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高分子材料专业导论范文1
本书分为11章：1.引言；2.高分子链化学结构的表征，介绍了决定高分子物理性质的主要化学结构因素，链的半柔顺性，链间的相互作用，分子量的分布，分子拓扑构造和链序列规整性；3.链构象统计和熵弹性，主要介绍了单链尺寸的高斯分布和橡胶弹性体的统计力学；4.高分子真实链构象的标度分析，并以此阐述其在高分子溶液中、聚电解质溶液中以及外力作用下的单链构象；5.链动力学的标度分析，分别介绍了简单流体、短链体系和长链体系的标度分析方法；6.高分子的变形，主要讲述了高分子的变形特点、松弛特点、玻璃化转变和黏流化转变、以及一些常规的力学分析方法；7.流变学简介，阐述了高分子的流动特点及高分子流体的粘弹性效应；8.高分子溶液统计热力学，介绍了包含高分子多组分混合体系的统计热力学，并介绍了Flory-Huggins溶液格子统计热力学理论；9.高分子相分离，介绍相分离的热力学和动力学以及两嵌段共聚物的微相分离；10.高分子结晶，介绍了高分子结晶的结构，及结晶动力学和热力学；11.高分子相分离与结晶之间的相互作用，介绍了相分离诱导的浓相结晶成核、相界面处诱导的结晶成核和单链体系的折叠链结晶成核。
本书是作者在复旦大学和南京大学多年课堂教学实践的经验总结，书中也介绍了相关主题的一些前沿研究进展，其风格不同于现有的国内外高分子物理教材，可以作为一部偏重基础的教学和科研参考书。其阅读对象为从事高分子物理化学、高分子材料和高分子工程科学研究和学习的广大科研工作者、教师、研究生和高年级本科生，特别适用于理工科类大学和科研院所高分子专业的读者。
鞠思婷，博士生
（国家纳米科学中心）
Ju Siting， Ph. D Candidate
高分子材料专业导论范文2
[关键词]热分析；聚烯烃；示差扫描量热分析；热重分析；氧化诱导期时间；动态热机械分析
中图分类号：TQ 325.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0112-01
热分析是表征材料的基本方法之一，多年来一直广泛应用于科研和工业中。近年来在各领域，特别是高分子材料领域，都有了长足发展。根据 ISO 9000 标准，热分析仪器已成为质量分析控制、工业试验和研究开发中不可缺少的设备。使用现代化的热分析仪器系统，可以使测量操作快速、简便、可靠。[1]
本工作以PE公司的7系列仪器所测数据为基础，简要叙述了热分析在吉林石化公司乙烯厂聚烯烃树脂开发中的应用。
1 示差扫描量热（DSC）分析
DSC是应用最广泛的热分析技术之一，主要用于表征高聚物的玻璃化转变温度（Tg）、熔融温度（Tm）、结晶温度（Tc）和氧化诱导期时间（OIT），可以给出材料的氧化行为和添加剂影响的信息。[2]
一般在DSC曲线中，凸起的峰值用来表征吸热效应，即熔融焓；反向的峰值表征放热效应，即结晶焓。熔融曲线给出了结晶度的信息，结晶度越大，结晶越完善规整，则熔融焓越大；而结晶焓给出了结晶温度、结晶速率等信息。结晶温度越高，越有利于制品的快速生产，即成型效率高。
1.1 在双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）生产中的应用
结晶是BOPP生产加工过程中的重要影响因素之一，聚丙烯（PP）结晶的速率、结晶的完善程度、结晶的形态、晶体的大小等对生产工艺、薄膜性能都有非常重要的影响。
温度越高或越低（如在Tm附近），越难结晶，在Tc处结晶速率最快，在拉伸过程中要防止预热、拉伸时结晶度急剧增加，因此不要在PP最大结晶速率的温度区域内选择拉伸温度，最好在结晶开始熔融、分子链能够运动的温度下进行拉伸，即Tc与Tm之间。DSC可提供Tc与Tm及结晶速率的信息，可为车间制定拉伸温度提供参考。
BOPP专用料的DSC曲线可看出，BOPP专用料的结晶外推起始温度为119 ℃，则拉伸温度至少达到119 ℃，以保证工艺稳定。
1.2 在三型无规共聚聚丙烯（PPR）产品开发中的应用
