高分子材料研究方向范文
時間:2023-12-21 17:20:35
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篇1
關(guān)鍵詞:功能高分子材料;研究現(xiàn)狀;發(fā)展前景
一、功能高分子材料的概念及開發(fā)意義
功能高分子材料,是指具有一定傳遞或存儲物質(zhì)、信息及能量作用的高分子和高分子復合材料。這使得功能高分子材料不僅具有原來的力學性能,同時還兼具如光敏性、導電性、化學反應(yīng)活性、生物相容性、選擇分離性、能量轉(zhuǎn)換性等一系列其他特定性能。按照其功能劃分,功能高分子材料主要可分為4類:①物理功能:具體包括超導、導電、磁化等功能;②化學功能:具體包括光的聚合、降解、分解等;③生物功能:具體來說包括生理組織及血液的適應(yīng)性等;④介于化學、物理之間的功能:主要是指高吸水、吸附等功能方面。
功能高分子材料由于具備特殊的功能,受到了各個領(lǐng)域的廣泛重視,特別是其不可替代的諸多特性都為很多領(lǐng)域的技術(shù)進步提供了基礎(chǔ)和前提,甚至已經(jīng)因此而誕生出了一批先進的、符合社會發(fā)展潮流的新產(chǎn)品。因此,當前各國都加大了對功能高分子材料的人力物力財力投入,面對時間各國的競爭,我國也需要盡快加大對功能高分子材料的研發(fā)力度,從而擺脫我國國防、電子、醫(yī)藥和其他尖端領(lǐng)域嚴重依賴國外功能高分子材料市場的困境。
二、功能高分子材料的研究現(xiàn)狀分析
目前針對功能高分子材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,主要集中于功能高分子材料的光功能、電功能、生物功能以及反應(yīng)型功能應(yīng)用這幾個方面:
1.光功能高分子材料
目前的光功能功能高分子材料的研究和應(yīng)用主要體現(xiàn)在光固化材料、光合作用材料、光顯示用材料以及太陽能光板這幾個方面,這些具體的應(yīng)用能通過對光的吸收、儲存、傳輸、以及轉(zhuǎn)換功能,實現(xiàn)對光能的有效利用。例如,目前已經(jīng)能夠通過光功能高分子材料的運用實現(xiàn)光傳導來幫助植物的光合作用。此外,運用光功能高分子材料實現(xiàn)手機的太陽能充電也已經(jīng)成為現(xiàn)實。
2.電功能高分子材料
電功能高分子材料,除了具備良好的導電性能外,其電導率還能根據(jù)應(yīng)用狀況的不同,在半導體、金屬態(tài)和絕緣體的范圍進行變化。此外,由于電功能高分子材料一般密度較小、易于加工,同時具備良好的耐腐蝕性,在當前的工業(yè)領(lǐng)域中也被廣泛的應(yīng)用。
3.生物功能高分子材料
生物功能高分子材料在生物領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。如常見的有,由生物功能高分子材料所制成的人體植入物(視網(wǎng)膜植入物、腦積水引流裝置等)以及人體義肢等。
4.反應(yīng)型功能高分子材料
這種高分子材料是一種具備很強化學活性的高分子材料,能夠有效的促進化學反應(yīng)。它是通過對構(gòu)建高分子骨架,并將小分子反應(yīng)活性物質(zhì)通過離子鍵、共價鍵、配位鍵或物理吸附作用進行骨架填充,以實現(xiàn)高分子功能才能的強化化學合成與化學反應(yīng)的效果。
三、功能高分子材料的發(fā)展前景及趨勢分析
功能高分子材料具備很多優(yōu)勢特征,這些都使得其更加符合經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展的需求,這也使得功能高分子材料的研究工作在各國的競爭中日益白熱化。而去隨著投入的不斷深化,和技術(shù)的不斷完善。新型功能高分子材料必然在我們的尖端科學及日常生產(chǎn)生活中扮演越來越重要的角色。功能高分子材料的幾種發(fā)展趨勢。
1.復合高分子材料
目前,功能高分子材料正逐步由均質(zhì)材料向著復合高分子材料的方向發(fā)展,同時其材料的功能也向著多功能材料的方面發(fā)展。復合高分子材料往往是在一種基體材料(如金屬、陶瓷、樹脂等)上,加入增強或增韌作用的高聚物,再通過將多相物復合成一體,就形成了新的復合高分子材料,這種高分子材料能夠充分發(fā)揮各相的性能優(yōu)勢,因此具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。在今后的發(fā)展中,航天科技、醫(yī)療衛(wèi)生、生活家居、甚至汽車制造等領(lǐng)域,都需要各種高性能的復合高分子材料。
2.環(huán)境友好型高分子材料
經(jīng)濟的粗放發(fā)展,給整個地球h境都帶來了深重的災(zāi)難,而隨著人們對環(huán)保問題的日益重視,各國對各種材料的生態(tài)可降解性要求也日益突出。因此,環(huán)境友好型高分子材料的開發(fā)和深入研究工作,也引起了各國的重視。當前,生物降解技術(shù)和環(huán)境友好型高分子材料技術(shù)大多掌握在發(fā)到國家,我國目前還處于追趕階段。隨著世貿(mào)組織對環(huán)保觀念的更加重視,環(huán)境友好型高分子材料在產(chǎn)品中的應(yīng)用優(yōu)勢也將日益顯著,為了把握這一趨勢,我國要積極開發(fā)研究出有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物降解技術(shù)和環(huán)境友好高分子材料。
環(huán)境友好型高分子材料,通過易水解的高分子的作用在各種生物酶的作用下,能夠加速材料的水解反應(yīng),幫助材料進行生物降解。這種高分子材料目前研究的重點方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及緩釋性等方向。
3.隱身性能高分子材料
隱身性能高分子材料的研究應(yīng)用主要在軍事領(lǐng)域,其也是當前各國的尖端軍事技術(shù)的研究方向之一。以往的隱身材料多采用超微粒子和細微粉,實踐證實,通過吸收衰減層、激發(fā)變換層以及反射層等多層材料的微波吸收,能夠取得一定的吸波效果,達到隱身的目的。但是,由于材料制備復雜,且雷達技術(shù)的日益發(fā)展,給隱身技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。此后,隱身性能高分子材料必然是向著厚度更小、質(zhì)量更輕、功能更多以及頻帶更寬的方向發(fā)展。
篇2
關(guān)鍵詞:醫(yī)用高分子;醫(yī)療器械;生命質(zhì)量;共價鍵連接
中圖分類號:R197 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)11-0002-02
1 醫(yī)用高分子的發(fā)展簡史
在各種材料中,高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近,因此成為各種醫(yī)療器械材料的最佳選擇。醫(yī)學領(lǐng)域的飛速發(fā)展,使功能型高分子材料在醫(yī)學界應(yīng)用提供了可能。當人體組織和器官受到嚴重外傷時,進行組織和器官修復最常用的方法是器官移植。在少數(shù)情況下,人體自身的組織和器官可以滿足需求。然而對于某些特殊的組織器官,為了滿足醫(yī)學治療的需求,人們自然設(shè)想利用其他材料修復或替代受損器官或組織。進入20世紀,功能型高分子材料的研究因醫(yī)學領(lǐng)域的發(fā)展而提上日程,合成高分子材料的出現(xiàn)為新型醫(yī)用材料的選擇提供了更多的選擇。
1936年有機玻璃用于假牙齒制作;1943年賽璐珞模擬人工腎用于血液透析;1950年出現(xiàn)可以制作人工肋骨的有機玻璃類材料;20世紀50年代廣泛應(yīng)用有機硅聚合物;1951~1954年開始制作人工血管、食道、心臟瓣膜、心肺;1958年出現(xiàn)跨越性的變化,開始了人工腎的制作。
已經(jīng)使用的醫(yī)用高分子材料有上百種,由此而制造的各種不同性能的材料則有上千種,但這些材料都是簡單的使用或適當改性。隨著科學的發(fā)展,新型功能高分子材料不斷推出。在相當長一段時間內(nèi),生物相容性材料、組織工程與再生學材料、納米生物材料、生物礦化材料和仿生材料,都是醫(yī)用高分子材料研究中的熱點和難點。
2 醫(yī)用高分子材料的特殊要求
