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关键词:高分子材料;阻燃方法;研究与分析
前言
高分子材料的燃烧要满足两个条件,一个是适宜的温度,一个是分解出的可燃物的浓度,由此可见,要想阻止高分子材料燃烧就要从这两个方面着手,只要能有效的提高高分子材料的阻燃性,就能够拉动企业的经济建设的稳定发展。文章将针对高分子材料的阻燃方法进行详细的分析。
1 高分子材料的阻燃方法
1.1 通过在高分子材料中加入阻燃剂实现阻燃
通过在高分子材料中嫁娶阻燃剂实现阻燃的方法是目前我国应用最为广泛的阻燃方式,利用阻燃剂与高分子材料分解出来的可燃物之间的结合,来实现提高高分子材料阻燃性能的目的,这种方法最大的优点就是它的成本比较低,而且在对不同的高分子材料的阻燃剂调整上面也比较的灵活,是一种经济适用的高分子材料阻燃方法,与此同时,这种方式也存在一定的弊端,技术添加的阻燃剂中的元素可能会与高分子材料之间发生化学反应,从而影响高分子材料的性能[1]。因此,在阻燃剂的选择上面一定要非常的慎重,要在不影响高分子材料或者是影响较小的前提下,加入合适的阻燃剂来阻止高分子材料的燃烧。
1.2 通过与高分子材料进行化学反应进行阻燃
化学反应一直是一个非常复杂的过程,可能你改变了其中的一个分子机构就会产生不一样的效果。高分子材料的化学反应阻燃就是使用了这种方法,将某种元素通过化学反应接入或者替换高分子材料的化学链中,在不影响高分子材料的性能的前提下,改变高分子材料的性能,将高分子材料从可燃性极强转变到具有阻燃性能的高分子材料。能够实现高分子材料阻燃性的元素有很多,像是硼、硅、金属原子等都可以做到。
1.3 通过改变高分子材料表面的阻燃性能来实现阻燃
通过化学反应来实现高分子材料的阻燃主要是通过将某种元素接入或者替换高分子材料的化学链上,可能会影响高分子材料的性能,但是改变高分子表面材料的阻燃性能就不一样了,同样也是采用专业的技术将元素接入或者替换,但是这种方式没有将元素接入到高分子材料的主链上,而是只对高分子材料的表面进行改进,这样就不会影响到高分子材料的性能的同时,还实现了对于高分子材料的阻燃,避免了阻燃剂以及化学反应给高分子材料性能上带来的影响[2]。但是这种方法也存在一定的弊端,就是在它的操作过程非常的复杂,在时间上耗费也比较久,而且在资金成本上面也非常的昂贵,因此在实际生产中并不适用。由此可见,我国的专家学者还需要对于高分子材料的阻燃性能不断的研究。
1.4 将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起
为了加强高分子材料的阻燃性,我们可以将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起,这种方式不仅有效的阻止了高分子材料的燃烧,在持续的时间上也是非常的长久的,在实际的应用中可以说是效果最好的高分子材料的阻燃方法[3]。另外,这种将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起的方式在保护高分子材料的性能上也有也有很大的帮助,避免了阻燃剂等给高分子材料带来的负面影响。
1.5 采用纳米科技的方式来实现高分子材料的阻燃
随着时代的不断变化,我国的科学技术也在不断的提高,近几年来,我国在纳米科技方面也有着广泛的应用,高分子材料的阻燃就是其中一项,采用纳米技术实现高分子材料的阻燃可以说是为我国的科学事业开辟了一条全新的道路。通过纳米技术进入到高分子材料的内部,对其内部结构进行一系列的改造工作,将普通的高分子材料改造成阻燃性能比较强的高分子材料,极大的降低了危险的发生[4]。使用纳米技术来改变高分子材料的阻燃性能的方法虽然很好,但是在资金成本上的耗费也是非常的巨大的,因此,截止到目前为止,纳米技术的方法还是在研究阶段,实际的生产中的应用是非常少的。
1.6 对高分子材料采取两种或两种以上的阻燃方式
对高分子材料采取两种或者使两种以上的阻燃方式,来进行高分子材料的阻燃主要是为了要满足各方面的要求,既能够不改变高分子材料的性能或者是将高分子材料的性能改变降到最低,又能保证高分子材料的阻燃性能,可以说是一个一举两得的方法,在我国很多企业的建设中都有实际的应用,这种方法为高分子材料的阻燃提供了一个多重的保障。
2 结束语
综上分析可知,高分子材料的应用已经渗透到了我国的各行各业,甚至在人民群众的日常生活中也有高分子材料的广泛应用,为了保证企业经济建设的稳定发展,以及人民生活不受到影响,就要积极的对高分子材料的阻燃性能进行分析,找到最有效解决高分子材料燃烧的问题。
参考文献
[1]井蒙蒙,刘继纯,刘翠云,等.高分子材料的阻燃方法[J].中国塑料,2012,2:13-19.
[2]徐怿,曹 .高分子材料的阻燃技术探讨[J].消防技术与产品信息,2011,1:48-50.
[3]程买增,曾幸荣,李伟明,等.阻燃性有机硅高分子材料的研究进展[J].有机硅材料,2003,6:21-25+46.
