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高分子材料分析方法

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高分子材料分析方法范文第1篇

【关键词】高分子材料成型加工;工艺;实验教学;改革;综合能力

在高等职业教育从精英教育转向高素质技能人才教育发展以后,创造性与适用性的实验教学方法的重要性日益凸显。高分子材料成型加工作为一门专业性强、实用性与系统性兼具、技术不断快速发展的新兴学科来说,高分子材料成型加工教学的实施需要通过理论教学和实践教学的有机结合,培养学生良好的学习方法和探究性、创新性的思维方法。为此,探究性的实验教学已经成为其教学过程中十分重要的教学手段与教学环节。随着新材料技术的不断发展,高分子材料特别塑料已经在各个领域得到了越来越广泛地应用,已成为现代工业三大新型材料,高分子材料成型加工业已成为我国经济发展的支柱产业。高分子材料成型加工是一门实践性很强的学科,因此,对于高分子材料成型加工这门学科的教学来说,改革创新实验教学,对保证本学科的整体教学效果和质量有着非常重要的意义。

一、高分子材料成型加工专业概述

高分子材料成型加工技术是以高分子材料的结构性能和改性制备、制品设计、成型工艺、模具设计与应用、性能检测、设备应用等为研究对象的一门学科。开设主要课程有高分子化学基础、高分子物理学、聚合物流变学、聚合物加工原理、高分子材料与配方、高分子材料成型工艺、塑料成型模具、塑料成型设备等。高分子材料成型加工工艺是高分子材料成型加工技术专业最为核心的课程。培养具有高分子材料成型加工专业基础知识,能在高分子材料领域从事科学研究、技术开发、工艺设计、生产及经营管理等方面工作的高素质应用型专门技能人才。通过本专业的学习,学生应该掌握高分子材料的改性与配制方法;高分子材料的组成、结构和性能关系;聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试,并开发新型高分子材料及产品的初步能力;具有应用计算机进行模流分析、制品与模具设计应用的能力;具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。

二、高分子材料成型加工实验教学的改革方法探索

(一) 对实验课程进行系统性设计,让其更具实操性

高分子材料成型加工技术是一门系统学科,其实验教学课程也应该是一个具有系统性的课程。但在以往的课程设置中却将实验课程分割成了高分子化学实验、高分子物理实验、高分子成型加工实验等若干个零碎的单元实验,学生获得的实验知识散乱,无法形成系统的知识链和技能集群。因此,将相关实验课程进行项目分类,按照案例模块设计,将相关实验有机地串联成一门集趣味性、知识性和实践性为一体的完整实验教学课程,这样知识间的联系也更为紧密,使实验课程的实操性更高。

(二)让实验的“验证性”向“探究性”转变,增加学生的自主性

现行的高分子材料成型加工实验教材上,都是以验证实验的正确性作为实验目的,实验教材上已经将实验方法、步骤、标准等介绍得非常清楚了,因此,学生只需要按照实验教材上的步骤完成即可,整个过程很少有需要学生创新探索的地方。很显然,这样的实验教学是无法满足高职教育对于提高学生综合实际应用能力的要求的。为此,在已有实验标准基础上,将“验证性”实验向“探究性”实验转变。让学生自行设计方案,自行探究完整实验应该如何做。学生将自己设定的实验步骤完整地记录下来,在实验过程中如果出现了问题,学生根据自己的实验步骤探究分析问题的症结。例如在做PP树脂熔体指数的测试实验时,同时进行PP树脂分子量的测定实验,通过两种实验的对比研究,使学生真正懂得在同一环境因素条件下,熔体指数只是树脂熔体流动性能好坏的表现形式,而高分子的大小才是树脂熔体流动性好坏的内在决定因素。只有让学生的所学在探究性的实验教学中有所体现,学生才能切实得到实践能力上的提升,才能不断提升自身综合素质。在这个过程中,学生分析与解决问题的能力才会得到有效提升。

(三)增加实验教学的创意性与趣味性

高分子材料成型加工的实验教学与一般化学实验的不同之处在于,它的很多实验都需要一个完整的工艺流程才能看到效果,有的单元实验枯燥无味,因此,对于高分子材料成型加工实验来说,增加一些创意性与趣味性是非常必要的。学生如果将做实验当做自己的兴趣来对待,所取得的教学效果会更好。以双酚A型环氧树脂的合成与粘接实验为例,由于环氧树脂是透明的,因此教师可以让学生在实验开始前自行准备一些喜欢的树叶或者卡片之类的东西。当环氧预聚体合成出来以后可以将这些准备好的树叶以及卡片等放到合成模具中,然后进行灌浆、封口以及加热操作,待其固化以后就会得到一个非常漂亮的自制相框。在这一创意的启发下,学生还可以发挥自己的才智制作出台历、钥匙牌等小用具,这就使这样的实验变得非常的有趣。这些创意不仅让学生获得了成就感,同时也更加喜欢实验课程。

(四)实施案例教学法来提高学生的实验分析能力

高职院校教学的重要任务是引导学生学会学习,培养学生的自主学习能力和创新精神。案例教学法是一种以案例为基础的教学法。在教师的指导下,根据教学目标和内容的需要,运用案例来个别说明展示,从实际案例出发,提出问题、分析问题、解决问题,通过师生的共同努力使学生达到举一反三、理论联系实际、融会贯通、增强知识、提高能力和水平的方法。它实现了以学生为主体,以培养学生的实践能力和创新能力为基本价值取向,将理论与实践有机地结合了起来,迅速、高效地解决实际问题。为了让同学们掌握分析解决塑料制品应力开裂现象的方法,在实验教学过程中,以学校高分子材料加工中心生产的某品牌的食用油包装瓶盖在使用过程中发生部分开裂现象为例,让同学们分析发生开裂的原因。通过调查研究知道,瓶盖发生开裂可能是加工温度等工艺条件设定不合适、材料的选择不够正确、模具的冷却系统和模具浇注系统结构不合理等因素造成。然后通过计算机模流分析,发现主要是浇口进浇方向不正确而引发的应力收缩开裂。为此,将进浇方向改为从瓶盖侧向进浇,使问题得到了解决。

三、结束语

综上所述,对于实践性比较强的高分子材料成型加工技术来说,实验教学是教学环节中非常重要的一个部分。创新性实验教学对于高分子材料成型加工学科的整体教学效果会产生至关重要的影响。实现高分子材料成型加工实验教学的改进与改革,有利于提高学生的学习能力、综合应用能力和解决实际问题的能力。对高分子材料成型加工的实验教学进行改革,从对实验课程进行系统性设计着手,让其更具实操性;使实验教学从“验证性”向“探究性”转变,增加学生的自主性;增加实验教学的创意性与趣味性,以及实施案例教学法等,实现理论教学与实验教学的有机结合,提高本学科教学的内涵质量和整体教学效果。