醫(yī)用高分子材料的選擇應(yīng)用的要求相當嚴格,相關(guān)的醫(yī)用材料研發(fā)周期較長,材料使用前必須經(jīng)過體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段。相關(guān)醫(yī)療器械的市場化之前,要通過國家藥品和醫(yī)療器械檢驗部門的批準,且申報審批程序周密而復雜,所以醫(yī)用高分子材料比一般性的材料研發(fā)成本高。醫(yī)用高分子材料及器械在人體臨床的要求,通??梢愿爬橐韵铝鶄€方面:(1)功能性:因生物材料的用途而不盡相同,例如藥物緩釋的性能;(2)相容性:醫(yī)用材料或器械與生物體之間的相互作用,指應(yīng)用材料的無毒性、無致癌性、無熱原、無免疫排斥等各種反應(yīng);(3)穩(wěn)定性:主要指耐生物老化性;(4)可加工性:能夠加工成各種人體器官的復雜形狀;(5)機械強度:在極其復雜的人體環(huán)境中,長期植入體內(nèi)不會減小機械強度;(6)抗消毒性:能接受環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒、紫外滅菌、高壓煮沸等而不產(chǎn)生變性。
3 醫(yī)療器械發(fā)展趨勢
醫(yī)療器械加工將呈現(xiàn)出國際化、新材料、微型化的趨勢,新材料如液體硅橡膠體、固體硅橡膠,可用于醫(yī)用導管和球囊的制作、整形外科和護理傷口,各種硅橡膠都具有良好機械性能與醫(yī)療安全性能。目前使用的軟觸感熱塑彈性體材料TPE,廣泛應(yīng)用于手術(shù)排液管、止血帶、蠕動泵軟管、導尿管、手術(shù)室圍簾、各種療傷用品等的生產(chǎn)。塑性體、彈性體、纖維樹脂、線性聚乙烯、聚碳酸酯樹脂已長期應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備和裝置的生產(chǎn)以及保健衛(wèi)生用品的生產(chǎn)。超高分子量聚乙烯廣范應(yīng)用于過濾和低磨耗功能件在醫(yī)學整形領(lǐng)域中。醫(yī)用微擠出成型技術(shù)擠出直徑僅為0.002英寸(0.0508毫米)的醫(yī)用導管,應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)等醫(yī)療領(lǐng)域。
19世紀60年代,醫(yī)用高分子材料開始進入一個嶄新的發(fā)展時期。美國國立心肺研究所,多學科的交叉融合,品種豐富,性能完善,功能齊全。在21世紀,醫(yī)用高分子開始跨入全新時代。除大腦之外,所有的組織和臟器幾乎都可以用各種高分子材料來取代。從應(yīng)用情況看,人工器官的功能從部分取代向完全取展;從短時間應(yīng)用向長時期應(yīng)用發(fā)展;從大型向小型化發(fā)展;從體外應(yīng)用向體內(nèi)植入發(fā)展;從與生命密切相關(guān)的部位向人工感覺器官、人工肢體發(fā)展。
4 生命質(zhì)量在社會醫(yī)學領(lǐng)域的研究進展
隨著經(jīng)濟文化的飛速發(fā)展,生命質(zhì)量越來越受到各國人們的廣泛關(guān)注,生命質(zhì)量逐漸成為衡量社會文明程度的重要標志。如何提高人們生命的質(zhì)量成為社會醫(yī)學、經(jīng)濟學等學科領(lǐng)域面臨一個重要課題。生命質(zhì)量的研究,對人類社會發(fā)展的定義、歷史、進展的方向、歷史性問題等都具有重要的意義。
社會醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)生命質(zhì)量的研究已經(jīng)經(jīng)歷了3個時期。一是研究早期,早在1929年,Ogburn就對生命質(zhì)量的研究表示了極大的興趣,開始了對生命質(zhì)量現(xiàn)象的研究。二是成熟期,1957年Gurin聯(lián)合美國多所院校的心理生理衛(wèi)生學院在全國范圍內(nèi)進行了抽樣性質(zhì)的調(diào)查,研究人民的精神健康和關(guān)于幸福感的觀念。三是分化期,生命質(zhì)量研究在社會學和醫(yī)學的交叉學科領(lǐng)域得到了跨越性的發(fā)展,并逐漸呈現(xiàn)出關(guān)于生命質(zhì)量研究熱潮。
醫(yī)用高分子在醫(yī)學臨床的使用是生命質(zhì)量提高的一個重要體現(xiàn)。人工器官的移植使人們免除異體移植而可能帶來的抗體免疫之苦。醫(yī)用高分子人工心臟瓣膜、支架為心血管患者生命的延續(xù)提供了可能。血液透析的賽璐珞薄膜使腎病患者免受病痛的折磨。醫(yī)用高分子的應(yīng)用不僅能夠使患者的生命得以延續(xù),更能夠減輕甚至消除病人因疾病而帶來的痛苦,是生命質(zhì)量得以提高的一個重要體現(xiàn)。
5 結(jié)語
生命質(zhì)量的研究首先從人的生物屬性作為基本起點,進一步研究人的各種社會屬性,從多維的角度反映人類個體、在群體中的健康情況。生命質(zhì)量的研究同時需要醫(yī)學、心理學、經(jīng)濟學、社會學等多種學科的共同參與,醫(yī)用高分子材料和醫(yī)療器械的應(yīng)用更符合社會發(fā)展和人們對于提高生命質(zhì)量的真實需求。
參考文獻
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篇3
關(guān)鍵詞:高分子材料新型材料市場應(yīng)用農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
1.前言
隨著社會的發(fā)展,我國的科技有了嶄新的發(fā)展機會以及廣闊的發(fā)展平臺,高分子材料科學也處速發(fā)展的狀態(tài)。經(jīng)過多年的發(fā)展,高分子材料已經(jīng)在我國市場上的多個領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。值得一提的是,合成高分子材料憑借著其獨特的優(yōu)良性質(zhì)以及相對良好的使用性能,在市場上已經(jīng)占據(jù)了比較重要的地位。伴隨著時代的持續(xù)發(fā)展,人們對新型高分子材料也相應(yīng)的提出了更高的要求,因此,為了適應(yīng)人類的需要,對新型高分子材料的研究便十分重要。
2.高分子材料簡述
高分子化合物是高分子材料的組成基礎(chǔ),構(gòu)成高分子化合物的基本成分是聚合物。所以,高分子材料所具有的性質(zhì)便是其構(gòu)成基礎(chǔ)聚合物所具有的性質(zhì)了,其含有的主要材料所具有的特性,便是這種高分子材料的特征性能。目前,高分子材料和無機非金屬材料以及金屬材料是在當前的市場上應(yīng)用的材料主體,是應(yīng)用性材料科學的主要內(nèi)容。在三者當中,屬高分子材料最受歡迎,由于其優(yōu)良的性能得以廣泛的應(yīng)用,在整體的新型材料的市場上都占據(jù)著重要的地位。在全球范圍內(nèi)的材料市場上,高分子材料的發(fā)展一直都沒有停止,反而是以高速的發(fā)展形態(tài)展現(xiàn)在人類的面前。例如,合成樹脂的數(shù)量在十年之內(nèi)幾乎增加了一百倍,高分子材料的飛速發(fā)展,給人類的生活帶來了極大的便利以及翻天覆地的變化。塑料便是一種典型的高分子材料,塑料的用途廣泛,傳統(tǒng)的木材和水泥的年產(chǎn)量加起來也遠遠沒有塑料的產(chǎn)量高。合成橡膠的產(chǎn)量也大于天然橡膠的產(chǎn)量,合成纖維一年的產(chǎn)量幾乎達到了羊毛和棉花等人造纖維或者天然纖維總產(chǎn)量的二倍之多。還要合成樹脂的發(fā)展等等。但是,即使高分子材料在我國取得了很大的研究進展以及生產(chǎn)應(yīng)用,但是相比于世界上的發(fā)達國家,我國的科技仍然是較為落后,與各大發(fā)達國家存在著較大的距離。
高分子材料于一九三零年問世,至今已經(jīng)發(fā)展了將近九十年的時間。但是一直到二十世紀末期,高分子材料才正式收到人類的重視和研究。科技處于不斷的進步當中,人類對新型高分子材料的需求也在不斷增加。例如大家都熟知的納米材料,納米高分子材料是一種聚合物基材以及納米微粒的復合材料,這種材料具有獨特的優(yōu)良性質(zhì),在研究納米材料的時候,要以其潛在的性質(zhì)為依托,尋找最有效、迅速的開發(fā)方式。
2.新型高分子材料的應(yīng)用概述
