高分子材料的分析方法范例6篇

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高分子材料的分析方法

高分子材料的分析方法范文1

关键词:机械工程材料 高分子材料 教学改革

Reform and practice on teaching of polymer materials in mechanical engineering materials course

Dong Xufeng, Qi Min, Wang Weiqiang

Dalian university of technology, Dalian, 116024, China

Abstract: In most universities, metal material is the route of mechanical engineering materials course. Polymer materials have been a new type of engineering materials in the recent 50 years. Therefore, it is necessary to increase the proportion of polymer materials and make corresponding reform in the teaching of mechanical engineering materials. In this paper, the reform and practice experience on mechanical engineering materials in Dalian university of technology is introduced. Reforms were made in content, aim, process, method and reference books. The practice results indicated good teaching effect was obtained.

Key words: mechanical engineering materials; polymer materials; teaching reform

机械工程材料课程是面向非材料专业学生开设的介绍材料科学与工程基础内容的课程,涉及专业包括机械、化工、船舶、汽车、航空航天等。目前大多数机械工程材料课程的讲授以金属材料为主线,内容涵盖金属材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系等[1,2]。教学目的是让非材料专业学生了解常用金属材料的性能、应用范围和加工工艺,初步掌握金属材料的选用原则与方法,同时能够对实际工程中与材料相关的基本问题进行正确分析和处理。

1 高分子材料教学改革原则

20世纪中期以来,大批新型高分子材料的合成拓展了人类使用材料的范围。与金属材料相比,高分子材料具有密度小、比强度高、原料丰富、成型简单、成本低、耐腐蚀等优点。近年来一些性能优异的高分子材料在诸多领域呈现取代传统钢、铁等金属材料的趋势,成为机械工程材料中不可忽视的一部分[3]。因此,在机械工程材料课程的教学过程中,须摒弃完全以金属材料为主体的授课方法,适当增加高分子材料等新型工程材料的比重。因此,我校在2013年对机械工程材料32学时课程的教学计划进行了调整,将高分子材料部分由之前的2学时增加到4学时,并确定了以下改革原则:

1.1 授课内容强调基础性

高分子材料与机械类学生通常接触到的金属材料在结构、性能、制备工艺等方面有很大的区别。向机械类学生讲授高分子材料,主要目的是让他们对高分子材料有最基本的了解。在短短4学时内,不可能也没必要将高分子材料相关的全部内容压缩讲授。这就决定了机械工程材料课程中高分子材料部分必须侧重于基础性知识,对于理论性、专业性太强的知识点必须舍弃。基础性内容应当包括高分子材料的基本概念、分类、结构特点及常用工程高分子材料(工程塑料、工程橡胶及工程纤维)的基本力学性能[4-6]。

1.2 授课目标偏向工程性

高分子材料不仅可作为结构材料使用,也可以作为功能材料使用。对于非材料类专业的学生,特别是机械类专业的学生,更关心材料的力学性能和应用范围。因此,在课程内容的安排上,应以与机械工程有关的机械性能为主,给出常用工程高分子材料的基本力学性能指标及适用领域。

1.3 授课过程重视学生的先修知识

大多数高校的机械工程材料课程以金属材料为主线,在学习高分子材料之前,学生对金属材料已经有基本了解。高分子材料与金属材料之间存在较大差异,例如:高分子材料的聚集态结构以非晶结构为主,而金属材料则以晶体结构为主;许多高分子材料,特别是橡胶类的高分子材料具有金属材料所不具备的优良弹性等。学生先修知识的习惯思维在他们学习高分子材料时可能会引起冲突,因此在授课时必须对金属材料与高分子材料的差异予以考虑。采用与金属材料对比的方法学习高分子材料,有利于帮助学生澄清概念,更好地掌握高分子材料的知识。

1.4 教学方式应具有高效性

高分子材料课程涉及的概念繁多,容易混淆,对于机械类学生而言比较抽象,难以理解。在短短的4学时内,要想让学生尽可能多的掌握高分子材料的相关基本概念,必须摒弃照本宣科或一味讲授的教学方式。通过高效的教学方式,充分调动学生的积极性、主动性,引导学生思考,方能达到理想的教学效果。

1.5 提供扩展知识的参考书

由于高分子材料的性能、结构、制备工艺以及表征与金属材料和陶瓷材料完全不同,而且目前在机械工程材料中高分子材料部分比例很少。为解决这一矛盾,在章节后面列出了比较系统的高分子材料性能、内容、结构、制备工艺以及表征方面的书籍,以供学生参考[7,8]。