参考文献:

[1]杨芳,刘钰馨.《高分子材料成型加工原理》课程教学改革探索[J].广西师范学院学报(自然科学版),2010(04)

[2]高长有,叶辰,马列.高分子材料课程的讨论与互动式教学[J].高分子通报,2013(06)

[3]张立英.高职高分子材料改性课程项目化教学改革探索[J].科技信息,2013(19)

高分子材料分析方法范文第2篇

高分子材料与工程专业课程的理论『生与实践性较强,通过本专业的学习,学生可以掌握高分子材料相关专业知识,为高分子材料结构、性能及应用的进一步研究打下良好的基础。现代社会产业I央速发展,高分子材料在科技信息、航天空城、生物化学等领域内都发挥着重要的作用,为更好的提高专业教学质量,满足社会的应用型人才需求,探讨高分子材料与工程专业课程教学改革与探索是非常必要的。

1高分子材料专业课程教学内容的改革与探索

在现代教育环境下,为了明确高分子材料与工程专业课程发展方向,提高高分子材料与工程专业课程教学质量,应结合专业教学需求出发,从高分子材料与工程专业课程教学内容人手,做好教学内容的整合与优化,在高分子材料专业课程原有教学内容的基础上,加以改革和探索,以丰富高分子材料专业课程内容,更好的满足专业学生的多元化需求,提高高分子材料与工程专业课程教学成效。高分子材料专业课程教学内容的改革与探索应注意以下几方面内容:

1.1精简知识体系,凸显教学重点内容

在高分子材料与工程专业课程教学内容改革与探索的过程中,应就当前高分子材料与工程专业课程整体情况进行全面分析,明确各基础理论课、专业基础课和专业核心课之间的内在联系,课程体系如图1所示,并明确不同课程在高分子材料专业课程体系中所发挥的作用,在此基础上,对高分子材料专业课程资源加以优化整合,精简高分子材料与工程专业课程知识体系,凸显教学重点内容,置换重复教学内容,在保证高分子材料专业课程教学的实用性的同时,提高高分子材料专业课程教学效率,预留出一定的时间和空间,便于教师就专业课程中的难点进行有针对陛的讲解,从而切实提高高分子材料专业课程教学质量。

1.2把握前沿优化专业课程知识结构

现代社会飞速发展,尤其是在科学技术的支持下,材料行业相关信息及资源的更新速度也较快,因此在高分子材料与工程专业课程教学改革与探索的过程中,要把握高分子材料专业与工程前沿,及时优化专业课程知识结构,更新高分子材料与工程专业知识体系,促进高分子材料与工程专业知识结构的纵深化发展,丰富专业课程教学素材,将高分子材料最新行业状态及研究成果展现在学生面前,激发学生探索高分子材料与工程专业知识的积极性,拓宽学生视野,从而切实提高高分子材料与工程专业课程教学有效性。

2高分子材料与工程专业课程教学方式的改革与探索

2.1创设生活化教学情境

高分子材料与工程专业课程的理论『生较强,应用范围广,为营造和谐、轻松且生动的教学氛围,在专业课程教学过程中,教师可将生活中与高分子材料相关的产品引入课堂教学中,吸引学生的注意力,激发学生主动探究知识的欲望,推进高分子材料与工程专业课程教学活动的顺利开展。比如在讲解聚苯乙烯材料时,教师可先让学生想一想,并说一说生活中聚苯乙烯有哪些用途,比如泡沫,包装盒等。通过生活化问题的创设,促使学生纷纷展开思考,在生活化情境下参与学习活动的过程中,学生对高分子材料的理解更为深入,对高分子材料的探索欲望也更加浓厚。在成功吸引学生注意力后,教师可引出专业课程教学内容,就聚苯乙烯的内部结构、特点及不足等进行讲解,引导学生挖掘该材料的深层次思考。可以说,生活化教学睛境的创设,有助于增强学生的l青感体验,促使其更加积极主动的参与到专业课程学习中,对于学生自主探究能力的提升具有重要意义。

2.2采取多样化的教学手段

现代社会发展新时期,科学技术不断进步,为高分子材料与工程专业课程教学提供了可靠的技术支持,在丰富专业课程信息的同时,改善了教学效率。针对传统教学方式下文字量较大的l青况,在高分子材料与工程专业课程教学改革的过程中,应基于多媒体教学技术出发,将图片、动画、视频等资源应用于专业课程教学中,丰富教学手段,创新教学方法,创设轻松、和谐且充分趣味性的教学氛围,将抽象知识形象化展现出来,增强学生的视听感受,有侧重点的开展专业课程教学,从而促进高分子材料与工程专业课程教学质量的提升。

比如在高分子材料专业课程教学过程中,对聚酰胺树脂进行讲解时,教师可向学生简单介绍尼龙名字的由来,合成纤维材料是由英国和美国科学家团队研制出来的,为纪念这一研究成果,以两国首都城市英文首字母来名为,即NewYork和London,Nylon由此得名。通过这一故事的讲解,学生对高分子材料课程的兴趣被激发,参与高分子材料课程教学活动的积极性也明显提升。

2.3实现院校专业与企业联合培养

在高分子材料与工程专业课程教学改革与探索的过程中,院校专业与企业联合培养是应用型人才培养的有效方式之一,便于学生将高分子材料专业理论知识与实践紧密结合起来,在探究问题并解决问题的过程中,巩固学生专业知识,强化其实践应用能力,为学生走向工作岗位更好的发挥个人价值打下良好的基础。在高分子材料与工程专业课程教学改革的过程中,要全面把握社会发展形势及行业竞争状态,了解企业对人才的多元化需求,引导学生关注自我就业方向,并通过实地参观来增强学生对高分子材料实际生产的体验,提高学生表达交际能力与实践应用能力。

高分子材料分析方法范文第3篇

关键词:高分子材料;降解;老化;进展

高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由于内外因素的综合影响,逐步发生物理化学性质变化,物理机械性能变坏,以致最后丧失使用价值,这一过程称为“老化”。老化现象有如下几种:外观变化,材料发粘、变硬、变形、变色等;物理性质变化,溶解、溶胀和流变性能改变;机械性能变化和电性能变化等。引起高分子材料老化的内在因素有:材料本身化学结构、聚集态结构及配方条件等;外在因素有:物理因素,包括热、光、高能辐射和机械应力等;化学因素,包括氧、臭氧、水、酸、碱等的作用;生物因素,如微生物、昆虫的作用。老化往往是内外因素综合作用的极为复杂的过程。高分子材料的老化缩短了制品的使用寿命,并影响制品使用的经济性和环保性,限制了制品的应用范围。因此,研究引发高分子材料老化的原因及其微观机理具有非常重要的意义。近年来,高分子老化研究主要集中在探讨高分子材料老化的规律、机理,以及环境因素对材料老化的影响等方面,这些工作对于发展新的实验技术和测试方法,改善材料的生产技术、研制特种材料、逐步达到按指定性能设计新材料等具有重大的指导作用。