在PPR管材的开发中，熔点是一项重要指标。熔点的高低与PPR产品中乙烯的含量相关，决定了产品的质量。为此，在开发PPR产品时，利用DSC技术在线分析了乙烯含量对其熔点的影响，结果可见，随乙烯含量的增加，PPR的熔点降低。由此，在工业生产PPR时，可利用DSC分析监测熔点，掌控乙烯含量，为生产服务。
1.3 在透明PP产品开发中的应用
在透明PP产品的开发中，因透明剂加速了PP的结晶速率，提高了结晶温度，因此利用透明料做制品时，成型周期大大缩短，单位时间制品量增加，降低了生产成本。4种透明剂对结晶温度的影响看出，采用4号透明剂PP的结晶温度最高，即成型最快。
1.4 PP黏料分析
在生产共聚PP时，因乙烯加入量不易控制，导致乙烯加入量超高，出现PP在反应器出口时，因软化发黏而堵料的情况。从PP黏料的DSC曲线上的两个熔点及结晶点可初步判断，此料已非无规共聚PP，其中含有长乙烯链段，导致其熔点为127 ℃。因此，该物料与蒸汽接触时，由于蒸汽温度为120 ℃，从而导致物料受热后软化、发黏、堵塞管道。
1.5 氧化诱导期分析
OIT是一种稳定材料抵抗氧化分解的相对度量。用DSC测定OIT被广泛用于研究聚烯烃的稳定性，它可以简便快速地评价聚合物氧化体系抑制氧化的时间。在聚合物氧化过程中，先是消耗掉加入的抗氧剂，待抗氧剂耗尽便开始迅速氧化。相应地，在恒温DSC曲线上便可观察到经历了一段时间（即氧化诱导期）之后，开始明显的热氧化放热效应。
实验的简单过程：试样和参比材料在惰性气体（氮气）环境下以恒定速率加热，达到规定温度后，切换成相同流速的氧气；然后将试样保持在恒定温度下，直至在DSC曲线上显示出氧化反应。OIT就是开始通氧气到开始氧化反应之间的时间间隔。
两种抗氧剂的氧化诱导期可见，1号试样很快消耗完抗氧剂，开始分解，而2号试样仍具有抗氧化能力，据此可判断2号试样的抗氧化性好于1号试样。不同树脂的抗氧化能力以及不同抗氧剂或不同抗氧剂添加量的树脂的抗氧化能力均可用OIT来评价。
2 热重（TG）分析
TG分析是在程序控制温度情况下，测量聚合物试样的质量随温度或时间的变化曲线。根据热失重曲线，可以判断被测聚合物试样作为高分子材料使用时的最高使用温度；通过测量失重程度来表征添加剂的含量；根据共混物中各组分的相对稳定性的差别，来鉴别共混物的成分。一般引起测试试样发生变化的反应是组分的挥发、分解或氧化反应。
2.1 测定树脂的热稳定性
用TG分析测试了3种聚烯烃树脂的热稳定性，结果看出，3号试样的耐热稳定性最强，分解温度最高。如果为同一试样，采用不同或不等量的抗氧剂，还可用于评价抗氧剂的效果。
对于聚合物的长期热稳定性测试不能简单用TG表征，它是各种环境下的综合关系，需要采用热老化箱等其他仪器。
2.2 在降解母料生产中的应用
在降解母料生产中，在基础PP中加入降解剂（过氧化物）后，PP分子链发生断链反应，相对分子质量变小，表现在熔体流动指数（MI）增大，即降解剂含量与MI呈一定的关系。而由TG分析得到的失重量可初步判断降解剂的加入量。因此，该方法为降解母料生产提供了监测手段。如在生产中需要MI（10 min）为50 g的产品，则所测失重量达到3%即可。
3 动态热机械分析（DMA）
DMA是在程序控制温度下，测量物质的力学性能随温度（或时间）变化的一组技术。由于各种物质随温度的改变其力学性能均会发生变化，所以DMA对研究和测量材料的应用温度范围、加工条件、材料的短期和长期力学行为都具有十分重要的意义。
维卡软化点与无规PP中乙烯含量的关系可见，随无规PP中乙烯含量的增加，分子链的规整度降低，导致结晶度下降，耐热性下降。此外，DMA还可用于测试试样的拉伸及弯曲模量、热膨胀系数、蠕变性、黏弹性、悬壁梁冲击强度等。这些项目还需在以后的聚烯烃树脂开发中不断地进行开发应用。
4 结论
热分析在聚烯烃树脂研究尤其是聚烯烃树脂开发中具有极大的应用价值，不但可用于产品的研究开发，而且可用于生产监测、产品质量鉴定等。热分析与其他色谱仪联用，尤其是TG与红外或质谱联用，可以判定产品的组成。由于在热分析测试中，试样用量少，测量快速、准确，因此在聚烯烃开发中必将发挥越来越大的作用。
参考文献
[1] 曾宗强.热分析技术在天然橡胶研究中的应用[J].热带农业工程，2005，12（2）：37-40.
