環(huán)境當(dāng)中。通過熱分析技術(shù)對材料的物理性質(zhì)進(jìn)行確定之后，就可以得知該材料適合用于什么樣的環(huán)境。

1.2 熱分析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域簡介

熱分析技術(shù)將物質(zhì)置于不同的溫度環(huán)境，對其化學(xué)改變和物力改變進(jìn)行分析，最終得出其與溫度之間的關(guān)系，這些分析結(jié)果和數(shù)據(jù)將對材料的應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響?？傮w來講，熱分析技術(shù)可以被引用到下述領(lǐng)域當(dāng)中：

（1）分析材料的性能和結(jié)構(gòu)，并對相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量檢測，重點(diǎn)檢測產(chǎn)品物理性能是否合格。

（2）為生物材料以及分子生物學(xué)研究提供提理論分析工具。

（3）應(yīng)用于各種動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究，為其提供快捷有效的研究技術(shù)。應(yīng)用范圍廣、樣品用量比較少。

（4）完善對物質(zhì)的研究層面，幫助全方位了解物質(zhì)的性能和特點(diǎn)，是一種化學(xué)研究和熱化學(xué)研究的新技術(shù)。

（5）建立關(guān)于各類物質(zhì)的熱分析曲線圖，幫助人們準(zhǔn)確確立物質(zhì)的性質(zhì)。

2 熱分析技術(shù)在高分子材料研究與分析當(dāng)中的具體應(yīng)用

2.1 高分子材料當(dāng)中的差熱分析法應(yīng)用

所謂熱差分析，就是將兩種物質(zhì)置于同樣的溫度變化環(huán)境下，由一定的程序執(zhí)行溫度變化控制，分析溫度環(huán)境變化下物質(zhì)溫度的差值變化，保證物質(zhì)在持續(xù)升溫或者降溫的環(huán)境下不會出現(xiàn)放熱、吸熱現(xiàn)象，以此展開對物質(zhì)熱效應(yīng)現(xiàn)象的技術(shù)檢測和技術(shù)分析。熱差分析技術(shù)可以對玻璃等高分子材料進(jìn)行降解或者熔融，分析高分子材料的溫度變化特征。其技術(shù)優(yōu)勢在于可以對高分子材料進(jìn)行較為全面的分析，且應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。其缺陷在于不能對物質(zhì)進(jìn)行時(shí)點(diǎn)吸熱，且對物質(zhì)放熱速度的測量達(dá)不到精確度要求，因而這種技術(shù)形態(tài)在定量測量技術(shù)性能的建構(gòu)層面依然存在著極其明顯的局限性，給有關(guān)技術(shù)研究事業(yè)的深入_展創(chuàng)造了較為充分的發(fā)展空間。

2.2 高分子材料中熱機(jī)械分析法的應(yīng)用

熱機(jī)械分析法已經(jīng)被用于測試塑料制品的性質(zhì)，尤其是各個(gè)技術(shù)發(fā)展步伐較快的國家。熱機(jī)械分析技術(shù)的最大優(yōu)勢在于能夠準(zhǔn)確科學(xué)的分析出塑料類高分子材料的機(jī)械性能、應(yīng)力松弛和軟化點(diǎn)，非常適用于塑料產(chǎn)品的質(zhì)檢測試。

首先來講，材料的機(jī)械性能分析師極為重要的，以塑料制品為例，其機(jī)械性能直接決定了高分子塑料產(chǎn)品具備的性能、所能承受的應(yīng)用環(huán)境等。利用熱機(jī)械分析法對材料進(jìn)行機(jī)械性能分析，能夠幫助技術(shù)人員確定材料可以被應(yīng)用的環(huán)境，拓展相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)層次和空間，對高分子材料受熱斷裂技術(shù)臨界溫度實(shí)施精確測量。其次，該技術(shù)該可以應(yīng)用于分析高分子材料的膨脹性能，例如陶瓷、金屬類材料，這類材料要制成產(chǎn)品，通常需要進(jìn)行升溫處理，而后實(shí)施成型加工，升溫環(huán)境下，就會涉及到材料膨脹問題，利用熱機(jī)械分析法可以分析不同溫度條件下材料的膨脹性能，并得出二者之間的變化規(guī)律，它對于升級優(yōu)化材料的機(jī)械性能、壓制材料的膨脹性能是十分有利的。

2.3 高分子材料研究中熱重法的應(yīng)用

熱重法主要分析材料質(zhì)量、溫度和時(shí)間三者之間的關(guān)系，幫助人們得出材料在不同環(huán)境下的使用壽命，提高相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用的安全性、穩(wěn)定性。首先來說，它可以應(yīng)用分析高分子材料的組分，得出材料內(nèi)部組成成分及其含量；其次，該技術(shù)可以精確的測定出高分子材料中具有的揮發(fā)性成分，以此來評定材料在不同溫度和時(shí)間下的質(zhì)量變化，幫助人們調(diào)節(jié)材料生產(chǎn)過程，減少材料中揮發(fā)性物質(zhì)的含量，提高高分子材料的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

未來，隨著高分子材料的進(jìn)一步研發(fā)，熱分析技術(shù)還將得到更為廣泛的應(yīng)用，領(lǐng)域內(nèi)還會不斷的對熱分析技術(shù)的缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，提高其應(yīng)用層面。

參考文獻(xiàn)

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一、 微膠囊壁材的分類

壁材是構(gòu)成囊的外殼。不同的壁材在一定程度上決定著產(chǎn)品的物化性質(zhì)。目前可作為微膠囊壁材材料的物質(zhì)主要有3類：天然高分子材料、半合成高分子材料和全合成高分子化合物。另外，一些無機(jī)材料也可作為微膠囊壁材的材料。

1．天然高分子材料

用作微膠囊的天然高分子材料主要包括碳水化合物、蛋白質(zhì)類、蠟與脂類物質(zhì)等。

天然高分子材料無毒或毒性很小、不需大量的有機(jī)溶劑、對環(huán)境危害小、粘度大、易成膜，但機(jī)械強(qiáng)度差，

2．半合成高分子材料

用作微膠囊殼材料的半合成高分子材料主要是纖維素衍生物。如甲基纖維素、乙基纖維素等，另外還有雙硬脂酸甘油酯、羥基硬脂醇等油類。

半合成高分子材料的特點(diǎn)是毒性較小、粘度大、成鹽后溶解度增大。但由于半合成高分子材料易水解，不適合高溫處理，需在使用時(shí)臨時(shí)配制。

3．全合成高分子材料

常用于微膠囊囊殼材料的全合成高分子材料可分為生物降解和不可生物降解2類，主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚脲等。

全合成高分子材料特點(diǎn)是成膜性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、儲存運(yùn)輸方便、可生物降解或可生物吸收。但需要大量有機(jī)溶劑、成本高，對環(huán)境危害大，因此要選擇無毒或低毒、對原藥溶解性較好的溶劑。

4．無機(jī)材料

目前大部分微膠囊用無機(jī)材料包覆的不多，但從生物降解和環(huán)境保護(hù)方面考慮，用無機(jī)材料對活性組分進(jìn)行包覆有很大的發(fā)展前景，如碳酸鈣或磷酸鹽等。

二、 微膠囊制備方法分類

微膠囊化的基本步驟：

1） 芯材為分散相，壁材在分散相或連續(xù)相中；

2） 通過乳化等手段，使芯材以一定的粒度分散在連續(xù)相中；

3） 通過某一種方法將壁材聚集、沉漬或包覆在已分散的芯材周圍；

4） 合成的膜殼是不穩(wěn)定的部分，需利用化學(xué)和物理方法進(jìn)行處理，以期達(dá)到一定的機(jī)械強(qiáng)度。

微膠囊的制備可歸納為物理化學(xué)法、物理機(jī)械法和化學(xué)法。

1．物理化學(xué)法

在液相中進(jìn)行，囊芯物與囊材在一定條件下形成新相出來，故又稱相分離方法。它的步驟大體可分為囊芯物的分散、囊材的加入、囊材的沉積和囊材的固化四個(gè)步驟。相分離方法又分為單凝聚法、油相分離法、改變溫度法、液中干燥法、復(fù)相乳液法。

2．物理機(jī)械法

本法是將固態(tài)或液態(tài)藥物在氣相中進(jìn)行微膠囊化，需要一定的設(shè)備條件。物理機(jī)械法又分為噴霧干燥法、噴霧凝結(jié)法、空氣懸浮法、多孔分離法。

3．化學(xué)法

化學(xué)法是利用在溶液中單體或高分子通過聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng)，產(chǎn)生囊膜制成微囊的方法。特點(diǎn)是不加絮凝劑，常先制成W/O型乳濁液，再利用化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化?；瘜W(xué)法又分界面聚合法、原位聚合法、輻射交聯(lián)法。

三、 微膠囊在化妝品中的應(yīng)用

微膠囊化可將固體、液體甚至氣體包覆在一個(gè)微小膠囊中，采用此技術(shù)可保持產(chǎn)品性能穩(wěn)定，解決傳統(tǒng)工藝的不足。另外它對保護(hù)生物活性分子和組織的活性也有較大促進(jìn)作用。很多化妝品中已經(jīng)采用了微膠囊技術(shù)，將微膠囊應(yīng)用于化妝品中，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)如下：

1．保護(hù)芯材，有效防止外界環(huán)境因素對芯材的破壞等不良影響。pH值、氧氣、濕度、熱、光和其他物質(zhì)等，提高其穩(wěn)定性。有些物料容易揮發(fā)和氧化，如胡蘿卜素，接觸空氣中的氧氣會被氧化，采用復(fù)凝聚法制備胡蘿卜素微囊，研究表明胡蘿卜素原料于光照條件下半衰期為6.9天，而胡蘿卜素微囊在相同條件下半衰期為24.8天，胡蘿卜素微囊為原料的3.6倍，將胡蘿卜素制成微囊可增加化妝品的穩(wěn)定性。再如維生素C，性質(zhì)極不穩(wěn)定，分子中含有連烯二醇基[-C(OH)=C(OH)-]的結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的還原性及內(nèi)酯環(huán)的結(jié)構(gòu)易水解。一方面與空氣接觸自動(dòng)氧化生成脫氫抗壞血酸，脫氫抗壞血酸水解生成2，3－二酮C古羅糖酸，并可進(jìn)一步氧化生成蘇阿塘酸和草酸，從而失去治療作用。另一方面維生素C的水溶液不穩(wěn)定。pH過高或過低都能使內(nèi)酪環(huán)水解，并可進(jìn)一步發(fā)生脫羧反應(yīng)而生成糠醛。后者受空氣影響經(jīng)氧化和緊合而呈黃色?？諝?、光、熱和重金屬都可以加速本反應(yīng)的發(fā)生。通過將其制成維生素C微囊達(dá)到解決其不穩(wěn)定的問題，同時(shí)達(dá)到控制維生素C的釋放，維持穩(wěn)定它的濃度，用于化妝品中可減少涂抹次數(shù)，降低化妝品不良反應(yīng)的目的。

2．隔離不相容組分。微膠囊化成分可與其它組分相隔離。當(dāng)原料中由幾種容易相互起作用的成分組成時(shí)，把其中某種成分微囊化后使其互相隔離，阻止成分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高各自的穩(wěn)定性，延長保質(zhì)期。在配制染發(fā)化妝品時(shí)，利用微膠囊這一特性，可將染發(fā)劑與氧化劑兩者之一微膠囊化，即可得到使用方便的一劑染發(fā)化妝品。再如化妝品中經(jīng)常用到的凝露，晶瑩剔透的外觀，內(nèi)通常加有彩色微囊，包裹著油類，既達(dá)到了產(chǎn)品美觀的視覺感受，又滿足了滋潤皮膚的效果。