1 户外因素对高分子材料老化行为的影响为的影响

高分子材料在户外曝露于太阳光和含氧大气中,分子链发生种种物理和化学变化,导致链断裂或交联,且伴随着生成含氧基团如酮、羧酸、过氧化物和醇,导致材料韧性和强度急剧下降。关于光氧化降解过程和防止这种降解过程的发生,已有很多研究报导,这些研究工作的基础是光化学效应,即物质在吸收光后所发生的反应。紫外波长300n m~400nm,能被含有羰基及双键的聚合物吸收,而使大分子链断裂,化学结构改变,导致材料性能劣化,因此历来是研究热点。Ibnelwaleed A.等通过自然环境曝露和人工加速试验,研究了不同支链形式LLDPE、HDPE的耐紫外光老化性能。Ibnelwaleed A.等从流变学角度分析了PE紫外光老化历程,发现LLDPE在紫外光老化过程中同时发生交联和断链,短支链含量高低和老化时间长短直接影响材料性能。另外,(Z-N)催化合成的LLDPE和茂金属催化合成的LLDPE降解机理相似,但是,对于相同重均分子量和支化度的PE,茂金属催化合成的LLDPE比齐格勒-纳塔催化合成的LLDPE耐降解,而且发现单体的类型对紫外光老化降解影响不大。在80℃和300W紫外光辐照条件下对有机硅和聚氨酯两种建筑密封胶进行5000小时人工加速老化试验。发现密封胶老化机理是由于辐照产生的热作用引起的,在老化开始阶段,热作用使密封胶交联;而在老化后阶段,主要发生分子量下降;紫外线辐射往往破坏侧链基团。

2高分子材料的老化性能

表征技术及应用在高分子材料老化研究中,性能表征方法对正确反映老化现象、认识并探索老化机理、进而采取合理措施改性,有着非常重要的作用。目前,在高分子材料老化研究中多种表征手段联用,对高分子材料性能进行多角度考察,深入了解高分子材料老化机理。Lei Song利用TEM、FTIR、X射线光电子能谱、燃烧量热法等方法考察了PC/TPOSS 的混合物结构和热降解行为,发现TPOSS显著影响PC的热降解过程,因为添加TPOSS明显降低混合物的热峰值,并且当TPOSS的添加量在2%时达到最低值。 利用热重分析、红外光谱分析、热解-气相色谱-质谱联用技术,考察了聚碳酸酯与聚硅氧烷的共混材料在氮保护条件下的热降解行为。研究发现,共混物主要的分解温度在430~550℃左右。添加聚硅氧烷可以降低聚碳酸酯在主要降解段的质量下降速率,在800℃时,添加聚硅氧烷的共混物的残渣比纯净的聚碳酸酯高,随着添加量的增加,残渣从最初的21%增加到45%,研究还发现,聚硅氧烷能促进交联反应和炭化。随着老化程度提高,弹性模量增加,应力和伸长率下降;老化较少的样品显示韧性,老化时间长久的样品显示更多的脆性;另外,老化材料的断裂,是由于结晶导致的应力开裂。S.Etienne利用低频拉曼散射(LFRS)、小角X射线散射(SAXS)和DSC,对PMMA、PS、PC、PEN物理老化过程的次级松弛,β松弛及相关α松弛过程进行了研究。利用直接插入探针质谱裂解研究了PC/PMMA共混物的热氧老化行为。还利用热刺激去极化电流法(TSDC)、动态介电谱(DDS)联用方法,研究了聚碳酸酯在玻璃化转变温度前后松弛时间的变化,得到PC样品的τ(Tg)为110s,通过τ(T)和τ(Tg)可以确定玻璃态-熔融态脆化指数m。

高分子材料分析方法范文第4篇

关键词:交通;高分子材料;工程应用;人才培养

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)22-0139-02

一、前言

交通拥堵已成为世界主要国家存在的交通主要问题。为解决交通拥堵和提高客运运输能力他们正在寻求新的交通政策和解决办法,其中最重要方法就是发展轨道交通。因为轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,主要包括干线铁路、地铁、轻轨、有轨电车等轨道交通系统。预计到2020年,我国城市化水平将超过50%,城市轨道交通累计营业里程将达到7395千米。发展轨道交通,必须要克服车辆的走行性能、轻量化、集电性能、环保、空气力学以及其他诸如改善车内环境、提高乘车舒适度、提高耐候性和耐火性等方面的技术,而车辆的轻量化在解决其他各项技术方面起着至关重要性,高速列车的轻量化必须大量采用高分子材料及复合材料。随着科学技术的不断进步,具有质轻、高强度以及易成型等特点的集结构功能一体化的新型高分子材料,尤其是高分子复合材料越来越多地应用在现代轨道交通领域。

另外,随着轨道交通的发展,尤其是铁路的提速,噪音污染对于人类的威胁也越来越大,甚至危及生命,因此,控制振动、降低噪音已成为急需解决的重大问题。在众多的阻尼防噪材料中,其中以高分子阻尼降噪材料阻尼耗能的作用更为突出。高分子材料阻尼特性一直以来是一项重要的研究课题,同时高阻尼聚合物也是目前发展高性能减震降噪材料的重点发展方向。因为高分子材料具有以下特点:(1)利用其玻璃态转化区的粘性阻尼部分,将机械能或声能部分转变为热能逸散掉,通过阻尼制振降低车厢结构共振区的振动,从而减小车内噪声。(2)利用小分子和极性高聚物之间会形成可逆的氢键,氢键在振动下会不断断裂和形成新键,最终将机械能转化为热能而耗散。(3)将不同的阻尼材料交替层状排列,利用多层杂化材料叠加来有效地拓宽材料的有效阻尼温域,通过控制复合材料的层状结构和数量将可获得更高阻尼值。这些特性是其他材料无法达到的。发展高分子交通材料对于发展交通具有非常重要的应用价值。在当今经济发展的中国,开设具有交通特色的高分子材料专业,培养更多掌握高分子材料的基本知识和应用技术的人才具有划时代的意义。