[2] 刘振海.热分析导论[M]. 北京：化学工业出版社，1991：48-65.
作者简介
戴鹏（1981.5-29），男，吉林省吉林市人，助理工程师，办公室主任。2004年大学毕业，获文学士学位，从事过设备管理等工作。
高分子材料专业导论范文3
【关键词】压电陶瓷;掺杂;锆钛酸钡
Piezoelectric Properties and Modification of 0.9 K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba (Zr1-xTix)O3Ceramics
CHENYun
(Department of Chemistry and Material EngineeringHefei UniversityHefei230022China)
【Abstract】Considering the practicality , A new-type a 0.9 K05Na0.5NbO3-0.1 Ba(Zr1-xTix)O3 piezoelectric ceramic were prepared by traditional ceramic sintering technique, and their piezoelectric properties was also studied. These results of research indicate that this new type ceramics sintered at 1165℃ for 4 hours, and when x is 0.50, every properties show the best, d33 is 128 pC/N, kp is 33%, Qm is 117,tanδ is 2.1%, and εr is 1283.
【Key words】Piezoelectric ceramics;Doped;Barium zirconate titanate
1946年，在美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向国家,除去电场后仍能保持一定的剩余极化,它便具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。现在提倡和支持研发和使用高新材料，在近年来，压电陶瓷和压电器件的原材料和制造工艺有了很大的发展。压电陶瓷目前已在高科技信息、航空航天和生物化学等诸多高新科技领域具有不可代替的地位，这是因为压电陶瓷具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备成各种形状和具有任意极化方向的特性。 [1-3]
然而，当前使用的压电陶瓷的生产原料都含有大量的重金属铅，陶瓷中的PbO(或Pb3O4)的含量约占原材料总重量的70%，不仅难以制备紧密的压电陶瓷，还会对环境造成污染，因为目前还没有大规模回收留在地面和游离于空气中的铅。随着环保已经成为世界发展的主要前提，无铅压电陶瓷的研发已经迎来最有力的契机，现在已经出现了许多具有实用价值的陶瓷体系，钛酸盐系压电陶瓷成为此领域许多科学家与学者实验课题。虽然无铅压电陶瓷可以缓解环境污染，但是目前的无铅压电陶瓷的性能与PZT基压电陶瓷相比还有一定的距离，但是无铅压电陶瓷已经获得众多科学家和学者的青睐，相信不久的将来无铅压电陶瓷取代PZT基压电陶瓷[1-3]。
本实验考虑到实用性，因此采用传统陶瓷制备技术和电子陶瓷工业用原料，制备了0.9 K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba (Zr1-xTix)O3 压电陶瓷，并研究了该体系压电陶瓷的介电压电性能。
1．实验
本着实用化的目的，采用传统的陶瓷制备工艺技术，以Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、BaCO3、ZrO2、TiO2为起始原料，根据0.9K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba(Zr1-xTix)O3（简记为KNN-BZT）,陶瓷体系的化学计量进行配料，其中x分别为0.20，0.50，0.80，0.95，并依次简记为BZT20, BZT50, BZT80, BZT95。