高分子材料作為材料市場的后起之秀,發(fā)展速度十分迅速。并且在整個材料市場上的應(yīng)用十分廣泛,在各行各業(yè),在我們生活中的各個角落都能見到高分子材料的身影。例如在功能材料方面隨處可見高分子材料,在結(jié)構(gòu)材料方面高分子材料也表現(xiàn)出其難以比擬的優(yōu)勢。新型高分子材料的主要分類為:光功能材料和高分子分離膜,高分子復合材料以及該分子磁性材料。所謂光功能材料即是指這種材料能夠?qū)膺M行吸收和轉(zhuǎn)換,或者透射和儲存。所謂高分子分離膜材料,其本身是一種薄膜性質(zhì)的材料,即是利用高分子材料來制作成的一種具有半透性質(zhì)的過濾膜,它的典型特征是選擇透過性。這種材料對環(huán)保工作等做出了重要貢獻,并且分離效率高,使用條件好。所謂高分子復合材料是指有多種具有不同的性質(zhì)的物質(zhì)所復合而成的多相材料。這種材料聚集了多種材料的特征,優(yōu)勢十分明顯,例如復合材料能夠同時具備耐高溫和高強度等多種優(yōu)點。所謂高分子磁性材料是指磁性材料于高分子材料的一種復合形式,也屬于高分子復合材料的一種。這些新興的高分子材料已經(jīng)滲透進了人類生活的各個領(lǐng)域,在醫(yī)療行業(yè)以及工業(yè)行業(yè)都做出了重大的貢獻
3.舉例說明新型材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
科技的進步無疑大大促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展,我國是一個農(nóng)業(yè)大國,新興材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,對促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了很大的作用。
在我國農(nóng)業(yè)以及工業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域,木塑復合材料的應(yīng)用十分常見,木塑復合材料大多應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,這種高分子材料具有以下優(yōu)點:韌性好,較高的強度,可再生性好并且能夠耐腐蝕。因此,木塑復合材料能夠在一定程度上取代傳統(tǒng)的鋼鐵材料,故在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在我國大片的莊稼地中,大量存在著秸稈這種新型材料,我國對秸稈加以利用的研究已經(jīng)投入了很大的精力。秸稈用于沼氣發(fā)電,秸稈用于提取纖維素制作高能燃料等,將秸稈作為一種重要的新型材料仍然需要研究。部分農(nóng)作物的生長需要在溫室中進行,因此溫室大棚便是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當中的必需品。新型溫室大棚保溫材料能夠在白天充分吸收陽光,并自動進行恒溫工作的處理,在夜晚能夠使大棚內(nèi)維持同樣的溫度和空氣中的濕度。這種采用新型溫室大棚保溫材料的溫室能夠使植物自然生長,提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量。對于溫室材料的研究,最主要的研究性能便是其保溫性能。新型溫室保溫材料的研究意義重大。
4.新型材料的發(fā)展前景
我們現(xiàn)在共同的目標是可持續(xù)發(fā)展,新型材料的開發(fā)能夠滿足人類對可持續(xù)發(fā)展目標的推進,新型材料能夠憑借其優(yōu)良的性能以及可重復利用的特點為人類社會的發(fā)展做出重要貢獻。但是,我們要時刻銘記,新型高分子材料的發(fā)展要堅持以下原則:首先,新型高分子材料的使用不能對環(huán)境產(chǎn)生污染,其次,新型高分子材料要盡量追求成本低廉,能夠滿足大部分人的需求。目前我國所研究出的新型高分子材料大多價錢昂貴,因此,尋找廉價的基礎(chǔ)材料作為高分子材料的生產(chǎn)成本至關(guān)重要,原材料的選取和加工工藝的選擇都是未來新型高分子材料的研究重點問題之一,人類也從未停止過對新型高分子材料的探究工作。同時,要對新型高分子材料進行宣傳,讓大家都有所了解,才能提高高分子材料的利用率。最后再次強調(diào),不能以犧牲環(huán)境為代價去發(fā)展新型高分子材料,才能讓這種高分子材料對我們的社會發(fā)展發(fā)揮重要的作用。
參考文獻:
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篇4
關(guān)鍵詞:高分子專業(yè);實驗教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)22-0098-02
長期以來,國內(nèi)高校高分子材料專業(yè)教學偏重理論課,專業(yè)實驗課所受重視程度不夠,基本上還是傳統(tǒng)的實驗。針對現(xiàn)存問題,筆者所在高校進行了高分子材料專業(yè)實驗教學改革,取得了良好的教學效果。鑒于此,高分子材料本科專業(yè)實驗教學改革應(yīng)著力于以下五個方面。
一、正確認識實驗教學的作用,提高實驗課程在專業(yè)培養(yǎng)計劃中的比重
正確認識實驗教學是提高實驗教學效果的基礎(chǔ)。高分子材料專業(yè)理論教學與實驗教學這兩個方面相對獨立、相互依存、相互促進。實驗教學與理論教學相比,更具有直觀性、趣味性和連貫性,對于培養(yǎng)學生的動手能力、科學能力和創(chuàng)新能力具有不可替代的作用。實驗教學內(nèi)容以理論教學內(nèi)容為基礎(chǔ),但比理論教學內(nèi)容更加注重實際,強調(diào)動手能力與運用知識的能力。學生通過實驗教學的各個環(huán)節(jié),能提高分析問題、解決問題以及創(chuàng)新的能力。由于以往過于強調(diào)理論教學,對實驗教學重視不夠,因而高分子材料專業(yè)實驗教學課時少,在專業(yè)培養(yǎng)計劃中的比重相對較小。為改變這一狀況,本實驗課程新增了60課時用于綜合性實驗教學,另外還新增了課時用于設(shè)計性創(chuàng)新性實驗。這樣,高分子材料專業(yè)實驗教學課時大幅增加,為保證實驗教學質(zhì)量打下了基礎(chǔ)。
二、引入開放式實驗教學模式
集中實驗教學有其本身的優(yōu)點,能在規(guī)定的時間內(nèi)訓練學生的基本實驗操作技能,引導學生形成科學的實驗方法和嚴謹?shù)膶嶒炞黠L。然而,所有專業(yè)實驗都集中開課的話,學生實驗的積極性和主動性難以提高,主觀能動性不能得到很好的調(diào)動,不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對集中實驗的缺點,需要做大幅的改革。在學生接受了一定的集中實驗訓練,具備基本實驗技能之后,新增了綜合性與設(shè)計性創(chuàng)新性實驗,以激發(fā)主觀能動性,鍛煉學生分析問題解決問題的能力。將該部分專業(yè)實驗設(shè)置為開放性實驗,學生根據(jù)自己的課表選擇實驗時間,預約實驗平臺進行實驗,可提高學生的實驗主動性,也能解決實驗場地與時間難以安排的問題,從而彌補了集中實驗教學的缺陷。
三、補充更新實驗儀器設(shè)備,并將科研儀器用于實驗教學
由于全?;瘜W實驗教學的整合,高分子材料專業(yè)實驗儀器設(shè)備人均占有率下降,并且部分專業(yè)實驗教學儀器設(shè)備老化。通過申請專項經(jīng)費,補充更新了實驗教學設(shè)備,保證學生能及時開展實驗。同時,針對開展綜合性實驗和設(shè)計性創(chuàng)新性實驗,為緩解實驗教學儀器設(shè)備的不足,學院測試中心為學生專業(yè)實驗提供免費測試分析服務(wù)。筆者所在學院測試中心由儀器分析中心和高分子材料加工中心兩部分組成,屬于211工程和985項目投資建設(shè)的公共實驗平臺,具有較大的規(guī)模,總面積達900平方米,擁有50余臺先進精密的大中型儀器設(shè)備,并且高端先進儀器設(shè)備還在不斷地引進當中。此外,還有雙螺桿擠出機、注射成型機、開煉機、密煉機和平板壓機等加工設(shè)備,面向高分子材料加工研究方向。該中心能為專業(yè)實驗教學提供強大的分析測試平臺支撐。學院還動員各課題組參與實驗教學,并可免費使用各課題組自有的儀器設(shè)備。
四、對實驗教學各部分內(nèi)容進行合理組織,分階段進行教學