二、高分子专业特色

作为以交通为特色的一所大学,专业设置必须具有交通的特点。学校在“十三五”规划中,就明显地突出了交通的特色,确立了学校的发展目标,将其定为“以交通为特色,轨道为核心”发展理念,而且强调其他所有的专业建设必须紧紧围绕着这个目标,包括学科建设和人才引进。作为与轨道交通有着非常紧密联系的高分子材料专业更要凸现交通特色。我们在专业建设方面紧紧围绕交通的特色,包括本科的课程设置、学科专业方向和人才引进。在课程设置方面我们更多地注重学生的实际能力的培养,以轨道交通为靶向,为交通运输行业提供掌握高分子材料基础知识和实际应用人才。在学科建设方面首先以高分子材料基础理论建立学科平台,尤其是硕士学位硕士点,目前,该专业有专材料科学与工程和化学两个一级硕士学位硕士点来支撑;其次,按照学校的发展定位凝练学科特色,突出交通,以教授为学科带头人,形成专业团队,在高分子材料与工程专业主要体现在以下几个方面:(1)根据聚合物的流变学原理,利用共混的手段,将两种或多种聚合物进行共混改性,以改善单一高分子材料性能,获得更加广泛的交通应用材料。同时通过改性可获得较窄的玻璃化转变温度,以形成宽温域、宽频率阻尼高分子材料。(2)利用接枝共聚的化学方法,将具有一种较长链段或带有功能基团的单体接枝到聚合物主链上,使聚合物能形成多个侧链或者交联,获得新型功能通材料;同时还可以通过改性使侧链与侧链之间产生纠缠,实现阻尼增强的效果。(3)运用复合的方式,选择一种较强的力学强度和较高损耗因子聚合物,通过与一些补强材料或添加第二相粒子,以形成各类具有高性能的复合材料,同时达到应用的需要。(4)利用有机硅独特的结构,其兼备了无机材料与有机材料的性能,即具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,制备硅氧键(-Si-O-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷。这类材料应用领域不断拓宽,而且形成了化工新材料界独树一帜的重要产品体系。

三、高分子专业培养模式

1.明确交通特色的培养目标。在科技发展的今天,材料已成为三大支柱产业(材料、能源、信息)之一,材料的发展水平已作为评价一个国家综合实力的重要标志。高分子材料与工程是材料科学与工程的一个分支,它在实际生活中得到广泛的应用。另外,高分子材料易于改性,赋予新功能性,这就使得高分子材料的应用进一步拓展。社会更加急需掌握高分子材料与工程理论知识和专业技能的专业人才。作为工科性质的大学,培养具有一定的实际操作能力,能以理论指导实践、应用于实践,服务于地方经济建设的高分子材料与工程专业技术人才是十分重要的责任。而作为交通特色的大学,高分子材料专业人才的培养必须适应当今轨道交通的需求,专业培养模式应该是“强化基础,注重交通,突出创新”。

2.以科学研究强化专业建设内涵。专业建设内涵主要包括课程设置、教材建设和师资队伍等内涵建设。课程体系是实现培养目标最直接的体现,是形成人才知识结构和提高能力的主要来源,是提高人才培养素质的核心,也是教学改革的重点。根据我们高分子专业的培养目标,合理地设置课程,才能高效地促进专业发展,在此,我们按照三个模块来进行选择和设置课程,基础理论模块按照国家教资委的要求设置基础理论课程,选择“十二五”规划或获奖教材,系统传授基础理论课程,在大一和大二上完成基础理论课程,为专业基础理论及专业研究方向提供理论指导;专业基础模块体现高分子专业特色设置课程,选择丰富经验的教师授课,尤其具有专业特长高级职称教师,在高分子专业上传授高分子专业基础课;专业方向模块突出交通特色,发挥专业研究方向的优势让学生有选择性进入不同方向的导师团队,团队的导师必须具有行业经历,尤其在专业方向上进行过专业生产实践,承担过或正在承担企业项目,在校内进行专业方向模块训练,这样可以做到形式不单一,课程内容不重复。在丰富教学内容的同时,又加强了师资队伍的建设。

3.以实践教学促进专业建设。高分子材料与工程专业与大部分工科专业有着相同的特点,重视工程实践,该专业是在大量的科学实验和工程实践基础上发现并总结出来的,运用科学分析方法探索其内在的作用机理,采用数学、物理、化学理论与模型计算归纳形成理论体系,并在理论指导下,将科学研究应用于生产实践,使理论体系进一步得以检验并逐步完善,实际上高分子专业形成过程是经过实践到理论再实践的发展过程。针对这一特点,我们在设置课程的同时有意侧重实践课程教学,尤其是交通特色的高分子材料实践教学,培养学生在交通领域具有创新意识、创新能力和实践能力。

高分子专业教学实践分为校内和校外实践。在校内主要包括专业基础实验教学、专业实验、开放实验、课程设计、计算机模拟实践和毕业教学环节等实践教学部分。而在校外主要包括认识实习、生产实习以及毕业实习等实践环节。校内实践是校外实践的基础,相互衔接,在专业基础实验教学中要积极有效地开展研究型、设计综合型实验教学,鼓励学生利用业余时间参加开放实验活动,注重培养学生的动手能力和科研能力。校外实践注重实训基地的建设,形成良性互动,学生在生产实习中得到锻炼,企业在学生的生产实践中发现人才,能为企业使用,学校提高了声誉,企业也大大地降低了生产成本,两个实践模式的有效结合,提高了学生的动手能力,加强了学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,为今后从事本专业研究与生产奠定良好的基础。此外,我们还探索了一条校企合作培养的模式,在学生和企业中产生很好的效应。也就是利用毕业实习阶段,将有意愿到企业就业的同学以企业工程师为导师,在企业中完成毕设,打破了原来学生必须在学校的导师指导下完成毕业设计的模式。

四、结语

高分子材料应用非常广泛,从国家发展规划就不难发现,在“十三五”规划中,新材料就已经成为重大科技项目之一,为在新材料、新技术、新工艺方面有重大突破,就需要更多更优秀的材料从事者。尤其是轨道交通轻量化的发展,对于材料的要求就越来越高,特别是高分子材料和复合材料,因为他们具有非常显著的优势。这就要求高等教育必须培养更多掌握高分子交通材料的优秀人才,因此,改革高分子材料与工程专业的教育教学,使之适应当今轨道交通发展。教学改革必须更加注重高分子材料与工程专业学生的工程应用能力的培养、办学质量和人才培养质量。提倡一种“强化基础,注重交通,突出创新”的培养模式,以适合当代轨道交通发展的需要。

参考文献

高分子材料分析方法范文第5篇

【关键词】形状记忆;高分子材料;军事应用

1.形状记忆高分子材料简介

形状记忆高分子或形状记忆聚合物(SMP,Shape Memory Polymer)作为一种功能性高分子材料,是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支。它是在一定条件下被赋予一定智能高分子材料的形状(起始态),当外部条件发生变化时,它可相应地改变形状,并将其固定(变形态)。如果外部环境发生变化,智能高分子材料能够对环境刺激产生应答,其中环境刺激因素有温度、pH值、离子、电场、溶剂、反以待定的方式和规律再一次发生变化,它便可逆地应物、光或紫外线、应力、识别和磁场等,对这些刺激恢复至起始态。至此,完成记忆起始态固定变形态恢复起始态的循环。