首先将原料混合加入无水乙醇混合、振动球磨48小时，充分研磨后进行干燥，然后在800～860°C下，经2小时的预烧生成陶瓷粉体；生成后的陶瓷粉末球磨12小时并60目分样筛后，加入粉末质量的10%～15%粘结剂再次球磨12小时，得到流动性好的陶瓷颗粒；在80MPa压力下干压成型，获得厚度为1.2～1.7 mm、直径为 12.0 mm的生坯片；然后在1100°C下、烧结4小时得到致密的陶瓷片并清洗其表面杂质；将清洗干净的陶瓷片用真空溅射仪镀上银电极，再在硅油温度为90°C～100°C、极化直流电压为4.0 Kv/mm～4.5 Kv/mm的条件下极化30～40分钟，放置24小时后，测试各项性能。用LCR数字电桥（TH2816A）在常温下测得1kHz时陶瓷样品的介电常数εr和介电损耗tanδ；用ZJ-3A准静态测量仪测量d33；采用HP4294A阻抗分析仪测量陶瓷样品的谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗和电容，根据以上数据计算出陶瓷的机械品质因素Qm和机电耦合系数kp。
2.结果与讨论
2.1 KNN-BZT陶瓷的压电性能
图2给出了KNN-BZT系压电陶瓷的压电性能随Ti元素摩尔分数的变化规律。图2(a)、(b)和(c)分别显示随着Ti4+ 含量的不断升高，其压电性能也随之增强，在Ti4+含量为0.50（摩尔分数）时，压电性能达到最强，根据图表所示：此时压电常数d33为128pC/N，机电耦合系数kp为33%，机械品质因数Qm为117；而当Ti元素含量继续升高时，压电性能迅速减弱。
(a) (b)
(c)
图2 组成x与陶瓷样品的d33、kp和Qm的关系
2.2 KNN-BZT陶瓷的介电性能
图3给出了KNN-BZT系压电陶瓷1KHz频率下的介电性能随Ti元素的摩尔分数x的变化规律。从图3可以看出，介电常数和介质损耗先随x的增加而增大并在x为0.50处出现达到最高峰，二者达到最大，此时经测量与计算得介质损耗tanδ为2.1%，介电常数εr为1283。然后随x的增加，介电常数和介质损耗逐渐下降，这主要由于电导和驰豫过程引起的损耗最大，而且电畴的极化反转变得更为容易，于是介电常数也达到最大。
（a） （b）
图3 组成x对陶瓷样品的tanδ和εr的关系
3.结论
x为0.50时性能达到最佳，其压电常数d33为128 pC/N，机电耦合系数kp为33%，机械品质因素Qm为117，tanδ为2.1%，介电常数εr为1283。■
【参考文献】
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［2］曾汉民.高技术新材料要览.北京:中国科学技术出版社，1993.
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高分子材料专业导论范文4
关键词：国际化；全英文；教学实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0216-02
随着我国社会经济的发展，我国在国际事务中发挥越来越重要的作用，需要越来越多的国际化人才，同时也有越来越多的外国学生来中国学习，作为国际化语言的英语逐步引入到教学中是大势所趋。但是我们的人才培养体系无论从国内学生的专业英语教育还是针对外国留学生的专业英语教学，距离国际化要求还相距甚远。国际化教育至少包括以下三方面[1]：①人才培养理念的国际化；②人才培养体系的国际化；③人才培养环境的国际化。培养理念方面，无论各国的文化如何，人才培养的核心首先是激发学生的探索精神和热情，其次是使学生掌握认识世界的方法、学会发现问题和解决问题的能力，能及时把握本领域国际前沿科学与技术，以综合性、创新性思维，解决本领域国际前沿问题。培养体系方面，则涉及具体的培养方案的制定，教学环节的探索与创新；培养环境方面涉及人员的国际交流、国际网络公开课程的普及及课堂国际环境的建立等。本论文以装备制造专业本科生二年级《机械工程材料》课程为例，介绍我们在国际化教学的思考与实践探索。
一、装备制造专业本科生的国际化教学思考
我国是装备制造大国，但还不是装备制造强国，距离发达国家还有相当的差距。这种差距不仅体现在原始创新设计及制造技术上，更重要的是体现在高素质人才队伍、人才培养体系上。为适应建设国际一流装备制造产业的需求，我校2011年开始在机械学院试点开办国际班。在原来英语强化班的基础上，招收英语基础好的中国学生，与留学生一起组成混合班，全部用英文教学。为实现培养具有国际化视野的创新型装备设计与制造人才，以期实现与国际接轨。在教育过程中要树立以学生为本的理念，在教学的过程中要注意激发学生的潜能，培养学生发现问题和解决问题的能力，在教学内容方面要使学生熟悉掌握本专业的国际化知识和国际惯例。
二、装备制造专业本科生材料课程的国际化教学实践