【文章编号】0450-9889(2017)06C-0078-02
高分子材料是化工产品的一个分支,是目前发展最快、应用前景最广且最具生命力的一类化工产品;高分子行业的迅猛发展,急需大量复合型人才。而大多数高校高分子材料专业的人才培养侧重在材料的合成等偏理论方面,对高分子材料加工成型为终极产品的工艺环节关注的程度不高。广西大学化学工程与工艺专业在化工材料加工工艺方面开设了系统的专业课程群,为“高分子材料成型与工艺”课程的设置打下了坚实的理论基础。然而,广西大学化学工程与工艺专业没有开设过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等高分子基础或专业基础课程,且该专业作为一个覆盖范围广泛的交叉的专业,开设的专业课程很多,所有的专业课程学时都高度压缩。在高分子材料理论知识缺乏、课程学时数少、无配套实验的背景下,本文从教学内容、教学方法、创新能力培养等方面对“高分子材料成型与工艺”课程教学改革进行探索。
一、教材的选用
广西大学化学化工学院“高分子材料成型与工艺”课程刚开设时,选用的教材是史玉升等编著的《高分子材料成型工艺》,学生通过学习可以掌握高分子材料的制备、性能、成型、评价及应用,全面系统地了解高分子材料成型技术的最新知识。教学过程中,学生反映这本教材的难度太大,因为“高分子材料成型与工艺”是一门专业技术课程,需在完成化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、高分子物理和化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等基础理论课和专业基础课程后,对学生进行综合训练。
“高分子材料成型与工艺”课程是在大三第一学期开设的专业课,此时学生已经修完化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学等基础理论课,然而基本没有学过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等专业基础课,高分子材料方面的基础较差,加上这本教材讲述的理论知识较少,所以学起来较吃力。根据学生的反映,学院及时更换了教材,采用周达飞等主编的《高分子材料成型加工》“九五”重点教材,该教材高度概括了高分子材料的最基础的知识,对加工成型影响很大的高分子流变学基础知识进行较全面深入的介绍,全面介绍了高分子材料成型加工最常用的基本工艺,也兼顾了新技术和新方法,难度适中,得到学生好评。
二、教学内容的改革
高分子材料成型技术涉及化学、材料、材料加工、机械等多种学科,“高分子材料成型与工艺”课程是一门专业技术课程,需要广泛的理论知识基础。化学工程与工艺专业的学生基本无高分子材料理论基础知识,学习起来的确难度很大。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”这条主线展开教学内容,重点掌握三者的关系,强调成型加工对制品性能的重要性,这是本课程的主题思想,也是高分子材料的工程特征;选用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》,充分利用国内外重要专业期刊了解行业最新动态,不断更新及补充教学内容,确保教学内容的先进性;在教学内容安排上,以高分子材料成型加工的大工程观点为着眼点,以宽专业为目标,概况高分子材料理论基础和概念(详细的内容指定参考范围让学生利用课外时间自学),从高分子材料的加工原理出发,着重对成型加工工艺进行讨论。从高分子材料的成型加工的共性出发,对模压、挤出、注塑及压延四大成型技术及工艺进行重点讲授,然后讲授塑料、橡胶及复合材料的成型特点和区别,对于一些新的成型方法,以及教材中未涉及而在一些科技文献中见报道的新的成型方法及工艺,教师建立了QQ群这样的交流平台,并将高分子领域权威的一些微信公众号分享到平台上,经常转发高分子材料国际国内的重要进展到平台,引导学生关注,激发学生的学习积极性,让学生以兴趣为导向自动组成兴趣学习小组的方式进行自学。笔者首先通过课内课外结合强化高分子理论基础与概念,对成型加工影响最大的流变性在课堂上进行详细介绍,而其他性能如稳定性、电性能、光性能等材料性能则作为课外学习内容,在有限的学时内,节选核心内容,把高分子材料合成、性能、加工及相互间的影响规律简要完整地介绍。比如教材中同一种成型方法按不同的应用体系分成很多小结,而教学过程中每种成型工艺仅以一种材料为代表来讲,但不同章节会选不同的材料体系来进行,比如讲橡胶的压延,那么注塑可能选塑料,而挤出可能选复合材料,这样来兼顾各类高分子材料的成型。
三、教学方法的改革
教学方法是影响教学目标是否能够实现、实现的程度和效率的关键。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程教学存在两个难点:一是许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程,这要求有实际感性认识和直观性;二是该课程的理论性和实践性都很强,如何在教学过程中实现理论与实际的结合,用理论来解释生产中的实际问题,或以具体实例来说明理论,促使学生真正掌握知识。针对这些问题,“高分子材料成型与工艺”课程在教学过程中对教学方法、教学手段进行了改革。
(一)现代化教学与传统教学相结合。“高分子材料成型与工艺”课程中许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程,这要求有实际感性认识和直观性,同时,该课程的理论性和实践性都很强。笔者根据所选用教材,利用PowerPoint加入声音、图像、动画、视频等各种多媒体信息,并根据需要设计各种演示效果,将抽象、生涩难懂的知识形象生动地展示给学生,激起学生学习的兴趣、吸引他们的注意力,大大加深学生对知识的理解和印象。由于化学化工学院缺乏相应的高分子材料成型教学设备,教学小组联系外界资源制作了几个基本成型工艺的微课,同时广泛收集案例、动画演示及成型录像,不断补充到授课内容中,让学生对高分子成型工艺及设备等有更直观的认识,对课件内容进行更新和完善,丰富课堂内容,加大课堂信息量,使学生获得对高分子材料成型加工的理性和感性双重认识,使教学达到事半功倍的效果。
同时,教师也要注意吸取传统教学中讲解的优点,将教师的语言、激情和应变能力体现在多媒体教学中,并用眼神、情感、心灵与学生沟通,必要时还要进行板书,让学生彻底把握一些关键问题。
(二)采用“任务驱动”教学法和启发式互动式教学。与传统的以教师为主体的“填鸭式”“灌输式”教学方式不同,笔者在部分知识点的授课中尝试采用“任务驱动”教学法,从传统教学的讲授、灌输和教师主宰课堂,转变为组织和引导;从单纯讲解转变为与学生进行适当的交流和探讨。笔者在讲述“高分子材料配方设计”这一章内容时,并没有按照书本来进行,而是布置了一道思考题“设计食品袋的配方”,让学生通过自学课本内容与上网查找相关知识等来完成这一思考题,并在学生完成后让他们用PPT来展示成果,通过讨论的形式与学生探讨了配方设计中的一些原则与内容。
启发式互动式教学强调先让学生积极思考,再进行适时启发;教师不仅要加强自身专业素养和知识积累,而且更重要的是建立师生互动的教学过程,并营造良好的课堂教学氛围,实现教学相长;教师注意自己角色的转变,良好的学习情境可使学生了解学习任务的必要性和与学习任务相关的学习信息,从而激发学习意愿和浓厚的学习兴趣;在教学过程中,对于重要的知识点,通过案例教学,与学生共同分析和讨论,启发学生进行思考,培养学生的创新能力。
关键词:高分子材料;发展;前景
一 高分子材料的发展现状与趋势
高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向:工程塑料,复合材料,液晶高分子材料,高分子分离材料,生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进? 步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。
二 高分子材料各领域的应用
1高分子材料在机械工业中的应用
高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “ 以塑代钢” ,“ 塑代铁” 成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体,聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂 如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。
2 高分子材料在燃料电池中的应用
高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。现在一批新的高分子材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的一导电高分子材料等等, 已经得到研究工作者的关注。
3 高分子材料在现代农业种子处理中的应用及发展
高分子材料在现代农业种子处理中的应用:新一代种子化学处理一般可分为物理包裹利用干型和湿形高分子成膜剂, 包裹种子。种子表面包膜利用高分子成膜剂将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。种子物理造粒将种子和其他高分子材料混和造粒, 以改善种子外观和形状, 便于机械播种。高分子材料在现代农业种子处理中研究开发进展:种子处理用高分子材料已经从石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向发展。其中较为常见和重要的高分子材料类型包括多糖类天然高分子材料, 具有在低温情况下维持较好膜性能的高分子材料, 高吸水性材料, 温敏材料, 以及综合利用天然生物资源开发的天然高分子材料等, 其中利用可持续生物资源并发的种衣剂尤为引人关注。