2 高分子材料教学改革

根据以上原则,我们在2013年度的授课过程中对高分子材料的讲授进行了调整,具体如下:

(1)授课内容及学时安排:高分子材料的基本概念(高分子、单体、链节,0.5学时),高分子材料的分类方法(按用途分类,按热行为分类,按反应类型分类,按主链结构分类,0.5学时),高分子材料基本结构(简单介绍近程结构、远程结构、聚集态结构的概念,0.5学时)及物理状态(玻璃态、高弹态和粘流态,0.5学时),典型工程塑料的力学性能和应用(1学时),典型合成橡胶的力学性能和应用(1学时)。

(2)重点讲授常用工程高分子材料(工程塑料、工程橡胶及工程纤维)的基本力学性能及典型工程高分子材料的适用领域。

(3)授课过程中通过列表等方式将高分子材料的相关内容与金属材料进行对比,一方面避免概念混淆,另一方面突出高分子材料与金属材料的不同之处。

(4)采用启发式教学模式,通过设问、模拟实验、举例、探究等方法引导学生思考;在多媒体课件中,采用丰富的图片、动画激发学生学习的积极性和主动性。

3 结束语

通过机械工程材料课程中高分子材料的教学方案改革,学生对这种新型工程材料有了基本且更为全面的了解,他们深刻认识到,高分子材料是机械工程材料领域中不可忽视的分支。

参考文献

[1] 文九巴.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 于永泗,齐民.机械工程材料[M].大连:大连理工大学出版社,2012.

[3] 张留成.高分子材料基础[M].北京:化学工业出版社,2011.

[4] 高建纲,宋庆平,丁玉洁,吴之传.工科非本专业《高分子化学》课程的教学探讨[J].高分子通报,2009(5):63-66.

[5] 韩顺玉,柳海兰.非高分子专业《高分子化学》课程教学实践与探讨[J].中国科教创新导刊,2010(35):93.

[6] 詹茂盛,何利军.“高分子材料课程信息化师生互动教学方法”研究与实践[J].化工高等教育,2004(3):69-71.

高分子材料的分析方法范文2

【关键词】高分子材料;老化;影响因素;措施

配方的构成和材料本身的性质是引起高分子材料发生老化的主观原因。外部的施力、自然条件的急剧变化以及生物、微生物的侵蚀是引起高分子材料发生老化的客观原因。主观因素和客观因素的结合加剧了高分子材料的老化。

1、环境因素对高分子材料老化行为的影响

1.1温度和氧气的影响

如果温度升高,高分子链的运动就会变得比平时更加激烈,而化学键的理解能有一定的范围,如果温度过高超出了这一范围,基团会立即脱落,高分子链也会发生热降解,实际情况表明,不在少数的书本都介绍了高分子材料的热降解的相关内容。材料的力学结构在很大程度上会受到温度降低的影响,在纬度较高的地区或南北两极,塑料更容易遭到低温度的破坏。针对结晶型塑料来讲,一旦玻璃化温度高于环境温度,将不利于高分子链段的自由运动,塑料硬化、易断是主要表现;无定型塑料却不容易受到极寒环境的影响和破坏。

众所周知,氧的渗透性很好,这个特点也因此成为加剧高分子材料老化的罪魁祸首,无定型聚合物和结晶型聚合物相比,耐氧化能力明显要弱一些。此外,氧气是影响、破坏材料的主要因素,橡胶一旦与氧气结合,都会降低塑料物品的使用年限,使其化学性能发生完全的改变。

过氧化物一旦发生氧化反应,其组成分子就会慢慢的积累到一起,当全部积累到一起后,就会发生分解,这种分解不是杂乱无章的,随后,交联或支化反应就会发生,材料的种类不同、老化发生的条件不同。这些都导致高分子材料发生老化前后性质的不同。

1.2湿度的影响

高分子材料容易受到湿度的影响,高分子材料如果被暴漏在高湿度和强紫外线下,自身的性质会发生改变。高分子材料如果受到湿度的影响,会使自身的柔软性降低,导致不能过度的弯曲;而强烈的紫外线照射直接会降低高分子材料的可延展性、可伸拉性。