1.加強基礎(chǔ)實驗,訓練基本實驗技能。高分子材料專業(yè)基礎(chǔ)實驗以演示性和驗證性實驗為主,側(cè)重于某個反應(yīng)、某個性能、單一操作的基本訓練,以鞏固和加深對專業(yè)基礎(chǔ)理論的理解,培養(yǎng)學生基本實驗操作技能,是養(yǎng)成良好實驗習慣的基本環(huán)節(jié)。通過這些基礎(chǔ)實驗的訓練,為后續(xù)的綜合性實驗和設(shè)計性創(chuàng)新型實驗打下了基礎(chǔ)。根據(jù)高分子材料三門專業(yè)課的內(nèi)容,可以安排如表1所示的20個基礎(chǔ)實驗,基本涵蓋了高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗。
2.增加綜合性實驗,提高綜合運用專業(yè)知識解決問題的能力。綜合性實驗要求對所學理論知識和基礎(chǔ)實驗知識進行有機融合,去解決比較復雜的實驗問題,其目的是綜合運用專業(yè)知識能力去分析和解決問題。綜合性實驗的選題在注重科學性的同時還要兼顧可行性和實用性,難度也要適中,最好能涵蓋高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗這三部分內(nèi)容。綜合性實驗要體現(xiàn)多門課程的融合,實驗操作涉及多種實驗技能的運用。在之前專業(yè)基本實驗的基礎(chǔ)上,再通過綜合性驗的訓練,讓學生經(jīng)歷一個循序漸進的提高實驗技能的過程,掌握專業(yè)研究的基本方法。高分子材料專業(yè)綜合性實驗安排在基礎(chǔ)實驗之后進行,在大學第六個學期開課,綜合性實驗?zāi)夸浫绫?所示。
3.通過設(shè)計性創(chuàng)新性實驗提高創(chuàng)新能力。設(shè)計性創(chuàng)新性實驗本質(zhì)上屬于“真刀真槍”的科研工作,共分為兩部分。第一部分是新型高分子材料實驗的設(shè)計,訓練學生實驗的構(gòu)思、設(shè)計能力。學生與指導教師互選,共同確定感興趣的研究課題。學生查閱資料,了解課題研究背景與創(chuàng)新性,明確研究目標,提出具體實驗方案。與指導教師討論,修改、確定實驗方案,最后撰寫實驗設(shè)計報告。在上述實驗設(shè)計訓練的基礎(chǔ)上,可通過學校的PRP(Participation in Research Program)項目,開展創(chuàng)新性實驗工作,這是設(shè)計性創(chuàng)新性實驗的第二部分內(nèi)容。PRP項目是我校專門為本科生開展創(chuàng)新性實驗提供的科研項目,有專門經(jīng)費支持。通過師生互選,共同申報該類項目,學校批準后實施。PRP項目在老師指導下進課題組實驗室完成,屬于開放式實驗,包括課題立項、開題、中期匯報和結(jié)題答辯四個過程。
設(shè)計性創(chuàng)新性實驗是實驗教學方式方法的革新。由指導教師提出實驗項目、實驗?zāi)康?,學生綜合運用專業(yè)知識設(shè)計實驗方案與具體步驟,在老師指導下完成實驗,最后總結(jié),寫出實驗項目報告。通過設(shè)計性創(chuàng)新性實驗的訓練,動手能力、分析與解決問題的能力得到了提高,逐步了解科學研究的思路和方法,全方位地提升學生的創(chuàng)新能力。
五、采用實驗操作與實驗報告并重的評價方式
學生實驗成績的評價是實驗教學的重要環(huán)節(jié),也是專業(yè)實驗教學改革的重要部分。以往基本上依據(jù)實驗報告做評價的方式存在嚴重弊端,需要進行改革。新的實驗成績的評價注重操作、注重過程、注重綜合運用知識的能力。根據(jù)實驗教學類型,成績評價有以下三種方式。對于基礎(chǔ)實驗,出勤和實驗預習報告占20%,實驗操作技能及實驗結(jié)果占50%,實驗報告占30%。對于綜合性實驗,實驗開題報告占30%,實驗操作技能及實驗結(jié)果占50%,實驗報告占20%。對于設(shè)計性綜合性實驗,考核成績由實驗總結(jié)報告成績和項目答辯的成績組成,分別占60%與40%的比重,強調(diào)綜合運用專業(yè)知識解決實際問題的能力。
綜上所述,對高分子材料專業(yè)實驗教學改革進行上述五個方面的改革實踐,并通過這一系列專業(yè)實驗的科學訓練,高分子材料專業(yè)學生能熟悉使用常見專業(yè)實驗儀器,達到掌握基本的實驗技能和實驗方法,綜合運用專業(yè)知識的能力得到加強,分析與解決問題的能力顯著提高,為畢業(yè)論文及以后的科研工作打下牢固的基礎(chǔ)。
參考文獻:
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篇5
關(guān)鍵詞: 高分子化學 教學改革 教學創(chuàng)新
高分子化學是高分子專業(yè)理工科學生的必修課,也是高分子科學及材料科學的理論基礎(chǔ),在高等學?;瘜W相關(guān)專業(yè)占有較大比重,與無機化學、有機化學、物理化學和分析化學并列成為第五大化學。因此,如何利用有限的教學時間和教學資源有效地將高分子化學專業(yè)知識傳授給學生,并能夠指導實踐應(yīng)用,已成為眾多教學工作者的共同目標。作為一名高分子化學的教師,筆者在講授高分子化學課程中,對課堂教學方式與方法,多媒體教學手段,實驗教學,以及與生產(chǎn)生活的結(jié)合等方面進行了探討和思考。
1.教學與科研講解相結(jié)合
高分子化學是一門年輕的學科,發(fā)展歷史較短,許多理論尚不成熟。隨著時代的不斷進步,新的聚合方法和新的合成技術(shù)不斷涌現(xiàn),對傳統(tǒng)的高分子化學概念提出了挑戰(zhàn),同時也導致高分子化學教材的更新不能與科技同步。因此,在教學中,教師可以及時在傳統(tǒng)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上補充近年發(fā)展的關(guān)于高分子化學的前沿科學技術(shù)和研究方法,結(jié)合國內(nèi)外科研的最新研究成果和動向進行介紹與講解,使教學內(nèi)容始終跟上時代的步伐,開闊學生的視野,激發(fā)他們對高分子化學課程學習的熱情。教師還可以推薦一些期刊、數(shù)據(jù)庫和書籍,引導學生根據(jù)自己的興趣自主學習,擴大學生的知識面,積極探索高分子化學的新領(lǐng)域。此外,在課堂上,對本專業(yè)老師的研究項目及最新研究成果進行介紹,如在配位聚合的講解中,筆者就結(jié)合自己的研究方向,講解通過開環(huán)易位聚合及非環(huán)二烯烴易位聚合方法合成不同拓撲結(jié)構(gòu)的可降解聚合物用于納米材料和生物醫(yī)藥。同學們對高分子化學的某些知識有了更深的了解,從而調(diào)動了學習和科研的積極性、主動性[1]。
2.多媒體和板書授課相結(jié)合
高分子化學中聚合反應(yīng)機理與動力學理論比較抽象,難以理解[2]。多媒體教學作為一種當前基本普及的教學手段,可以實現(xiàn)傳統(tǒng)教學無法實現(xiàn)的動態(tài)與三維效果,將高分子化學中微觀反應(yīng)歷程形象逼真地顯示在屏幕上,大大增加單位時間內(nèi)學生掌握知識的數(shù)量。此外,對于工科院校高分子材料專業(yè)的學生,畢業(yè)以后多數(shù)去工業(yè)研究部門或工廠工作,除了要掌握理論知識外,還要將理論與實際相結(jié)合。因此,在高分子化學的講授中應(yīng)加入一些聚合物生產(chǎn)工藝部分的內(nèi)容,對于這些內(nèi)容的講解,都涉及生產(chǎn)流程,應(yīng)用Flash作出動態(tài)的流程圖,幫助學生了解實際的生產(chǎn)過程,為以后的工作打下基礎(chǔ)。然而,先進的教學手段不等于能達到良好的教學效果,關(guān)鍵在于多媒體技術(shù)如何與傳統(tǒng)的教學手段相結(jié)合,從而實現(xiàn)它應(yīng)有的價值。講授中發(fā)現(xiàn),有很多需要理論推導的公式,例如自由基聚合中關(guān)于聚合動力學公式的推導,通過多媒體與板書相結(jié)合進行講解,學生能夠更容易理解和掌握。首先利用板書對相關(guān)公式進行詳細推導,一步一步地傳授給學生,然后與多媒體結(jié)合講解,并進行歸納和總結(jié),這樣可以將結(jié)果表示得更清晰明確,更有助于加深學生對公式的記憶。
3.探究式與啟發(fā)式教學相結(jié)合
