高分子材料的配方分析精选(九篇)

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第1篇：高分子材料的配方分析范文

【关键词】制品生产 高职 课程

长江下游尤其是长三角拉动中国经济前行,已形成了世界塑料加工业的重要基地,该地区也是国内塑料加工业上下游产业链沟通最为活跃的地区。而我们常州是全国塑化行业最发达地区之一,产值规模仅次于广东佛山。依托塑料加工产业,广泛联系行业、企业,成立专业指导委员会。在委员会专家的指导下,对高分子材料加工技术专业人才市场的需求进行调研,结合高职教育的特点,确定高分子材料加工技术专业人才培养目标为:培养德、智、体、美全面发展的掌握与高分子材料制品生产及新制品开发等内容相关的专业岗位群所必需的专业知识及专业技能,在高分子材料制品生产等企业第一线从事生产、技术、管理等工作,具有良好职业道德、较强专业技能和可持续发展能力的高素质、高技能应用型人才。高分子材料加工专业作为我校的首批教改试点专业,旨在深化高职高专高分子材料专业,高分子人才培养计划及课程改革上起到探索创新及引领示范作用,本文以《制品生产3—模压制品的生产》这门课程为例来分析探讨教改过程中的整体设计模式。

1 课程定位

1.1 培养目标的形成

这个培养目标的确定是通过行业企业调研,进行了充分的岗位分析,分析该岗位的典型工作任务,并邀请专家共同探讨,确定该专业的课程体系;再由该岗位对能力、知识、素质的要求确定人才培养的规格,进而制定专业人才培养方案;建立学习情境和制定课程标准。

在人才培养方案的形成过程中,不断寻求成长规律与学习规律,最终形成了高分子材料加工技术专业培养方案课程与培养目标框架图。

1.2 课程信息

本专业新的培养方案中的课程模式为:制品试样制备、加工原料的合成(包括碳链高聚物的合成、杂链高聚物的合成、特殊高聚物的合成三门课程)、加工原料的选择、制品生产(包括注塑制品生产、挤出制品的生产、模压制品的生产三门课程)、新制品的开发、上岗实训等,本文所述课程隶属于制品生产中模压制品课程。

本门课程是高分子材料加工专业二年级学生的专业核心课,其中先修的课程包括:挤、压、注单机操作、碳链高聚物的合成、杂链高聚物的合成、特殊高聚物的合成、高分子材料分析、选择与改性、性能测试I(原料)、配方设计I、注塑加工、挤出加工。后续课:新制品的开发、上岗实训等。

2 课程内容

2.1 课程内容的选取

根据高分子材料加工技术专业人才培养方案中对该课程的要求,结合该专业典型工作岗位任务要求,能合理的确定加工过程与工艺条件;能进行模具的组装与调整;能针对制品的各种缺陷进行分析、调整工艺;能熟练操作设备为目的,进行内容的选取与整合。

本课程主要教学内容为模压制品的生产,围绕该内容进行必要的理论知识的解读和实验操作技能的训练,理论知识部分包括高分子材料模压加工设备的结构知识、通用高分子材料典型配方设计知识、高分子材料模压加工工艺设计知识以及高分子材料配方设计所用助剂的基本性能知识等,是根据行业企业发展需要和完成职业岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求选取的,为学生学习后续课程和后续发展奠定良好的基础。课程内容之间基本呈现循序渐进的关系。通过对项目的设置将原有课程体系的内容进行重新的整合,使之更加符合实际需要,以适应目前的学习及今后发展的需求。

2.2课程设计的理念和思路

项目化教学体现的是学生在“做中学、学中做”,教学项目的建立必须彻底打破原有的课程体系及本课程的知识体系,教学项目的设立必须要建立相应环境与设施。

在进行课程设计的时候主要考虑以下方面

(1)突出学生主体作用,完成工作任务

(2)项目任务优化组合,适应学生认识与成长规律

(3)灵活运用多种教学方法,拓展学生思维

(4)创新教学效果评价方法,突出能力考核与知识运用

在课程设计之前首先进行职业岗位能力分析,突出能力目标要求,课程以项目为载体用任务训练学生、以学生为主体、知识理论实践一体化。课程项目(任务)的选择必须具备实用性、典型性和综合性和可行性。综合项目中设置若干子项目,用于训练学生的单项能力。充分体现教学过程的实践性、开放性和职业性。

总的设计原则为:教学项目的设立来源于工作项目,教学项目本身具有独立性和系统性,教学项目的设立必须考虑A、B双线,其中A组任务选择成熟的、具有代表性的、实验室可操作性强的产品,课内完成(以学生为主体、教师起指导、点评作用);B组为拓展任务,为课外自选项目,选择新型、改性或特殊意义的产品,课外完成(由学生自主完成项目实施方案设计)。

3 课程的教法学法

3.1课程教学方法和教学手段

在该课程的教学过程主要采用的教学方法是行动导向教学法,具体就是项目式教学结合其他教学方法,例如案例教学、分组讨论,启发引导、自学辅导、理论实践一体化等。在教学的过程中充分利用现代教育技术和网络教学资源,结合PPT、板书、实物等进行教学。

比如项目1——橡胶制品的生产,总体上是行动导向法,为学生准备一个项目实施过程手册,上面有若干个任务,每个任务都告诉学生该干什么。第一个任务是思维导图,要求学生思考围绕“橡胶制品的生产”应解决哪些问题,掌握哪些知识和技能,这就属于启发引导。学生通过思维导图的建立可以较清楚的明白完成这一任务应解决哪些问题,这样在后续任务的完成中就有较清晰的思路。引导学生进行较为有效的自主学习。

第2篇：高分子材料的配方分析范文

关键词：高分子材料；教学；探索和实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0219-02

《高分子材料》是材料科学与工程学科的重要组成部分，是材料专业类学生的一门重要课程。但对于非高分子专业的学生，一般只有这一门高分子专业课，且学时有限。为使学生掌握广泛的基础知识、扎实的专业知识，该课程要将《高分子物理》、《高分子化学》、《高分子材料加工》等课程内容融为一体，并加强与其他材料科学的相互贯通。笔者在几年的教学实践中不断探索，对这门课的教学内容、教学方法和教学效果评价体系等方面进行了总结。