4 高分子材料在智能隐身技术中的应用
智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料,它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能。自动调节自身电磁特、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料/系统。区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计,为隐身材料的发展和设计提供了崭新的思路,是隐身技术发展的必然趋势 ,高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。
三 高分子材料的发展前景
1高性能化
进一步提高耐高温,耐磨性,耐老化,耐腐蚀性及高的机械强度等方面是高分子材料发展的重要方向,这对于航空、航天、电子信息技术、汽车工业、家用电器领域都有极其重要的作用。高分子材料高性能化的发展趋势主要有创造新的高分子聚合物,通过改变催化剂和催化体系,合成工艺及共聚,共混及交联等对高分子进行改性,通过新的加工方法改变聚合物的聚集态结构,通过微观复合方法,对高分子材料进行改性。
2高功能化
功能高分子材料是材料领域最具活力的新领域,目前已研究出了各种各样新功能的高分子材料,如可以像金属一样导热导电的高聚物,能吸收自重几千倍的高吸水性树脂,可以作为人造器官的医用高分子材料等。鉴于以上发展,高分子吸水性材料、光致抗蚀性材料、高分子分离膜、高分子催化剂等都是功能高分子的研究方向。
3复合化
复合材料可克服单一材料的缺点和不足,发挥不同材料的优点,扩大高分子材料的应用范围,提高经济效益。高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向,目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面,今后复合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纤维增强材料的研究与开发,合成具有高强度,优良成型加工性能和优良耐热性的基体树脂,界面性能,粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。
4智能化
高分子材料的智能化是一项具有挑战性的重大课题,智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能,例如预知预告性,自我诊断,自我修复,自我识别能力等特性,对环境的变化可以做出合乎要求的解答;根根据人体的状态,控制和调节药剂释放的微胶囊材料,根据生物体生长或愈合的情况或继续生长或发生分解的人造血管人工骨等医用材料。由功能材料到智能材料是材料科学的又一次飞跃,它是新材料,分子原子级工程技术、生物技术和人 工智能诸多学科相互融合的一个产物。
5绿色化
虽然高分子材料对我们的日常生活起了很大的促进作用,但是高分子材料带来的污染我们仍然不能小视。那些从生产到使用能节约能源与资源,废弃物排放少,对环境污染小,又能循环利用的高分子材料备受关注,即要求高分子材料生产的绿色化。主要有以下几个研究方向,开发原子经济的聚合反应,选用无毒无害的原料,利用可再生资源合成高分子材料,高分子材料的再循环利用。
四 结束语
高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献,我国已建立了较完善的高分子材料的研究、开发和生产体系,我国虽然在高分在材料的开发和综合利用方面起步较晚,但目前来看也取得了不错的进步,我们应提高其整体技术水平,致力于创新的高分在聚合反应和方法,开发出多种绿色功能材料和智能材料,以提高人类的生活质量,并满足各项工业和新技术的需求。
参考文献:
[1]金关泰.《高分子化学的理论和应用》,中国石化出版社,1997
关键词:高分子材料学 表面工程 教学模式
中图分类号:G642 文献标识码: A 文章编号:1672-1578(2012)04-0055-02
“高分子材料学”是我校材料科学与工程专业(表面工程方向)的一门专业课程。表面工程学生的就业领域主要为材料涂装、防腐等,学生需要熟悉各种工程材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料等)的基本性质、制备工艺以及表面处理方面的知识。“高分子材料学”主要介绍高分子材料的制备、性能、成型、改性及应用等方面的知识。
“高分子材料学”这门课共32学时,所选教材为化学工业出版社出版的《高分子材料基础》。主要内容包括四部分:高分子材料的合成及制备、高分子材料的结构与性能、常见的高分子材料及其成型加工方法、高分子材料的改性及应用。该教材[1]浓缩了高分子材料与工程专业的四门专业主干课共192学时的内容,即高分子化学(48学时)、高分子物理(64学时)、高分子材料成型工艺(48学时)、聚合物改性原理及方法(32学时)。
1 “高分子材料学”讲授过程中面临的问题
“高分子材料学”课程的讲授具有较大难度,主要表现在以下方面:
该课程涵盖了高分子材料与工程专业学生的专业主干课内容,要深入讲解这些内容,需要近200学时,而针对表面工程学生开设的“高分子材料学”仅仅只有32学时,时间紧,内容多,如何合理安排各部分内容占的比重是授课教师面临的首要问题。
“高分子材料学”相关内容的学习,需要学生具备一定的化学基础及力学基础,而对表面工程的学生而言,因专业侧重不同,化学课程及机械基础课开设门类不如高分子材料与工程专业齐全,导致表面工程的学生在学习“高分子材料学”时,对教材内容的理解及掌握有一定难度。这对授课教师备课也提出了更高的要求,如何在有限的学时中适时补充相关背景知识帮助学生理解,是授课教师需要思考的另一问题。
“高分子材料学”虽为表面工程学生的专业课之一,但从历年就业情况看,表面工程学生就业以金属材料加工行业居多,而从事高分子材料加工行业的很少。故必然存在学生对该课程重视程度不够,学习积极性不高的问题,因此授课教师也需要在教学模式上进行探索创新,充分调动学生学习的积极性,引导学生主动参与到教学过程中来。
2 “高分子材料学”课程教学模式探索
2.1梳理重点,侧重剖析基本概念
“高分子材料学”学时有限,内容繁多,因此需要授课教师在备课时梳理出各章节的重要知识点和基本概念, 注意各部分内容的衔接,并找出线索将各章散落的知识点贯穿起来。
比如,在介绍高分子材料合成及制备时,着重讲授加聚反应及缩聚反应的基本步骤,对比这两种聚合反应的特点及反应产物特性,便于学生掌握常见高分子材料的合成反应类型,了解制备方法对材料性能的影响。考虑到表面工程学生的学科基础及专业侧重,对反应速率的计算等知识点不做要求。
再如,课程内容第二部分介绍高分子材料的结构与性能,这部分内容为承上启下的重点章节,高分子材料的结构及性能特点在其合成过程中奠定基础,并将在成型过程及改性中得以体现和完善。这部分内容体现了高分子材料与其他材料的本质区别,涉及的基本知识点很多,而且多为表面工程学生不熟悉的内容。因此,同样需要通过对比,突出高分子与低分子的结构与性能差异,侧重高分子温度——形变关系,结晶过程及晶体结构等重要知识点的讲解。
2.2因材施教,适时补充背景知识
“高分子材料学”中很多知识点的理解离不开有机化学、物理化学等基础课程的支撑,而表面工程方向的学生并未开设相关课程。为此,需要教师在讲授过程中适时补充背景知识。
例如,在讲授高分子合成反应类型对材料性能的影响时,可简要介绍常见化学基团的特点并联想对应的高分子材料的性能特点及成型要点。以聚碳酸酯(PC)为例,这种材料采用缩聚反应制备,分子结构中含有酯基,酯基在一定条件下容易水解,因此可联想到PC材料在成型时的高温条件下应避免水分的存在,防止水解反应发生导致材料性能劣化。
此外,为弥补学生基础知识的不足,讲授时还可结合日常生活中的实例进行对照说明。在讲授高分子结晶时,可联想泡面模型以及珍珠形成等实例;讲授高分子材料降解及添加剂功效时,可结合塑料制品长期暴晒变色发脆、塑料拖鞋逐渐由软变硬等学生熟知的生活常识进行分析。
2.3结合专业,调动学生学习积极性
“高分子材料学”为考查科目,且表面工程的学生就业以金属材料加工行业居多,学生误认为这门课程与自己的专业及将来就业衔接不紧,从而对“高分子材料学”课程重视不够,故学习积极性也不高。为此,授课教师应有意识的引导学生思考,并采用灵活的考核方式调动学生的积极性。
笔者在讲授此门课程时,并未采用课堂考试的形式进行考核,而是给学生布置了“高分子材料与表面工程”为主题的课程论文撰写任务,并让学生制作出相关的PPT将自己的论文进行口头陈述,最后根据其论文撰写情况、PPT制作情况及陈述情况给出该门课程的成绩[2]。课程论文的完成情况直接跟成绩挂钩,能有效调动学生的积极性及对课程的重视;课程论文的撰写需要大量专业文献为基础,学生在撰写论文的过程中能自觉关注及阅读相关专业文献,有利于拓宽其专业视野;制作PPT的过程是对课程论文内容的凝练,有利于学生理清思路掌握重点;口头陈述环节能有效杜绝学生互相抄袭论文,教师也能通过学生的口头陈述情况,观察学生对该门课程基础知识的掌握程度。
学生通过独立搜集资料撰写论文制作PPT并口头陈述等环节的训练,既能让他们发现“高分子材料学”这门课程与所学专业的紧密联系,也锻炼了他们的资料搜集能力及口头表达能力,为将来毕业答辩及就业面试打下基础。
3 结语
高分子材料是非常重要的工程材料,对于表面工程的学生而言,应该熟悉并掌握这类工程材料的特性。“高分子材料学”虽然不是表面工程方向的专业主干课,但涵盖了高分子材料相关的大量专业基础知识,也是面向表面工程学生开设的唯一一门有关高分子材料的课程。授课教师应该积极进行教学模式的探索,激发学生的学习兴趣,让学生在有限的学时中掌握相关基础知识。
参考文献:
[1]张留成,瞿雄伟,丁会利编.高分子材料基础[M].北京:中国轻工业出版社,2004.