高等教育的任務(wù)不僅是傳授知識,而且要教給學生學習知識的方法,讓學生積極思考,充分發(fā)揮想象,勇于探索和創(chuàng)新,培養(yǎng)自學能力。教學是教師和學生的雙邊共同活動,在教學時,教師應(yīng)經(jīng)常向?qū)W生闡明“弟子不必不如師,師不必賢于弟子”的道理,引導學生自由發(fā)表觀點,從而拓寬學生思路,變被動學習為主動學習,培養(yǎng)他們的語言表達能力和歸納總結(jié)能力。在課堂上,教師采用講授、提問、練習、討論相結(jié)合的互動式教學啟發(fā)學生,學生積極參與。這樣不僅活躍了課堂氣氛,而且學生感到上課很輕松,漸漸對該課程感興趣,從而促進對知識的理解和探索。如教師可以在課堂上就某一主題或知識點專門進行討論,大家暢所欲言、各抒己見,培養(yǎng)發(fā)散思維能力。此外,還可以讓學生走上講臺,參與到教學工作中。例如在講到連鎖聚合反應(yīng)時,科研將學生分成小組,各自選擇一種聚合反應(yīng),學生通過查閱文獻,制作多媒體在課堂進行講解,其他同學向其小組成員提問。通過文獻調(diào)研、講解、回答問題,鍛煉學生學習的主觀能動性與綜合能力,對學生基本的科研能力進行培養(yǎng),老師也能從學生圖文并茂、生動形象地演講中獲得很多新的知識[3]。
4.理論知識與實驗教學相結(jié)合
化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學,在化學教學中,實驗占有十分重要的地位。高分子化學實驗是高分子化學理論教學課程的重要組成部分,也是工科學生理論聯(lián)系實際的紐帶。實驗教學不僅能使學生更好地理解課程中的理論知識,而且對提高學生學習本課程的積極性,培養(yǎng)學生的思維能力,操作能力,觀察和解決實際問題的能力也有著極其重要的作用。高分子化學重點講述聚合反應(yīng)的機理和實施方法,其實驗結(jié)果往往得到的是一些聚合物產(chǎn)品。我們可以選擇一些和學生平時生活、學習關(guān)系緊密的實驗內(nèi)容來做。比如,以前我們開設(shè)了“聚甲基丙烯酸甲酯的制備”實驗,目的是讓學生了解和掌握自由基聚合反應(yīng)的原理及反應(yīng)條件對產(chǎn)物性能的影響,在實驗中發(fā)現(xiàn),學生的積極性并不高。學生反映不了解聚甲基丙烯酸甲酯是什么東西。為此,我們將這個實驗換成“聚乙醇縮甲醛的制備”這個實驗,同學們的興趣一下子提高了許多。因為他們了解到這就是平時用的膠水,在實驗過程中尤其積極認真。很多同學還帶著空瓶子,做完實驗將自己制得的樣品帶回去。這雖然是一個實驗的調(diào)整和改變,但是通過這些,不僅使學生進一步學習和掌握了高分子化學的相關(guān)理論知識和高分子化學實驗的基本操作,提高了學生做實驗的積極性和主動性,而且使學生深刻認識到了高分子化學是一個和人們的日常生產(chǎn)生活息息相關(guān)的學科,激發(fā)了他們對該專業(yè)的熱愛[4]。
5.高分子化學與社會生活相結(jié)合
以塑料、橡膠、纖維、涂料等為代表的高分子材料與人類社會的生產(chǎn)實踐密切相關(guān),且已經(jīng)深入到日常生活的各個方面。然而,目前許多高校在講授時,對基礎(chǔ)理論方面的介紹非常系統(tǒng)、深入,但在高分子的應(yīng)用和日常生活的聯(lián)系方面相對弱一些。因此,教師在進行理論教學的同時,應(yīng)結(jié)合高分子的特點,注重積極聯(lián)系實際的生活和應(yīng)用,在傳授學生理論知識的同時,還要培養(yǎng)其對身邊各種聚合物的認知能力。例如,在第一次上課時,可以介紹身邊的高分子材料,看到保鮮膜就知道是聚乙烯,看到一次性飯盒知道是發(fā)泡聚苯乙烯,看到塑料杯子、盆子就知道是聚丙烯等,掌握一些基本的生活技能。此外,有些高分子材料還能很好地引出課程內(nèi)容。比如女生都非常熟悉的尼龍襪就是縮聚反應(yīng)的典型代表――尼龍。此外,還可以提示學生在買鞋的時候,如果售貨員告訴是聚氨酯材料的,你就可以知道并不是天然的“皮”,而是人工通過縮聚反應(yīng)合成的高分子材料。在教學過程中,還應(yīng)當密切結(jié)合社會熱點與時事。如當前我們國家面臨大量廢棄塑料難以降解造成嚴重的白色污染問題、2010年上海市靜安區(qū)“11.15”重大火災(zāi)等,培養(yǎng)學生社會的責任心、思考能力和研究能力[5]。
教學方法的改革是高校教育改革的重要組成部分。創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)是一個長期的過程,需要對教學過程中的各個環(huán)節(jié)認真研究,層層貫徹。隨著教學改革的不斷深入,我們將繼續(xù)探索,總結(jié)經(jīng)驗教訓,為培養(yǎng)優(yōu)秀的應(yīng)用型創(chuàng)新人才作出不懈努力。
參考文獻:
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篇6
【關(guān)鍵詞】塑料材料,導熱性能,填充材料
Abstract: This article is read in the literature, newspapers and network retrieval, based on the analysis and summarization of characteristics, understand, conductive plastic material application, development, through the application of field data and the present situation of plastic heat conduction material. Study on dynamic thermal plastic material in the present stage of our country, to obtain the relevant theories and related data. The thermal conductive plastic materials are increasingly focused on environmental protection, green, efficient direction.
Keywords: Plasticmaterials; Thermal conductivity; Filling
一、概念
塑料材料是一種聚合物,也被稱為聚合物或大分子,通常被稱為塑料或樹脂。這樣的聚合物是由小分子多具有結(jié)構(gòu)簡單和低分子量的優(yōu)點,通過共價鍵結(jié)合的形式。有不少品種的聚合物,如果只是分類熱的變化,它可以簡單地分為兩類。塑料為我們帶來的方便真的是太多太多了,不用一一例舉看看我們身邊的物質(zhì)。假如我們離開了塑料將會是什么情況。
二、分類
按用途來分的話,塑料可分為通用塑料、工程塑料和特種工程塑料三種,性能和價格都是按順序逐漸上升的。最常見的是通用塑料,性能也是最普通的,它包括了ABS和PE還有PVC等等,價格在20元/KG左右。然而工程塑料價格較高,一般在20-100元每千克不等。特種工程塑料的話,性能就是相當高級了,幾乎能滿足各種苛刻的要求,其多半運用機、航天飛船、坦克等。
三、導熱性塑料材料導熱塑料材料的研究
大多數(shù)的塑料材料是飽和的系統(tǒng)程序,沒有自由電子,熱傳導主要取決于晶格振動,這是一個負荷,它導熱系數(shù)是由公式Ks=(1/2)VsLsCv來進行處理。但是,塑料材料的分子鏈大多數(shù)是沒有規(guī)定相互烏結(jié)構(gòu)的纏結(jié)在一起并且相對分子量都較大,因此導致塑料材料不能夠完全進行結(jié)晶,所以其中具有一部分非晶的成分;同時,塑料材料的分子質(zhì)量也有多分散性這一特點,導致分子的大小并不是完全相等的,同樣難以形成一個完整的晶格;并且分子之間鏈振動的存在對聲子進行反復散射,這就是普通塑料材料導熱性能較低的原因。
四、導熱塑料材料的發(fā)展趨勢
現(xiàn)在塑料的導熱性能的研究與開發(fā)已吸引了許多在世界上的研究興趣,并取得了比較好的塑料材料,熱傳導數(shù)學模型取得了很大的進步,在逐漸減少計算誤差和實際誤差,在使用的計算機模擬,使用的熱塑性材料的熱導率影響的分子動力學模擬研究的概念,發(fā)揮了重要的作用,由于科學水平的和一起的限制人類對導熱塑料的研究還不是很深入,理論上的研究和探索還需要進一步的挖掘。