《机械工程材料》课程是装备制造专业本科生重要基础课程，但不是核心课程。课程设置的目的是使学生掌握工程材料的基本理论知识及其性能特点，建立起材料性能与其化学成分、组织结构及加工工艺之间的联系，了解常用工程材料的应用范围和加工工艺，为装备制造专业本科生在设计各种机构及零件的过程中对材料的选择和加工工艺制定提供基本的参考，使学生初步了解选材及材料加工工艺背后的科学依据。针对课程内容多、概念多、学时少、实践性强的特点，我们在以下几方面进行了改革实践。
1.全面进行教材改革。在国际班教学阶段，我们选用原版教材《The Science and Design of Engineering Materials》作为主教材[2]。该教材总体内容可以满足课程要求，但是内容太多，篇幅太长，部分内容对非材料专业又显太深。现有学时只能教授其三分之一的内容，价格也偏高。针对上述情况，我们于2011年编写出版了一本《Mechanical Engineering Materials》[3]教材。①该教材以英文为主，每章后面辅助以中文摘要，同时将主要概念的中英文对照表列在书后。②该教材主要依据双语课程的教学大纲，参考了很多国外原版书并加以浓缩，形成约30万字，260页的教学参考书。③该教材内容上分为两部分，第一部分为基础部分，重点在于让学生建立材料的宏观性能与材料的成分、微观结构及加工工艺之间的关系。第二部分为应用部分，分别介绍了工业中常用的材料如金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料的成分特点、微观结构特点、性能特点及应用。重点剖析了机械行业应用最多的金属材料中的钢和铸铁，应成分改变而带来的工艺变化及性能变化。④基础部分将宏观与微观的关联的哲学思想贯穿在每一章中。⑤应用部分介绍各种材料时，引入了国外的标准，以使学生了解国外标准的特点。
2.精心设计教学环节。（1）精心准备第一节课。引言不属于课程主内容，但却有着非常重要的作用。要通过这一部分内容的讲解，使学生充分认识课程的重要性并产生对学习本课程的兴趣。从纵向维度，以人类社会发展的石器时代、青铜器时代、铁器时代、信息时代为线索，介绍了材料对社会发展的重要作用；从横向维度，以对材料的宏观、微观、纳观等结构的观察与表征为线索，介绍了人类对材料认识的深化，进而使材料的性能得到不断的改善，使学生建立材料从经验到科学的发展历程。（2）以联系的观点贯穿始终，使学生建立宏观与微观的联系。课程始终将宏观与微观的联系作为核心，使学生们在纷繁浩瀚的众多材料选择中能把握住基本的线索。①基础部分紧紧围绕材料的性能―成分―结构―工艺之间的关系，每一次课开始都以材料科学与工程涉及的四要素构成的四面体作为开端[4]，以使学生首先知道本次课程在材料科学与工程中的位置及与其他部分的联系；以相图和等、变温转变图为重点，深化材料的性能―成分―结构―工艺之间的动态关系。②应用部分考虑不同成分对材料转变的影响及相应的工艺变化，性能变化及主要的应用。重点围绕钢的应用，以碳含量由低向高为线索，使学生能对纷繁复杂的各类钢材有一个比较系统的认识与掌握。（3）以激发学生主动学习为目标，提高学习效果。为激发学生的学习兴趣，每一章总是以一个实际例子开始；对每个知识点，总是以问题开始，引导学生思考，注意启发式教学；每次课后留一道思考题，使学生深入消化讲授的内容。每章留一个扩展知识题，请学生自己课外查资料，同时作为下次课的开始。（4）以语言表达引导认识提高，增进学生对知识理解。
三、实践效果
通过一个学习周期的探索和实践，学生的反馈良好。通过对上课学生的问卷调查，认为教材内容覆盖全面和比较全面的占92%，对教材总体评价优良以上的占76%。对课堂讲授内容认为适中的占76%，对教学过程总体评价优良以上的占92%。同时，通过学生的反馈，也提出了今后要注意的问题：①增加学生用自己语言表达概念的机会。②增加学生讨论的机会。③增加学生自己找参考资料的机会。④探索改变考核方式。
培养国际化人才不仅要有国际化的教育理念，还要依靠具体的教学体系和教学过程才能保证教学质量。通过对装备制造专业本科生国际班《机械工程材料》课程的教学探索与实践，获得了一些宝贵经验，也更明确了今后的努力方向。
参考文献：
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[2]Schaffer et al edited，2nd edition，The Science and Design of Engineering Materials[Z].高等教育出版社影印本，2003.
[3]齐民.Mechanical Engineering Materials（机械工程材料）[M].大连理工大学出版社，2011.
[4]冯端，师昌绪，刘治国.材料科学导论[M].北京：化学工业出版社，2002：6.