1.3化学介质的影响

化学介质一旦深入到高分子材料的内部,就会发生对其共价键与次价键作用。聚合物的共价键一旦与少量的侵入相接触,就立马会发生反应,聚合物的大分子结构被迫改变,如断链、交联、渗透物的加成等,或这些反应的综合。这个化学过程是不可逆的,也是不可避免的,聚合物及其添加剂的化学性质会因此而发生改变,另外,发生改变的还有渗入介质本身的化学性质。虽然,在渗入介质对聚合物分子链间的次价键的破坏过程没有化学结构变化发生,但作为整体的高分子材料来说,物理变化并不少见,反而是显而易见的,例如环境应力龟裂、增塑、低分子添加剂迁移等等。

1.4光老化

离解能的相对大小及高分子化学结构对光波的敏感性决定了聚合物受光的照射是否引起分子链的断裂。

关于光氧化降解过程和防止这种降解过程的发生,第一要把阳光吸收进来,用于吸收阳光的主要是构成物质的分子和原子,二者通常处于相对活跃的状态,而且它们各自吸收的光的波长具有特定的范围。紫外波长300~400nm,能被含有羰基及双键的聚合物吸收,而使大分子链断裂,改变聚合物的化学结构和性能。

2、防老化措施

对于结晶型塑料及橡胶,要求使用温度应处于玻璃化温度以上,但是环境的温度过低会使玻璃化温度高于材料的使用温度,这样一来,就会改变材料的物理性能,最终使材料的使用价值得不到彻底的发挥。生产加工高分子材料的时候,为了适当地降低玻璃化温度,可以降低材料的结晶度、提高大分子链的柔性和适当降低交联度; 还可以把增塑剂添加到已经成型的材料当中,这样做不仅有利于增强材料的可塑性,而且可以使玻璃化温度得以降低,而材料的耐寒性得以提升。还存在一部分高分子材料,如果使用环境的温度过高,也会加剧发生老化的可能性,增加高分子链的刚性如在侧链中引入苯环,适当提高材料的结晶度、交联程度和相对分子质量,可以提高熔点或粘流温度,但是这样做不利于保持材料固有的可加工性。

稳定化是光氧老化的主要防护措施,削弱强烈的紫外线对高分子材料的照射与破坏是各种稳定化措施的主要目的是。提高抗光氧老化的效果,“纯”化以及高分子的自身结构也是不错的出发点。就目前来说,防止高分子材料的光氧老化的主要方法就是添加稳定剂。

(1)光屏蔽剂―――涂层和颜料:涂层就是为高分子材料涂抹一层保护膜,这层保护膜也是一种高分子材料,具有良好的光屏蔽作用,而且它吸收强紫外线的能力较强;许多颜料可以屏蔽光线,如果将其涂抹在高分子材料的表面,不仅可以着色,还可以防止紫外线的直接攻击,对高分子材料起到很好的保护作用,按常理来说,颜料的颜色越深,其防护效果越明显,由此可见,炭黑是最好的颜料选择,它一方面可以使得游离基无法逃离,能够将游离基稳定的留住,另一方面它具有很强的转化功能,这里的转化的源物质是其本身吸收到的能量,转化后的物质是红外线,与一般的辐射性质不同,这种红外辐射危害极小,甚至为零。

(2)猝灭剂:一部分化学物质起光稳定作用不是因为吸收了紫外光,其光稳定效果的实现和发挥有两种途径:第一,通过一些列的化学反应达到目的;第二,化学物质的分子之间的相互转换。

(3)受阻胺(HALS)类光稳定剂:20世纪70年代初期,受阻胺类光稳定剂诞生,其稳定效果是非常明显的,它们是空间阻碍胺类哌啶系衍生物。受阻胺类光稳定剂使得高分子材料不容易受到光的影响,功能繁多。

不论是在我国国内,还是国外许多国家都在研究怎样避免霉菌对高分子材料造成破坏,有两个措施可以有效地防止霉菌的侵蚀,第一种是涂抹防霉专用剂。第二种是在其表面涂抹另外一层材料,简单来说就是涂层法。涂层又叫屏蔽法,而这种方法较为复杂、麻烦,涂层的粘接性不够强,容易脱落,脱落之后容易遭到侵蚀,总的来说,就是存在很多亟待解决的问题,因而第二种方法,即防霉剂的运用受到大多数人的青睐。