20世紀90年代以來,聚合物復合材料導熱系數(shù)預測的數(shù)學模型研究取得令人滿意的進展,納米復合技術(shù)的引入為導熱高分子材料研究提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。但是,高導熱聚物本體材料和填充聚物復合材料在導熱機理、應(yīng)用開發(fā)等方面的研究和電材料相比還是有很大差距,所以納米導熱填料、聚合物基體與導熱填料納米復合新技術(shù)的研究和開發(fā),聚合物復合材料導熱模型的建立、導熱機理特別是聚合物基體與導熱填料界面的結(jié)構(gòu)與性能對材料導熱性能的影響及導熱通路的形成等應(yīng)成為導熱功能填充聚合物復合材料的研究方向。
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篇7
關(guān)鍵詞:纖維素 化學改性 熱塑性加工
0 引言
石油基高聚物由于其良好的使用性和加工性,在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中占據(jù)有重要地位,但是由于其難降解性對環(huán)境造成的危害以及石油資源的日益枯竭,人們愈加重視開發(fā)可再生的替代材料。纖維素是自然界最豐富的可再生資源,廣泛存在于綠色植物以及海洋生物中,具有可再生性,生物可降解性和天然的生物相容性,并且具有低密度、高強度和剛度好的特性,這已使它成為最重要的天然高分子材料。
1 纖維素的化學結(jié)構(gòu)
纖維素是由D-吡喃型葡萄糖單元(AGU)通過β-1、4糖苷鍵以C1椅式構(gòu)象連接而成的線型高分子。纖維素的一個結(jié)構(gòu)單元中在第2、第3、第6位碳原子上有3個活潑的羥基基團,其中C2、C3位上的羥基是仲羥基,C6位上是伯羥基。由于大量羥基的存在,使纖維素分子之間與纖維素分子內(nèi)部形成了密度很高的氫鍵,導致纖維素在受到高溫作用時在融化之前就分解了,因此無法直接用注射、擠出等傳統(tǒng)的熱塑性加工方法生產(chǎn)纖維素制品。為了可以使用熱塑性加工的方法生產(chǎn)纖維素制品,必須對其進行化學改性,利用與羥基有關(guān)的一系列化學反應(yīng),如酯化,醚化,接枝共聚等反應(yīng)合成纖維素衍生物,則有可能實現(xiàn)熱塑性加工。
2 纖維素酯類
纖維素酯類包括有機酸酯與無機酸酯。纖維素無機酸酯中比較重要的是硝化纖維素。硝化纖維素是由纖維素在25-40℃經(jīng)過硝酸和濃硫酸混合算硝化而成的酯類,混合酸中,硝酸參與酯化反應(yīng),濃硫酸則起著使纖維素溶脹和吸水的雙重作用。不同取代度的硝化纖維素應(yīng)用于不同的地方,高硝化纖維素可用作火藥,低硝化的纖維素可用作塑料、片基薄膜等。纖維素有機酸酯中比較重要的是醋酸纖維素。醋酸纖維素是以硫酸為催化劑經(jīng)冰醋酸或者醋酐乙?;傻孽ヮ悾碚撋峡梢缘玫饺〈葹?的醋酸纖維素,但是由于纖維素的高結(jié)晶度的影響,產(chǎn)物的取代度往往在2.2-2.8之間,可以用作塑料、纖維、薄膜等?,F(xiàn)在作為商品使用的纖維素酯類有一個普遍的缺點:其融化溫度和熱分解溫度之間的溫度間隙太小,在加工的過程中,經(jīng)常需要加入增塑劑來加寬加工溫度,但是增塑劑在材料的使用和加工過程中泄露和揮發(fā)比較嚴重,使材料的使用性能受到了影響。
3 纖維素醚類
纖維素醚是由纖維素與NaOH反應(yīng)后,與各種功能單體如單氯甲烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等進行醚化反應(yīng),經(jīng)水洗副產(chǎn)物鹽及纖維素鈉而得到。纖維素醚一般根據(jù)其離子性分為4類[1]:非離子纖維素醚:主要是纖維素烷基醚,包括甲基纖維素醚、甲基羥乙基纖維素醚等。陰離子纖維素醚:主要是羧甲基纖維素鈉、羧甲基羥乙基纖維素鈉。陽離子纖維素醚:陽離子纖維素醚主要有3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨纖維素醚。兩性離子纖維素醚:兩性離子纖維素醚的分子鏈上既有陰離子基團又有陽離子基團。
4 纖維素接枝改性
接枝改性方法可以引入不同的支鏈聚合物,在纖維素材料固有的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,得到同時具有纖維素主鏈和支鏈聚合物雙重性能的功能材料,從而大大擴展了纖維素的應(yīng)用范圍。但由于纖維素分子中存在大量的氫鍵導致纖維素材料的高結(jié)晶度,使需要接枝反應(yīng)底物通常無法進入纖維素內(nèi)部,反應(yīng)只發(fā)生在材料表面部分,這大大增加了反應(yīng)難度,纖維素的接枝改性也很難以實現(xiàn)工業(yè)化。因此,更多的是使用熔化性好的纖維素衍生物進行接枝改性。例如,在二醋酸纖維素(CDA)引入生物高分子基團不僅可以降低加工溫度,而且還可以使CDA的接枝共聚物具有一定的生物學性質(zhì)。聚乳酸是一種無毒,具有優(yōu)良的加工性能,生物降解性能、力學性能和生物相容性的高分子材料。Teramoto[2]的合成一系列不同接枝率的醋酸纖維素-聚乳酸接枝共聚物,發(fā)現(xiàn)該共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和聚乳酸的摩爾取代度(MS)有關(guān)系,當0<MS≤8 時玻璃化溫度大幅上升,當MS≥14時聚乳酸側(cè)鏈開始結(jié)晶。因為聚乳酸是可降解材料,聚乳酸短鏈引入纖維素分子將得到可以完全降解的高分子材料,乙基纖維素(EC)當?shù)谝粋€工業(yè)化非離子纖維素醚,其質(zhì)地堅韌,在很寬的溫度范圍也可以把機械強度和靈活性。乙基纖維素為疏水型聚合物,引入親水性高分子短鏈后將得到兩個親密型共聚物。Shen等[3]采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法,引發(fā)了苯乙烯(St)核甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝乙基纖維素的反應(yīng),分別合成了高接枝率的共聚物EC-g-PSt,EC-g-PMMA,發(fā)現(xiàn)刷狀接枝物能被云母吸附,并且分子呈棒狀,TEM和AFM結(jié)果顯示了接枝物能在丙酮中形成核-殼結(jié)構(gòu)的球狀膠束。
5 結(jié)語
纖維素是自然界最豐富的自然資源,在未來石油資源越來越匱乏的情況下,纖維素必將成為重要的工業(yè)原料。本文總結(jié)了幾種纖維素熱塑性加工的化學改性的方法,在未來的能源形勢下,將會有更多針對纖維素化學改性的方法從而獲得更加豐富的纖維素衍生物產(chǎn)品。同時,考慮到化學改性的方法環(huán)境污染大,生產(chǎn)周期長,以不進行化學改性而通過其他方法對纖維素直接進行塑性加工的方法也會有較大的發(fā)展。
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篇8
關(guān)鍵詞:新材料;新工藝;應(yīng)用研究
1前言
科學技術(shù)和人類文化藝術(shù)的有機融合誕生了工業(yè)設(shè)計,而工業(yè)設(shè)計想要發(fā)展就需要材料的應(yīng)用和加工技術(shù)的不斷發(fā)展,這不僅關(guān)系到設(shè)計的內(nèi)涵也關(guān)系著設(shè)計的實用性。下面我們就淺談了一下新材料和新工藝的應(yīng)用研究。
2如今材料和工藝的發(fā)展概述
材料的開發(fā),最原始的石器時代使用的獸皮、泥土等天然的材料,到了后來是用火制造的材料,再到了二十世紀主要是利用物理和化學原理合成的材料,其中有合成高分子材料、功能高分子材料和合金材料等。到了二十世紀五十年代出現(xiàn)了如金屬陶瓷等材質(zhì)的復合化材料,二十世紀后期主要是利用信息技術(shù)等。到了二十世紀,材料的材質(zhì)種類愈加豐富,工藝水平也愈加的豐富多彩,這其中有鍛造工藝、壓力加工工藝等。
3新材料和新工藝在工業(yè)設(shè)計的應(yīng)用研究
3.1關(guān)于新材料的應(yīng)用研究
3.1.1新型造型結(jié)構(gòu)材料的分類