1989年 ,石田正雄认为 ,具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构 ,即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成。可逆相为物理铰链结构 ,而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构,以物理铰链结构为固定相的称为热塑SMP,以化学铰链结构为固定相的称为热固性SMP。王诗任等认为 ,形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子,其形状记忆行为实质上是高分子的粘弹性力学行为。他们根据高分子粘弹性理论建立了一套形状记忆的数学模型。总结来说,形状记忆机理可分为:组织结构机理、橡胶弹性理论、粘弹性理论。

2.军事材料特殊性分析

未来战争是高技术条件下的战争。不仅战场环境变得更加恶劣复杂,各种类型的雷达,先进探测器以及精确制导武器的问世,对各类武器和装备构成了严重的威胁。因此,不仅军事装备的质量要求一定可靠,而且,军事装备的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

军事装备系统的可靠性(The Reliability of Armaments system)是指军事装备系统在规定的时间内,预定的条件下,完成规定效能的能力。要求装备在特定的条件下长期存放和反复使用过程中,不出故障或少出故障,处于正常的使用状态,且能实现其预期效能。因此,军事材料必须拥有极强的性能和超长的工作寿命。军事装备的再生能力,指的是军事装备受到损坏后,能够迅速进行战场抢修的能力。战场再生能力是提高装备战斗力的重要组成部分。形状记忆高分子材料具有许多优异的性能,因此此类材料对于军事方面的贡献就十分明显。在前期制造方面,由于其快速恢复能力,可以在很短的时间内完成对零部件连接、整合,为战争赢得极宝贵先机时间。在对装备恢复方面,我们可以将记忆前的材料制造为较为规则,使用面积较小的部件,单一运输时可以减缩空间,从而提高运输效率,极大地提高了战场的再生能力。

3.形状记忆高分子材料在军事方面应用展望

目前,形状记忆高分子材料在军事方面的成熟应用主要体现在在战机的连接,加固,军事通讯设备,战争医疗设备等方面。

3.1战机接头连接

在军事战斗机上通常装有各种不同直径的管道, 对于一些异径管接头的连接, 形状记忆高分子材料可以大显身手。其大致工艺过程如下: 先将形状记忆高分子材料加工成所要求的管材, 然后对其加热使管材产生径向膨胀, 并快速冷却, 即可制得热收缩套管。应用时, 将此套管套在需要连接的两个管材的接头上,再用加热器将已膨胀的套管加热至其软化点以上(低于一次成形温度), 膨胀管便收缩到初始形状,紧紧包覆在管接头上。

3.2紧固销钉

在战斗机的制造工艺中, 需应用大量的连接件进行连接。采用形状记忆高分子材料制作紧固销钉,将是战斗机制造业中的一项崭新工艺技术。

(1)先将记忆材料成形为销钉的使用形状;(2)再将销钉加热变形为易于装配的形状并冷却定型;(3)将变形销钉插入欲铆合的两块板的孔洞中;(4)将销钉加热即可回复为一次成形时的形状, 即将两块板铆合固定。

3.3军事通讯设备

形状记忆高分子材料在军事通讯设备方面的应用同记忆合金比较相似。后者在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前,将抛物面天线折叠起来装进卫星体内,火箭升空把人造卫星送到预定轨道后,只需加温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复抛物面形状。而高分子材料通常具有很好的绝缘性能,因此在通讯设施中不需要导电的部件中,用形状记忆高分子材料代替,以获得我们预期的目标,从而提高部队的携带能力。

3.4军事医疗设备

在需要单兵作战的特殊场合,由于单兵的辎重,装备等携带能力的限制,需要在有限的或体积下携带比较充足的医疗设施,从而为军人的生命恢复提供必要的保障。利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料,比如用来代替传统的石膏绷带。方法有2种:一是将形状记忆聚合物加工成待固定或需矫形部位形状,用热水或热吹风使其软化,施加外力使其变形为易于装配的形状,冷却后装配到待固定或需矫形部位。再加热便可恢复原状起固定作用,同样加热软化后变形,取下也十分方便;二是将形状记忆聚合物加工成板材或片材,用热水或热吹风使其软化,施加外力变形为易于装配形状,在软化状态下装配到待固定或需矫形部位,冷却后起固定作用,拆卸时加热软化取下即可。形状记忆材料与传统的石膏绷带相比具有塑型快、拆卸方便、 透气舒适、干净卫生、热收缩温度低、可回复形变量大的特点,可望在矫形外科领域及骨折外固定领域得到广泛应用。

4.结束语

目前,对形状记忆材料的研究才刚刚开始,尚处于初级阶段。形形状记忆高分子材料虽然具有可恢复形变量大、记忆效应显著、感应温度低、加工成型容易、使用面广、价格便宜等优点,但尚存在着许多不足之处,如形变回复不完全、回复精度低等。因而,在形状记忆高分子材料的分子设计和复合材料研究等方面,还有待于进一步探索。另外,应根据现实需要开发新型的形状记忆高分子或对原有的形状记忆高分子有针对性地进行改性。因此, 在今后的研究工作中, 应充分运用分子设计技术及材料改性技术, 努力提高材料的形状记忆性能及综合性能, 开发新的材料品种, 以满足不同的应用需要。另外, 还应注重新材料的实际应用, 早日形成工业产量,为我国的军事建设及各项国民经济建设服务。

【参考文献】

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[3]王诗任,吕智,赵维岩,等.热致形状记忆高分子的研究进展[J].高分子材料科学与工程,2000,16(1):1-4.

高分子材料分析方法范文第6篇

关键词:聚合物成型工艺学;高分子材料生产加工设备;成型加工;教学改革

高分子材料作为最重要的材料品种之一,在人们的生活和生产中具有不可替代的作用[1-2]。高分子材料优异性能的体现在于选用合适的材料并选用适当的成型加工方法和设备。《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》是高分子材料相关专业的两门专业课,是高分子科学领域的研究和工程技术人员必备的技术知识[3-4]。在课程讲授过程中发现,《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》这两门课程联系紧密,既相互区别,又相互补充。因为设备决定工艺,不同的设备,有不同的工艺,只有根据设备的情况,制定符合实际的工艺,才能发挥设备的最大功能,提高产品质量和生产效率。反过来,在讲授设备的时候,也需要讲授工艺,工艺理解了,能够更好的促进对设备的理解。高分子材料生产设备很多,有些内容也很抽象,用工艺把一些特定的设备联系起来,就容易理解多了,因此,这两门课是相互促进,相互发展的关系,但是在教学过程中也发现一些缺陷,比如:《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》的有些内容发生重叠,分别讲授这两门课时,有些内容向学生重复讲授[5,6];另外,这两门课程具有内容分散、抽象、半理论半经验化等特点[3],要提高教学效果,需要进行教学改革。