聚酯、聚缩醛、聚酰胺和多糖类高聚物在酸或碱催化下,遇水发生水解的可能性较大,某些区域一旦酸性气体较多,大气污染浓烈,酸雨频发,就会阻碍和限制这种高分子材料的使用。为了防止这种材料出现水化解体,把一层防护蜡或防水薄膜覆盖在在这类材料的表面是较为常用,也是较为实用的办法。

3、结语

由于经济、科技条件的制约,加之高分子材料自身结构的复杂性、难以捉摸性,导致我们很难将其老化的原理搞得明白、透彻,对其研究还有很长的路要走,所以,加大对高分子材料老化性能的机理研究势在必行,尽最大努力找出哪些因素加剧了高分子材料的老化,并且具体问题具体分析,研究具有针对性、可行性的解决措施。

参考文献

高分子材料的分析方法范文3

关键词高分子材料成型控制技术

中图分类号:TB324文献标识码:A

当前,利用高分子材料制作的产品已经有效地利用在现代化的工业建设之中,满足人们生产生活的需要,并且由于科研工作者们的不懈努力,高分子材料成型及其控制技术取得了飞速发展,但是由于本文就高分子材料成型及其控制是比较困难的,所以本文就高分子材料成型及其控制加以分析,希望对高分子材料的发展有所帮助。

1高分子材料成型技术分析

1.1高分子材料成型原理

高分子材料的合成和制备,就是由几个化工单元操作通过高分子反应将多个单元操作熔为一体。在传统聚合过程中,高分子反应加工研究的重点是高分子形态结构。在传热和传质问题上,主要是利用溶剂和缓慢反应来进行处理,这样会容易因为具体反应中物料的温度过高导致物料反应受到影响,从而出现物料降解和碳化情况。为了解决这一问题,工作人员是利用设备来给物料加热,这样在聚合反应中出现热量聚集的情况就可以及时将设备移走,从而降低温度,提高聚合反应效果。虽然这种方法在解决传热和传质的问题上取得的效果不错,但是由于操作比较繁琐的,就容易出现差错。当前则是以流变学为理论基础,研究物理材料的应力、应变、温度、湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形、流动的规律,以此来改变高分子反应的某些条件,利用高分子反应加工来解决传热和传质问题。

1.2高分子材料成型的加工技术

1.2.1聚合物动态反应加工技术及设备

高分子材料成型加工是高能耗过程,无论是挤出、注射还是中空吹塑成型,原理都必须经过熔融塑化及输送这一基本和共性的过程。在传统加工设备中,在传热反应和化学反应上难以控制,还会增加投资费用、产生较大噪音等,所以在进行高分子材料成型加工的过程中,尽量不要采用传统加工设备。当今主要是采用聚合物动态反应加工技术,就是将聚合物反应挤出全过程引入到由电磁场引起的机械振动中,这样能控制聚合物反应,主要是控制化学反应、控制制品的物理性能和化学性能、控制反应产生物的凝聚态结构等。另外,还可以通过使用适合的、有效的设备如螺杆挤出机和螺杆注射机等,可以控制聚合物单体的停留时间分布情况;加强聚合物反应加工控制可以通过振动立场的作用。通过科学合理的利用聚合物动态反应加工技术及相关设备来控制聚合物反应条件,从而来保证反应产生物质量、动量及能量传递等方面达到需求标准。

1.2.2以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术

目前,利用动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术主要是在聚合物/无机物材料物理强化制备新技术上的应用效果较佳,其复合材料就是利用聚合物进行原位表面改性处理、原位包覆处理等来成型的;另外在热塑性弹性体动态全硫化制备技术应用效果也比较好,因为将混炼引入到振动力场中能够使混炼的橡胶转变成动态全硫化,从而有效控制硫化反直进程,避免共混物相态反转的现象发生。

2高分子材料成型中的控制

不管采用何种技术来进行高分子材料成型加工,都是需要通过对控制高分子材料成型过程的控制,来减少由于不良问题而影响高分子材料成型效果的情况发生。通过对高分子材料成型过程的分析,发现反应过程最容易出现的就是共混物形态发生变化,所以加强形态控制和制品温度控制是非常必要的。

2.1形态控制

在聚合物反应中,多数聚合物多相体系是不相溶的,所以为了改善相容性,一般要加入第三组分来控制聚合物混合加工过程中形体和稳定性。通过对高分子材料加工中进行有效的形态控制,可以为工业及其他领域创造较高的经济效益,并且对确定开发高分子材料也是非常有意义的。