关键词:液晶 液晶高分子 应用
中图分类号:TN15 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)004-031-01
1 引言
液晶高分子材料是在一定条件下可以液晶态存在的高分子所加工制成的材料,较高分子量和液晶有序的有机结合使液晶高分子材料具有一些优异的特性。例如,液晶高分子材料具有非常高的强度和模量,或具有很小的热膨胀系数,或具有优良的电光性质等等。研究和开发液晶高分子材料,不仅可以提供新的高性能材料从而促使技术的进步和新技术的产生,同时可以促进高分子化学、高分子物理学、高分子加工以及高分子应用等领域的发展。因此,研究液晶高分子材料具有重要意义。
2 液晶高分子材料的发展
液晶高分子存在于自然界很多物质中,像是生物体中的纤维素、多肽、核酸、蛋白质、细胞及细胞膜等都存在液晶态。液晶的原理首先在1888年由奥地利植物学家F Reinitzer(F.Reinitzer,Monatsh,Chem,9,421,1888)提出,之后,德国科学家O,Lehamann验证了液晶的各向异性,他建议将其命名为Fliess,endekrystalle,在英语中也就是液晶(Liquid Crystal或简化为LC)。19世纪60年代,人们发现聚对苯甲酰胺溶解在二甲基乙酰胺LiCI中,和聚对苯二甲酰对本二胺溶解在浓硫酸中,都可以形成向列型液晶(根据分子排列的形式和有序性不同,液晶有三种不同的结构类型:近晶型、向列型和胆甾型。向列型液晶只保留着固体的一维有序性,具有较好的流动性)。刚性分子链在溶液中伸展,当其浓度达到临界浓度时由于部分刚性分子聚集在一起形成有序排列的微区结构,使溶液由各向同性向各向异性转变,由此形成了液晶。随即,美国杜邦公司(DuPont’s)先后推出了PSA(聚苯甲酰胺)及Kevelar纤维PPTA(聚对苯二甲酰对苯二胺),标志着液晶高分子研究工业化发展的开始。到70~80年代,出现了诸如Xydar(美国Dartin公司,1984年),Vectra(美国Calanese公司,1985年)等一系列商用型热致液晶,液晶高分子材料逐渐开始推广。发展至今,液晶这一形态已经成为一个相当大的物质家族,其商业用途多达几百种,例如日常生活中所用的液晶显示手表、计算器、笔记本电脑和高清晰的彩色电视等都已商品化,使得显示技术领域发生重大的革命性变化。
液晶高分子的一系列不同寻常的性质已经得到了广泛的实际应用,其中大家最为熟悉的就是上面说到的液晶显示技术,它是应用向列型液晶的灵敏的电响应特性和优秀的光学特性的典型例子。把透明的向列型液晶薄膜夹在两块导电的玻璃板之间,在施加适当电压的点上变得不透明,因此当电压以某种图形的形式加到液晶薄膜上就产生了图像。这一原理等同于学生日常学习使用的计算器,在通电时液晶分子排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时分子排列混乱,阻止光线通过,因而显示出所要计算的数字。液晶显示器件最大的优点在于耗电低,可以实现微型化和超薄化。与小分子液晶材料相比,液晶高分子在图形显示方面的应用前景在于利用其优点开发大面积、平面、超薄型、直接沉积在控制电极表面的显示器,具有相当大的优势。
液晶高分子还可以利用其热,光效应来实现光存储。首先将存储介质制成透光的液晶态晶体,这时测试的光完全透过,证明没有信息记录;当用一束激光照射存储介质时,局部温度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔体,分子失去有序性:激光消失后,液晶高分子凝结成不透光的固体,信号被记录下来。此时如果再照射测试光,将仅有部分光透过,记录的信息在室温下永久保存。这同目前常用的存储介质――光盘相比,其对信息的存储依靠记忆材料内部的特性变化使得液晶高分子存储材料的可靠性更高,而且不用担心灰尘和表面的划伤对存储数据的影响,更适合于重要数据的长期保存。
此外,将刚性高分子溶液的液晶体系所具有的流变学特性应用于纤维加工过程中,已创造出一种新的纺丝技术――液晶纺丝,这种新技术使纤维的力学性能提高了两倍以上,获得了高强度、高模量、综合性能优越的纤维。由于刚性高分子溶液形成的液晶体系具有高浓度、低粘度和低切变速率下高度取向的流变学特性,因此采用液晶纺丝便顺利地解决了高浓度溶液必然伴随着高粘度的问题。同时,由于液晶分子的取向,纺丝时可以在较低的牵伸条件下就获得较高的取向度,避免纤维在高倍拉伸时产生应力和受到损伤。这样所得的高性能纤维可用于制造防弹衣、缆和特种复合材料等。
3 液晶高分子材料的应用
液晶高分子材料不仅在化学、物理方面得到了广泛的应用,其在生物医学方面的应用也是不可小视的。由于在电、磁、光、热、力等条件变化时,液晶高分子将发生显著的变化,使得液晶高分子膜比一般的膜材料具有更高的透过量和选择性。因此,利用溶致性液晶(根据液晶形成条件的不同液晶态物质又可分为“热致型液晶”和“溶致型液晶”)高分子的成型过程,如形成层状结构,再进行交联固化成膜,可以制备具有部分类似功能的膜材料。脂质体是液晶高分子在溶液中形成的一种聚集态,这种微胶囊最重要的应用就是作为定点释放和缓释药物的使用。微胶囊中包裹的药物随体液到达病变点后被酶作用破裂释放出药物,达到定点释放药物的目的。
如前所述,作为新兴的功能材料,液晶高分子材料具有很多突出的优点。随着人们对它不断的研究,液晶高分子材料会逐步代替目前使用的部分金属和非金属材料。液晶高分子材料作为一种较新的高分子材料,人们对它的认识还不充分,但在不远的将来,液晶高分子材料的应用一定会越来越广泛。对人类的生存和发展做出新的贡献。
参考文献:
[1]罗祥林.功能高分子材料[M].京:化学工业出版社,2010.
[2]何曼君,张红东等.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社,2007.