新型的造型結(jié)構(gòu)材料,主要要新型金屬材料、新型高分子材料、新型復合材料、新型玻璃材料以及其他結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)材料。新型的金屬材料主要分為兩種,分別是保節(jié)靈超薄鋼片和金屬材料。其中的保節(jié)靈超薄鋼片的靈活性非常強,可以隨意的彎曲,而且材料的外觀和色彩因為材質(zhì)是聚合物的關(guān)系可以隨意更換,這樣這種材料的外觀就會非常鮮亮和美麗。而金屬材料是融合了聚合物塑料和非晶體結(jié)構(gòu)材料,它具有一般金屬材料達不到的熱穩(wěn)定性,這樣就能夠成形的非常容易。新型高分子材料主要是Ecoflx和Ecovio以及Prity材料。第一種材料的是一種特殊的可以降解的材料,它因為較好的彈性和耐候性經(jīng)常被應(yīng)用到包裝的領(lǐng)域。第二種材料則是觸摸起來的質(zhì)感非常強烈,而且因為是含有凝膠劑聚氨酯的材料所以在外觀和形態(tài)上可以根據(jù)洗好進行改變,這種材料不僅有多樣的色彩和舒適的觸感,而且無毒無害。新型玻璃材料主要分為納米金剛材料和視覺控制玻璃以及超薄玻璃三種。納米金剛玻璃的質(zhì)地非常的堅硬,這是因為它的表面涂了一層碳,其主要應(yīng)用在MP3上,金屬的質(zhì)感并且不會留下痕跡,非常的時髦。第二種玻璃中間有一層透明的玻璃和上色玻璃,這種玻璃跟隨者電流的變化也會產(chǎn)生變化,這樣它便主要能有效的調(diào)節(jié)我們的生活。第三種材質(zhì)被稱為世界上最薄的玻璃,其因為十分的輕薄主要應(yīng)用在各種的電子設(shè)備屏幕上。其它的新型材料主要是光線互動材料、半透明混凝土和織物材料等。
3.1.2新型功能材料研究
如今的新型功能材料主要分為四個方面,能夠自我修復、高性能納米復合稀土材料的、聚異丙基薄膜和具有記憶能力的玻璃。第一種材料的可以在復合物基底的基礎(chǔ)上進行自我修復,主要應(yīng)用在汽車、飛機等微型芯片制造業(yè)。第二種主要是可以通過控制薄膜的厚度從而控制硬磁相和軟磁相的晶粒排序,此材料如今還在發(fā)展階段。第三種材料的特點是融合了疏水性和親水性,根據(jù)溫度的不同有所變化,用此制造服裝具有較好的保暖冰涼作用。最后一種材料是運用太陽光和其他光儲存能量而后釋放的方式進行記憶,這樣通過各種線路的照射就能儲存信息,其材料采用的是稀土,用途相當廣泛。
3.2關(guān)于新工藝的應(yīng)用研究
3.2.1新工藝的分類
新型的工藝在工業(yè)設(shè)計中主要分為新型成型工藝、新型加工工藝和新型表面處理工藝。新型成型工藝主要是分為混動態(tài)成型技術(shù)、快速成型技術(shù)兩種。第一種材料的凝練、分散效果極佳,多應(yīng)用在電子、運輸業(yè)。第二種材料的柔韌性加好,主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計和繪圖等等。新型加工工藝主要分為仿生電火花加工技術(shù)、二氧化碳激光切割技術(shù)兩種。第一種可以將原來的加工直孔或簡單彎孔轉(zhuǎn)變成較為復雜的曲線孔,其中研制出來的仿生機器人不僅結(jié)構(gòu)簡單、動作敦實,并且加工出來的曲線孔非常的光滑而且形狀的簡單。第二種是應(yīng)用借光切割的手段來進行分割,這樣的材料清潔、安全沒有污染。
3.2.2新工藝的發(fā)展方向
如今的新型工藝主要體現(xiàn)在各種學科交叉和部門參與的工藝、各種材料的開發(fā)和應(yīng)用更加密集、材料的結(jié)構(gòu)和工藝越加小型的工藝和材料多朝向仿生智能。值得提出的原先的材料主要是被動型,材料和結(jié)構(gòu)都比較單一,很難變成一個智能的東西,如今的材料研究方向是使得其智能化。也就是未來的方向更加的傾向于精密而成型的技術(shù)、微細的技術(shù)加工和多樣化的表面處理等。
4建立工業(yè)設(shè)計的材料與工業(yè)數(shù)據(jù)庫
建立數(shù)據(jù)庫的重要意義。如今的材料和工藝數(shù)據(jù)庫資源非常的分散導致維護和更新阻力非常大,所以建立數(shù)據(jù)庫意義重大。而且工業(yè)設(shè)計和材料和工藝具備不同往常的特殊性,這不僅要考慮到不同尺寸、形狀的材料,也要考慮到材料的外觀和性能,所以建立數(shù)據(jù)庫意義重大。最后是工業(yè)設(shè)計材料和數(shù)據(jù)庫也能使得設(shè)計師更加快速直觀的獲取信息,從而進行更好的設(shè)計和創(chuàng)造。
5小結(jié)
對于面向工業(yè)設(shè)計的新材料與新工藝的應(yīng)用研究,其中提出了很多新材料和工藝,但是還需要建立工業(yè)設(shè)計的材料和工業(yè)數(shù)據(jù)庫。對于新材料和新工業(yè)是在一個不斷探索的階段,需要各方的不斷努力。
作者:張倩倩 單位:廣州現(xiàn)代信息工程職業(yè)技術(shù)學院
參考文獻:
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篇9
關(guān)鍵詞:煤礦立井;突水治理;堵水案例
中圖分類號:TD265 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)32-0093-02
1 概況
該礦立井位于井田的東北區(qū)域,設(shè)計井筒垂直深度300m,水平大巷沿煤層頂板布置在煤層中,井底馬頭門處底板標高+347m。井底罐窩底位于馬頭底板標高下20m處標高為+327m。
5號煤層底板至奧陶系石灰?guī)r頂面距離18.05~38.92m,一般厚度20m左右。也就是說井底罐窩底底板可能破強含水層峰峰二段。
煤層底板太原組K2灰?guī)r和石英砂巖屬直接充水含水層,其水量稍大,充水強度稍強,由于太原組下部隔水巖層不穩(wěn)定,該含水層與富水性強的奧灰?guī)r溶水發(fā)生水力聯(lián)系時,極有可能造成礦井突水。
煤系沉積基底為奧陶系灰?guī)r,該層含水空間以溶蝕裂隙為主,富水性強且及不均勻,巖溶水連通性良好,區(qū)域性水位標高為+372.00m,由于太原組下部巖層隔水性能不穩(wěn)定,奧灰水將對煤層開采標高+372以下均會構(gòu)成威脅。
該礦煤混合立井凈直徑為5m、掘進直徑7m、馬頭門底板標高為煤層底板標高、2012年12月底當罐窩掘至馬頭門下12.5m時即+334.8m時井筒與井壁結(jié)合部出現(xiàn)透水,透水量50~70m3/h,根據(jù)化驗結(jié)果初步斷定水源為間接裂隙導入的奧陶紀灰?guī)r巖溶水。突水導致混合立井停工直至2013年5月的突水治理工作竣工后才正常施工。
2 治理方案
2.1 設(shè)計方案
用建筑架管在罐掘進底板上搭1.0m處搭建工作平臺、以便鉆機在水面上施工導水孔;在罐窩底四周施工132mm導水鉆孔并安裝108mm導水管;因為罐窩底板經(jīng)常因為排水問題有一定深度的積水,所以無法用常規(guī)材料固結(jié)導水管,我們選用高分子親水材料美固德作為導水管固結(jié)材料;用60m3/h流量管道泵將導水孔中水排出,使井底不再積水以便于施工;導水孔工作正常后在罐窩底按設(shè)計施工周邊和中介底板改造注漿加固鉆孔,以改造加固罐窩底以下15m(設(shè)計7m突水防護層)范圍的底板,以防后期向下延深罐窩至馬頭門以下20m時突水。
圖1
2.2 因故變更方案
因施工過程中發(fā)現(xiàn)礦井總排水能力不能滿足施工中透水量增加需要的排水量,故方案調(diào)整如下:
(1)撤除搭建的工作臺鉆機,放棄原來搭建的鉆機平臺;(2)用機磚垛和10cm木板在罐窩底板上搭建(水面以上)搭建一個混凝土承載平臺,平臺高度1000mm,平臺下部為容納積水空間;(3)在平臺上施工2.6m厚混凝土,混凝土標號為C30、并在混凝土中參入防滲劑和少量速凝劑;(4)平臺上的混凝土中預埋800mm混凝土管和4根108導水管,導水管下部與井壁壁根相接,在800mm混凝土管放置530mm塔式排沙水泵,水泵揚程50m流量80m3/h,水泵主要用于平臺施工期間泵水;(5)平臺上108mm導水管用于平臺施工期間導水及平臺凝固后向平臺下容水空間注漿,同時在混凝土施工期間預埋9個后期深部注漿的133mm一級注漿套管;(6)混凝土凝固后,從井壁和混凝土管周壁之間及預埋的800mm管路四周預埋的高分子注射管中美固得高分子材料,以防用混凝土充注平臺下空間時這些部位泄壓泄水;(7)從800mm混凝土管中抽出排沙泵,用混凝土充注平臺下部預留容水空間后再高壓從800mm管道中、平臺于井壁之間預埋的美固得注射管高壓注入親水高分子材料;確保原來預留的下部空間充滿充實,再用混凝土和美固德充注下部預留空間時導水管路必須能正常導水。
3 施工工藝