3．控制釋放，有效地控制芯材的釋放，使芯材效能得到最大限度的發(fā)揮。該微膠囊壁相當(dāng)于一個(gè)半透膜，在一定條件下可允許芯材物質(zhì)透過，以延長芯材物質(zhì)的作用時(shí)間。如化妝品中具有清涼爽膚作用的薄荷醇。由于它幾乎不溶于水，擴(kuò)散力強(qiáng)、易揮發(fā)而不持久、暴露在空氣中易升華的特點(diǎn)，給生產(chǎn)貯運(yùn)帶來諸多不便，貨架期短。利用微膠囊技術(shù)可以提高它的貯藏穩(wěn)定性、降低揮發(fā)性，從而延長貨架期，實(shí)現(xiàn)添加產(chǎn)品的控制釋。再如以聚乳酸為囊材制備的茶多酚緩釋微囊，粒徑多在100～200um，最大包封率為49％，該微囊具有緩釋和保護(hù)茶多酚的雙重作用。用于化妝品中既安全又高效。

4.屏蔽味道和氣味，掩蓋芯材的異味。亞麻油由于具有不雅味道難用于好的化妝品，做成微囊后用于化妝品不僅無味，不易被氧化，而且具有很好的護(hù)膚功效。再如特有色澤和氣味的中草藥液微膠囊化后，配置到化妝品中，可以制得無色無味的優(yōu)質(zhì)化妝品。

5.改變芯材的物理和化學(xué)性質(zhì)。將有利于液體或半固體的流質(zhì)體轉(zhuǎn)化為自由流動(dòng)的固體粉末，有利于物料的使用、運(yùn)輸、保存，并可簡化工藝，防止或延緩了產(chǎn)品劣變的發(fā)生。

6.需要改變物質(zhì)功能的化合物。將疏水性物質(zhì)通過表面處理，使其具有相反的性質(zhì)。如神經(jīng)酰胺微膠囊化后就可以直接加入水劑產(chǎn)品。

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關(guān)鍵詞：高分子材料學(xué) 表面工程 教學(xué)模式

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：1672-1578（2012)04-0055-02

“高分子材料學(xué)”是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)（表面工程方向）的一門專業(yè)課程。表面工程學(xué)生的就業(yè)領(lǐng)域主要為材料涂裝、防腐等，學(xué)生需要熟悉各種工程材料（金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料等）的基本性質(zhì)、制備工藝以及表面處理方面的知識。“高分子材料學(xué)”主要介紹高分子材料的制備、性能、成型、改性及應(yīng)用等方面的知識。

“高分子材料學(xué)”這門課共32學(xué)時(shí)，所選教材為化學(xué)工業(yè)出版社出版的《高分子材料基礎(chǔ)》。主要內(nèi)容包括四部分：高分子材料的合成及制備、高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能、常見的高分子材料及其成型加工方法、高分子材料的改性及應(yīng)用。該教材[1]濃縮了高分子材料與工程專業(yè)的四門專業(yè)主干課共192學(xué)時(shí)的內(nèi)容，即高分子化學(xué)（48學(xué)時(shí)）、高分子物理（64學(xué)時(shí)）、高分子材料成型工藝（48學(xué)時(shí)）、聚合物改性原理及方法（32學(xué)時(shí)）。

1 “高分子材料學(xué)”講授過程中面臨的問題

“高分子材料學(xué)”課程的講授具有較大難度，主要表現(xiàn)在以下方面：

該課程涵蓋了高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)主干課內(nèi)容，要深入講解這些內(nèi)容，需要近200學(xué)時(shí)，而針對表面工程學(xué)生開設(shè)的“高分子材料學(xué)”僅僅只有32學(xué)時(shí)，時(shí)間緊，內(nèi)容多，如何合理安排各部分內(nèi)容占的比重是授課教師面臨的首要問題。

“高分子材料學(xué)”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生具備一定的化學(xué)基礎(chǔ)及力學(xué)基礎(chǔ)，而對表面工程的學(xué)生而言，因?qū)I(yè)側(cè)重不同，化學(xué)課程及機(jī)械基礎(chǔ)課開設(shè)門類不如高分子材料與工程專業(yè)齊全，導(dǎo)致表面工程的學(xué)生在學(xué)習(xí)“高分子材料學(xué)”時(shí)，對教材內(nèi)容的理解及掌握有一定難度。這對授課教師備課也提出了更高的要求，如何在有限的學(xué)時(shí)中適時(shí)補(bǔ)充相關(guān)背景知識幫助學(xué)生理解，是授課教師需要思考的另一問題。

“高分子材料學(xué)”雖為表面工程學(xué)生的專業(yè)課之一，但從歷年就業(yè)情況看，表面工程學(xué)生就業(yè)以金屬材料加工行業(yè)居多，而從事高分子材料加工行業(yè)的很少。故必然存在學(xué)生對該課程重視程度不夠，學(xué)習(xí)積極性不高的問題，因此授課教師也需要在教學(xué)模式上進(jìn)行探索創(chuàng)新，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)過程中來。

2 “高分子材料學(xué)”課程教學(xué)模式探索

2.1梳理重點(diǎn)，側(cè)重剖析基本概念

“高分子材料學(xué)”學(xué)時(shí)有限，內(nèi)容繁多，因此需要授課教師在備課時(shí)梳理出各章節(jié)的重要知識點(diǎn)和基本概念, 注意各部分內(nèi)容的銜接,并找出線索將各章散落的知識點(diǎn)貫穿起來。

比如，在介紹高分子材料合成及制備時(shí)，著重講授加聚反應(yīng)及縮聚反應(yīng)的基本步驟，對比這兩種聚合反應(yīng)的特點(diǎn)及反應(yīng)產(chǎn)物特性，便于學(xué)生掌握常見高分子材料的合成反應(yīng)類型，了解制備方法對材料性能的影響?？紤]到表面工程學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)及專業(yè)側(cè)重，對反應(yīng)速率的計(jì)算等知識點(diǎn)不做要求。

再如，課程內(nèi)容第二部分介紹高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能，這部分內(nèi)容為承上啟下的重點(diǎn)章節(jié)，高分子材料的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)在其合成過程中奠定基礎(chǔ)，并將在成型過程及改性中得以體現(xiàn)和完善。這部分內(nèi)容體現(xiàn)了高分子材料與其他材料的本質(zhì)區(qū)別，涉及的基本知識點(diǎn)很多，而且多為表面工程學(xué)生不熟悉的內(nèi)容。因此，同樣需要通過對比，突出高分子與低分子的結(jié)構(gòu)與性能差異，側(cè)重高分子溫度——形變關(guān)系，結(jié)晶過程及晶體結(jié)構(gòu)等重要知識點(diǎn)的講解。

2.2因材施教，適時(shí)補(bǔ)充背景知識

“高分子材料學(xué)”中很多知識點(diǎn)的理解離不開有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)課程的支撐，而表面工程方向的學(xué)生并未開設(shè)相關(guān)課程。為此，需要教師在講授過程中適時(shí)補(bǔ)充背景知識。

例如，在講授高分子合成反應(yīng)類型對材料性能的影響時(shí)，可簡要介紹常見化學(xué)基團(tuán)的特點(diǎn)并聯(lián)想對應(yīng)的高分子材料的性能特點(diǎn)及成型要點(diǎn)。以聚碳酸酯（PC）為例，這種材料采用縮聚反應(yīng)制備，分子結(jié)構(gòu)中含有酯基，酯基在一定條件下容易水解，因此可聯(lián)想到PC材料在成型時(shí)的高溫條件下應(yīng)避免水分的存在，防止水解反應(yīng)發(fā)生導(dǎo)致材料性能劣化。

此外，為彌補(bǔ)學(xué)生基礎(chǔ)知識的不足，講授時(shí)還可結(jié)合日常生活中的實(shí)例進(jìn)行對照說明。在講授高分子結(jié)晶時(shí)，可聯(lián)想泡面模型以及珍珠形成等實(shí)例；講授高分子材料降解及添加劑功效時(shí)，可結(jié)合塑料制品長期暴曬變色發(fā)脆、塑料拖鞋逐漸由軟變硬等學(xué)生熟知的生活常識進(jìn)行分析。

2.3結(jié)合專業(yè)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

“高分子材料學(xué)”為考查科目，且表面工程的學(xué)生就業(yè)以金屬材料加工行業(yè)居多，學(xué)生誤認(rèn)為這門課程與自己的專業(yè)及將來就業(yè)銜接不緊，從而對“高分子材料學(xué)”課程重視不夠，故學(xué)習(xí)積極性也不高。為此，授課教師應(yīng)有意識的引導(dǎo)學(xué)生思考，并采用靈活的考核方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

筆者在講授此門課程時(shí)，并未采用課堂考試的形式進(jìn)行考核，而是給學(xué)生布置了“高分子材料與表面工程”為主題的課程論文撰寫任務(wù)，并讓學(xué)生制作出相關(guān)的PPT將自己的論文進(jìn)行口頭陳述，最后根據(jù)其論文撰寫情況、PPT制作情況及陳述情況給出該門課程的成績[2]。課程論文的完成情況直接跟成績掛鉤，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性及對課程的重視；課程論文的撰寫需要大量專業(yè)文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，學(xué)生在撰寫論文的過程中能自覺關(guān)注及閱讀相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)，有利于拓寬其專業(yè)視野；制作PPT的過程是對課程論文內(nèi)容的凝練，有利于學(xué)生理清思路掌握重點(diǎn)；口頭陳述環(huán)節(jié)能有效杜絕學(xué)生互相抄襲論文，教師也能通過學(xué)生的口頭陳述情況，觀察學(xué)生對該門課程基礎(chǔ)知識的掌握程度。

學(xué)生通過獨(dú)立搜集資料撰寫論文制作PPT并口頭陳述等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，既能讓他們發(fā)現(xiàn)“高分子材料學(xué)”這門課程與所學(xué)專業(yè)的緊密聯(lián)系，也鍛煉了他們的資料搜集能力及口頭表達(dá)能力，為將來畢業(yè)答辯及就業(yè)面試打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

高分子材料是非常重要的工程材料，對于表面工程的學(xué)生而言，應(yīng)該熟悉并掌握這類工程材料的特性?！案叻肿硬牧蠈W(xué)”雖然不是表面工程方向的專業(yè)主干課，但涵蓋了高分子材料相關(guān)的大量專業(yè)基礎(chǔ)知識，也是面向表面工程學(xué)生開設(shè)的唯一一門有關(guān)高分子材料的課程。授課教師應(yīng)該積極進(jìn)行教學(xué)模式的探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)中掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識。

參考文獻(xiàn)：

[1]張留成，瞿雄偉，丁會利編.高分子材料基礎(chǔ)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2004.