2.2制品温度控制

通过以上分析可知多种聚合物反应加工的过程都是盲目控制制品温度的,这是因为对聚合物及其共混物在非等温场作用下制品温度随时间变化关系的不清楚的关系,这样制品的性能就会受到影响,导致其使用性大打折扣。但是通过相关研究人员研究发现,微纤对基体聚合物结晶形态、结构有一定影响,所以在多种聚合物反应加工的过程中将导电离子组装到微纤中,微纤在体系中就会形成导电三维网络结构,从而可以有效对制品的温度加以控制。

3结语

综上所述,确定高分子材料成型及其控制技术的有效应用可以提高高分子材料的应用价值,为创造较高的生产力奠定基础。但是目前我国高分子材料成型及其控制技术研究正处于起步阶段,相关工艺还不成熟,所以相关研究人员要持续致力于此方面的研究,让高分子材料更多的应用于生活中,满足人们生活的更高要求。

参考文献 

[1] 雷玉臣,唐刚.浅谈高分子材料成型及其控制技术[J].科技创新与应用,2015(11). 

高分子材料的分析方法范文4

关键词:高中化学教材;前沿科技;合成有机高分子化合物;六国比较

文章编号:1008-0546(2015)07-0057-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.07.020

21世纪,科学技术已广泛融入到现代生活各个方面。高中化学教材中前沿科技知识的渗透和编入不仅能体现课程综合化与融合性的要求,更能使学生深入认识本学科甚至是交叉学科领先的科学技术[1],让学生意识到化学学习的意义和价值,认识到利用化学知识解决生活中问题的重要性,感受化学科学的实用性和创造性。世界各国高中化学教材均将科技前沿知识渗透到教学内容中作为在教材内容创新的重要方面,在保证内容选择的基础性与时代性的和谐统一方面各有特色。合成有机高分子材料是现代科技硬件的重要载体,被广泛应用于医药卫生、现代工农业生产以及国防科技、航空航天、信息通讯和生物工程等各个领域,是化学前沿科技最具代表性成果之一,也是学生认识化学科技在社会生活中应用最好的学习资源。本文以合成有机高分子材料为切入点,通过研究世界发达国家高中化学教材在内容选择、编排与呈现方面渗透前沿科技成果的理念与做法,以期为我国高中化学教材内容创新提供启示。

一、研究对象

研究选取了中国、日本、澳大利亚、新加坡、美国、英国六国的主流高中化学教材作为研究对象,其名称、出版社、出版信息见表1。

二、内容选取

要认识合成有机高分子材料,“合成有机高分子化合物”是其重要的基础。我们从“合成有机高分子化合物”内容入手研究。

1. 选取比例

“合成有机高分子化合物”包含“合成有机高分子化合物基础”(以下简称“合成基础”,主要包含单体、聚合反应、高分子化合物的结构与合成高分子化合物的合成技术等内容)、“合成高分子材料”(主要包含各类合成高分子材料的性质、结构、合成、用途、分类及处理等内容)、“功能高分子材料”和“复合材料”四部分内容。用该四部分内容的知识点数目除以“合成有机高分子化合物”总知识点数目,所得百分比来表示各部分内容选取的比例。六国高中化学教材中四部分内容占“合成有机高分子化合物”的比例见图1(左侧饼形图)。

由图1可以看出,“合成高分子材料”在六国教材中均为最主要的内容(比例均在60%以上);其次是“合成基础”(比例平均在20%~30%);“功能高分子材料”各国差异较大:比例最大(11%)为中国教材,其次是日本教材(8%)、新加坡教材(5%),其他国家没有该部分内容;“复合材料”只有中国和澳大利亚教材涉及,比例均为2%。

“合成高分子材料”包含“塑料”“化学纤维”和“合成橡胶”三部分内容。用同样的方法求得图1右侧饼形图的数据,可以看出,“塑料”在六国教材中所占比例均为最大(比例均在45%以上),其次分别为“化学纤维”和“合成橡胶”(美国和英国教材除外)。