关键词:高分子 材料阻燃技术 应用 发展
中图分类号:TQ31 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)10(b)-0198-02
高分子可燃材料具有优良的性能,其应用的范围也越来越广,特别是在建筑、交通、家具、电子电器等行业领域被大量使用,美化和方便了人们的环境和生活,获得了显著的经济效和社会效益,已逐渐代替传统材料。然而大多数该分子材料都易燃、可燃材料,在燃烧时热释放速率快、火焰传播速度快、发热量高、不易熄灭,还产生大量浓烟和有毒气体。随着高分子材料的广泛应用,其潜在的火灾危险性大大增加,因而如何提高高分子材料的阻燃性能,成为当前消防工作急需解决的一个问题。
1 高分子阻燃技术应用
1.1 高分子阻燃材料分类
关于阻燃高分子材料目前尚无明确分类,通常可按照获取阻燃性能的方式划分,可将其分为本质阻燃高分子材料和非本质阻燃材料两种。一种是材料本身具有阻燃性;另一种是通过加入添加阻燃剂获得阻燃性能。非本质阻燃材料可根据阻燃剂添加方式分为添加型阻燃高分子材料和反应型高分子材料。所谓添加型阻燃高分子材料,即在高聚物加工过程中,将阻燃剂以物理方式分散于基材中而赋予材料的阻燃性;反应型阻燃高分子材料的阻燃剂是在高聚物的合成中加入的,它作为一种单体参与反应,并结合到高聚物的主链或支链上,使高聚物含有阻燃成分[1]。
1.2 高分子阻燃技术
阻燃剂是用于提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。在现代化社会中,阻燃剂具有着诸多的类型,旨在能够为了切实满足不同环境下的防火需求,就其所包含的类型来看,主要可以分为以下3种。
第一种,是有机阻燃剂,主要用于针对有机物的燃烧预防,比如包括磷酸酯、卤系和纺织物等等,具有着耐久性的特点。
第二种为无机盐类阻燃剂,包括的产品主要有氯化铵、氢氧化铝等等材料,这种类型的阻燃剂具有着无烟、无毒与无害的优势,因此成为了目前应用领域最为广泛的一种阻燃剂。
第三种为有机和无机混合类型的阻燃剂,这种类型的阻燃剂通常被科学界认为是无机阻燃剂的升级版,拥有着和无机阻燃剂同等的优势,但相对来说具有着较高的成本,因此并未普及应用。而从不同阻燃剂的阻燃元素上看,又可以划分为几种,包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂和硅系阻燃剂等,其各自有着相应的优势和缺点,但依然凭借着不同的特点被广泛应用于不同的防火领域当中[2]。
受到近些年科学技术飞速发展的影响,高分子材料的阻燃技术水平也获得了突破性的发展,包括阻燃剂微胶囊技术、交联与接枝改性等等,无论是何种新技术的应用,其作用原理都大体相一致,区别主要在于对人工合成技术的依赖程度有所不同,最明显的技术优势更是在于对传统材料阻燃之后所产生的有毒有害气体的转化,最具代表性的便是现代阻燃技术领域的纳米技术应用,不仅能够有效降低阻燃过程中各类反应对环境的污染,同时更凭借较高的技术水平全面提高了阻燃技术的安全性。
1.3 高分子材料燃烧及阻燃技术应用机理
高分子材料在空气中受热时,会分解生成挥发性可燃物,当可燃物浓度和体系温度足够高时,即可燃烧。所以高分子材料的燃烧可分为热氧降解和燃烧两个过程,涉及传热、高分子材料在凝聚相的热氧降解、分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成氧化反应场及气相中的链式燃烧反应等一系列环节。当高分子材料受热的热源热量能够使高分子材料分解,且分解产生的可燃物达到一定浓度,同时体系被加热到点燃温度后,燃烧才能发生。而己被点燃的高分子材料在点燃源稳定后能否继续燃烧则取决于燃烧过程的热量平衡。当供给燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量时,高分子材料燃烧才能继续,否则将中止或熄灭。从高分子材料的燃烧机理可看出,阻燃作用的本质是通过减缓或阻止其中一个或几个要素实现的。其中包括6个方面:提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体。目前常采用的阻燃剂行为主要是通过冷却、稀释、形成隔离膜的物理途径和终止自由基的化学途径来实现。燃烧和阻燃都是十分复杂的过程,涉及很多影响和制约因素,将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的,一种阻燃体系往往是几种阻燃机理同时起作用[3]。
2 高分子材料阻燃技术的研发动向分析
2.1 高分子材料阻燃技术的现代化发展体现
在现代工业领域当中,阻燃材料凭借着自身所具有的阻燃优势,已经获得了越来越广泛的发展前景。传统的添加阻燃剂,在热量不断加升的同时,其有毒气体也将被释放出来,产生有毒气体将会严重危害心肺功能,因此,在传统阻燃剂中,也相应增加了磷酸酯等化学物质,以便于通过磷酸酯来提升材质的气体吸附能力,相比较来讲磷氮化合物拥有更加高等的吸附能力,正是由于添加型阻燃剂中存在以上不同的化学物质,因此,阻燃剂安全系数也将被提升。由此也就确定了磷系阻燃剂的地位。伴随着现代技术的发展各类阻燃产品均获得了良好的发展应用空间,各类阻燃产品的优势也开始越来越突出,由于阻燃材质中的阻燃性能受到影响,才最终达到阻燃的实际效果。相对来讲,阻燃技术也通过阻燃剂的化学功能,改变其传统的分子结构,以至于实现阻燃价值。因此,阻燃技术应具备一定的高分子材料脱水碳化功能,并在此基础上,吸收相关的有毒气体,当值在材料燃烧中,产生有毒气体,威胁相关人员的生命健康。对此应当进一步加大对现有阻燃剂的研发力度,并在科学技术的支撑作用下对现有的阻燃剂进行改善与功能领域的创新,使现有的阻燃剂能够具备传统的阻燃性能优势,还同时具有更多的现代化功能比如耐热、抗辐射等等[4]。
2.2 高分子阻燃材料的绿色发展趋势
高分子阻燃材料的绿色发展方向已经开始被充分重视,其是社会的现代化发展需要,阻燃剂在各个行业领域当中的应用量有着明显的增加,所有新材料与新产品的更新换代频率都在不断加速。而与此同时,人们的环保意识也在不断提升,因此,阻燃剂的技术发展方向也开始逐渐趋向于绿色化发展。尤其是近些年社会开始重点关注对可持续发展的建设,由此直接决定了阻燃剂的发展需要契合生态的关系。目前,国际当中已有一部分发达国家开始致力于从环保角度出发来限制对污染环境阻燃剂的生产与使用,该文认为,这样的现状本质上也是对人们生命财产安全负责的另一种形式。不可否认,中国作为生产制造大国,高分子产业的发展具有着显赫的地位,在国际阻燃材料飞速发展的大势所趋之下,消防部门同时出台了新的规定,旨在为阻燃材料的科学化更新提供明确的方向指引。在当前市场竞争激烈的形式下,阻燃技术的开发在外界的推动下有了技术上的提高。尤其是低毒低烟、无卤高效的环保阻燃剂更是起到了不可估量的作用。综上,不管是卤系阻燃剂还是无卤阻燃剂,其必然趋势都是向环保型无卤阻燃剂发展,发展方向都以低毒化、环保化、高效化、多功能化为主[5]。
3 高分子材料阻燃技术的优化改革动向