篇4

關(guān)鍵詞：高分子材料　加工方法　成型技術(shù)

一、前言

近些年來，國防尖端工業(yè)和航空工業(yè)等特殊領(lǐng)域的發(fā)展要求更高性能的聚合物材料，開發(fā)研制滿足特定要求的高聚合物迫在眉睫[1]。在此背景下，理清高分子材料加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，探討高分子材料的加工成型的方法，對促進(jìn)我國高新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

二、高分子材料成型成型加工技術(shù)的相關(guān)定義

1.高分子材料

高分子材料是指由相對分子質(zhì)量較高的化合物為基礎(chǔ)構(gòu)成的材料，其一般基本成分是聚合物或以含有聚合物的性質(zhì)為主要性能特征的材料；主要是橡膠、塑料、纖維、涂料、膠黏劑和高分子基復(fù)合材料。高分子材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性與易加工特點(diǎn)，使它具有其他材料不可取代與不可比擬的優(yōu)異性能，從而廣泛運(yùn)用到科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)代社會生活中衣食住行用等各方面不可缺少的材料。

2.高分子材料成型加工技術(shù)

在高分子工業(yè)的生產(chǎn)中分為高分子材料的制備與加工成型兩個(gè)過程。高分子材料的成型加工技術(shù)就是運(yùn)用各種加工方法對高分子材料賦予形狀，使其成為具有使用價(jià)值的各種制品。高分子材料加工主要目的是高性能、高生產(chǎn)率、快捷交貨和低成本；向小尺寸、輕質(zhì)與薄壁方向發(fā)展是高分子材料成型技術(shù)制品方面的目標(biāo)；成型加工方向是全回收、零排放、低能耗，從大規(guī)模向較短研發(fā)周期的多品種轉(zhuǎn)變。判斷高分子材料的成型加工技術(shù)的質(zhì)量因素是加工后制品的外觀性、尺寸精度、技能性中的耐化學(xué)性、耐熱性等等。

三、高分子材料成型加工技術(shù)的方法

高分子材料的的成型方法有擠出成型、吹塑成型、注塑成型、壓延成型、激光成型等。以下介紹的是現(xiàn)今高分子材料成型加工的主要技術(shù)方法。

1.擠出成型技術(shù)

擠出成型技術(shù)是指物料通過擠出機(jī)料筒和螺桿間的作用，邊受熱塑化，邊被螺桿向前推送，連續(xù)通過機(jī)頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。它的具體原理是高分子原材料自料斗進(jìn)入料筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下，通過料筒內(nèi)壁和螺桿表面摩擦剪切作用向前輸送到加料段，在此松散固體向前輸送同時(shí)被壓實(shí)；在壓縮段，螺槽深度變淺，進(jìn)一步壓實(shí)，同時(shí)在料筒外加熱和螺桿與料筒內(nèi)壁摩擦剪切作用，料溫升高開始熔融，壓縮段結(jié)束；均化段使物料均勻，定溫、定量、定壓擠出熔體，到機(jī)頭后成型，經(jīng)定型得到制品。擠出成型又有共擠出技術(shù)、擠出注射組合技術(shù)、成型技術(shù)、反應(yīng)擠出工藝與固態(tài)擠出工藝等。

2.注塑成型技術(shù)

注射成型技術(shù)是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一，可用來生產(chǎn)空間幾何形狀非常復(fù)雜的塑料制件[2]。注射成型技術(shù)根據(jù)組合材料的特征，又有以組合惰性氣體為特征的氣體輔助注射成型，以組合組成化學(xué)反應(yīng)過程為特征的反應(yīng)注射成型，以組合混合混配為特征的直接注射成型，以組合不同材料為特征的夾心成型等多種方法。

3.吹塑成型技術(shù)

吹塑技術(shù)一種發(fā)展迅速的塑料加工方法。熱塑性樹脂經(jīng)擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱或加熱到軟化狀態(tài)，置于對開模中，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上，經(jīng)冷卻脫模，即得到各種中空制品。根據(jù)型坯制作方法，吹塑可分為擠出吹塑和注射吹塑，新發(fā)展起來的有拉伸吹塑和多層吹塑。

四、高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展新趨勢

目前，高分子加工成型技術(shù)正在快速地進(jìn)步，它的發(fā)展總方向是高度集成化、高度產(chǎn)量、高度精密化，不斷實(shí)現(xiàn)對加工制品材料的聚集態(tài)、組織形態(tài)與相形態(tài)等的控制，最大程度地達(dá)到制品高性能的目的。具體的創(chuàng)新技術(shù)之處主要體現(xiàn)在以下幾項(xiàng)新技術(shù)上。

1.聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)

聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場引起的機(jī)械振動(dòng)場引入聚合物反應(yīng)擠出全過程，達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的[3]。這項(xiàng)技術(shù)解決振動(dòng)力場下聚合反應(yīng)加工過程中質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞與平衡的難點(diǎn)，從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集化的問題。

2.熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)全硫化制備技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)引入振動(dòng)立場到混煉擠出的全過程，實(shí)現(xiàn)混煉過程中橡膠相動(dòng)態(tài)全硫化，控制硫化反直的進(jìn)程，防止共混加工過程共混物相態(tài)發(fā)生發(fā)轉(zhuǎn)。此技術(shù)非常有意義，研制發(fā)明出新的熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備，能有效地提高我國TPV技術(shù)的水平。

3.信息存儲光盤盤基直接合成反應(yīng)成型技術(shù)

此技術(shù)是將盤級PC樹脂生產(chǎn)、中間儲運(yùn)與光盤盤基成型三個(gè)過程融合為一體，聯(lián)系動(dòng)態(tài)連續(xù)反應(yīng)成型技術(shù)，研制開發(fā)精密光盤注射成型裝備，達(dá)到有效提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源，降低消耗的目的。該技術(shù)避免了傳統(tǒng)方式中間環(huán)節(jié)多、能耗大、周期時(shí)間長、成型前處理復(fù)雜、儲運(yùn)過程易受污染等缺陷。

五、結(jié)語

綜上所述，我國在新時(shí)期要把握高分子成型加工技術(shù)的前沿，注重培育自主的知識產(chǎn)權(quán)，努力打破國外技術(shù)的壟斷，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)界的良好結(jié)合的目的。這能有效地將科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生產(chǎn)力，有效地加快我國高分子材料成型加工技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王云飛;孫偉.淺談高分子材料成型加工技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2012,(11): 32.

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關(guān)鍵詞：高分子塑料；成型工藝；分析探討；未來發(fā)展

中圖分類號：TB32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、高分子塑料的概述

1高分子塑料定義

高分子塑料是指以高分子化合物為主要成分的所有材料。從物理概念來說，高分子化合物的分子量應(yīng)該在1000以上。目前我們所使用的塑料，它就是一種合成的高分子化合物，一般把它稱之為高分子或者巨分子，它是利用單體原料以合成或縮合反應(yīng)聚合而成的，并由合成樹脂及填料、穩(wěn)定劑、色料等添加劑組合而成的。而根據(jù)它的特點(diǎn)來說，它可以自由改變形體樣式。

2高分子塑料的特性

單就高分子塑料的特性來說，除了它可以自由改變形體樣式以外，它還具有一定的粘彈性，它在外力作用下會發(fā)生高彈性變形和粘性流動(dòng)，其變形與時(shí)間有關(guān)。還具體低強(qiáng)度和高比強(qiáng)度。一般地高分子塑料強(qiáng)度很低，但是由于它的密度很低，所以比強(qiáng)度較高。

除此之外，還有一定的高耐磨性、高絕緣性、膨脹性、高化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性低、熱穩(wěn)定性差等諸多特點(diǎn)。

3高分子塑料的分類

分析了高分子塑料定義、特性外，我們再來看它的分類。目前在我國現(xiàn)階段我們把它分為七大類。具體如下：高分子膠粘劑、橡膠、塑料、高分子涂料、纖維、功能高分子材料和高分子基復(fù)合材料。下面筆者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)和體會分別對這七大類做一詳細(xì)的說明介紹，僅供參考。

第一類是高分子膠粘劑。它是以合成天然高分子化合物為根本的一種膠粘材料。而在實(shí)際應(yīng)用中我們又把它分為天然和合成膠粘劑，不完全統(tǒng)計(jì)應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。

第二類是橡膠。從物理概念來說，它的分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，一般地在外力作用下可產(chǎn)生較大的形變，不穩(wěn)定，而在除去外力作用下，很快就能迅速恢復(fù)原狀。

第三類是塑料。塑料在我們的生活生產(chǎn)中聽到的比較多。一般來講它是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要的成分，加入填料、增塑劑和其他添加劑組合而成。我們通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料。

第四類是高分子涂料。這個(gè)類型的主要是以聚合物為主，在生產(chǎn)中再添加溶劑和各種添加劑制得。一般把它分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料三中，在日常生活中很常見。

第五類是纖維。這個(gè)也是在平時(shí)聽到最多的一種塑料，一般分為天然纖維和化學(xué)纖維兩種。物理學(xué)分析我們得出纖維具有次價(jià)力大、形變能力小、模量高等特點(diǎn)，一般為結(jié)晶聚合物。

第六類是功能高分子材料。現(xiàn)在我們已經(jīng)采用的是高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料等待。它具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。

最后一種是高分子基復(fù)合材料。這種材料綜合了原有材料的性能特點(diǎn)，在實(shí)際使用中我們根據(jù)需要進(jìn)行材料的任意設(shè)計(jì)。

4高分子塑料的應(yīng)用

如果說塑料的應(yīng)用，我們大家都不陌生，在生活生產(chǎn)中都常見，而提到高分子塑料的應(yīng)用，大部分人都比較陌生，而實(shí)際上，我們在生活中或多或少都聽到見到過，只是加以高分子就難以理解了。經(jīng)過多年的工作體會和實(shí)際工作操作，現(xiàn)筆者就高分子塑料的應(yīng)用做一闡述。具體如下。

從軍事尖端大方面來說，高分子塑料的應(yīng)用已經(jīng)涉及到軍事及尖端技術(shù)上，無形中它促使了高分子合成和加工技術(shù)的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)它已經(jīng)成為一種獨(dú)立的專門工程技術(shù)。

從高分子材料科學(xué)研究上來看，它是年輕而新興的學(xué)科。我們的科學(xué)家主要集中于結(jié)構(gòu)和組成與材料的性質(zhì)、探索加工工藝，對各種環(huán)境因素對材料性能的影響，其主要目的是為了進(jìn)一步開發(fā)新材料、新工藝等。目前，從一些材料上看高分子材料已經(jīng)和金屬材料等并駕齊驅(qū)，在國際上我們把它列為一級學(xué)科，這是很高的級別。

二、高分子塑料加工工藝

上文我們分析了高分子塑料的定義，特性，分類及應(yīng)用，從大的方面我們有了一個(gè)感官的認(rèn)識和了解，下面筆者再結(jié)合實(shí)際談?wù)勊募庸すに嚒Ｒ员阍趯?shí)際中進(jìn)一步總結(jié)應(yīng)用。首先我們先來了解高分子塑料在加熱中出現(xiàn)的物理和化學(xué)變化。先來看物理變化。

1高分子塑料的物理變化。一般地，高分子塑料在等溫條件下會結(jié)晶，我們把它稱為靜態(tài)結(jié)晶。但實(shí)際在加工過程中，它大多數(shù)情況下結(jié)晶都不是等溫的，筆者認(rèn)為這些因素都會影響結(jié)晶過程。實(shí)踐中我們得出，熔化溫度與在該溫度的停留時(shí)間會影響聚合物中可能殘存的微小有序區(qū)域或晶核的數(shù)量。

另外，高分子塑料如果在紡絲、薄膜拉伸、擠出等成型加工過程中會受到高應(yīng)力作用，這個(gè)時(shí)候它就會有加速結(jié)晶作用的傾向；如果在剪切或拉伸應(yīng)力作用下，熔體中會生成長串的纖維狀晶體，隨應(yīng)力或應(yīng)變速率增大，它的晶體中伸直鏈含量增多，晶體熔點(diǎn)升高。

經(jīng)過多年的實(shí)踐，筆者得出這樣一個(gè)結(jié)論：就是說高分子塑料的分子鏈結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過程有很大的關(guān)系。具體來說，如果分子量愈高，大分子及鏈段結(jié)晶的重排運(yùn)動(dòng)愈困難，高分子的結(jié)晶能力一般隨分子量的增大而降低，這是成反比的，需要我們加以注意。

2高分子塑料的化學(xué)變化是指高分子塑料在高溫和應(yīng)力作用下，受到熱和應(yīng)力的作用它的大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生的一系列變化。這個(gè)變化中會發(fā)生輕微的降解物質(zhì)，這個(gè)物質(zhì)釋放出來后會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)。所以，我們在實(shí)際加工的過程中，要嚴(yán)格控制原材料指標(biāo)，并使用合格的原材料，在配方中我們還要考慮使用抗氧劑、穩(wěn)定劑等輔材料來增強(qiáng)高分子對降解的抵抗能力，確保生產(chǎn)安全。