一、明晰教学目标、突出教学重点、合理安排教学内容

通过《高分子材料》的教学，需要学生掌握“高分子材料科学基础”、“高分子化学”、“高分子物理”、“高分子成型加工”、“通用高分子材料”等理论知识。在有限的学时条件下，要使对于高分子完全陌生的学生理解并掌握这些基本概念与原理，授课内容的选择是非常重要的。在内容选取上，我们的原则是既要让学生掌握相关的理论知识，又要有所侧重，并注重课程与先修课程的联系和课程前后内容的衔接等。高分子材料的制备、结构、加工及性能之间存在着一系列的有机联系，我们讲述的内容既要有独立性又应注意前后的关联性。首先，结合以前所学知识，让学生掌握高分子材料科学的基础知识。其次，高分子化学部分，我们着重讲解聚合反应机理。高分子的合成按机理主要分为逐步聚合与连锁聚合。连锁聚合中，以自由基聚合研究得最为透彻，我们分别结合反应过程的热力学和动力学，分析自由基聚合各个阶段的特点。至于离子聚合和定向聚合等内容，给定思考题安排学生课后学习。对于学生自学有疑问的地方，教师可以在答疑时给予指导。逐步聚合中，又可分为线形缩聚和体型缩聚，我们一般只讲述线形缩聚部分，体型缩聚安排为课后学习内容。高分子物理部分，我们集中讲述高聚物的结构与性能间的关系。通过掌握高分子材料的合成原理和方法，了解高分子材料结构与性能之间的关系，从而逐步形成较为完整的高分子材料科学知识体系。为了培养实用性、创新型人才，我们在教学中还及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的教学内容。

二、积极探索教学方法，提高课堂教学效果

在《高分子材料》的几年教授过程中，为提高课堂教学效果，笔者一直不断探索，总结了一系列教学方法。

1.表格教学法。《高分子材料》的课程中，有很多教学内容可以通过对比进行讲解，比如聚合物的聚合机理中的连锁聚合和逐步聚合、自由基聚合的各种实施方法等。笔者在实践中，发现表格教学法是个很有效的教学方法。该方法运用比较，比传统直述法更清晰，利于学生掌握相关知识的区别和联系，从而更好地接受知识，并对各知识点有更深刻的理解。比如在讲述高分子材料的合成方法时，可以先用表格列出本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四种实施方法，再在第一列列出配方、聚合场所、聚合机理、生产特征、产品特性、生产实例等与各实施方法对应的属性，然后一边讲解，一边将各属性填充，让学生接受知识点的同时也学习各属性的异同，从而加强对相关内容的理解和接受，也更利于学生记住相关内容。

2.示例教学法。示例教学法可以引发学生的学习动机，帮助学生理解抽象的事物和概念，发展学生的求知欲望。学生刚开始学习高分子材料，对有关知识和内容了解不多，专业术语比较陌生，但是日常生活中都接触过多种性能各异的高分子材料制品，对高分子材料性能的差异性有一定的感性认识。在讲课时可以引入这些实际的材料，既能提高学生的学习兴趣，也有利于更好地理解所学知识。比如在讲述高聚物粘弹性这部分内容时，高聚物区别于其他材料的最大特点是其粘弹性，由于高聚物分子运动的松弛时间正好我们能用肉眼观察到，所以才表现出这些现象。

3.启发教学法。《高分子材料》的教学中有不少抽象的概念、逻辑推理的演绎过程。老师在课堂上一味讲授专业知识和术语，学生学习热情不高。通过一边讲解，一边结合学科知识适当提出问题的启发式教学方式，能提高学生的学习兴趣和积极性，并能把一部分走神的学生拉回来。如讲到高分子结构时，先提出一个问题：“为什么橡胶和塑料的力学性能有这么大的差异？”给予学生适当时间思考后，再具体讲解高分子材料的结构，让学生带着问题听课，不但启迪了学生的思维，也使他们对所学内容有了更深刻的理解。

4.互动教学法。为了培养能解决实际问题的高素质人才，《高分子材料》的教学中，不应让学生死记硬背和生搬硬套，而应结合实际问题让学生思考，激发学生的发散思维。如讲到橡胶性能时，请同学们思考“如何提高橡胶的耐热温度”，再提示学生利用所学的高分子物理部分知识，从优化橡胶的结构入手，发动学生积极讨论，启迪思维，培养运用基础理论知识分析实际问题的能力。这种讨论式的教学方法，既活跃了学习气氛，启发学生思考问题，又可使学生对知识更好理解和掌握。在讲述高分子材料的合成时，经常通过合成反应式来表示合成过程和机理。我们一方面在课件编写中注意到让所有的反应方程式都不是一下显示出来，而是模仿板书一步一步显示，让学生有充分思考、接受的时间；另一方面，部分反应方程式让学生自己来写，旁边同学互相检查。通过这种方式，使学生更加熟悉并能深刻理解反应过程，其他同学的检查也能让同学发现自己意识不到的细节上容易出错的地方，了解出错的原因，补充没有掌握的知识点。

三、改革考核方式，提高学生综合素质

《高分子材料》的教学评价不但要考查学生基本理论知识的掌握情况，也要考查学生的再学习和独立思考解决问题的能力。为此，我们改变单一的一份试卷定成绩这种缺乏准确性和全面性的考试制度，将成绩的考核纳入每个教学环节中，为每个学生制订具体考核表，跟踪学生学习进展，使学生在学习中能随时了解自己的学习情况，督促自己不断学习、不断提高。其中考试方面根据课程的要求建立了《高分子材料试题库》，逐年对试题库的内容进行改进和更新，每年从试题库中抽取试题组成A、B两份试卷，严格考试要求和评分标准；另一方面，让学生选择一种新型高分子材料，查阅相关文献资料，描述它的合成、制备、结构、性能及应用前景，并撰写小论文；同时，增加学生课堂讨论、实验、作业等平时成绩的评分标准和比例。通过改革考核和评价体系，激励了学生的学习热情，锻炼了学生的实际能力，有利于培养高素质人才。

通过《高分子材料学》教学的探索和实践，初步探索了课程的教学思路和方法。在今后的教学中，我们还将不断总结经验，进一步完善教学过程中的各个环节，培养出既掌握专业知识，又具备分析问题、解决问题能力的能适应以后工作和科研需要的高素质人才。

参考文献：

[1]刘晶如，俞强，张洪文，等.高分子物理课程教学改革与实践[J].高分子通报，2010，（11）：111-113.

[2]张镭.高分子化学教学的改革与探索[J].高分子材料科学与工程，2002，18（3）：202-203.

[3]毛瑞.《陶瓷工艺学》教学的探索与实践[J].陶瓷研究与职业教育，2007，5（4）：44-46.