当前,对于阻燃技术的研究,我国还有待加强,在相关技术研发力度,以及自主研发等环节,相对于国外先机技术仍然存在较大的进步空间。但根据我国当前研发技术来讲,已经较传统技术提升了许多。近些年国家积极进行科研技术支持,在研究经费中,研究技术中,积极给予帮助,使得各项技术研发工作中逐渐扩大,研发力度也逐渐加深,在国家技术支持上,当前各项技术研发应用皆取得了良好的成绩,阻燃技术便是其中一项,在国家的扶持帮助下,阻燃技术应用价值逐渐得到挖掘,阻燃技术研发也渐渐深入到人们的视野之中。
由从传统阻燃技术当前的阻燃技术研发,期间经历中众多变迁,最早阻燃技术是由物理作用的帮助喜爱,实现对氧气的阻隔,最终达到阻燃的效果,当前新型阻燃技术的研发,使得性质阻燃上升至化学反应界面中,通过对材质化学分子的改变,使得可燃性材质逐渐具备阻燃技术,从融合阻燃逐渐转变成为无机阻燃,并在阻燃技术研发的过程中,更加注重了对有害有毒物质的处理,通过添加可吸附分子,将有毒有害物质进行吸附,在实现了阻燃技能的基础上,实现了无污染的目标。这种科技研发的成果符合了绿色发展以及可持续发展理念的要求。当前在阻燃技术研发中,微胶囊技术、纳米技术等其他技术的影响,使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升,阻燃性能也随着阻燃效果不断变化。在阻燃技术应用中,复合型材料的应用也为阻燃技术提供了发展方向。
该文认为,在今后的发展中,随着阻燃技术的提升,阻燃性能的变化,必将使阻燃形态以及其他性能达到提高,并在科研技术的研发过程中,随着可持续发展理念的贯彻,坚信可燃材料阻燃技能将会更加环保。
4 结论
综上所述,通过对阻燃技术的研究可知,阻燃技术经历了从物理阻燃向化学阻燃技能的转变,在化学阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。随着阻燃技术研发的不断加深,我们坚信,阻燃材料的发展也会与之相适应,产品结构也会相应调整,我们必然会找到解决的办法,开发出符合人们需求的高分子阻燃材料。
参考文献
[1] 郭永吉.高分子材料阻燃技术的应用及发展探究[J].江西化工,2014(4):208-209.
[2] 郭晓林,李娟,李莹.挤塑聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技术现状与发展趋势[J].中国塑料,2014(12):6-11.
[3] 高建卫.我国建筑保温技术进展及存在问题分析[J].材料导报,2013(S1):276-280,284.
关键词:热致型形状记忆;高分子材料;制备技术;智能材料 文献标识码:A
中图分类号:TB324 文章编号:1009-2374(2015)11-0009-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.11.005
具备形状记忆功能的材料是新型感应型材料,是属于智能材料的范畴,因其能够感应环境变化并能对变化作出相应的响应,并且可据以调整位置、形状、应变等力学参数,可在特定条件下恢复到原先设定的状态。相当于具备一定的固定原始状态的材料经过特定形变并固定成为另外一种形状后,通过处理有条件可以恢复到原始状态的材料。热致型记忆高分子材料制备方法简便,控制形变的方法较易,应用范围非常广泛,因而成为目前研究与开发领域较活跃的形状记忆高分子。本文对热致型形状记忆高分子材料的形状记忆原理、制备方法和其中的几种重要类型进行综述和评论。
1 热致型形状记忆原理
热致型形状记忆高分子的形状记忆与其玻璃化转变温度有关。在高分子材料的内部存在着不完全相容或完全不相容的两相或多相,一般称作固定相(记忆初始状态)和可逆相(可随温度变化发生固化或软化)。
当外界温度在分子的玻璃化转变温度以下时,分子的可逆相和固定相都处在冻结的状态,即其分子链被冻结,整个材料分子均处在玻璃态;对应地,当外界温度在玻璃化转变温度以上时,分子链段发生运动,材料分子处于高弹状态,此时加以外力,材料分子可发生形变。温度下降过程中,材料分子会逐渐冷却,若保持外力一直存在,材料的形状可维持不变,冷却完成后,材料分子链段冻结,相当于可逆相处在冻结的状态,在高温时被赋予的形状可保持。
温度再次达到玻璃化温度以上时,材料分子的链段会解冻并逐渐恢复运动,同时在固定相的作用下,高分子材料的形状可以恢复到初始形状。由此可知,组成可逆相的分子结构对记忆温度有影响,组成固定相的分子结构影响形变的恢复。
2 热致型形状记忆高分子材料的制备技术
2.1 交联
聚合物改性的一种常用方法是交联。交联目的是使聚合物的线形分子之间相互结合,从而使线形分子联结成为网状的结构,若加热升温至Tg及以上时进行伸长处理,其交联网状结构将伸展,与此同时结构的内部会产生回复力,温度降至Tg以下时,分子链冷却成为结晶态或玻璃态,从而使变形固定,回复力在分子结构内部冻结,当再次升温,分子可恢复到原始形状。其基本方法是通过外界的反应条件(如温度)提供能量,使得分子产生自由基,进而发生自由基结合反应,使聚合物交联。此种交联方法的优点是可以使聚合物性能改善,且在分子内部不存在其他化学物质的污染。但因辐射的能量过高,聚合物虽然会发生交联反应,但也有部分聚合物发生降解反应,对聚合物有一定损伤,影响聚合物的性能,产量相应的也会降低。除了辐射交联,也可以使用化学交联的方法。例如,丙烯酸与丙烯酸十八醇酯可发生交联反应,以亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,可以合成具备形状记忆功能的高分子材料。
2.2 共聚
分子结构中存在着两种或多种不完全相容或完全不相容的部分,使得分子结构中不完全相容的相分离,通常情况下玻璃化温度低的相叫做软段,玻璃化温度高的相叫做硬段。共聚反应可以通过调节软段的结构组成、分子量、软段的比例来调节形状记忆材料的回复应力、软化温度等,进而改变聚合物的形状记忆功能。具体方法是用两种玻璃化温度不同的材料进行聚合反应,生成具有交联嵌段结构的共聚物。据报道,PEO-PET的共聚物包含两部分,作为硬段部分的PET具有较高的玻璃化温度,主要是形成物理交联,从而保证共聚物可以具备较高的硬挺度;PEO是聚合物的软段部分,其玻璃化温度较低,是提供弹性的部分;在此种聚合物中,如果增加PET的含量,物理交联便会提高;相应地,如果增加PEO的长度,分子链更易运动,共聚物能表现出良好的形状记忆功能。
2.3 分子自组装
分子自组装(self-assembly)是指在无外力参与的情况下,分子借助其内部能量发生自发的聚集、联接并形成规则结构的现象。例如,分子的结晶现象就是一种典型的自组装现象。彭宇行等人第一次利用了聚丙烯酸-co-甲基丙烯酸甲酯分子与溴化十六烷基二甲基乙铵分子间的静电引力制得了具备超分子结构的且有形状记忆功能的高分子材料。这也是首次将超分子自组装引入到智能记忆材料的领域。其制备不仅可依赖分子间的静电引力,氢键、范德华力等也可作为其反应内力。
3 几种重要的热致型形状记忆聚合物
3.1 聚降冰片烯
聚降冰片烯树脂是世界上第一种具有形状记忆功能的高聚物,其成品具备形状记忆功能,即其形状变化很大,但经加热,可立即恢复至原来形状。聚降冰片烯通常由乙烯与环戊二烯发生缩合反应得到,其分子量一般在300万以上,玻璃化转变温度(Tg)约为35℃,可逆相是玻璃态,固定相是分子链的联结点,具备超分子的结构。在聚降冰片烯分子的内部不存在极性结构与分子间相互联接的交联结构,故可以通过真空成型或注射等方法加工成型,但是因为分子量过高,所以在加工时较