3高分子塑料成型加工工藝

在明確了高分子塑料的物理和化學(xué)變化后，下面我們進(jìn)一步闡述它的成型加工工藝。具體如下：

現(xiàn)階段高分子塑料成型加工一般包括原料的配制和準(zhǔn)備、成型及制品后加工等諸多過程。從它的加工工藝定義出發(fā)，一般地是通過溫度的作用，讓高分子塑料受熱熔化，經(jīng)過高分子塑料成型設(shè)備加工成具有一定結(jié)構(gòu)形狀的產(chǎn)品過程。筆者統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段有擠出成型工藝、擠出注射技術(shù)、壓延成型、氣體輔助注射技術(shù)等。

3.1擠出成型工藝。這個(gè)工藝原理采用的是利用螺桿旋轉(zhuǎn)加壓，將塑料生產(chǎn)物料用擠出機(jī)擠入機(jī)頭，形成具備口模形態(tài)的型坯，完成冷卻定型，塑化等基本工藝流程。這個(gè)技術(shù)對成型工藝發(fā)展的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但需要加以注意的是，在實(shí)際的加工過程中，我們?yōu)榱舜_保工藝流程質(zhì)量，在生產(chǎn)物料制備、模具設(shè)計(jì)方面我們的工作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格監(jiān)督控制，確保質(zhì)量有所提升。

3.2擠出注射工藝。擠出注射工藝它的突出優(yōu)點(diǎn)是可以更加靈活地調(diào)節(jié)復(fù)合物的配方，省去了造粒、包裝等工序，可以降低設(shè)備費(fèi)用和減少了生產(chǎn)時(shí)間。

3.3吹塑成型工藝。在這個(gè)工藝中，筆者僅僅拿出其中一個(gè)工藝來討論——多層吹塑成型工藝。這個(gè)工藝可以用于要求反滲透性能良好的制備品加工中。在生產(chǎn)中它能夠?qū)崿F(xiàn)原料的不斷更換。對于那些大型燃油箱容器的生產(chǎn)時(shí)的冷卻工藝處理來說，這個(gè)時(shí)候就急需要減少模腔內(nèi)壓力。我們可以采取將熔料儲存在擠出螺桿前端的熔槽中，在高速下擠出型坯，以最大限度減少型坯壁厚的變化，確保消除垂縮和擠出膨脹現(xiàn)象。

3.4注射成型工藝。筆者認(rèn)為，該工藝是塑料加工生產(chǎn)中最為實(shí)用且最為普遍的一種工藝。在生產(chǎn)中可以配合設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)用情況下，實(shí)現(xiàn)高分子塑料生產(chǎn)工藝的價(jià)值。經(jīng)過筆者的實(shí)踐分析來看，這種工藝具有應(yīng)用范疇廣、生產(chǎn)效率較高以及工藝操作簡單等很多的特性。在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛，生產(chǎn)效率也很高。

三、高分子塑料成型加工工藝未來發(fā)展

隨著目前科技的日益發(fā)展和實(shí)際的需求情況來看，高分子塑料成型加工工藝已取得了一定的成果。這主要體現(xiàn)在向高性能化方向發(fā)展。比如說用化學(xué)或物理的方法來控制發(fā)光倍率的發(fā)泡制品，具有分離機(jī)能和透析機(jī)能的離子膜。

再有就是向精密化發(fā)展。比如說，我們使用的超微指令的激光唱盤、計(jì)算機(jī)光盤等。最后是向優(yōu)質(zhì)化發(fā)展。我們可以采用與其他成型加工技術(shù)組合的加工方法，比如擠出壓縮法等。還有就是以磁帶為代表的記憶制品，像錄像帶，以及高絕緣等。

結(jié)語

本文對高分子塑料材料的定義、特性、分類及加工工藝，未來發(fā)展分別做了闡述，這讓我們不難看出，高分子塑料材料在實(shí)際應(yīng)用中不但取得了一定的成績，而且還向高度集成化、精度控制自動(dòng)化等特性方面快步發(fā)展。換句話說，高分子塑料材料是通過制造成各種制品來實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值的，我們從應(yīng)用角度來講，以對高分子材料賦予形狀為主要目的成型加工技術(shù)有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳捷.炸藥、高分子材料及部件貯存性能與老化機(jī)理研究進(jìn)展[A].中國工程物理研究院科技年報(bào)，2010.

篇6

關(guān)鍵詞：高分子材料；導(dǎo)電機(jī)理；導(dǎo)電塑料；用途

文章編號： 1005–6629(2012)5–0071–04 中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

20世紀(jì)70年代，白川英樹、Heeger和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后來又經(jīng)摻雜發(fā)現(xiàn)了可導(dǎo)電的高聚物，這就是導(dǎo)電高分子材料。導(dǎo)電高分子材料的發(fā)現(xiàn)，改變了人們對傳統(tǒng)塑料、橡膠等高分子材料是電、熱的不良導(dǎo)體的觀念，經(jīng)過40多年的發(fā)展，導(dǎo)電高分子材料也從最初的聚乙炔發(fā)展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等數(shù)十種高分子材料，成為金屬材料和無機(jī)導(dǎo)電材料的優(yōu)良替代品。而今這種導(dǎo)電高分子材料已廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、航空航天工業(yè)之中，并對新型生物材料和新能源材料的開發(fā)產(chǎn)生巨大的影響。

1 高分子材料的分類及導(dǎo)電機(jī)理

導(dǎo)電高分子材料通常是指一類具有導(dǎo)電功能（包括半導(dǎo)電性、金屬導(dǎo)電性和超導(dǎo)電性）、電導(dǎo)率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。這類高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蝕、可大面積成膜，以及電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬態(tài)（10-9到105 S/cm）的范圍里變化。這種特性是目前其他材料所無法比擬的。按照材料結(jié)構(gòu)和制備方法的不同可把導(dǎo)電高分子材料分為結(jié)構(gòu)型（或本征型）導(dǎo)電高分子材料和復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料兩大類。

1.1 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料是指高分子本身或少量摻雜后具有導(dǎo)電性質(zhì)的高分子材料，一般是由電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過適當(dāng)電子受體或供體進(jìn)行摻雜后制得的。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料具有易成型、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)易變和半導(dǎo)體特性。最早發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)型高分子聚合物是用碘摻雜后形成的聚乙炔。這種摻雜后的聚乙炔的電導(dǎo)率高達(dá)105 S/cm。后來人們又相繼開發(fā)出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等導(dǎo)電高分子材料。這些材料摻雜后電導(dǎo)率可達(dá)到半導(dǎo)體甚至金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電水平。

1.1.1 聚乙炔

純凈聚乙炔摻進(jìn)施主雜質(zhì)（堿金屬（Li、Na、K）等）或受主雜質(zhì)（鹵素、AsF5、PF5等）后才能導(dǎo)電。與半導(dǎo)體不同的是，摻雜聚乙炔導(dǎo)電載流子是孤子。

聚乙炔中孤子是怎樣形成的呢？反式聚乙炔結(jié)構(gòu)有兩種形式，互為鏡像，如圖1所示：

A相和B相能量相等，都是基態(tài)。如果原來整個(gè)反式聚乙炔處于A相，通過激發(fā)可以變?yōu)锽相，中間出現(xiàn)的過渡區(qū)域，稱為正疇壁，反之稱為反疇壁。正疇壁稱為孤子，反疇壁稱為反孤子[1]。激發(fā)過程中所提供的能量只分布在正、反疇壁中，疇壁以外的部分能量不變。孤子態(tài)是由導(dǎo)帶和價(jià)帶各提供1/2個(gè)能級構(gòu)成的，因此電荷Q=0，當(dāng)用施主或受主雜質(zhì)進(jìn)行摻雜形成荷電孤子后，Q=±e。反式聚乙炔摻雜后，施主雜質(zhì)向碳鏈提供電子，被激發(fā)形成的孤子帶有負(fù)電，如果是受主雜質(zhì)，將從碳鏈中吸取電子，使孤子帶有正電。這樣孤子就成為反式聚乙炔中的導(dǎo)電載流子。

聚乙炔是目前世界上室溫下電導(dǎo)率最高的一種非金屬材料，它比金屬質(zhì)量輕、延展性好，可用作太陽能電池、電磁開關(guān)、抗靜電油漆、輕質(zhì)電線、紐扣電池和高級電子器件等。

1.1.2 聚對苯撐

聚對苯撐（PPP）有如圖2 所示兩種結(jié)構(gòu)形式：

其中（a）式穩(wěn)定，而（b）不穩(wěn)定，很難單獨(dú)存在，當(dāng)FeCl3與PPP摻雜時(shí)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使PPP分子鏈成為正離子，而FeCl3以FeCl4-負(fù)離子的形式加到分子鏈上，同時(shí)FeCl3被還原成FeCl2[2]，即：

2FeCl3+eFeCl4-+FeCl2

因此，摻雜過程實(shí)際上是一個(gè)氧化還原過程或電荷轉(zhuǎn)移過程。如果摻雜劑為受體分子，電荷轉(zhuǎn)移使高分子鏈成為正離子，摻雜劑為負(fù)離子，如果摻雜劑為給體時(shí)，則相反。聚對苯撐（PPP）的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性優(yōu)良，有多種合成方法，常溫下為粉末，難以加工成型。電化學(xué)聚合可得到薄膜狀產(chǎn)品，但電化學(xué)聚合的產(chǎn)物聚合度小、電氣特性和機(jī)械性能低，可采用可溶性預(yù)聚體轉(zhuǎn)換工藝提高其聚合度。

1.1.3 聚噻吩

噻吩的分子結(jié)構(gòu)如圖3所示，環(huán)上有兩類C原子，因此在發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)會有3種連接結(jié)構(gòu)，其中α-α連接時(shí)，噻吩環(huán)之間的扭轉(zhuǎn)角度最低，當(dāng)其與一些復(fù)合材料發(fā)生摻雜時(shí)會通過π-π鍵共軛作用結(jié)合在一起，形成一個(gè)個(gè)相對獨(dú)立的導(dǎo)電單元，這些導(dǎo)電單元相對純的聚噻吩而言，具有更高的電導(dǎo)率[3]。

1.1.4 聚吡咯

聚吡咯（PPy）是少數(shù)穩(wěn)定的導(dǎo)電高聚物之一，但純PPy只有經(jīng)過合適摻雜劑摻雜后才能表現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性。聚吡咯常用的摻雜劑有金屬鹽類如FeCl3，鹵素I2、Br2，質(zhì)子酸如H2SO4等。不同種類的摻雜劑對PPy摻雜及形成高導(dǎo)電性的機(jī)理不同，但大部分具有氧化性的摻雜劑，其摻雜過程可以用電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理來解釋。按此機(jī)理摻雜時(shí)，聚合物鏈給出電子，摻雜劑被還原成摻雜劑離子，然后此離子與聚合物鏈形成復(fù)合物以保持電中性。以FeCl3為氧化劑制備聚吡咯，通過電荷轉(zhuǎn)移形成復(fù)合物，反應(yīng)按下式進(jìn)行[4]：

1.1.5 聚苯胺

與其他導(dǎo)電高聚物一樣，聚苯胺（PAN）是共軛高分子，在高分子主鏈上交替重復(fù)單雙鏈結(jié)構(gòu)，具有的價(jià)電子云分布在分子內(nèi)，相互作用形成能帶等。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