第3篇：高分子材料的配方分析范文

英文名称：Oilfield Chemistry

主管单位：中国石油天然气集团公司

主办单位：四川大学高分子研究所;高分子材料工程国家重点实验室

出版周期：季刊

出版地址：四川省成都市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1000-4092

国内刊号：51-1292/TE

邮发代号：62-38

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1984

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉：

Caj-cd规范获奖期刊

联系方式

第4篇：高分子材料的配方分析范文

【关键词】皮带机；托辊；高分子聚乙烯

1 皮带机及托辊市场介绍及分析

随着全球经济的增长，城市化建设的需要，人类对各种矿物资源的需求更为迫切，皮带机已成为当今运输各类散装矿物的高效运输设备，从地面矿山到井下工作面，从港口码头到工厂车间，你都能见到它在工作。

托辊是承托皮带机胶带的长回转体组件。托辊是皮带机的重要部件，种类多，数量大。它占了一台皮带机总成本的35% 承受了70%以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。托辊的作用是支承胶带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少胶带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的胶带的寿命起着关键作用。虽然托辊在皮带机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事，因此研发并批量生产长寿命，低胶带损害，低噪音“环境友好”型托辊具有广阔的市场前景。

2 现有托辊状况分析

托辊是应用于皮带机上的耐磨抗冲击型常用部件，它普遍存在效率低、故障多、使用寿命短，对胶带的磨损和伤害大等缺点。这使皮带机维修次数多，更换胶带频繁且时间长，降低输送效率、污染环境、延长了停产时间，增大运行成本，制约了我国皮带机的发展。

3 第二代高分子聚乙烯托辊介绍

第二代高分子聚乙烯托辊结构如下爆炸图：其外部是高分子聚乙烯管体，其端部是高分子聚乙烯加强座与管体融焊一体，其内部安装薄壁小钢管，辊轴两端采用迷宫式闭封。具有抗冲击、抗静电、耐磨和阻燃等特点，使用寿命是金属托辊的2-3倍，适合于煤矿、矿山等行业皮带机使用。

3.1 高分子聚乙烯材料性能：

高分子量聚乙烯（UHMW―PE）一般是指相对分子量在150万以上的聚乙烯，而普通聚乙烯的相对分子量仅为2―30万。700万以上纯超高分子量的聚乙烯，在国外的新材料领域声誉极高，被称其为“惊异的材料”和“神奇的材料”。高分子量聚乙烯，具有独特的性能，其根本原因在于它具有超长的分子链，且这些分子链间无序缠结。这种超长分子链及其无序缠结，使得高分子量聚乙烯具有优异的性能，不仅摩擦系数底，而且其抗磨损性、抗化学腐蚀性、阻燃抗静电、耐冲击性、低温使用等方面性能极佳，更适用于高可靠性、环保、无毒无异味等有一定要求的场合。

3.2 高分子聚乙烯托辊与传统钢制托辊相比具有如下特点：

（1）管体精度高：管体采用高分子材料管材制作，管材是国外设备、工艺配方及原料加工制成的同轴度高、圆度高、直线度高、壁厚均匀的高品质管体；

（2）密封性能好：密封采用具有国外专利的PAL具有呼吸功能的自及外弧、内方的迷宫密封设计加之采用特殊的防尘盖，辅之用优质的密封脂已达到灰尘水分易出难进的效果，保证了产品优秀的整体密封性能；

（3）重量轻：由于管体采用轻质的非金属材料，重量明显比钢托辊轻20～30%，便于安装搬运，降低职工劳动强度；

（4）耐腐蚀、耐磨抗冲击：由于管体及组件采用了耐腐、耐磨损、抗冲击的高性能的材料、托辊的耐腐蚀、耐磨、抗冲击性能非常优越，托辊筒体耐磨性是钢托辊的3倍，在恶劣环境下，托辊筒体，耐腐蚀是钢托辊的5倍

（5）噪音底、对胶带的磨损少：由于采用新型高分子管材，以及轴密封件的质量控制和先进的制造工艺，托辊的运行噪音比钢制托辊降低20～30%，托辊运行卡死现象难以出现，即使因机架变形等原因出现的托辊卡死不转的现象也不会对价格昂贵的运输胶带产生大的磨损，耐磨寿命是钢制托辊的3-4倍；

（6）寿命长：由于托辊的选用高分子材料，设计合理，制造工艺先进，其使用寿命得以大大的提高，整体寿命是钢托辊的2～3倍；

（7）节能降耗：托辊的转动惯量不到钢制托辊的50%，整机启动惯量小，易启动、制动，可大大节约能源降低驱动能耗；

（8）阻燃抗静电，安全性能高：经MSHA flame resistant and static dissipating 检测，阻燃抗静电合格；此外，运行过程中不会与胶带扣磨损出现火花，而且也不会因皮带机机架变形等原因使托辊不转的工况下与胶带磨损摩擦产生高温；

此外，高分子聚乙烯托辊具有防物料集聚性能，因此不会形成运输物料的集聚，而且在潮湿运行工况下运行，效果极佳。而且保证提供了一个安全健康的工作环境。

4 市场推广价值分析

第二代高分子聚乙烯托辊不仅在使用和成本方面大大优于传统钢制托辊，同时也是环境友好型托辊。在巨大的托辊需求量的市场下，具有极大的推广价值。

市场推广价值来源于以下三个方面：（1）长寿命，降低停机、更换托辊产生的停产损失；（2）长寿命，降低更换托辊产生维护成本；（3）降低对胶带的伤害，产生的更换胶带的成本。

参考文献：

[1]张尊敬.DTⅡ（A）型带式输送机设计手册[M].北京冶金工业出版社，2000.

第5篇：高分子材料的配方分析范文

关键词 翻转课堂 高分子合成工艺学 实施 效果

“高分子合成工艺学”是高分子材料与工程专业的一门重要的专业课。学生在学习了“化工原理”、“高分子化学”和“高分子物理”等专业理论基础课程后，进一步研究高分子化合物生产工艺的重要课程。高分子合成工艺学承担着如何将理论运用到实践中去，并进一步提高学生实际应用能力和技术创新能力的任务，是培养高素质应用型人才的关键因素。要求学生掌握高分子合成的具体实施方法，重要品种的生产工艺，各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理。加深对于生产工艺观点的认识，将理论与实际相结合，提高处理和解决实际问题的能力，为今后从事的科研和生产工作打下坚实的基础。通过该门课的学习，培养学生的工程意识，使其掌握高分子合成的基础技能并初步具备从事高分子材料的研究和开发能力。具备分析问题和解决工程技术实际问题的能力，培养学生的工程素养和创新能力。

该门课程内容不仅涵盖大量高分子化学、高分子物理等较难理解的理论知识，还包括了许多具体产品品种在工业生产中有关具体实施方法。如自由基聚合包括本体聚合、悬浮聚合、溶液聚及乳液聚合四种实施方法。四种方法聚合原料组成、设备的选择、条件控制及影响因素各有区别。同一品种可用不同的方法去生产，但所得产品性能差别较大。如聚氯乙烯的生产，可用自由基本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合进行生产，但产品最终状态不同，性能不同。一具体的聚合物如何去选择实施方法，需要同学掌握较多的知识，每种聚合实施方法特点要了然于心。这就要求学生需掌握的内容较多，故无论对学生还是教师都有较高要求，在具体教学中存在较多问题。若以传统教学方法进行实施，其教学效果往往不尽理想。

翻转课堂（Flipping Classroom，颠倒课堂、颠倒教室）是近年来出现的一种新的课堂教学组织形式，不同于老师课堂教，学生被动听课、课后做作业的传统教学方法。该教学形式完全颠倒，学生先课前学，师生在课堂上共同完成答疑、探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式。该教学理念起源于美国科罗拉多州落基山林地公园高中两位化学老师Jon Bergmann和AaronSam。他们将各种讲解视频上传到网络，学生随时随地可以进行学习，这种新的教学形式故此引起广泛关注。