1明确这两门课教学主线

聚合物成型加工工艺及设备这两门课程既与高分子化学和高分子物理紧密相连,同时又是高分子专业理论研究与实际生产相互联系的纽带[7]。在教学过程要紧扣高分子物理和高分子化学中的知识,因为高分子材料加工的许多问题往往可以归结到高分子材料特殊的链结构。同时使学生能够明白材料制品的性能既与材料本身的性能有关,同时在很大程度上受到成型加工方法、工艺条件和加工设备的影响。同样的材料通过不同的加工方法、加工工艺或加工设备,所得制品的性能就不同。在讲课的过程中要让学生理解高分子材料如何通过成型加工得到具有一定使用性能的制品;材料的成型加工设备与成型加工工艺有何关系;制品性能与材料本身的性能以及成型加工设备和成型加工工艺又有什么关系;同样的材料通过不同的加工工艺或加工设备,所得制品的性能为什么不同等等[8]。因此,教学内容的讲授紧紧围绕“高分子材料———成型加工设备和工艺———影响制品性能的因素”这条高分子材料成型加工设备和工艺的主线来展开,重点使学生了解和掌握制品性能与高分子材料、成型加工工艺和成型加工设备之间的关系。

2教学内容的改革即教学重点、难点的确定,以及某些知识点的合并和教学内容的补充、跟进和更新

有了教学主线之后,教学内容的就很好安排了,对某些重复的知识点进行合并,对相关的本学科的最新发展要跟进,并充实到教学内容中去,对某些知识点进行更新,使《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》授课重点突出,内容精炼,知识体系完整。对前沿领域的跟进与补充,可以引导学生开阔思路,激发学生兴趣,激发他们对自己专业的热爱。教学内容既详细地讲授基础知识,包括详细地讲授材料的链结构与材料性能的关系,同时又要系统地讲授当前主流的高分子材料成型加工技术、设备和工艺。从高分子材料的加工原理出发,对成型加工设备和工艺进行详细地探讨,既讲授各种高分子材料成型加工的共性,又分别介绍塑料、橡胶等不同高分子材料的成型加工特点和区别。

3教学模式的改革与实践

考虑到这两门本课程信息量大、内容多、涉及到的领域宽,其课堂教学主要采用多媒体辅助教学,使课程内容形象直观准确呈现在学生面前,使学生更容易的接收和理解。但是对于不同的课程内容可以采取灵活的教学模式,对于部分章节,联系本人在工厂工作的经历,采用案例式教学。例如在在讲述配方设计时就可以采用案例式教学。图1给出了在实际工厂的一般生产过程。图1专用料加工厂一般生产过程流程图Fig.1Theflowofmanufactureprocessforspecialmaterialprocessingplant首先市场部拿到一个订单之后,技术部根据客户的要求,选者生产配方,然后生产样品,待过对方确认之后开始批量生产,最后是检验、包括、入库、发货。由于不同的客户对产品性能的要求不同,不可能拿到十分准确的配方,一般是根据工厂技术部门现有的技术资料以及以往的生产经验,首先制定一个初步的配方,然后经过客户试料之后,根据客户的意见,再进行改进。讲述这部分内容时主要讲授这个配方当中哪些组分对产品性能起到决定性的影响,基于什么样的考虑提出这样的配方,并指出在生产过程应当注意什么问题。然后再把改进过程进行详细地讲授。例如在设计生产塑料椅子专用料项目中,应重点考察其阻燃性能、加工性能和增韧体系以及阻燃剂与基体的相容性,才能得到高强度、高韧性以及阻燃环保的高分子复合材料。而针对不同的配方,在其性能满足客户要求的基础上,对其阻燃剂与基体的相容性进行深入分析。这样既增加了学生学习的兴趣,又丰富了教学内容,从而提高了教学效果和教学水平。

4结语

《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》具有很强的工程应用性,要明确高分子材料的工程特性,使学生从整体上把握和理解材料制品性能与材料本身的性能、成型加工方法、加工工艺和加工设备的关系。在教学过程中,既要充分利用现代化的教学手段丰富课堂教学内容,又要充分调动学生的积极性。近几年,通过对聚合物成型工艺和设备的教学内容、教学方法等方面的改革,在授课过程中,既注重强调培养学生解决实际问题的能力,又不忽视基础理论知识,强化学生的综合素质,取得了良好的效果。

作者:陈国昌 叶明富 单位:安徽工业大学化学与化工学院

参考文献

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[3]陈国昌,叶明富.聚合物成型工艺学教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2013,30(3):119-121.

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[6]徐德增.高分子材料生产加工设备[M].北京:中国纺织出版社,2009:111-113.

高分子材料分析方法范文第7篇

[关键词]建筑工程;智能高分子材料;应用

中图分类号:TU53;TQ317 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)22-0204-01

0 引言

文章综述了智能高分子材料在建筑工程中的应用。自修复型高分子材料可大大降低建筑工程的生产成本,同时提高建筑物的安全性和环保性;导电高分子材料可实现光能与电能、热能与电能的相互转化,为建筑物提供能源;环境敏感型高分子材料则会根据环境变化改变自身性能,从而起到美化建筑物、保护居民隐私和保温等作用。智能高分子材料应用于建筑工程中可以在很大程度上提高建筑物的智能化和人性化,改善居民的生活环境。

1 智能高分子材料概述

高分子材料具有独特的固有性能,与金属和无机材料相比,其生产成本较低,而且经过改性后无论是在强度还是在功能性上都可以与这两者相媲美。随着高分子学科近一个世纪的发展,越来越多的高分子材料种类的发现,高分子材料已经渗透到各个行业。尤其是在建筑行业,一些高分子材料具有保温、防潮、抗菌等优良的性能,可以大大改善居民的居住环境。

建筑行业是我国的一大支柱产业,据有关资料统计,在500亿平方米的既有建筑物中,大约450亿平方米左右的建筑物为非节能型建筑。建筑物的冬季供暖和夏季制冷措施造成了这些建筑的平均年能耗占我国所有产业总能耗的30%以上。节能建筑受到了广泛的关注,新增建筑物中节能建筑的比例有所提高,不过也仅有10%~20%。高分子材料的功能性使其具有良好的保温效果,将其应用于建筑工程中可以大大降低供暖和制冷的能耗,甚至一些具有储能作用的高分子材料还可以利用太阳能、风能等清洁能源为建筑物提供能源。

2 智能高分子材料在建筑工程中的应用综述

2.1 自修复型高分子材料

自修复型高分子材料是指材料在受到损伤后可以通过材料自身的作用完成修复,自修复材料囊括了热固性树脂、热塑性树脂、弹性体、橡胶等各类高分子材料,可满足建筑工程多方面的应用。将自修复型高分子材料应用于建筑工程,不仅可以提高材料的使用寿命和建筑施工的成本,而且还大大提高了建筑材料的环境友好性和安全性。