聚苯胺可以看作是苯二胺與醌二亞胺的共聚物，x的值用于表征聚苯胺的氧化還原程度，不同的x值對應(yīng)于不同的結(jié)構(gòu)、組分及電導(dǎo)率。完全還原型（x=1）和完全氧化型（x=0）都為絕緣體，在0＜x＜1的任一狀態(tài)都能通過質(zhì)子酸摻雜進(jìn)行交換，當(dāng)x=0.5時(shí)，電導(dǎo)率最大，且可通過聚合時(shí)氧化劑種類、濃度等條件控制x的大小。對其進(jìn)行電化學(xué)或化學(xué)摻雜，使離子嵌入聚合物，以中和主鏈上的電荷，從而可使聚苯胺迅速并可逆地從絕緣態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài)，當(dāng)質(zhì)子酸進(jìn)行摻雜時(shí)，質(zhì)子化優(yōu)先發(fā)生在分子鏈的亞胺氮原子上。質(zhì)子酸發(fā)生離解后，生成的（H+）轉(zhuǎn)移至聚苯胺分子鏈上，使分子鏈中的亞胺上的氮原子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，生成元激發(fā)態(tài)極化子[5]。

聚苯胺（PAN）的研究后來居上，它與熱塑性塑料摻混具有良好的導(dǎo)電性，與其他導(dǎo)電高聚物相比，具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，易制成柔軟、堅(jiān)韌的膜，且價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)。在日用商品及高科技方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

1.2 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是以高分子聚合物作基體，加入相當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)電物質(zhì)組合而成的，兼有高分子材料的加工性和金屬導(dǎo)電性。既具有導(dǎo)電填料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及電磁屏蔽性，又具有基體高聚物的熱塑性、柔韌性以及成型性，因而具有加工性好、工藝簡單、耐腐蝕、電阻率可調(diào)范圍大、價(jià)格低等很多優(yōu)良的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)以及其他各種工程應(yīng)用中。復(fù)合型導(dǎo)電塑料是經(jīng)物理改性后具有導(dǎo)電性的塑料，一般是將導(dǎo)電性物質(zhì)如碳黑、金屬粉末、金屬粒子、金屬絲和碳纖維等摻混于樹脂中制成。在技術(shù)上比結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料成熟，不少品種已商業(yè)化生產(chǎn)。

目前，關(guān)于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理有宏觀滲流理論，即導(dǎo)電通路學(xué)說、微觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)理論和微觀量子力學(xué)場致發(fā)射效應(yīng)等三種理論[6]。

（1）滲流理論：這一理論認(rèn)為，當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo)電填料用量增加到某一臨界用量時(shí)，體系電阻率急劇下降，體系電阻率-導(dǎo)電填料用量曲線出現(xiàn)一個(gè)狹小的突變區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)導(dǎo)電填料的任何微小變化都會導(dǎo)致電阻率顯著變化，這種現(xiàn)象稱為滲濾現(xiàn)象，導(dǎo)電填料的臨界用量通常稱為滲濾閾值。

（2）隧道效應(yīng)理論：該理論認(rèn)為復(fù)合體系在導(dǎo)電填料用量較低時(shí)，導(dǎo)電粒子間距較大，混合物微觀結(jié)構(gòu)中尚未形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道，此時(shí)仍不具有導(dǎo)電現(xiàn)象。這是因?yàn)榇藭r(shí)高分子材料的導(dǎo)電性是由熱振動(dòng)電子在導(dǎo)電粒子之間的遷移造成的。隧道效應(yīng)現(xiàn)象幾乎僅僅發(fā)生在距離很接近的導(dǎo)電粒子之間，間隙過大的導(dǎo)電粒子之間沒有電流傳導(dǎo)行為。

（3）場致發(fā)射效應(yīng)理論：該理論認(rèn)為，當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo)電填料用量較低，導(dǎo)電粒子間距較大、導(dǎo)電粒子內(nèi)部電場很強(qiáng)時(shí)，電子將有很大幾率飛躍樹脂界面勢壘躍遷到相鄰電子離子上，產(chǎn)生場致發(fā)射電流，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1 炭黑添加型導(dǎo)電高分子材料

炭黑不僅價(jià)格低廉、導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，而且可以大幅度調(diào)整復(fù)合材料的體積電阻率。因此，由炭黑填充制成的復(fù)合導(dǎo)電高分子材料是目前用途最廣、用量最大的一種導(dǎo)電材料。復(fù)合材料導(dǎo)電性與填充炭黑的填充量、種類、粒度、結(jié)構(gòu)及空隙率有關(guān)，一般來說粒度越小，孔隙越多，結(jié)構(gòu)度越高，導(dǎo)電性就越強(qiáng)。

1.2.2 金屬添加型導(dǎo)電聚合物

這類導(dǎo)電塑料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，比傳統(tǒng)的金屬材料重量輕、易成型、生產(chǎn)效率高、成本低，進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，在電子計(jì)算機(jī)外殼、罩、承插件、傳輸帶等方面得到應(yīng)用，成為最年輕、最有發(fā)展前途的新型導(dǎo)電和電磁屏蔽材料。常見的金屬類導(dǎo)電填充劑有金、銀、銅、鎳等細(xì)粉末。

2 導(dǎo)電高分子材料的廣泛應(yīng)用

2.1 在電子元器件開發(fā)中的應(yīng)用

2.1.1 用于防靜電和電磁屏蔽方面

導(dǎo)電高聚物最先應(yīng)用是從防靜電開始的。將特定比例的十二烷基苯磺酸和對甲苯磺酸混合酸摻雜的PANI與聚（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）樹脂（ABS）共混擠出，制備了雜多酸摻雜PANI/ABS復(fù)合材料，通過現(xiàn)場聚合的方法在透明聚酯表面聚合了一層導(dǎo)電PANI，表面電阻可控制在106~109 Ω[7]。通過對復(fù)合材料EMI屏蔽的研究，發(fā)現(xiàn)在101 GHz下，復(fù)合材料的屏蔽效能隨其中PANI含量的增大而增大。摻雜能提高PANI的屏蔽效能。

2.1.2 導(dǎo)電高分子材料在芯片開發(fā)上的運(yùn)用

在各種帶有微芯片的卡片以及條碼讀取設(shè)備上，高分子聚合物逐漸取代硅材料。塑料芯片的價(jià)格僅為硅芯片的1 %~10 %，并且由于其具有可溶性的特性而更易于加工處理[8]。目前國際上已經(jīng)研制出集成了幾百個(gè)電子元器件的塑料芯片，采用這種導(dǎo)電塑料制造的新款芯片可以大大縮小計(jì)算機(jī)的體積，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。

2.1.3 顯示材料中的導(dǎo)電高分子材料

有機(jī)發(fā)光二極管是由一層或多層半導(dǎo)體有機(jī)膜，加上兩頭電極封裝而成。在發(fā)光二極管的兩端加上3伏~5伏電壓，負(fù)極上的電子向有機(jī)膜移動(dòng)，相反，與有機(jī)膜相連的正極上的電子向負(fù)極移動(dòng)，這樣產(chǎn)生了相反運(yùn)動(dòng)方向的正負(fù)電荷載體，兩對電荷載體相遇，形成了“電子-空穴對”，并以發(fā)光的形式將能量釋放[9]。由于它發(fā)光強(qiáng)度高、色彩亮麗，光線角幾乎達(dá)到180度，可用于制造新一代的薄壁顯示器，應(yīng)用在手機(jī)、掌上電腦等低壓電器上，也應(yīng)用于金融信息顯示上，使圖像生動(dòng)形象，并可圖文通顯。利用電致變色機(jī)理，還可用于制造電致變色顯示器、自動(dòng)調(diào)光窗玻璃等。

2.2 在塑料薄膜太陽能電池開發(fā)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的硅太陽能電池不僅價(jià)格昂貴，而且生產(chǎn)過程中消耗大量能源，因此成本昂貴，無法成為替代礦物燃料的能源，而塑料薄膜電池最大的特點(diǎn)就是生產(chǎn)成本低、耗能少。一旦技術(shù)成熟，可以在流水線上批量生產(chǎn)，使用范圍也很廣。制造塑料薄膜太陽能電池需要具有半導(dǎo)體性能的塑料。奧地利科學(xué)家用聚苯乙烯和碳摻雜形成富勒式結(jié)構(gòu)的材料，再將它們加工成極薄的膜，然后在膜層上下兩面蒸發(fā)涂上銦錫氧化物或鋁作為電極。由于聚苯乙烯受到光照時(shí)會釋放出電子，而富勒式結(jié)構(gòu)則會吸收電子，如果將燈泡接在這兩個(gè)電極上，電子開始流動(dòng)就會使燈泡發(fā)光[10]。

2.3 在生物材料開發(fā)中的應(yīng)用

在生命科學(xué)領(lǐng)域，導(dǎo)電高分子材料可制成智能材料，用于醫(yī)療和機(jī)器人制造方面。由于導(dǎo)電有機(jī)聚合物在微電流刺激下可以收縮或擴(kuò)張，因而具備將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的潛力，這類導(dǎo)電聚合物組成的裝置在較小電流刺激下同樣表現(xiàn)出明顯的彎曲或伸張/收縮能力。為了把聚合物變成伸屈的手指活動(dòng)，加上了含PPY的三層復(fù)合膜[PPY/緣塑料膜/PPY]，其中一層PPY供給正電荷，另一層PPY供給負(fù)電荷。機(jī)器人手指工作：提供正電荷的一側(cè)凹陷進(jìn)去，即體積收縮；提供負(fù)電荷的一側(cè)就鼓脹起來，體積膨脹，引起手指彎曲[11]。用改進(jìn)的PAN和碳纖維合并起來作為纖維束驅(qū)動(dòng)器，用它制造手指關(guān)節(jié)鏈（見圖5）其中關(guān)節(jié)的動(dòng)作是借助于激光發(fā)動(dòng)和纖維反抗成對的推拉控制，是由改變pH來激發(fā)動(dòng)作的，并有激發(fā)纖維和反抗纖維的數(shù)量來控制位置[12]。

最新研究表明，DNA也可以具有導(dǎo)電性，因此，把導(dǎo)電塑料與生命科學(xué)結(jié)合起來，可以制造出人造肌肉和人造神經(jīng)，以促進(jìn)DNA的生長或修飾DNA，這將是導(dǎo)電塑料在應(yīng)用上最重要的一個(gè)趨勢。

2.4 在新型航空材料開發(fā)中的應(yīng)用

航空制造所用復(fù)合材料是一種聚合體樹脂制成的矩陣結(jié)構(gòu)，由耐熱性能良好的增強(qiáng)型碳素纖維層或者玻璃纖維層膠合而成，再利用熔爐打造成所需要的形狀，以適應(yīng)不同零件所承受的壓力。另外，像聚苯胺、聚吡咯可用于電磁屏蔽，涂有其聚合纖維的飛機(jī)，能吸收雷達(dá)信號，使飛機(jī)隱身，還可排除雷擊的危險(xiǎn)。在導(dǎo)彈外面裹上一層這類聚合物，不僅可防止產(chǎn)生靜電，還可減輕導(dǎo)彈的重量[13]。

3 導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展

20世紀(jì)70年代以來，電子、電氣、通訊產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，推動(dòng)了導(dǎo)電材料的快速發(fā)展。隨著導(dǎo)電材料使用環(huán)境的變化，對導(dǎo)電材料的發(fā)展也提出了新的要求。總體來說，導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展主要圍繞以下幾個(gè)方面：

（1）開展分子水平上的研究和應(yīng)用，開發(fā)新品種導(dǎo)電材料，尤其是高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物、高強(qiáng)度導(dǎo)電高分子材料、可溶性導(dǎo)電高分子材料和分子導(dǎo)電材料，以便能夠制成“分子導(dǎo)線”、“分子電路”和“分子器件”。