翻转课堂的出现，为教学提供了一种新的教学理念和方法。本研究通过在高分子合成工艺学教学中进行教学实践，力图以学生为中心，从而提升学生的学习积极性、主动性及各项综合能力，并探索翻转课堂在高分子合成工艺学课程中较合适的教学流程。

韦军等主编的《高分子合成工艺学》，华东理工大学出版社。该书共包括十二章内容，第一章绪论，第十一章特种高分子合成工艺，第十二章是聚合反应设备，其余章节是自由基聚合、缩合聚合、阴阳离子聚合及配位聚合，该门课共计48学时。各部分按照先理论后以具体产品的工业实施方法进行讲解。理论部分较抽象，学生不易理解；而实际的生产，同学们又没有参与过，对于大的生产设备学生又没有概念。如自由基聚合实施方法包括本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合及溶液聚合，四种实施方法相近学生易于混淆。若采用传统的教学方法，学生掌握较困难。基于@四种实施方法的理论知识在高分子化学中已涉及，故以自由基聚合的讲解为例，一班采用传统教学，另一班进行翻转课堂，两种教学方法进行对比教学。

传统教学班级按照“简单预习-教师课堂讲授-课后作业”的流程进行。而在翻转课堂的班级，基本教学流程采用，“老师提前按照内容提出问题-布置学生提前看材料-准备讲解材料-课堂学生讲解-教师答疑-互动讨论-做练习-总结提升”。在此过程中，以学生为中心，学生占主导地位，教师起辅助作用。教师提前将有关视频及PPT资料上网到网络课程教学平台，并预设几个问题。学生通过查看网上资料及查阅有关文献，把有关问题解答，并准备好课堂将要讲解的PPT、资料等。在课堂上主要内容由学生进行讲解，有疑惑的地方由老师进一步讲解，师生之间进行讨论，而后通过做作业，进一步巩固、提升。

在高分子化学课程中己涉及到自由基聚合的四种实施方法定义、机理等有关基础知识，在讲解高分子合成工艺学的有关章节时，就可以翻转课堂的教学方法进行。如在讲解自由基悬浮聚合工艺时，提前布置给学习，复习悬浮聚合与自由基聚合的其它三种方法在定义、组成、特点、机理等方面的异同，并准备有关发言材料。学生讲完后，老师及时抓住问题，提问悬浮聚合与溶液聚合和乳液聚合的主要区别，悬浮聚合的分散体系如何保持稳定，一步步让学生深入思考分散剂的分散稳定机理，不同种类分散剂的稳定机理是否相同。而后，进一步强调搅拌在悬浮聚合中的必要性。搅拌使单体分散为小液滴，是悬浮聚合反应的先决条件，而分散剂不能自动将单体分散为微小的液滴，使分散的液滴稳定――后决条件。采用传统教学与翻转课堂相结合的教学方法，使同学们轻而易举地就理解掌握原本难免懂的理论知识了。

通过用传统教学及翻转课堂两种教学方法的实施，发现传统教学的班级，学生处于被动学习，积极性不高，知识掌握有限，综合能力提高有限，期末成绩差于另一班级。而实施翻转课堂教学的班级，学生配合老师主动思维，而不是被动听课。从而使学生自主学习的积极性明显提高，获取知识的动力较大，掌握的知识较多，同时通过课堂展示自己的机会，使学生的综合能力大大提高，且期末成绩明显高于另一班级。

第6篇：高分子材料的配方分析范文

关键词：白色污染；回收利用；可降解塑料

中图分类号：X705文献标识码：A

塑料制品的广泛使用，给人们带来了很大的方便，但由于人们对废旧塑料造成的环境污染缺乏足够的认识，将用过的大量塑料制品废弃物随意丢弃，给景观和环境造成了严重危害。常见的塑料制品废弃物有：聚乙烯（PE）包装袋、保鲜膜、护套和台布等；聚苯乙烯（PS）可发性快餐盒和餐具容器、精密仪器、家用电器的发泡包装套等；聚丙烯（PP）包装膜及快餐盒；聚氯乙烯（PVC）透明片、热收缩薄膜及乳胶手套等。由于塑料包装物大多呈白色，人们形象地比喻为“白色污染”。

一、白色污染的防治

我国目前防治白色污染遵循“以宣传教育为先导，以强化管理为核心，以回收利用为主要手段，以替代产品为补充措施”的原则。

1、停止使用一次性发泡塑料餐具及超薄塑料袋。“一次性方便，二百年污染”是塑料垃圾的形象写照。国务院办公厅的通知，根据《商品零售场所塑料购物袋有偿使用管理办法》，从2008年6月1日起，在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025mm的塑料购物袋，超薄塑料购物袋被列入淘汰类产品目录，并在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度。我国实施塑料袋收费后，全国塑料袋的使用量有望减少2/3，一次性塑料袋的回收率也将大幅上升。

2、回收利用是当前防治白色污染的主要手段。随着塑料工业的迅猛发展，废旧塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，越来越受到重视。尤其是发达国家，这方面的工作起步早，已经收到了明显的效益，我们可以借鉴其经验。

美国是世界塑料生产大国。据统计，到2000年，美国年生产塑料3，400余万吨，废旧塑料超过1，600万吨。早在20世纪六十年代美国就已展开废旧塑料回收利用的广泛研究。20世纪末废旧塑料回收率达35%以上。其中，燃烧废旧塑料回收能源由八十年代的3%增至18%；废旧制品的掩埋率从96%下降到37%。美国在燃烧废旧塑料利用热能、热分解提取化工原料等方面进行了大量工作并取得了一些成果。另外，美国各州为解决塑料废弃物问题，制定了相应的法律、法规。

日本也是塑料生产大国。20世纪八十年代，其年均废旧塑料排放量占生产量的46%。废旧塑料的处理已成为日本的严重社会问题，而且日本是能源短缺国家，所以对废旧塑料的回收利用一直保持积极态度。九十年代初，日本回收利用废旧塑料率为7%，燃烧利用热能率为35%。日本在混合废旧塑料的开发应用方面也处于世界领先地位。

意大利是目前欧洲回收利用废旧塑料工作做得最好的国家。意大利的废旧塑料约占城市固体废弃物的4%，其回收率可达28%。意大利还研制出从城市固体垃圾中分离废旧塑料的机械装置。意大利对废旧塑料回收一般是将塑料碎片和纸片一起收集，分离后的废旧聚乙烯制品经粉碎处理，用磁筛除去铁等金属杂质，经清洗、脱水、干燥后，通过螺杆挤出机进行造粒。这种回收料再加入新料，可保证其具有足够的力学性能，可生产垃圾袋、异型材、中空制品等。