困难。
3.2 形状记忆聚氨酯
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是一种含部分结晶的线型聚合物,其制备是先由二异氰酸酯与低聚物多元醇反应生成聚氨酯预聚体,再用多元醇、氨基酸、羧酸等可进行扩链反应或交联反应生成具备联接嵌段结构的聚氨酯聚合物。聚氨酯聚合物以其柔性链段(多元醇部分)作为可逆相,刚性链段(二异氰酸酯和扩链剂)作为物理的交联点,作为其固定相。也可通过合成是选择的原料及原料的比例来调节Tg,即可得到响应温度不同的具有形状记忆功能的聚氨酯。
3.3 生物降解形状记忆材料
具备形状记忆功能的生物可降解材料可用于术后处理,其最终分解产物是小分子,能随新陈代谢排出体外。可生物降解的热致型形状记忆材料基本上是两种或两种以上的聚合物通过嵌段或交联的方式得到的。主要有下面两类:
3.3.1 聚乳酸类。用紫外光照射使其交联的方法可得到生物可降解形状记忆材料,如聚乳酸和聚乙二、聚乙醇酸、聚氧乙烷等聚合。混聚是为了能达到材料的玻璃化转变温度可调的目的、降解速度可调等。
3.3.2 聚亚氨酯类。聚亚氨酯存在硬度比较低的缺点,纳米级的纤维素可以作为其增强相与聚亚氨酯复配。在组成的复合物中,聚亚氨酯分子链是软段,其熔点随着纳米纤维素含量的增加而增加。
4 结语
热致型形状记忆高分子材料有许多明显的优点,如形变量较大、加工制成成品的性能良好、能量消耗低等,所以它在许多领域具备很高的应用价值和广泛的应用前景,经济效益极佳,社会效应显著,故成为当前形状记忆高分子材料的研究热点。
参考文献
[1] 詹茂盛,方义,王瑛.形状记忆功能高分子材料的研究形状[J].合成橡胶工业,2000,23(1).
关键词:教学改革;高分子材料科学基础;探讨
【中国分类法】:G420
随着我国对科技应用型人才的需求急剧增加,福建工程学院将立足于建设成为优秀的科技应用型大学,向社会和企业培养输送优秀的科技应用型人才。科技应用型本科人才是介于学术型人才和技术型人才之间的工程应用型人才[1], 因此,在课程培养模式上应有一定的适应培养科技应用型人才的方法。原有的培养学术型人才的教学方法不再适应现在对科技应用型人才培养的要求,迫切需要对一系列本科课程教学进行改革。《高分子材料科学基础》课程是福建工程学院材料成型与控制工程专业中极其重要的一门专业基础课,通常在本科三年级上学期开设,此门课程构建了公共基础课与专业课程的一个桥梁,其教学成果的优劣直接关系到学生学习其它专业课程。因此,根据福建工程学院办学定位和特色,本文将对《高分子材料科学基础》课程教学方法的改革进行研究与探讨。
一 、运用实例激发专业激情
对于刚刚接触专业课的大三学生,专业兴趣对他们的培养十分重要,专业学习的兴趣一旦产生,对后续的专业课程学习将会起到事半功倍的效果。那么,我们如何来激发学生的这种专业学习兴趣呢?可以应用身边高分子材料应用的实例来激发学生的专业学习激情。例如,食物中的蛋白质、淀粉、御寒的棉、麻、丝、毛以及皮革,居住建筑的竹木等都是高分子材料;生活中随处可见的塑料饮料瓶、一次性塑料杯、各种各样的塑料玩具、尼龙绳、汽车轮胎等同样也是高分子材料。目前,形形的高分子材料在各个方面改变着人们的生活方式及生活环境,在提高人们生活质量方面起着极其重要的作用。高分子材料在逐渐替代传统的金属、陶瓷等材料,可以说人类正在经历高分子材料时代[2]。那么,如何去合成制备高分子材料呢?如何去表征及测试高分子材料的结构及性能呢?如何去加工制备高分子材料制品呢?如何去理解探究高分子材料的合成制备、结构和性能三者之间的关系呢?带着这些问题的提出,学生求知心切,想知道原因,将会大大激发学生进一步去学习这门专业基础课的兴趣。
二 、改革教学方法与手段
目前,基于电视录像、幻灯片、多媒体课件等多种形式的教学方法的采用,不仅提高了教学过程中的信息传递量和教学内容的科学性、先进性、趣味性,又加强了学生与老师的实时交流,从而提升了教学效果[3]。但对于应用性学科《高分子材料科学基础》来说,扎实的理论知识和良好的实践技能二者缺一不可。因此,仅仅靠多媒体教学还不能够达到理想的教学效果。例如,在对‘聚合物成型加工’这部分内容进行讲解时,完全可以把课堂搬进实验室。学生边参观注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、压延成型以及发泡成型等成型设备,老师边对这些设备的原理,加工方法,适合的高分子材料等进行详细的讲解。这种教学方法使抽象的理论基础知识与形象的实践应用有机的结合起来,不仅提高了学生的学习兴趣与热情,而且把课堂所学的理论知识达到学以致用的效果。
三 、改革实践教学环节
实践教学环节不仅是《高分子材料科学基础》课程建设的重要组成部分,而且是培养学生工程意识、创新能力和动手能力的重要途径。这对科技应用型本科教育尤为重要。因此,在这门课程的教学过程中,应大力改革实践教学的形式和内容。对于传统的实践教学环节,多数采取老师边操作边讲解的教学模式,让实验基地变成了仅仅是学生参观的地方。实践教学环节应该充分发挥实验基地的功能,让其不仅是学生参观的地方,更是学生把课堂所学的理论知识发挥的地方,让学生有更多的时间自己动手操作学习。这样不仅培养了学生的实际动手能力,而且更激发了其认真学好理论知识的积极性。另外,可以把教学实践环节与科研项目结合起来,加大综合性、创新性实践环节的比值,使学生尽早的进入科研实践活动。在解决工程中出现的实际问题的同时,学生得到了系统的科研实践能力的训练,同时避免了知识陈旧,紧跟科技应用前沿,为学生毕业后的社会工作做好充分的知识与实践能力的准备。
四 、考核方式与成绩评价标准多元化
传统的采取开卷或闭卷‘一考定终身’的考核方式已经无法满足科技应用型人才培养模式的需要。考核方式与成绩评价标准应以提高学生的综合素质和实践应用能力为主要目标。因此,《高分子材料科学基础》课程应采取多元化的评价标准,例如,笔试、课程小论文、实践创新课题研究、工程应用实训环节等。通过笔试重点考查学生对基础与理论知识的理解能力和应用能力,检测学生分析解决问题的能力。通过课程小论文侧重培养和锻炼学生综合应用材料知识、自主创新,并快速有效地获取分析材料信息资源、撰写科技论文的能力。通过实践创新课题研究考查学生理论联系实际和创新能力,并锻炼和培养其科学思考问题的思维习惯。通过工程应用实训环节考查学生利用基础知识解决实际应用问题的能力,为以后的工作打下坚实的基础。通过以上多元化的考查方式建立起以素质教育为本的考核体系,从而形成有利于培养具有良好综合能力的科技应用型人才的衡量标准。
小结
为了良好的适应培养科技应用型人才的培养方案,课程教学改革是一项任务艰巨、涉及面广、影响深远的系统工程。本文对《高分子材料科学基础》课程在教学方法与手段、实践教学环节、考核方式与成绩评价标准多元化等方面的改革进行了初步的探讨。强调教师应充分在立足于教材的基础上对教学方法进行改革,结合科技应用型人才的培养方案,注重实践教学环节,建立科学的评判制度评定学生成绩,从而形成培养学生综合能力的人才培养模式。
参考文献
[1]麦茂生,吕力.市域新建本科院校应用型本科人才培养模式的构建[J].广西大学学报:哲学社会科学版,2008,30(11):137-141.