以上工作完成后形成一個可靠的無水平臺,用平臺上的鉆機從9個預埋的133mm一級套管中(套管上安裝高壓截止閥)施工直到平臺下垂直18m的鉆孔、并通過鉆孔向深部以3~5MPa的壓力注射水泥;水泥、膠泥土混合漿液。
4 治理效果
經(jīng)過為時30天的施工,9個注射孔注入水泥150噸、膠泥土100多噸、2013年5月中旬爆破起除了2.6m混凝土止?jié){蓋層及1m混凝土、美固德注射復合層,直至原來突水面,并向下再掘8m至標高+326.8再無突水、積水的蹤影,收到了很好的治理結(jié)果。
5 分析及結(jié)果
第一次搭建平臺施工失敗的主要原因是礦井井底排水系統(tǒng)能力小,鉆機平臺下的突水點涌水不能及時排盡并經(jīng)常處于積水較深的狀態(tài),更換流量和揚程較大的排沙泵后系統(tǒng)管路不能滿足原來井底斷層破碎帶涌水、新鉆孔涌水及鉆機施工排出水需要,不得已調(diào)整為第二套施工費用較高的至漿蓋方案。
篇10
關(guān)鍵詞:古樹名木;復壯養(yǎng)護
中圖分類號:S788 文獻標識碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20170533194
據(jù)初步統(tǒng)計,湖南省百年以上的古樹名木近20萬株,廣泛分布在鄉(xiāng)村、城市,是全國古樹名木資源大省。由于生態(tài)環(huán)境的惡化,及諸多急功近利的原因,使得很多古樹呈現(xiàn)不同程度的衰弱癥狀,有的因未能及時救護,導致死亡。因此,開展古樹名木的復壯養(yǎng)護技術(shù)的研究顯得十分重要。
1 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢
及時掌握信息,預防為主。對區(qū)域內(nèi)資源進行分類掛牌建檔;對每株古樹名木個體進行專業(yè)監(jiān)測監(jiān)控;按時進行常規(guī)預防。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,對古樹名木的復壯措施也在不斷的革新。如對根部的處理,采用分子技術(shù)進行促根;樹體修補和支撐不再采用由于熱脹系數(shù)的差異可能對樹體產(chǎn)生2次損傷的混凝土或三合土,而是采用熱脹系數(shù)相近的高分子材料。2016年5月關(guān)于古樹名木保護與建立補償機制會議在重慶的成功召開,必將對復壯養(yǎng)護技術(shù)的研究深入產(chǎn)生極大的推動作用。
2 古樹名木衰弱的主要因子
導致古樹名木衰老死亡的原因主要分為內(nèi)因和外因2個方面。內(nèi)因:樹齡高、自身生理機能下降和樹勢減弱,樹型較高大,樹干木質(zhì)腐朽中空,很容易被外力折損,抗病蟲害能力降低,抗風雨侵蝕力減弱等;外因主要有:生態(tài)環(huán)境的改變、人為破壞、火災(zāi)和病蟲害[1][2]。
3 古樹名木復壯養(yǎng)護主要技術(shù)措施
復壯養(yǎng)護是指運用科學合理的技術(shù)措施,使原本衰弱的古樹名木重新恢復正常生長,延緩其生命的衰老過程。對古樹名木的復壯養(yǎng)護措施主要包括地下、地表、地上3大部分。
3.1 地下根系和土壤的處理
3.1.1 排水溝
在古樹名木樹冠投影邊緣開挖排水環(huán)溝,溝寬0.4m×深0.4m,做到排得走、不積水。
3.1.2 換土
樹部土壤板結(jié)不良,可根據(jù)樹種特性實行增沙或增透。如需換土,在樹冠投影范圍內(nèi),挖去50~100cm深的土層,再回填通透性良好的表層土[3-4]。
3.1.3 增加土壤肥力
古樹對肥料的需求量不會太大,只在冬季于樹冠投影圈內(nèi)側(cè),挖深約30cm左右的施肥溝,埋放復合肥,以磷肥為主,生長期不能施肥。有機肥必須充分漚熟,以免根感染腐爛。
3.1.4 及時補充水分
在湖南,古樹的生境條件一般不會缺水,只在干旱月份注意澆水補水,對陡~地形地勢上的古樹應(yīng)加以特別重視。
3.1.5 地面鋪井形磚和栽花灌木
為確保土壤松軟通氣,在地面上鋪置特制井形磚,磚與磚之間不勾縫;或種植花灌木,并圍欄桿禁止游人踐踏[5]。
3.1.6 拆除鋪裝與砼
鋪裝與砼影響土壤中的空氣交換及根系呼吸,必須拆除鋪裝及砼,只在必須鋪裝的用透氣磚或井型磚代替。
3.1.7 打孔改良土壤
如土壤板結(jié)不是特別嚴重,可通過打孔來解決,孔的深度需達70~90cm,孔徑在4~5cm為好。在樹冠投影邊緣打孔鋪通氣性好的活性炭與專用肥;打孔位置選擇應(yīng)避免損傷主要根系。
3.2 地表根部的處理
保護根在古樹周圍設(shè)圍欄,對于地面的根覆土并加設(shè)罩網(wǎng),以保護古樹的根干皮;促毛細根法以樹干為中心,以3m為半徑,并參照樹冠的投影,進行土方開挖。沿根鏟土,確保不傷大根,根據(jù)實地情況,挖深50~100cm,對根徑D2cm以上的根進行斷根并環(huán)剝,根系截面及環(huán)剝口涂抹1:5BT生根劑黃泥,然后回填客土,結(jié)合澆水加托布津殺菌消毒。第2年,結(jié)合補水進行增肥。
3.3 κ鞲傻乃鶘誦薷
3.3.1 傷皮治療
采用皮再生素修復。對一些再生力強的樹種如杜仲、厚樸,樹皮損傷面積不大,一般不超過20cm,可采用涂抹皮再生素進行修復,修復處用薄膜包扎好,經(jīng)過一段時間的生長就能與原皮一樣分;貼皮修復,樹皮與木質(zhì)部未分離,或分離皮層未脫落的輕傷口,將樹皮與傷口復位對嚴,按貼上去,覆蓋簿膜隨即用麻繩或草繩纏綁緊密[6]。
3.3.2 樹干修復
清理樹體上的腐爛木質(zhì)和割除感染的皮組織;清除樹干樹洞內(nèi)的腐朽木質(zhì);噴灑防白蟻耳劑與1:15硫酸銅溶液及石硫合劑原液;涂清漆防水;最后是采用高分子材料進行修補修復。
3.4 對樹體的處理
3.4.1 整理與修剪
鑒于古樹名木的特殊價值,徑大于5cm的樹枝不得隨意修剪,如因木質(zhì)腐爛、枯死、病死確需截除,須以保持其原來面貌為基準。截除大枝時應(yīng)注意做到不劈裂、不斷皮、不抽心,還應(yīng)使鋸口平整,不形成大小面或臺階。傷口在愈合封口前,每年應(yīng)對其進行1~2次消毒、涂防腐劑[4]。
3.4.2 樹體加固
主要有3種方法:修補樹干樹洞并用高分子材料填充補洞;仿生支撐,即用水泥塑制成與古樹皮相仿的立柱來支撐樹干樹枝,以防止樹體傾倒與樹杈劈裂,上端與樹干接觸處加橡皮墊,以免損傷樹皮;彈性支撐,即用繩索將樹干吊緊,起到預防與保護作用。一般在被支撐的樹杈距地面較高、或數(shù)量較多時,采用此法,繩索和樹皮接觸處應(yīng)墊上橡皮等柔軟物,以保護樹皮。
3.5 對樹葉部位的處理
當前,由于城市空氣PM10、PM2.5等的污染,常綠古樹樹葉部分灰塵較多,影響光合作用,在重點景區(qū)的影響觀賞效果,應(yīng)定時清理枯葉,對樹體樹葉進行清洗[5]。
3.6 對伴生植被的處理
應(yīng)控制古樹名木周邊速生樹木和附生、寄生、藤本等競爭植物的生長,創(chuàng)造通風、透光、衛(wèi)生的古樹名木生存環(huán)境。孤立或群狀生長的古樹,應(yīng)當配置有益于改良土壤和古樹生長防護的低矮陰生植物。
3.7 防治有害生物
堅持“預防為主,綜合防治”。根據(jù)樹木特性,優(yōu)先應(yīng)用物理防治和生物防治,積極保護有害生物天敵,合理使用農(nóng)藥,減少環(huán)境污染。
3.8 防自然災(zāi)害
有的古樹在雷擊后因未及時采取補救措施很快死亡,因此樹體高大、位于空曠處生長的重要古樹應(yīng)加設(shè)避雷針。如果遭受雷擊,應(yīng)立即將傷口刮平,涂上保護劑,堵好樹洞,以免傷情發(fā)展。古樹群需特別注意防止火災(zāi),建立防火隔離帶。
4 發(fā)展趨勢
隨著分子技術(shù)的發(fā)展,對古樹根部的復壯重生處理技術(shù)措施將更為高效和精準。對樹干樹洞的修復,以前多采用三合土或混凝土,但由于熱脹系數(shù)的不一致,有可能對樹體造成2次傷害;采用高分子材料,如彈性環(huán)氧膠用于修補樹干樹洞,可避免對樹體造成二次傷害。
5 關(guān)于復壯養(yǎng)護的建議
鑒于全國大部分省已建立了專業(yè)的古樹名木復壯養(yǎng)護隊伍,有的省扶持成立了專業(yè)公司,建議湖南省加大支持力度,依托相關(guān)科研機構(gòu),盡快建立專業(yè)的復壯養(yǎng)護隊伍。盡快形成復壯養(yǎng)護技術(shù)措施規(guī)程,用于規(guī)范指導各地的古樹復壯養(yǎng)護。
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