3、塑料制品回收利用的方法

（1）直接再生利用。根据原料不同，有3种直接再生利用的方法：①不需分捡、清洗等预处理，直接破碎后塑化成型。②必须经过清洗、干燥、破碎后造粒或直接塑化成型。③再生前须特别预处理。直接再生制品性能欠佳，一般只做档次较低的塑料制品。

（2）改性再生利用。是将再生料通过机械共混或化学处理进行改进的技术。如增韧、增强、复合、活化、高联等，使再生制品的力学性能得到改善和提高，可以作为档次较高的产品。改性再生利用的工艺路线较复杂，有的需要特定的机械设备。湖南大学的谢朝学等研制的利用泡沫塑料制轻型保温隔热建筑材料，取得了良好的效果。

（3）热分解法。热分解法就是将高聚塑料废弃物在高温条件或低温催化的条件下分解，使其回到低分子量状态，从而把长链的高聚物转变成了短链的不饱和烃的方法。这样得到的不饱和烃可以用来重新制造其他产品。此方法可用于处理聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）制品的混杂回收物，但对于那些含氯的塑料制品需分开处理，这种方法可用于反复处理高聚塑料废弃物。

（4）通过催化裂解制燃料油。将塑料废弃物收集起来，通过热裂解得到汽油、柴油等液体燃料。这样既减轻废塑料对环境的污染，又节约资源，变废为宝。现在这一方面的技术日臻完善，已产生了好多专利技术。冀星等总结了废塑料油化技术的应用现状与前景。四川大学化学系李晓祥、石炎福、余华瑞等通过试验表明：混合废塑料经过催化裂解制得的90#汽油和0#柴油的质量均达到国家标准。

（5）焚烧回收热能。对于难以分捡的混杂型废旧塑料，将其作为燃料焚烧具有明显优点：不需繁杂的预处理，也不需与生活垃圾分离，而且其生热值与相同种类的燃料油相当。残渣较少，密度较大，易于填埋处理。据统计，PE的燃烧热为46.63GJ/kg，PP的燃烧热为43.95GJ/kg，PVC的燃烧热为18.06GJ/kg。可见，PE、PP、PVC的燃烧热非常大。因此，可利用焚烧法来处理并充分利用其释放出的热量。但是，我们必须考虑一些持久性有机环境污染物的生成，以及这些燃烧产物对人类和生态环境的潜在危害。如，聚氯乙烯（PVC）燃烧产生HCl、聚丙烯腈（PAN）燃烧产生HCN、聚氨酯燃烧时会产生氰化物等，因此必须在焚烧炉上安装污染气体的吸收装置，以实现整个流程的绿色化。

二、可降解塑料的性能、应用及前景

可降解塑料作为一种治理白色污染的全新技术途径，经过多年研究开发，已取得令人满意的进展。目前，主要的可降解塑料分为光降解塑料、生物降解塑料，以及光－生物双降解塑料三大类。光降解和光－生物降解塑料制品虽加工简单、成本低廉，但控制降解难度较大，不宜进入垃圾填埋系统。完全生物降解塑料降解性能较理想，但其加工难度较大，工艺配方以及边角料的回收利用等技术问题还有待进一步提高和完善，生产成本较高，价格昂贵并且用后需要全面地堆肥处理。

1、光降解塑料和光―生物降解塑料。光降解塑料就是靠吸收太阳光引起光化学反应而分解的塑料。光降解塑料的制备方法大致有两种：一是在高分子材料中添加光敏感剂，敏感剂吸收光能后所产生的自由基促使高分子材料发生氧化作用，达到裂化的目的。二是利用共聚方式，将适当的光敏感剂倒入高分子结构内赋予材料光降解的特性。常用的光降解剂有：金属盐类、二茂铁衍生物类、羧酸盐类、烷基硫代氨基甲酸铁类等。塑料制成的地膜有三个特点：①使用后，在阳光照射下可自行光分解，分解后的小残体可被土壤中的微生物继续分解。②使用寿命可以控制。③节省了回收地膜的费用，且解决了残膜对土壤和环境的污染。

光降解塑料的降解速度取决于日照的时间和强度，且降解后在被微生物分解前碎片易形成二次污染。光降解技术与生物降解技术结合：一是可以克服淀粉基塑料在非生物环境中难降解的问题；二是可以利用光敏体系的复合配比、用量来实现降解时间人为控制的目的。因此，目前工业化较多的是光降解技术与生物降解技术结合的双降解淀粉塑料。在一次性使用地膜中可采用食用淀粉或无机矿物质填充的可控光－生物降解塑料的全面降解技术进行实用性研究。我国可覆盖地膜的面积为5亿多亩，用量高达40万吨，使用价格低廉的光－生物降解塑料地膜较适宜。对于厚度0.005mm～0.015mm的降解地膜也可采用塑料单纯光氧降解技术，但一定要做到时控降解。这对解决废弃地膜污染农田的问题，造福子孙后代，具有深远意义。

2、生物降解塑料。生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料，而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。生物降解塑料可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料两种。破坏性生物降解塑料主要包括淀粉改性（或填充）聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。完全生物降解塑料主要是由天然高分子（如淀粉、纤维素、甲壳质）或农副产品经微生物发酵或合成具有生物降解性的高分子材料，如热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均属这类塑料。

尽管生物降解塑料的研发取得了长足的发展，但推广异常困难。一是因为可降解塑料袋承重能力低，不能满足顾客多装东西和反复使用的要求。二是可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低，给人一种不洁和难看之感，用起来不放心。三是价格偏高，成本难以接受。

3、可降解塑料的开发趋势及发展前景。可降解塑料尽管存在种种问题，但它的发展前景十分光明，主要表现在以下几个方面：①积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等，进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。②为避免二次污染，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料将会越来越受到重视。③水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而备受瞩目，也成为环境适应性材料的又一热点。④充分利用基因工程技术培育可生产聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

第7篇：高分子材料的配方分析范文

【关键词】子长油区；钻井液；油层保护

钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液组成可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。钻井液侵入油层后，致使油层的固有状态发生变化，使油层的渗透率、孔隙度的物性参数下降，进而对油藏的勘探开发产生不利影响，造成油层不同程度的伤害。因此，油层保护的钻井液及工艺技术研究，是油层保护系统工程中关键环节。

一、油区概况

子长油区位于地处陕甘宁盆地东部斜坡地带中部，构造背景为西倾单斜倾角约半度，西部下降幅度大雨东部，境内石油主要富存于三叠系延长组中、下部的长2，长4+5，长6油层组。油田油质无纯区，油水分异差，原油含水率高于85%，脱水难度大，原油比重为0.866克/毫升，粘度5.8厘泊，凝固度117d，原始油气为36.20m3/T。境内油层一般具有岩性细，物性差，分布广，储层喉道细的特征。属于低压（地层压力当量密度0.7～0.8kg/l）、低渗（渗透率