（2）研究設(shè)計(jì)和合成結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定的、具有高熒光量子效率和高電荷載流子遷移率的共軛聚合物，制備出結(jié)構(gòu)有序的導(dǎo)電聚合物薄膜材料[14]。

（3）導(dǎo)電材料多功能化。除具有導(dǎo)電性能外，還應(yīng)具有優(yōu)良的阻燃性、阻隔性、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦等性能，并在加大導(dǎo)電填料用量以提高導(dǎo)電性能的前提下，如何保持或增強(qiáng)復(fù)合材料的成型加工性能、力學(xué)性能和其他性能。

導(dǎo)電高分子材料的這些發(fā)展趨向預(yù)示著一個(gè)新的塑料電子學(xué)時(shí)代即將到來。

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篇7

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；材料；選擇；應(yīng)用

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.15.095

機(jī)械行業(yè)和我們的生活是密不可分的，二者之間的關(guān)系是相互促進(jìn)的。機(jī)械行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使人們的生活更加現(xiàn)代化，而在現(xiàn)代化的生活背景下，科學(xué)水平日益進(jìn)步，從而又推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)步。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，它直接影響到機(jī)械的使用性能。機(jī)械設(shè)計(jì)是在人力、物力、制造成本等多種限制條件下，做出最佳設(shè)計(jì)方案，讓機(jī)械能夠處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。隨著機(jī)械行業(yè)的逐漸發(fā)展，對機(jī)械材料的要求也越來越高。合理的材料選擇和應(yīng)用不僅可以提高機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能，還能保證材料的合理使用。本文的以機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用為論述核心，對設(shè)計(jì)材料類型、設(shè)計(jì)材料應(yīng)用的要點(diǎn)等進(jìn)行深入分析。

1 研究目的

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，很多機(jī)械設(shè)計(jì)軟件通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上逐漸開發(fā)出來。但是設(shè)計(jì)方法的提升并不是影響機(jī)械生產(chǎn)的唯一因素。因?yàn)椋?jīng)濟(jì)的發(fā)展使機(jī)械需求量日益增加，導(dǎo)致設(shè)計(jì)材料出現(xiàn)短缺的情況，機(jī)械設(shè)計(jì)方法的提升不能解決材料匱乏的問題。材料是構(gòu)成機(jī)械原件的主體，機(jī)械生產(chǎn)材料供應(yīng)不上，會影響機(jī)械生產(chǎn)的速度、數(shù)量、質(zhì)量。最終也無法滿足人們對生活的需求。在材料選擇方面不能只注重它的使用效果，還應(yīng)該考慮機(jī)械設(shè)計(jì)材料的使用成本。所以在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用方面，在注重機(jī)械高效性能的同時(shí)，也要結(jié)合使用材料的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。只要這樣才能保證機(jī)械行業(yè)的健康發(fā)展。

2 材料選擇的類型

2.1 金屬材料

金屬材料是機(jī)械設(shè)計(jì)中使用時(shí)間最長、使用頻率最多的材料。通常情況下，以金屬元素或者以金屬元素為主組成的具有金屬性質(zhì)的材料都可以稱為金屬材料。目前，自然界中金屬材料的種類達(dá)到了近80種，最常見的有金、銀、銅、鐵、錫等。也正是因?yàn)槿绱?，才使金屬材料成為機(jī)械設(shè)計(jì)中最受歡迎的材料。此外，大部分金屬材料都具有一定的韌性與強(qiáng)度，極大的滿足了機(jī)械生產(chǎn)對使用材料的要求。金屬材料類型也不是單一的，金屬材料又分成純金屬材料、合金材料、特種金屬材料以及金屬間化合物材料，金屬合金材料的出現(xiàn)不僅提高了機(jī)械的使用性能，更拓展了金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的使用范圍。尤其是特種金屬與金屬間化合物材料，在科技核心領(lǐng)域被廣泛使用。

2.2 復(fù)合材料

復(fù)合材料，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。復(fù)合材料具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、比剛度高等特點(diǎn)，并且很多復(fù)合材料具有導(dǎo)電、防熱、屏蔽、吸聲、磁性等性質(zhì)，這些特點(diǎn)與性質(zhì)使拓展復(fù)合材料的使用范圍，像航空航天、醫(yī)療器材、建筑設(shè)施都用復(fù)合材料的身影。

2.3 高分子材料

高分子材料是指以化合物為基體，根據(jù)使用要求向化合物基體中加入與之匹配的添加劑或者助劑，因此高分子材料又稱為聚合物材料。生產(chǎn)高分子材料的原料十分豐富，這使高分子材料更加便于獲取，像生活中常見的合成纖維以及塑料就是高分子材料的代表。高分子材料可以從自然界中提取，具有可再生與可循環(huán)的特性。它和金屬材料相比具有很大的優(yōu)勢，金屬是不可再生資源，隨著機(jī)械使用量的增加，金屬材料日益減少，高分子材料在很多機(jī)械生產(chǎn)可以代替金屬材料，例如聚甲醛材料聚甲醛具有很強(qiáng)的耐磨性質(zhì)，可以擁有齒輪、軸承、螺母等機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。因此，在汽車制造業(yè)高分子材料被廣泛運(yùn)用，在減少汽車自身重量的同時(shí)，也減少了能源的消耗。

2.4 陶瓷材料

陶瓷材料是指用天然或者合成化合物用高溫?zé)Y(jié)而形成的一種非金屬材料。目前，陶瓷材料主要分為：氮化硅與碳化硅兩種類型。陶瓷材料的硬度很高，通常被用來制作密封零件，并且陶瓷材料具有耐磨、耐腐蝕的特點(diǎn)，很多化學(xué)儀器的制造也會采用這種材料。此外，由于陶瓷材料的電特性，通常用來制造電容器，這種電容器在鐵電陶瓷的作用下形狀會產(chǎn)生變化，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成機(jī)械能，像超聲儀、聲吶、擴(kuò)音機(jī)都是利用陶瓷材料的這種性能。此外，隨著納米陶瓷技術(shù)的出現(xiàn)，像航空航天、衛(wèi)星通訊等高精領(lǐng)域都運(yùn)用到了陶瓷材料。

3 材料選擇與應(yīng)用的要點(diǎn)

3.1 材料負(fù)荷性

機(jī)械設(shè)計(jì)中對于材料荷載水平的選擇是很重要的，這是因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)計(jì)的過程中一些材料由于荷載水平較低的原因可能會導(dǎo)致出現(xiàn)后期抑制失效的情況，使得機(jī)械零件不能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)首先對擬用到的材料進(jìn)行載荷水平方面的評估，優(yōu)選載荷水平較高的材料，并在有需要的情況下對材料進(jìn)行后期處理，以使材料的荷載水平得到進(jìn)一步的提高，例如對低碳鋼進(jìn)行滲碳以及對中碳鋼調(diào)質(zhì)等。

3.2 材料實(shí)用性

機(jī)械的種類多種多樣，材料的可選擇性也是如此，在機(jī)械材料設(shè)計(jì)中材料的選擇不一定要最好的，但是一定要選擇最實(shí)用的。例如在汽車制造種，變速箱可以說是磨損度最大的部位，因此變速箱中的零件大多采用鍛鋼、鑄鐵等堅(jiān)固、耐磨性材料；汽車的散熱器（水箱）作為引擎的冷卻系統(tǒng)，可以讓引擎始終在正常溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。冷卻系統(tǒng)的零件大多采用鋁制品，應(yīng)為鋁制品具有耐腐蝕的特點(diǎn)，在潮濕的環(huán)境下不會生銹，此外和其他材料相比鋁的質(zhì)量很輕，可以減少汽車重量。

3.3 材料經(jīng)濟(jì)性

在機(jī)械設(shè)計(jì)中要注重材料的經(jīng)濟(jì)性。在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，使用的材料都要求很高，那么價(jià)格上也是會相對昂貴的，所以在材料的選擇上往往會注意材料的經(jīng)濟(jì)性，也就是價(jià)錢，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，就是要求機(jī)械設(shè)計(jì)過程中要盡量節(jié)約材料成本和加工過程中產(chǎn)生的成本。我們不僅僅要選擇質(zhì)量好的材料，還要對材料的價(jià)格進(jìn)行控制，不能鋪張浪費(fèi)，也不能隨意購買，要對材料的性能和價(jià)錢多做考慮，選擇適合產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)的，同時(shí)還要選擇價(jià)格合理的。

3.4 環(huán)保與可持續(xù)性

機(jī)械行業(yè)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。但是，人們在追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，卻忽視了環(huán)境保護(hù)以及發(fā)展的可持續(xù)性。金屬是機(jī)械設(shè)計(jì)中使用最廣泛的材料，在金屬材料冶煉的過程中，會投入大量的人力物力，使用成本過大。此外，由于冶煉技術(shù)、工序等問題，容易造成重金屬污染，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。隨著機(jī)械需求量的增加，金屬資源匱乏的情況日益突出。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中盡量選擇環(huán)保性的原材料，并且要對報(bào)廢的機(jī)械進(jìn)行分解，實(shí)現(xiàn)資源的可循環(huán)利用，盡量使用組合較少的合金，這樣可以減少提取材料的成本。同時(shí)在不影響機(jī)械性能的情況下，可以采用高分子材料、復(fù)合材料以及陶瓷材料代替，這些材料都是可以從自然界中直接提取，具有可再生性。通過替代金屬材料的方式，來減少金屬的使用量，實(shí)現(xiàn)金屬資源的使用的可持續(xù)性。

4 結(jié)束語

隨著機(jī)械設(shè)備需求量的不斷增加以及機(jī)械設(shè)備使用概率的不斷提升，使得人們對機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和功能的要求也越來越高，因此做好機(jī)械設(shè)計(jì)工作對于機(jī)械設(shè)備企業(yè)來說具有十分重要的意義。目前，由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等原因，我國機(jī)械設(shè)計(jì)大多以金屬為主，對于高分子、復(fù)合、陶瓷等新型材料的研究還處于起步階段。這不僅造成金屬資源匱乏，也破壞的生態(tài)環(huán)境，加之缺乏完善的金屬開采技術(shù)，造成了大量金屬資源的浪費(fèi)。因此，我國應(yīng)該在提高金屬使用效率的同時(shí)，還應(yīng)該加大新型材料研究的投入力度，要站在科學(xué)的制高點(diǎn)，研發(fā)出更具經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可持續(xù)性的機(jī)械設(shè)計(jì)材料，這樣也促進(jìn)社會的和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵字：高分子導(dǎo)論 獨(dú)立學(xué)院 教學(xué)

自1920年德國科學(xué)家H.Staudinger提出大分子概念以來，高分子科學(xué)迅猛發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，它是塑料、合成纖維、合成橡膠三大合成材料生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展中占有重要的地位。高分子科學(xué)既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用學(xué)科，其內(nèi)容包括高分子物理、高分子化學(xué)、高分子加工和高分子材料；課程知識點(diǎn)多，概念多，理論性強(qiáng)，比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大。在獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)高分子導(dǎo)論課程有很重要的意義，但是教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)較少（本校為34學(xué)時(shí)），而且在大學(xué)期間只有這一門高分子相關(guān)課程。所以如何用較少的時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生掌握基本的專業(yè)知識，為其今后工作或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)，是每個(gè)教師都應(yīng)該思考的問題。

1、獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)及特點(diǎn)

獨(dú)立學(xué)院是指實(shí)施本科以上學(xué)歷教育的普通高等學(xué)校與國家機(jī)構(gòu)以外的社會組織或者個(gè)人合作，利用非國家財(cái)政性經(jīng)費(fèi)具備的實(shí)施本科學(xué)歷教育的高等學(xué)校[1]，在我國的高等教育中起著越來越重要的作用。獨(dú)立學(xué)院也稱三本院校，既不同于普通高等教育、又不同于高等職業(yè)教育，招生錄取線主要介于二者之間。