高分子材料基体中利用超分子作用进行自修复的过程也是一种可逆的修复过程,ChenYulin等于2012年制涑隽艘恢种Щ的聚丙烯酸酯,支链为带有酰胺基团的柔性侧链。由于柔性链段的作用,酰胺基团具有良好的动态性,而且在聚合物基体中存在着数以千计的酰胺基团,这些大量的动态氢键作用,可以在短时间内完成材料的自我修复。随后J.Hentschel等又通过可逆加成C断裂链转移聚合方法制备了苯乙烯C丙烯酸丁酯嵌段共聚物,并在链末端引入了2-脲-4-(1-氢)嘧啶酮基团(UPy)。利用末端基团UPy的超分子作用,在45℃下受损材料修复后拉伸强度可恢复到原有的90%以上,断裂伸长率可恢复到原有的75%以上。配体-金属的配合物可逆自修复体系是从根本上利用超分子作用进行自修复的。M.Burnworth等于2011年在乙烯和丁烯低聚物的末端引入含有杂原子的配体,然后利用配体与金属离子的配位作用制备出超分子聚合物。当材料受到损伤后,先利用紫外线辐射使金属和配体解离,从而将超分子聚合物还原成低聚物,使材料的裂痕均一化,然后撤掉紫外线辐射后,金属和配体重新配位,形成新的超分子聚合物。这种金属-配体的自修复体系的修复过程非常快,几分钟内便可完成修复。另外一种典型的超分子作用是离子作用,D.Mozhdehi等制备了一种侧链含有咪唑基团的无规聚苯乙烯材料,并在材料本体中添加金属锌盐。当材料受到损伤后,动态的咪唑基团和锌离子之间的超分子作用可帮助材料实现自修复,并且整个修复过程在常温下便可完成,3h内材料的力学性能可恢复到原有性能的100%。

2.2 导电高分子材料

在建筑工程中应用最广泛的智能高分子材料之一便是导电高分子材料,这类材料能实现光能和电能、热能和电能的相互转化。其中,实现光能和电能相互转化的导电高分子材料常用于能源材料和发光材料,如聚合物发光二极管(PLED)和聚合物太阳能电池;能实现热能和电能的相互转化的材料则常用于室内或墙体的保温材料。

与常见无机发光二极管(LED)和有机小分子发光二极管(OLED)相比,PLED的成本较低、对环境污染较小,而且随着喷墨打印技术的发展,PLED的制备、加工变得更加容易。PLED是一种以高分子材料为基体的材料,具有较突出的耐化学腐蚀性和耐候性,并且借助高分子材料优异的柔性和加工性能,可以制备出形状各异、美观大方的发光家具、发光地板、发光墙体等。聚合物制备的PLED器件具有较高的发光效率,且发光颜色和光强可以较容易地通过改变聚合物结构来进行调节,在建筑工程领域的应用前景较广泛。另外,可应用于制备PLED的聚合物材料种类繁多,如聚苯预聚体、聚苯胺、聚芴、聚噻吩等共轭高分子材料;以高分子骨架为配体的稀土金属配合物等。

2.3 环境敏感型高分子材料

环境敏感型高分子材料也是一种智能高分子材料,它们可以通过对环境改变的“感应”,来完成自身性能的变化。聚丙烯酰胺类材料是一种热致变色材料,这类材料具有两种不同的相结构,分别是高密度范德华力和高密度氢键结构,随着温度变化,这两种相结构会发生互相转换。材料会在较高的温度下呈现浅色,而较低的温度下呈深色,将这种材料应用于建筑外墙或制作窗户,在夏季或温度较高的白天则可以减少建筑物对热量的吸收,在冬季或温度较低的夜晚则提高建筑对热量的吸收程度,从而达到建筑物本身对热量和温度的智能调节的目的。聚NC异丙基丙烯酰胺便是一种热致变色的环境敏感型高分子材料,其相转变温度在人类较为舒适的体感温度范围内,约为31.5℃。当温度低于31.5℃时,其聚合物链内部氢键作用密度大,这时材料外观为黑色;当温度高于31.5℃时,聚合物内部氢键作用减小,大部分转变为范德华力,这时材料外观为白色。当将这种材料用于建筑外墙涂料时,在较低温度下显黑色,加速热量吸收,提高建筑内部温度(2℃左右);而在较高温度下显白色,反射热量来降低建筑内部温度(1℃左右),大大缓解了建筑供暖和制冷的能耗。

3 结语

智能高分子材料种类繁多,包括自修复高分子材料、导电高分子材料、环境敏感型高分子材料等。智能高分子材料不仅可以提高建筑物的智能化和人性化,还可以改善建筑的美观程度,改善居民的物质和生活环境,具有较为广泛的应用前景。

参考文献

高分子材料分析方法范文第8篇

Abstract: Function polymer materials are rapidly developing in recently years. But there are not any generalizations to the development of shape memory polymers. The defined, mechanism, characterization and the preparation of the most simulative shape memory polymer are briefly introduced in this paper. Then the developing prospects are also reviewed.

关键词: 功能高分子材料;展望;形状记忆

Key words: functional polymer materials;outlook;shape memory polyer

中图分类号:TB324 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)31-0303-02

0 引言

随着社会的进步和科学技术的发展,一般的材料难以满足日益复杂的环境,因此需要具有自修复功能的智能材料——形状记忆材料。20世纪50年代以来,各国相继研究出在外加刺激的条件(如光、电、热、化学、机械等)经过形变可以回复到原始形状的具有形状记忆功能的材料,它可分为三大类,形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物材料。高分子产业的迅速发展,推动了功能高分子材料得到了蓬勃发展。形状记忆聚合物材料的独特性,广泛应用于很多领域并发展潜力巨大,人们开始广泛关注[1]。

1 功能高分子材料研究概况

功能高分子材料是20世纪60年代的新兴学科,是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。由于它的内容丰富、品种繁多、发展迅速,成为新技术革命不可或缺的关键材料,对社会的生活将产生巨大影响。

1.1 功能高分子材料的介绍 功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料,通常也可简称为功能高分子,也可称为精细高分子或特种高分子[2]。

1.2 功能高分子材料分类 可分为两类:第一类:以原高分子材料为基础上进行改性或其他方法,使其成为具有人们所需要的且各项性能更好的高分子材料;第二类:是具有新型特殊功能的高分子材料[3]。

1.3 形状记忆功能高分子材料 自19世纪80年现热致形状记忆高分子材料[4],人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。和其它功能材料相比的特点:首先,原料充足,形变量大,质量轻,易包装和运输,价格便宜,仅是金属形状记忆合金的1%;第二,制作工艺方简便;形状记忆回复温度范围宽,而且容易加工,易制成结构复杂的异型品,能耗低;第三,耐候性,介电性能和保温效果良好。