（1）由于该储层为低压低渗储层，钻井液滤液可产生损害及大分子聚合物滞留效应；

（2）钻井液滤液与地层水作用生成沉淀，堵塞喉道；

（3）钻井液固相进入较粗的喉道，造成桥堵；

（4）表面活性剂产生乳化和润湿反转造成损害。

二、原钻井液材料及配方

三、钻井液工艺优化

1、增黏剂选择

通过实验对比分析，选择复合天然高分子材料ZNJ-1作为钻井液增黏剂随着ZNJ-1的增加，钻井液的马氏漏斗黏度、表观黏度、塑性黏度、动切力增大很快，滤失量降低明显，但单独使用ZNJ-1的钻井液的相关性能不能完全满足油层保护预期的性能要求。因此，要想在满足钻井液黏度要求的同时达到对滤失量的控制，还必须加入性能优良的降滤失剂，以降低钻井液体系的滤失量。

2、降滤失剂选择

为获得较理想的降滤失剂，选择低黏聚阴离子纤维素PAC-LV、中黏羧甲基纤维素CMC-MV、改性天然高分子材料GK-0901作为降滤失剂，考察了其加量对钻井液性能的影响，实验结果见表1。

可以看出，降滤失剂PAC-LV、CMC-MV和GK-0901相比较，GK-0901对钻井液黏度、动切力影响较小，在相同加量下，GK-0901 对钻井完井液的滤失量具有较强的控制能力。

3、抑制剂加量选择

MAN104为岩土膨胀强抑制剂，广泛应用于钻井液体系中抑制水化膨胀和分散，防止剥落性坍塌，并有降低摩阻系数、滤失量和稀释作用。为了考察MAN104加量对钻井液性能的影响，实验测试了MAN104与其他抑制剂对于膨润土膨胀性抑制效果进行比较，所得实验结果如图1所示。

由图1 可看出，抑制能力较强的抑制剂是MAN104、FA-367和K-PAM。因此，为了提高体系的抑制能力，降低井踏几率，结合子长油区地层富含裂缝的特点，选用MAN104最为适合。

4、低伤害钻井液体系配方

这些年来，钾铵基钻井液在鄂尔多斯盆地上古生界地层得到了广泛的应用，一方面通过K+来抑制泥页岩的水化膨胀，防止泥页岩段的井径扩大，稳定井壁；另一方面通过减少储层遇水引发粘土矿物膨胀几率，达到抑制储层潜在流体敏感性损害的目的。子长油区选用以K-PAN和无荧光防踏剂为主体组成的钾铵基聚合物钻井液，无荧光防踏剂能封堵层理和微裂缝，并增强体系的抑制性和护壁能力，配方如下：基浆+（0.3-0.5%）K-PAM+（1%-2%）无荧光防踏剂+ （0.5%-1%）K-PAN或NPAN。

针对子长油区低压、低孔、低渗的物性特点，在原有的钻井液配方的基础上，加入酸溶屏蔽暂堵剂，如QS-2，QS-3等，加量2～3%，同时加和强抑制剂0.2-0.3%MAN104等。屏蔽暂堵钻井液配方如下：

四、屏蔽暂堵工艺应用及效果

用研制的低伤害钻井液体系进行了12口井的现场应用试验，岩心渗透率在钻井液伤害后恢复率在78%～94%，平均恢复率85.86%， 可见采用研究得到的新的钻井液体系，可有效降低钻井液对储层的损害，取得了预期效果。

五、总结

（1）油气层保护工作是一个系统工程，它贯穿于油藏开发的全过程，只有当涉及油藏开发的各个环节都进行油气层保护时，才能取得理想的保护效果。

（2）钻井施工中的油气层保护要以保证安全、快速施工为前提，目的层井段钻井液体系的选择应遵循适应地层特性、保障安全钻井、满足完井需要的原则。

（3）钻井过程中油气层保护方案必须在取全取准油气层各项特性参数、深刻分析其潜在损害因素的基础上通过实验研究来确定。

参考文献：

第8篇：高分子材料的配方分析范文

[关键词] 防火涂料 阻燃机理 评估方法

随着高分子材料在各种场合的广泛应用,火灾的潜在危险也在增加,许多建筑物构件在高温下失去荷载能力导致建筑物坍塌,给人们生命财产造成巨大损失。防火涂料涂覆于物体表面,在遇火时涂膜本身难燃或不燃,对基材有较好的保护作用,为灭火和人员撤离赢得了时间。因此对它的研究和应用已引起了世界各国的高度重视。

一、防火涂料阻燃机理研究

关于防火涂料阻燃机理的报道较少,而且主要是一些定性的讨论,但从防火涂料研究和生产单位在实行工作中遇到的一些问题来看,对防火涂料的阻燃机理进行研究势在必行,其理论意义和实际意义都非常重大。

1.非膨胀型防火涂料的阻燃机理

防火涂料在燃烧中吸收大量的热量,使温度难以上升,其自身不燃烧并形成一层隔绝氧气的釉状保护层,对物体起到一定的保护作用,但隔热性能较差。

2.膨胀型防火涂料的阻燃机理

膨胀型防火涂料平常保持普通涂膜状态,遇火时,涂层发生软化熔融,膨胀形成海绵状或蜂窝状炭化层。对磷-氮-炭的防火膨胀体系用热分析(TG和DTA)、扫描电镜(SEM)能谱仪(EDS)和X 射线衍射(XRD)等方法研究得到如下结论:脱水成炭剂(APP)受热分解生成酸;多羟基碳化剂(季戊四醇)在酸的催化下脱水分解成炭;基料中树脂受热熔融在发泡剂(三聚氰胺)的作用下膨胀发泡,同时进一步形成炭化层。根据 X 射线衍射图分析表明,这种炭化层属于无定型炭结构,其实质是石墨的微晶体,所以一旦形成这种泡沫状炭化层,其本身很难燃烧,又有很好的隔氧、隔热作用,有效的阻止燃烧继续进行。

3.防火涂料的阻燃机理有以下几种

凝集相界面反应的阻滞;能阻滞气体燃烧的气体阻燃剂的气相反应;阻燃剂吸热分解或吸热气体反应对燃烧的阻滞;产生能稀释气相反应物浓度的不燃气体;形成能阻碍对底材供热或阻滞反应物转移至火焰区域的隔离区。

二、防火涂料的评估方法研究

产品的标准和方法标准给防火涂料的研究开发、推广应用和产品质量监督管理提供统一的技术依据。但由于材料在温度条件下的复杂性,单一的评价方法很难表征防火涂料的阻燃特性,特别是随着科学技术的发展,对阻燃材料的评估的目标是力求实验结果与实际情况之间具有较好的关联性。

为了全面的表征一项阻燃产品,从阻燃体系的各种原材料开始到阻燃制成品在不同环境条件下,在不同温度受热条件下,直至不同燃烧状态下的气相和凝聚相的分解产物都要进行分析,并进行与实际使用性能有关的评价,即要从阻燃产品的外观色泽开始,直至分解气体的毒性都要进行分析、鉴定和评价。因此,必须综合地运用各种分析测试方法。