1.1 培養(yǎng)目標(biāo)

獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生屬于本科層次，通過大學(xué)期間的學(xué)習(xí)應(yīng)該成長為既有一定理論基礎(chǔ)，又具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，與一本、二本院校培養(yǎng)的研究型人才有著明顯區(qū)別。

1.2 學(xué)生特點(diǎn)

獨(dú)立學(xué)院作為普通高等教育的重要組成部分，學(xué)生既有一般大學(xué)生的通性，也有自身比較突出的特點(diǎn)[2]。分析我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生情況，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a.入學(xué)時(shí)對專業(yè)知識掌握較少，甚至有部分江蘇考生在高中階段都沒有選修化學(xué)；

b.對本專業(yè)缺乏歸屬感，很多學(xué)生是調(diào)劑生，部分學(xué)生認(rèn)為所學(xué)知識用處不大；

c.自控能力不強(qiáng)，無故曠課、不交作業(yè)、考試突擊等現(xiàn)象較多；

d.學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，積極性不高，課程知識掌握較差，甚至有同學(xué)出現(xiàn)掛科現(xiàn)象；

e.動(dòng)手能力較強(qiáng)，對社會實(shí)踐的要求比較強(qiáng)烈。

2、教學(xué)建議

根據(jù)本校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)高分子導(dǎo)論課程幾年的情況，結(jié)合同行經(jīng)驗(yàn)[3-4]、自身教學(xué)體會和學(xué)生意見，對獨(dú)立學(xué)院高分子導(dǎo)論課程的教學(xué)提出以下幾點(diǎn)建議：

2.1 教師觀念轉(zhuǎn)變

由于獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)及專業(yè)建設(shè)年限較短，目前師資力量主要依附母體院校。一部分教師是從母體院校外聘的兼職教師，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，但是自身在母體院校已承擔(dān)較重的教學(xué)或科研任務(wù)，精力有限，而且多年來形成了一本、二本的教學(xué)定勢，慣于按照研究型大學(xué)或教學(xué)科研并重型高校的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)，往往會把內(nèi)容講的過深，理論性太強(qiáng)，常常使學(xué)生感到學(xué)習(xí)困難，甚至發(fā)出“想把我們培養(yǎng)成科學(xué)家”的感慨。另一部分教師是學(xué)校自有年輕教師，他們教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，容易受到自己學(xué)習(xí)體會或老教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的影響，短時(shí)間內(nèi)難以很好的根據(jù)獨(dú)立學(xué)院“三本”的生源特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。教師應(yīng)該明確獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，并且貫徹在整個(gè)教學(xué)過程中。

2.2 合理選擇教材

獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠，課后主動(dòng)復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的情況很少，尋找相關(guān)書本文獻(xiàn)學(xué)習(xí)的更少，所得知識大都依賴于課本和課堂，所以參考教材的選用很重要。

高分子導(dǎo)論教材版本較多，主要章節(jié)包括概論、鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)、逐步聚合反應(yīng)、聚合物的化學(xué)反應(yīng)、聚合物的結(jié)構(gòu)、聚合物的性質(zhì)、高分子材料、聚合物的成型加工等。這些教材主要是面對普通高等教育，整體內(nèi)容理論性較強(qiáng)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)能力有一定的要求。鑒于目前還沒有一本專門適用于獨(dú)立學(xué)院的教材，本校目前選用董炎明編著的《高分子科學(xué)簡明教程》（科學(xué)出版社），該教材內(nèi)容通俗易懂，而且書中有很多小故事，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師要隨時(shí)關(guān)注教材信息，尋找更為適合的教材。

2.3 明確教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)

應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)高分子導(dǎo)論課程的目的，是為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入高分子的世界，理解和掌握高分子科學(xué)的基本框架、概念和原理，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)或從事相關(guān)行業(yè)工作提供知識儲備，所以在教學(xué)的深度上要求相對偏低，但是作為僅有的一門高分子課程，課程內(nèi)容要有代表性。

高分子科學(xué)四個(gè)知識板塊中，高分子化學(xué)和高分子物理是講解重點(diǎn)，安排28學(xué)時(shí)左右，而高分子材料和高分子加工則重在與實(shí)踐結(jié)合，以講座或參觀的形式學(xué)習(xí)。

在高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)中，緊緊圍繞“如何合成聚合物”這條主線，重點(diǎn)介紹自由基聚合和逐步聚合，離子聚合和聚合物的化學(xué)反應(yīng)作為次重點(diǎn)，而配位聚合則可以安排學(xué)生自學(xué)。其中涉及到很多公式，比如自由基聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分，有引發(fā)速率方程、鏈增長速率方程、穩(wěn)態(tài)假設(shè)下的自由基濃度方式、聚合總速率方程等[5]，弱化公式的推導(dǎo)，而將關(guān)注度放在公式的理解應(yīng)用上。

高分子物理則圍繞著“聚合物結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系”這條主線，重在二者的對應(yīng)關(guān)系。此部分涉及到較多的曲線，比如線性非晶態(tài)聚合物的形變-溫度曲線，聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，重點(diǎn)介紹曲線各段所代表的意義、對應(yīng)的結(jié)構(gòu)要求、相互的異同之點(diǎn)，而對精確的曲線函數(shù)推導(dǎo)完全忽略，所涉及到的比較前沿的結(jié)構(gòu)模型也適當(dāng)弱化。

2.4 充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性

獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠，而且在遇到困難時(shí)容易產(chǎn)生自卑、畏縮心理，所以要充分利用各種資源，將多媒體教學(xué)和板書教學(xué)相結(jié)合，將理論講解和實(shí)物、模型演示相結(jié)合，將課本知識和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過多種授課方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。 轉(zhuǎn)貼于

2.4.1 培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生中課前不預(yù)習(xí)、上課不聽講或曠課、課后不復(fù)習(xí)、作業(yè)抄襲、考試突擊等的現(xiàn)象比較多，反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣方面存在一定的缺陷，這些都嚴(yán)重影響了教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。

針對這些現(xiàn)象，可以采取以下這些引導(dǎo)性的措施：

a.課前布置預(yù)習(xí)題，并在上課時(shí)提問，培養(yǎng)學(xué)生的預(yù)習(xí)習(xí)慣；

b.講課之前列出本堂課主要要解決的問題或知識點(diǎn)，在下課之前以課堂作業(yè)的形式解答上交，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，提高課堂聽講的效率；

c.課后習(xí)題不單要對課堂內(nèi)容進(jìn)行檢查，還要包括部分拓展性內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)書籍、文獻(xiàn)或是網(wǎng)絡(luò)資源，培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)習(xí)的習(xí)慣；

d.將學(xué)生分成若干個(gè)小組，選取某種實(shí)用的高分子材料，課后查閱相關(guān)知識，相互討論，并選取代表以講課的形式在課堂上進(jìn)行十分鐘左右的成果展示，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作精神，鍛煉學(xué)生的演講能力。

2.4.2 充分利用多媒體教學(xué)

現(xiàn)今多媒體技術(shù)非常發(fā)達(dá)，對其有效利用可以大大提高教學(xué)的效果，這方面已經(jīng)有很多教師進(jìn)行了探索[6-7]。多媒體教學(xué)的重要部分是多媒體課件，課件并不是教材的簡單重復(fù)，而要突出教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，圖文并茂、形象生動(dòng)。充分利用多媒體資源的同時(shí)，也不能完全摒棄板書教學(xué)，比如對于某些特別重要的理論公式的學(xué)習(xí)和推導(dǎo)，學(xué)生難以在較短的時(shí)間內(nèi)完全理解，這時(shí)就應(yīng)該采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式。

多媒體教學(xué)中可以利用各種化學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)的模擬、構(gòu)型的轉(zhuǎn)變等，直觀形象，對高分子的鏈結(jié)構(gòu)、構(gòu)型轉(zhuǎn)變等抽象知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)很有幫助，還可以將簡單高分子實(shí)驗(yàn)制作成視頻，比如學(xué)生在學(xué)習(xí)自由基聚合中的自動(dòng)加速效應(yīng)時(shí)，由于沒有感官印象而難以掌握，可以通過視頻將這一過程直觀的展示出來，讓學(xué)生通過觀察去分析理解。

2.4.3 緊密聯(lián)系生活

教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系，能很大程度提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。高分子科學(xué)支撐著龐大的高分子工業(yè)，與生活聯(lián)系密切，在教學(xué)中要將理論與實(shí)際結(jié)合，提高學(xué)生的興趣。生活中到處都是高分子制品，在講述高聚物名稱和結(jié)構(gòu)時(shí)，展示此種聚合物的制品，引導(dǎo)學(xué)生通過制品的特點(diǎn)來推斷聚合物的特點(diǎn)，加深印象，還可以簡單介紹行業(yè)內(nèi)代表性的生產(chǎn)及加工單位。獨(dú)立學(xué)院多有產(chǎn)學(xué)研共建平臺、學(xué)生實(shí)訓(xùn)基地，在條件允許的情況下，組織學(xué)生參觀高分子生產(chǎn)加工基地，了解比較成熟的高分子合成工藝，高分子材料的加工成型過程等。

2.5 改革考核體系

考核是教學(xué)成果的主要檢測手段之一，傳統(tǒng)的考核方式是一張?jiān)嚲矶ㄉ?，存在諸多弊端，建議將課程考核方式分為兩部分，一部分是平時(shí)的課堂表現(xiàn)，包括出勤率、作業(yè)完成情況等，這部分的比例可以適當(dāng)提高，從而使學(xué)生更加注重課堂的互動(dòng)環(huán)節(jié)；另一部分是期中和期末理論考試，采取開卷與閉卷相結(jié)合的形式。

高分子導(dǎo)論的主要理論考核內(nèi)容是高分子化學(xué)和高分子物理，這是兩個(gè)雖有聯(lián)系但相互獨(dú)立的方向，可以分別考試，同比重計(jì)入總分?？荚嚳梢圆扇￠_卷閉卷相結(jié)合的方式，高分子化學(xué)中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分有很多的公式，學(xué)生記憶上存在困難，可以適當(dāng)采取開卷或半開卷的形式，而高分子物理中多是對規(guī)律的解釋和應(yīng)用，采取閉卷的形式。

3、結(jié)語

高分子導(dǎo)論作為一門知識點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大的課程，在獨(dú)立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、課時(shí)數(shù)少的情況下進(jìn)行教學(xué)，目前尚在探索階段，還存在不少問題。教師需要不斷的改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這樣才能取得令人滿意的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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[5] 董炎明 張海良，高分子科學(xué)簡明教程，科學(xué)出版社，2008

篇9

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；課程體系；優(yōu)化

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0119-03

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，自然科學(xué)之間更加相互滲透、融合和交叉。陳舊的基礎(chǔ)課教學(xué)內(nèi)容和體系與新的科學(xué)前沿理論的矛盾日益突出，因此，有必要對現(xiàn)有的知識體系和專業(yè)格局進(jìn)行調(diào)整和重組，建立綜合性材料科學(xué)與工程專業(yè)，以適應(yīng)未來知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對材料類專業(yè)人才的需求?！安牧峡茖W(xué)與工程”專業(yè)在教育部1998年正式頒布的本科專業(yè)目錄中作為引導(dǎo)性專業(yè)提出，體現(xiàn)了材料科學(xué)與材料工程相互交叉與相互滲透綜合的發(fā)展趨勢，也符合社會所需復(fù)合型人才成長的要求?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”是該專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，擔(dān)負(fù)著公共基礎(chǔ)課和專業(yè)課程之間的銜接作用，也是研究生入學(xué)的必考課程。該課程對材料科學(xué)與工程專業(yè)人才運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力的培養(yǎng)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、科學(xué)的思維方法的培養(yǎng)和整體知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建具有奠基作用。因此，我們在教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行了改革與優(yōu)化整合。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化的動(dòng)因