形状记忆聚合物(SMP)代表一项技术上的重要的类别刺激响应的材料,在于形状变动的反应。更确切地说,传统意义上的SMP是聚合物变形,随后能固定在一个临时的形状,这将保持稳定,除非它暴露在一个适当的外部刺激激活了聚合物恢复到它原来的(或永久的形状)。因此,相关的反应被称为聚合物内的形状记忆效应(SME)。虽然各种形式的外部刺激可以被用来作为恢复触发,最典型的一种是直接加热,通向温度增加[4]。

2 部分形状记忆高分子材料的制备方法

2.1 接枝聚乙烯共聚物 在形状记忆聚乙烯中,交联(辐射或化学)是必须的,但是交联程度过高会导致聚合物的加工性能不好,因此最好是将交联放在产品制造的最后一步:Feng Kui Li等采用尼龙接枝HDPE获得了形状记忆聚合物。他们采用马来酸酐和DC处理熔融HDPE在180℃反应5分钟,然后在230℃下和尼龙-6反应5分钟得到产物。SEM照片显示尼龙微粒小于0.3μm,在HDPE中分散良好,两者界面模糊,显示两者形成化学粘合;而尼龙和HDPE简单混合的SEM照片中两者界面明显试验同时表明,随着DCP含量和尼龙含量的提高,共聚物中形成了更多的共聚物具有和射线交联聚乙烯(XPE)SMP相似的形状记忆效应,形变大于95%,恢复速度好于射线交联的聚乙烯SMP,该聚合物在120℃左右形状恢复达到最大。对其机理研究表明,接枝在PE上的尼龙形成的物理交联对形状记忆效应有重要作用。值得注意的是该共混物是仅仅通过熔融混合得到的,工艺非常简单,而且采用的是通用聚合物,因此该方法值得推广[5]。

2.2 聚氨酯及其共混物 聚氨酯是含有部分结晶相的线性聚合物,该聚合物可以是热塑性的,也可是热固性的。聚氨酯类形状记忆材料,软段的结构组成和相对分子质量是影响其临界记忆温度的主要因素,硬段结构对记忆温度影响不大。

采用聚氨酯和其它聚合物共混,可以改善性能,得到所需要的产物。有报道采用聚己内酰胺(PCL)、热塑性聚氨酯(TPU)和苯氧基树脂制得的形状记忆材料。发现该产物随着组成的变化而玻璃化转化温度不同;同时发现PCL部分在混合物中结晶相消失,说明结晶过程被阻碍。改混合物具有形状记忆效应的原因在PCL/苯氧树脂作为了可逆相。该混合物的玻璃化温度可以通过TPU/苯氧基树脂的混合比例和种类决定,增加混合物中固定相和减少TPU链长度可以减少滞后效应。报道采用PVC和PU共混也能得到SMP。该混合物中存在PVC/PCL形成的无定形相,混合物的玻璃化的温度也随着PVC/PCL的组成变化而平稳的发生变化,固定相记忆着最初形状[6-8]。

3 国内外形状记忆高分子材料研究现状

3.1 国内研究现状 国内研究的形状记忆高分子材料多以聚氨酯和环氧树脂基为主,加入添加剂或固化剂进行改性,可以得到满足基本要求的SMPs,但是由于其自身缺点的约束,所以限制了其使用范围。最近几年来,形状记忆合金以利用聚合物为基体添加其他成分,突出各个优点进行对比,得到一些性能良好的形状记忆材料因此我们列举国内最新的SMPs研究。

魏堃等人将新型聚合物固化剂与环氧树脂(EP)进行机械共混,进行适度交联固化后,制出具有较低玻璃化转变温度(Tg)的无定型EP体系,得出结果显示适度交联固化的EP体系具有良好的形状记忆特性。

高淑春等人利用活化溅射方法制备TiO2薄膜,以Ni-Ti形状记忆合金生物材料为基体,附着在形状记忆和金材料的表面,其跟血液相容性比较好,因此具有较高的临床使用价值。

3.2 国外研究现状 对比国内,国外的SMPs发展比较早,例如:美国、日本、德国等由于具有先进的设备和理论基础,因此在各个方面相对国内都比较成熟,所以本人参考最近国外SMPs相关研究在此论述。

Y.C.Lu等人利用环氧基的形状记忆材料设计模拟服务环境所能反映出的预期性能要求即

①暴露在紫外线辐射下循环为125分钟;②在室温下沉浸油内;③浸泡在热水中49℃。一种新颖的高温压痕法评估适应条件的SMPs的形状和力学性能。结果表明对于有条件的比较一般环境条件SMPs的玻璃化转变温度降低与较高模和敏感应变速率。如果温度设定低环境条件影响的SMPs形状恢复能力。特别是紫外线暴露和浸入水中的SMPs回复率明显低与无条件的材料。当回复温度高于Tg,材料的回复能力相对保持不变。

R.Biju等人用双酚A(BADC)与缩水甘油醚或者双酚A(DGEBA)与苯酚螯合物(PTOH)通过一系列聚反应合成热固性聚合物表现出具有形状记忆性能。利用差示扫描量热分析、红外光谱及流变仪来表征其固化特征。以不同比例DGEBA/PTOH/BADC混合,研究了它们的弯曲、动态力学性能以及热性能;对于一个给定的成分,弯曲强度和热稳定性随着氰酸酯浓度增加而增加,而这些特性随着PTOH浓度的增加而降低,储存模量表现出相似的趋势。这个转变温度(Tt)随着整体氰酸酯含量的增加而增加。这些聚合物在形状记忆性能显示出良好的恢复形状,并且形状恢复时间减少。而显示恢复时间与形状恢复模量增加(Eg/Er)刚好相反。这个转变温度可调谐反应物组成及变形恢复速度随驱动的温度增加而增加。这些环氧基氰酸盐系统具有良好的热、力学和形状记忆特征很有希望用在智能电气领域。

4 展望

由于SMP有着丰富的后备资源,而且形状记忆的方式灵活,具有广阔应用和发展前景。因此本文认为,有很多重要因素影响将SMPs技术成功转化成生产应用,例如:标准化的不同方法描述为量化形状记忆材料的性能。应该进一步完善形状记忆原理,在分子结构理论和弹性形变理论基础之上,建立形状记忆的数学理论模型,为开发新材料奠定了理论基础;运用分子结构理论、实验设计原理和改性技术知识,提高形状记忆各项性能、丰富品种、满足不同的应用需要,增强应用和开发研究,拓宽应用领域,尽快转化为生产力。

形状记忆高分子与形状记忆合金相比具有感应温度低,且形状记忆高分子因其独特的优点而具有广泛的应用前景,但是我们也应该看到在开发应用上仍存有一些不足[22]:形变回复力小;只有单程形状记忆功能,没有双程性记忆和全程记忆等性能;优化制作设计与工艺,开发更多优秀的品种,在研究聚合物基的SMP中有许多重要工作需要我们一步步努力去做,在完善SMP过程中,同时要研究复合社会不同需求的产品。

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