先进的涂料检测技术目前对防火涂料的常规检权在于外观、颜色、光泽、粘度、表干时间、固体含量、硬度、冲击强度、粘结强度、耐水性等宏观检测来评价防火涂料性能。将X射线分为析仪、X射线光电子光谱仪、自动电子光谱仪、离子微分析仪、富里叶红外光谱、紫外光谱仪、红外光谱仪、核磁红振仪、色差计、锥形量热仪、热分析仪、扫描点镜现代化仪器用于涂膜性能测验,可深入到内部测验试结构和界面状态,进行微观控制,对研究产品的阻染机理,产品配方的设计、研制、改性,产品烟和毒性气体的释放、火模型化研究以及高分字产品阻燃的研究、开发和应用具有很大的促进作用。

三、防火涂料的发展方向

防火涂料关键部分是阻燃剂,近年来,阻燃技术的研究和阻燃产品的开发应用已受到各界重视。主要的发展方向有:

1.开发多效、高效、低水溶性脱水成炭催化剂和发泡剂。

2.多种阻燃剂协同作用合理搭配。

3.环保型防火涂料

目前保护环境、节约能源的呼声越来越高,防火涂料也随着整个涂料工业向节能、底污染、高性能方向发展。水性涂料由于无毒安全、节约资源、保护环境、成为建筑涂料发展主要方向,也将是涂料品种革的最终归宿。坚持发展水性防火涂料,尽量减少或避免因生产、施工或燃烧造成环境污染和人身危害,研制水星膨胀型防火涂料将成为主要发展方向,同时着眼与一步提高涂层的耐水性、防火性及装饰性。

4.膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合

配方中既含有膨胀型组分,又含有较多耐火填料组分,还假如高熔点的无机纤维等,使涂料在高温火焰作用下形成低膨胀率的高强灰化层,确保膨胀涂层长时间耐火隔热而不脱落。例如。LB 钢结构膨胀型防火涂料就采用无机和有机复合粘结剂。而在P――C――N膨胀防火体系中加入新型耐火绝热材料,起到“晶核”和“钢筋”的作用。

5.采用辐射交联、等离子改性接枝等技术进行高分子材料阻燃改性研究。国内外在阻燃剂方面努力向超细化、微胶囊化、表面处理、协同增效复合化等方面进行产品开发。新型卤系阻燃剂的发展趋势是提取高分子量,改进分子结构,添加防滴落助剂,提高耐热性、耐喷霜性、加工性和卫生安全性,同时找寻多溴二苯醚的代用品也将受到重视。

随着有机合成材料的大量应用,其难燃化问题也日益突出。含卤素等难燃化的有机聚合物往往导致材料的物性变劣,使用寿命缩短、价格提高。采取在其表面涂覆防火涂料的办法来进行防火保护,不但能保持原来有机合成材料的优良性能,而且经济适用。另外,防火涂料在有机合成材料上的应用也有广阔的前景。

参考文献:

[1]徐晓楠新一代估计方法――锥形良量热仪(CONE)法在材料阻燃研究中的应用,中国安全学,2003.13(1):19-22

第9篇：高分子材料的配方分析范文

 

一、智能机器人的结构组成

 

自从1959年世界上第1台工业机器人由美国人英格伯格和德沃尔制造成功以后，机器人经历了由完成简单操作功能的机械手到智能机器人的变革。目前的智能机器人已经具有了类似人的思维、判断能力，拥有强大的感知系统，并可以根据外部环境的变化实现自主学习和自我调整，并根据经验的积累进行自我安排，完全独立的工作[4]。

 

智能机器人主要由机械装置、信息采集与智能控制等部分组成[5]。机械结构系统是机器人的主体，由基座、手臂、末端执行器3大件组成。基座一般由金属材料加工制造而成，要求具有一定的强度、刚度及稳定性，研制强度高、质量轻的材料可以既保证其强度、刚度要求，又降低其质量，节约能源消耗，同时新型材料的使用使得智能机器人在较恶劣环境下工作成为可能，拓宽其应用领域，减轻人类负担。

 

信息的采集主要依赖于传感技术，传感器的使用使得智能机器人可以像人类一样拥有“眼睛”、“耳朵”、“鼻子”，对看到的、听到的、感受到的、接触到的环境信息如温度、压力、声音、障碍物等信息进行采集，通过对比行动的目标信息，对采集到的数据进行分析、筛选，获得完成指令所需的信息。而传感器材料的优劣直接影响了传感器性能的好坏，传感器材料是智能机器人智能化的重要支撑。

 

控制部分的功能是实现机器人接收从传感器反馈回来的信息并形成作业指令以及驱动机器人执行相应任务。控制技术是智能机器人将信息采集与分析、形成行动规范的核心，是智能机器人完成各项任务的重要组成部分。而智能控制系统的智能程度与控制器的材料密不可分，也是智能机器人实现灵活行动、复杂动作等的重要支撑。

 

综上，智能机器人的智能化与智能材料的功能化密不可分，智能材料不仅要具备良好的力学性能，同时又需要具备一些特殊功能，即能感知所处的内外部环境变化，并能通过改变自身的物理性能或形状，从而实现自诊断、自适应、自修复等功能。智能材料的快速发展与应用促使智能机器人在实现动作、对外界刺激的快速反应等方面取得了明显的进步，对智能机器人智能化的实现发挥着巨大作用。

 

二、智能材料的发展

 

智能材料是一种可以利用组织变化或形态变化反映对外部环境刺激的感应并汇总成可靠的信息，然后进行自我调整以适应外部环境的刺激的材料。智能材料是高科技材料，代表了材料科学发展的前沿技术，是智能机器人实现智能化的重要手段，是功能材料和结构材料的有机结合[6]。智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命，随着智能材料功能的逐步深入研究，智能材料的应用领域也在逐步扩大。

 

1.智能材料的特征

 

智能材料的开发与研究源于仿生材料，因此智能材料系统具有或部分具有生命运动的一些特征：

 

①传感功能：即对外界环境及其它信息的接受能力，如感知到外界及自身所处的环境条件，如温度、载荷、声音、水压、障碍物等。

 

②反馈功能：如同人体的神经系统，能够对采集到的信息与设定指令进行对比与分析，形成合理的判断并反馈给控制系统。

 

③信息识别与积累功能：主要是对采集信息的分辨能力以及汇总和储存的功能。

 

④响应功能：对接收的信息进行判断与分析后形成初步的行为规范并指导动作过程。

 

⑤自诊断能力：将系统目前状况与常规状态进行对比分析，发现故障并进行校正。

 

⑥自修复能力：对一些系统损伤或破坏能够进行自我修复。

 

2.机器人中智能材料的应用

 

一般来说智能材料在机器人的结构中主要用于基体材料、敏感材料、驱动材料等。

 

(1)基体材料

 

为主要的结构材料，用来承受一定的载荷，一般以轻质材料为主。通常选用高分子材料，不仅密度小、耐腐蚀且具有粘弹性。当然一些轻质的金属材料也可用作基体材料。

 