根據(jù)教育部提出的拓寬專業(yè)口徑、按專業(yè)大類進(jìn)行人才培養(yǎng)的基本思路及1997年國務(wù)院學(xué)位辦頒發(fā)的新專業(yè)目錄中提出的引導(dǎo)性專業(yè)——材料科學(xué)與工程專業(yè)，部分高校材料類的專業(yè)設(shè)置不再分為無機(jī)非金屬材料工程、高分子材料與工程和金屬材料，而是按照材料科學(xué)與工程一級學(xué)科進(jìn)行重新設(shè)置，“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系也進(jìn)行了相應(yīng)的改革。安徽建筑工業(yè)學(xué)院作為建筑類一般本科院校，其材料類專業(yè)是按二級學(xué)科進(jìn)行課程設(shè)置，設(shè)高分子材料與工程、無機(jī)非金屬材料工程以及電子科學(xué)與技術(shù)（電子材料方向）三個(gè)材料類專業(yè)，各成體系。其中關(guān)于材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)從各專業(yè)課程的安排上看，無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)和電子科學(xué)與技術(shù)（電子材料方向）專業(yè)開設(shè)“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”，其重點(diǎn)是無機(jī)材料的結(jié)構(gòu)、組成和性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，內(nèi)容相近；而高分子材料與工程專業(yè)未單獨(dú)開設(shè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程，材料科學(xué)基礎(chǔ)中大部分相關(guān)的理論分散在專業(yè)基礎(chǔ)課程“高分子化學(xué)”和“高分子物理”中，其中涉及較多的是制備科學(xué)而關(guān)于高溫?zé)Y(jié)、擴(kuò)散、固相反應(yīng)和相變過程及晶體結(jié)構(gòu)和缺陷理論則涉及的較少。然而，社會需要的人才正向著復(fù)合型人才發(fā)展，材料也正在向著功能型和復(fù)合型發(fā)展，因此為了滿足社會對材料類人才的要求，培養(yǎng)人才應(yīng)具有大材料專業(yè)的理論基礎(chǔ)，故必須對無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的優(yōu)化和整合，同時(shí)考慮安徽建筑工業(yè)學(xué)院的特色，構(gòu)建具有自己特色的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”一級學(xué)科平臺課程體系。

二、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化原則

圍繞材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和人才培養(yǎng)規(guī)格構(gòu)建具有建筑類一般本科院校辦學(xué)特色的材料科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程，其重點(diǎn)是“厚基礎(chǔ)、寬口徑”，夯實(shí)學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)知識，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生對社會的適用能力；加強(qiáng)相關(guān)課程的綜合，一起考慮高分子材料與工程、無機(jī)非金屬材料工程以及電子科學(xué)與技術(shù)（電子材料方向）三個(gè)專業(yè)的相近課程，根據(jù)無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理和高分子化學(xué)課程在人才培養(yǎng)中的作用，對其重新定位，整體優(yōu)化課程體系；同時(shí)堅(jiān)持先進(jìn)性原則，突出高、新、精、實(shí)的特點(diǎn)，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿。

篇10

關(guān)鍵詞：高分子；氯化聚乙烯防水材料；老化性能；老化機(jī)理；建筑防水施工 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU761 文章編號：1009-2374（2017）04-0070-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.04.036

氯化聚乙烯防水卷材是建筑防水施工的重要材料，具有拉伸強(qiáng)度高、斷裂延伸率大、耐高低溫性能好、耐腐蝕、耐老化、對基層伸縮或開裂變形的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。其老化性能對建筑工程質(zhì)量有著極其重大的影響。而日光輻射（光能）、溫度和水（濕度）被認(rèn)為是引起材料老化的三大主要因素。

1 老化機(jī)理

老化是指在使用、儲存過程，由于受到光、熱、氧、水、微生物等外部因素作用，引起材料化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的變化，使用性能下降的現(xiàn)象，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、強(qiáng)度降低等。氯化聚乙烯防水材料應(yīng)用過程中受外部因素的影響，很容易使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，造成部分主鏈氫原子被氯原子取代，使其抗熱性、抗氧化性、抗油性大打折扣，發(fā)生老化，在一定程度上影響了氯化聚乙烯防水材料的應(yīng)用效益。對氯化聚乙烯防水材料老化機(jī)理進(jìn)行分析，深入把握各項(xiàng)老化要素已經(jīng)成為新時(shí)期研究的關(guān)鍵。

2 材料要求

本文采用壽光市宏昌防水材料有限公司生產(chǎn)的氯化聚乙烯（PVC）防水材料進(jìn)行試驗(yàn)。該產(chǎn)品格為1.5mm*2.05m*20m，為0.3MPa 60min不透水，斷裂伸長率達(dá)到300（%）%，抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度均為優(yōu)等，拉伸強(qiáng)度達(dá)到90N，撕裂強(qiáng)度為60N，符合GB 12953-2003中規(guī)定的L類防水卷材中Ⅰ型的要求。

3 老化試驗(yàn)

3.1 氙燈耐候老化試驗(yàn)

氙燈耐候老化是用人工的方法模擬自然環(huán)境中的光照、降雨等過程，該試驗(yàn)開展時(shí)由氙燈耐候試驗(yàn)箱模擬燈光、雨水等自然環(huán)境，創(chuàng)建針對性試驗(yàn)條件，對試驗(yàn)材料性能進(jìn)行檢驗(yàn)。上述試驗(yàn)開展過程中需要對氙燈功率、輻射強(qiáng)度等進(jìn)行全面把握，這樣才能夠保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和有效性。

本次試驗(yàn)過程中主要選擇平板式氙燈耐候試驗(yàn)箱，試驗(yàn)光源波長270～800nm的照射光，將試樣放置在不同的光照強(qiáng)度下（300W/m2、400W/m2、500W/m2、600W/m2、700W/m2），在氙燈耐候試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行老化加速試驗(yàn)。試驗(yàn)箱黑板溫度63℃，濕度50%，降水時(shí)間18min，干燥時(shí)間102min，2個(gè)小時(shí)一循環(huán)，試驗(yàn)時(shí)間為250h，老化后試樣拉伸結(jié)果見表1與圖1：

聚合物受光的照射，是否引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對大小及高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)對光波的敏感性，該試驗(yàn)采用的同種光波不同強(qiáng)度的照射。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，在光照度大于600W/m2后，試樣的拉伸性能產(chǎn)生了巨大的變化，這是由于光照導(dǎo)致高分子化學(xué)鍵的斷裂而引起的性能劣化，若吸收的輻射能超過了聚合分子結(jié)構(gòu)的能量，集合物的分子健就會發(fā)生變化，導(dǎo)致降解。高分子材料的老化過程大多是光物理和光化學(xué)共同的協(xié)同作用，光，尤其是紫外光是導(dǎo)致高分子材料老化的主要原因，這種損害包括材料的表面失光、褪色、黃變、開裂、脫皮、脆化、強(qiáng)度降低及分層等現(xiàn)象。所以在研究材料的老化過程中，根據(jù)地理位置緯度和氣候影響輻照量及季節(jié)的變化和持續(xù)日照時(shí)間選擇合適的光源輻射條件、黑暗周期以及能讓材料吸收相應(yīng)的能量并激發(fā)產(chǎn)生能級躍遷才會使材料出現(xiàn)老化現(xiàn)象。因此，在氯化聚乙烯防水材料防老化處理過程中需要對光照進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過相關(guān)的措施降低直接光照對材料性能的影響，尤其是紫外線，從而提升氯化聚乙烯防水材料質(zhì)量。

3.2 熱空氣老化試驗(yàn)

熱空氣老化試驗(yàn)主要通過熱空氣老化試驗(yàn)箱完成。該試驗(yàn)方法主要運(yùn)用于非金屬材料的耐熱性試驗(yàn)，操作過程中需要全面控制試驗(yàn)箱的溫度、換氣量、換氣時(shí)間等。在熱空氣老化檢驗(yàn)時(shí)可以依照具體的試驗(yàn)狀況合理選擇自然換氣或人工換氣。自然換氣直接通過箱體中的氣孔即可實(shí)現(xiàn)，人工換氣處理過程中可以通過風(fēng)機(jī)通風(fēng)，借助調(diào)節(jié)流量計(jì)實(shí)現(xiàn)換氣。

本次試驗(yàn)過程中熱空氣老化試驗(yàn)箱選擇強(qiáng)行換氣，流速設(shè)置為0.5～1.5m/s，且保證試驗(yàn)箱的尺寸超過試驗(yàn)箱有效容積的10%。樣本放置后懸掛試樣間距控制在10mm以上，開始對溫度進(jìn)行設(shè)定。本試驗(yàn)將產(chǎn)品置于60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃等不同的試驗(yàn)溫度下，放置168h后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，對氯化聚乙烯（PVC）防水材料老化狀況進(jìn)行分析。本次試驗(yàn)結(jié)果見表2與圖2：

從研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)溫度會對氯化聚乙烯防水材料性能產(chǎn)生一定的影響，在溫度發(fā)生巨大變化的過程中會加速材料的老化。文獻(xiàn)資料顯示：熱老化主要是由于熱氯化降解過程中高聚物分子性能發(fā)生轉(zhuǎn)變導(dǎo)致。溫度上升后高聚物分子會產(chǎn)生鏈斷裂出現(xiàn)自由基，形成自由鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致聚合物降解和交聯(lián)，性能劣化。暴露于自然環(huán)境中材料的溫度主要取決于空氣中的溫度、太陽光中紅外輻射、空氣運(yùn)動(dòng)、材料本身的性質(zhì)包括顏色系數(shù)、溫度系數(shù)、表面光澤度、粗糙度等因素。在耐候老化研究中，溫度影響材料性能是因?yàn)闇囟扔绊憰涌觳牧系墓饣瘜W(xué)反應(yīng)和化學(xué)降解反應(yīng)速度。根據(jù)阿倫尼烏斯的經(jīng)驗(yàn)公式模型可以簡單的推算為每升溫10℃，光化學(xué)反應(yīng)的速度就會加倍，同時(shí)影響材料的二次反應(yīng)速率。為此，在氯化聚乙烯防水材料應(yīng)用的過程中需要做好溫度的控制，借助各項(xiàng)溫度調(diào)控裝置對氯化聚乙烯防水材料性能進(jìn)行保障，這樣才能夠從根本上提升材料質(zhì)量，延緩氯化聚乙烯防水材料的老化。

在對研究資料進(jìn)行整理后可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升高時(shí)，光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應(yīng)，但卻影響次要的化學(xué)反應(yīng)。因此，在氯化聚乙烯防水材料老化測試的過程中必須提供精確的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化過程。溫度的變化引起材料表面的變化，導(dǎo)致材料收縮和膨脹，因而加速了開裂和裂紋的形成。而水的吸附和脫附除了要吸收和釋放熱量外還會進(jìn)一步加劇材料的變化，所以綜合在研究材料老化過程中除了要考慮溫度、濕度和光照各自的作用外還要考慮它們之間的協(xié)同作用，從其協(xié)同作用效果出發(fā)分析材料的老化致因。

4 結(jié)語

氯化聚乙烯防水材料是現(xiàn)今建筑防水中的常用材料，其使用性能關(guān)乎施工建筑質(zhì)量及安全，在使用過程中需全面把握其性能指標(biāo)，分析材料老化狀況。通過試驗(yàn)手段對其老化過程進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)光照、溫度等均會對氯化聚乙烯防水材料老化加速，需要采取適當(dāng)防老化措施，延緩老化的速率，對建筑施工安全及質(zhì)量提供保證。

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