关键词:高分子材料;阻燃技术;无机阻燃剂;卤系阻燃剂
1高分子材料的阻燃机理
高分子材料能够进行阻燃是存在一定机理的,主要是由于破坏了高分子材料的结构和成分,然后形成了新的保护膜,才能够阻止材料燃烧。一般的阻燃原理可以从两个方面来考虑,分别是隔离氧气和降低温度。隔离氧气一般采用凝聚相阻燃机理,这种材料在燃烧的过程中会产生阻燃的细小分子,能够中断燃烧等链式反应,使得材料的热分解温度升高,并且在燃烧的过程中会产生水蒸气,同时阻燃高分子材料中也存在着大量的氢氧元素,与空气接触后会产生水雾覆盖在材料的表面,这样便能隔离与空气的接触,达到阻燃的效果。经过吸热产生的水雾也能够降低材料表面的温度,还能够堵塞材料内部的孔隙,使材料形成一个密闭的环境,再次隔离与空气的接触。凝聚相在阻燃的过程中存在4中阻燃的模式,材料在燃烧的过程中会产生惰性气体,能够延缓材料的燃烧;在材料燃烧的过程中还会产生一些多碳气孔,达到阻燃的效果;在反应的过程中还会吸收大量的热量,通过降低表面温度的方法来达到阻燃的效果;还有一些无机分子,这类分子的比热容较大,在燃烧的时候分子之间会发生氧化还原反应,使分子发生变化以达到阻燃的效果。这几种反应在机理中大致相同,但是在阻燃反应中的机理还有很多,所以还是很难给高分子阻燃体系进行一个系统的划分。
2高分子材料阻燃剂的类别
2.1无机阻燃剂
无机阻燃剂主要是对无机化合物进行加热,分解得到的水蒸气或者其他保护膜来隔断材料与空气的接触,降低燃烧温度来达到降温的效果。同时无机阻燃剂也能过在燃烧的过程中产生水分,当环境温度比较高,水分会吸收热量变成水蒸气,降低环境的温度达到阻燃的效果。另外一种是通过阻燃材料形成一种保护膜,比如说三氧化铝材料在燃烧的过程中,会在材料表面形成一层细致的氧化物薄膜,隔断与空气的接触。通常的无机阻燃材料化学性质比较稳定,也不会产生对环境和人体有害的气体,所以常用来作防火阻燃剂。
2.2卤系阻燃剂
在元素周期表中,卤系元素所组成的化合物都具有非常优秀的阻燃效果。比如说氟利昂这种卤系化合物就比较容易挥发,但是会破坏臭氧层,分别在这种物质中添加氯元素和氟元素,然后通过一定的方法对其沸点进行对比,可以发现添加氟元素的材料沸点明显低于添加氯元素的材料。当化合物中含有3个氯分子时,材料的标准沸点是61.2℃;当化合物中含有3个氟分子时,材料的标准沸点是-128℃。通常含氯化合物所形成的阻燃剂材料都会有很好的阻燃效果,这种阻燃剂化学性质比较稳定,并且和许多高分子材料都有很好的相容性,所以不会对反应产生太大的影响。一般的,含溴元素的阻燃化合物的稳定性介于氯和碘元素所形成的阻燃化合物之间,也具有很好的阻燃效果。
2.3磷系阻燃剂
磷系阻燃剂一般有红磷、白磷、磷酸氢二铵以及亚磷酸酯的化合物等,这一类化合物在燃烧的过程中都会形成一层碳膜,这个膜除了能够降低材料的温度以外,还能与空气隔绝,达到更好的阻燃效果。然后就是红磷和白磷的混合也能达到很好的阻燃效果。红磷在燃烧的过程中会发出蓝色的火焰,放出白烟;白磷的燃烧效果与红磷很像,不同的是生成的产物是五氧化二磷,这两种磷在制备次磷酸阻燃剂中都能够够显著提高与液态水的混合比例。次磷酸的化学式是H3PO2,分子量为60,次磷酸与强氧化剂反应时,能够产生磷酸氢和氢气等非助燃气体,所以也会达到阻燃的效果。对于磷含量在磷系阻燃剂中的含量,在次磷酸中磷含量比例在35%,在亚磷酸中的比例在27%,这两种配比才会使阻燃剂达到最好的阻燃效果。
3高分子材料阻燃技术的发展
3.1纳米技术
近些年来科学技术快速发展,纳米技术也开始应用到高分子材料的阻燃技术当中,日本就曾经研发出一种具有优异阻燃性能的纳米硅酸盐粘土材料。这种材料在燃烧的过程中会产生一种抑制剂,这种物质会改变材料的结构,让材料内部发生变化。材料的分子直径在0.4-0.5mm之间,在燃烧的过程中产生的凝聚产物能够堵塞气孔,达到与空气隔断的效果。同时这种材料也能够延缓物质燃烧时的热量释放,保证在一定的时间内所散发的热值最小。
3.2接枝和交联改性技术
接枝和交联改性也能够制备一系列的阻燃材料,主要通过光敏技术或化学接枝的方法将多种无机化合物聚合形成共聚物。共聚物在燃烧的过程中能够产生一种无机绝缘层,这种绝缘层能够有效的吸收易燃物质的高分子,通过减少易燃物质来达到阻燃的效果。
3.3膨胀技术
膨胀技术一般都会使用发泡剂作为阻燃物质,这种技术做成的阻燃材料一般有三个优点:无排烟量、无毒气、无滴落等。以往的工艺手段在处理阻燃时,都会产生出大量对人体有害的气体,比如说四溴苯酚在作阻燃材料时就会放出很多有毒气体,不但對环境有害,对人体也有着巨大的伤害。无滴落则主要体现在阻燃剂不会产生腐蚀性液体,防止材料发生局部腐蚀。
4结语
通过本篇对于高分子材料阻燃技术的分析,使得对于该技术有了更深的了解。这种材料不但能够对于物质燃烧有着很好的阻燃效果,并且还不会对环境有害,对人体产生危害。
参考文献:
[1]欧育湘,陈宇,王莜梅.阻燃高分子材料[M].国防工业出版社,2001.
[2]李学锋,陈绪煌.氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用[J].中国塑料,1999(6):80-85.