(2)敏感材料

 

敏感材料主要起传感的作用，采集外界环境的信息如温度、压力、PH值、电磁场等。用得较多的敏感材料有压电材料、形状记忆合金、光纤材料、磁致伸缩材料等[7]。

 

(3)驱动材料

 

驱动材料是机器人能否根据相应指令完成规定任务的重要保障，源于其在一定条件下，可产生一定的应变和应力，常用的有效驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等[8]。

 

综上，有些材料可以起到多重作用，例如形状记忆材料、压电材料既可以作为驱动材料又可以作为敏感材料使用，这为智能材料的设提供了思路。

 

三、智能材料在智能机器人中的应用

 

1.传感器材料

 

伴随材料科学的发展，传感器技术日益成熟，种类多种多样，早期常选取半导体材料及陶瓷材料，近年来由于光导纤维、超导材料的研究开发，各种传感器也随之更新换代。例如，较先进的红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器，选用以硅为基体的半导体材料，利用其易于微型化、多功能化、智能化的特点，借助于半导体光热探测仪器的灵敏度高、精度高、非接触性好的性能特点。陶瓷材料和有机材料的快速发展带动了敏感材料的发展，不断地优化配方，精密调配原料，经高精度成型烧结，研制成新的敏感材料，用于制成新的传感器。此外，有机高分子敏感材料也是颇具应用潜力的新型敏感材料，可制成湿敏、光敏、气敏、热敏、力敏、生物敏和离子敏等传感器。

 

另外，可从2方面着手研究提高传感器的性能，一是采用敏感度更高的感性元件，二是研究新型的检测方法以及更加精确的信号处理方法。例如，日本基恩士公司采用CMOS感光材料制成数字激光传感器，测量精度可达0.5mm，且表面材质对其基本没有影响，智能机器人对目标物体的定位更加精准[9];导电橡胶的电阻也会随压力的变化而变化，因此也常用来作为触觉传感器的敏感材料[5];拟人化皮肤传感器利用一种具有压电和热释电性的高分子材料研制而成 [5]。利用高分子凝胶、合金材料等制成的力传感器可以很好地模拟生物体的运动功能提高机器人抓取动作的灵活性。

 

2.形状记忆合金

 

形状记忆合金(SMA)通过检测外界环境如温度或位移的变化，从而将热能转换为机械能，如果能够很好地控制加热或冷却，即可获得重复性很好的驱动动作。用形状记忆合金制作的热机械动作元件具有体积小巧、结构简单、控制方便、成本低廉等优点。近年来，随着形状记忆合金的产业化，该材料的优点逐渐凸显出来，越来越多地被应用到智能机器人的某些零部件中。如用形状记忆合金可制作成机器人手足、触觉传感器、机器人元件控制器及筋骨动作控制等。早在 1986年，日本生产的机器人中就采用了形状记忆合金，可见日本很早就开始了这方面的研究。目前日本关于形状记忆合金应用于智能机器人的研究较成功，走在世界的前沿。有报道称日本成功将形状记忆合金应用到海底机器人和微型机器中，所研发的一款深海机器人，可以自动勘探包括钴在内的海底稀有金属资源 [10]。

 

形状记忆材料的一个特点就是动作柔和，被用在某些需要进行力量控制的智能机器人上。例如智能机器人夹持器，它是机器人末端执行器之一，一般由手指、传动机构和驱动装置组成，是机器人结构中的一个重要组成部分。用来直接抓取和握持工件，以达到约束被夹持工件的自由度，而对其进行位置控制的目的。作为电驱动器，可替代电磁螺线管、伺服马达、液压或气动装置，SMA驱动器设计简单、结构紧凑、无噪音、成本低。SMA驱动器往往设计成偏动式和差动式驱动器，这类元件尤其适用于可转动的机器人关节。

 

形状记记合金还可作为驱动元件应用到智能机器人中，如形状记忆合金电机(SMAA)。温度升高时，SMA材料发生形状回复，温度降低时形状保持不变，借助于辅助元件，将电机形状变化转变成位移的变化，可见通过合理控制温度的升高或降低，SMAA可将热能(温度的变化)转变成机械能(位移的变化)。同时若再辅以一定的偏动或差动装置，可实现双向运动。SMAA结构较简单、易于控制;尺寸较小，易于实现智能机器人的微型化;动作连续可控，易于模仿人类的手臂;同时受温度及恶劣环境的影响较小;环保无污染。形状记记合金的主要研究方向着眼于从机械手、机器人关节、手爪的驱动等。

 

3.压电材料

 

当前，智能机器人可以通过“压电效应”把压力转换成电信号，从而让机器人可以产生触觉。目前已经投入应用的新型压电材料主要有压电半导体和有机高分子材料。

 

(1)压电半导体

 

有些晶体既具有半导体特性又具有压电特性，如硫化锌、氧化锌、硫化镐、砷化钙等。利用其压电特性可加工成传感器，半导体特性可加工成电子器件，如果将2者结合，则可以实现组件与线路的一体化，制成新型集成压电传感器。

 

(2)有机高分子压电材料

 

一些有机高分子聚合物，经延展拉伸和电极化后所形成的高分子薄膜具有压电性，如聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。独特的优点是质轻柔软、抗扯强度高、耐冲击。另外，在高分子化合物中掺杂压电陶瓷锆钛酸铅或钛酸钡制成的高分子压电薄膜。

 

4.磁致伸缩材料

 

所谓磁致伸缩材料是指材料在交变磁场的作用下，一方面会发生长度的变化，进而产生位移，从而将电能转变成机械能;若产生反复伸长或缩短也即振动，也可将电能转变成机械能。另一方面，该材料若受到拉深、压缩力的作用改变了其长度，则材料内部磁通密度也因此发生相应变化，从而在线圈中产生感应电流，将机械能转换为电能。故此为能量与信息转换的功能材料。可将此特性用于智能机器人进行海洋探测。

 

四、结语

 

智能机器人的时代已经开启，我们梦寐以求的智能时代正一步步向我们走来。我们渴望智能机器人可以拥有比人类更聪明的大脑，更严谨的分析、判断复杂外界环境的能力，拥有更坚实的“身体”，更灵活的步伐。而智能机器人智能的提升离不开机械学、力学、电子学、生物学、控制论、人工智能、系统工程、材料学等多学科的发展，其中智能材料的作用功不可没。如人造皮肤智能材料，不仅可以清晰地分辨出外部环境的细微变化如温度、热流及各种应力大小的变化等，对于表面的一些状况如粗糙度、摩擦力等也能够很好地进行区分。智能材料的设计、制造、加工等均涉及到了材料学的最前沿技术，有待科学工作者的不断深入研究与探索。尽管如此，随着科技发展相信会有越来越多的智能材料应用到智能机器人中，智能机器人的智能化程度越来越高，在各行各业中都可以看到智能机器人的身影，智能机器人得到产业化、批量化的生产。