2. 内容深度

从学习认知水平角度分析,发现,日本教材在“合成高分子材料”、“合成基础”部分内容最深,难度最大。

日本教材在“塑料”部分介绍的塑料种类最多,包含聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尿素树脂、酚醛树脂、聚硅氧烷树脂、聚醋酸乙烯酯、密胺树脂和离子交换树脂共10种;澳大利亚教材提到9种,新加坡教材5种,中国和英国教材仅为3种,美国教材最少,为2种。日本教材不仅包含的塑料种类最多,而且都深入详细地介绍了每一种聚合物的性质或结构以及聚合反应方程式和用途。澳大利亚教材虽然给出的塑料种类多,但是除了详细介绍聚乙烯、聚氯乙烯这两种聚合物,其他都是简单介绍其性质和用途。中国教材包含的塑料种类虽少,但对聚乙烯和酚醛树脂两种聚合物的介绍最为详细。

在“化学纤维”部分,日本教材编入的化学纤维种类最多,包括合成纤维中的6-6尼龙、芳纶纤维、6-尼龙、涤纶、聚丙烯腈纤维、维纶,和人造纤维中的粘胶纤维、铜氨人造丝、醋酸盐纤维共9种,并且从性质、聚合反应方程式、用途这几个方面详细地一一介绍。中国教材仅简单提及“六大纶”。新加坡教材给出2种,澳大利亚和美国教材仅给出1种。

在“合成橡胶”部分,日本教材提到的合成橡胶种类最多,包含丁苯橡胶、腈基丁二烯橡胶、聚氯丁二烯共3种,并详细介绍其性质或符号以及聚合反应方程式或用途。中国教材仅讲到顺丁橡胶一种,但从特点、聚合方程式以及橡胶的硫化和用途等方面很详细地进行了介绍。美国教材仅提到丁苯橡胶的符号。

在“合成基础”部分,日本教材提到的聚合反应方式最多,包含加聚、缩聚、开环聚合、共聚合4种,中、澳、新、美、英五国教材仅呈现了加聚、缩聚2种。

3. 课程功能实现

从教材中“合成有机高分子化合物”内容的课程功能实现角度分析,我们发现六国教材中澳、新、美、英教材更加注重对科学方法的教育:

(1)实施技术方法教育。澳大利亚教材把“合成有机高分子化合物”作为技术教育的重要内容,占用一节的篇幅详细介绍了7种修饰多功能高分子聚合物的手段和3种高分子材料成型技术,以及各种手段和技术的应用[2]。澳大利亚教材中该部分内容将高分子合成的基础原理和化工生产结合起来,是合成理论过渡到实践的桥梁,实现了合成技术的“工艺化”,是培养学生技术素养的有效内容。

(2)渗透环保教育。新加坡和英国教材除了介绍塑料的广泛应用之外还选取较大量的内容来讲述其危害性,澳大利亚和美国教材详细介绍了“分类回收法”的废旧塑料处理方法,澳大利亚和中国教材提到了可降解高分子材料的研发,这将有利于学生了解材料的使用与环保的关系。

(3)提升实践能力。澳大利亚和美国教材详细列出了塑料制品的回收标识、代表的类型名称及性质、应用。回收标识也是健康证,学生可以在生活中根据编号来判断塑料的种类和质量,从而有利于帮助学生学会鉴别化学信息的真伪和品质,养成独立思考及反思的能力,培养学生的批判性思维,同时启发学生学会利用分类的方法解决生活中的化学问题,引导学生将化学知识应用到实践中去,提升学生的实践能力。

三、组织编排分析

表2列出了各国教材中涉及“合成有机高分子化合物”内容的章节编排情况。

依据教材中章节的设置,我们发现其组织编排方式有2种类型:(1)独立成章。中国和日本教材分设两章介绍有机高分子化合物,澳大利亚和新加坡教材设置一章。日本教材按合成有机高分子化合物的分类设章,而中国教材是按学习难度于必修2和选修5分设两章,采用螺旋式的组织编排方式。(2)独立成节。美国和英国教材如此。

依据教材编写所体现的课程观分类,其组织编排方式有2种类型:(1)学科中心设计取向。中、美、新教材以有组织的学科知识作为教材设计的基点,按照学科结构为中心来组织学习内容[3];(2)社会生活问题中心设计取向。日、澳、英教材以生活、社会问题作为教材编写设计的基点,巧妙地将合成有机高分子化合物与生活实际联系起来,使学生在潜移默化中学会利用所学知识原理更科学、深入地认识、利用生活中的有机高分子材料,更大限度地实现其教学价值。

另外,各国教材组织编排各具特色:(1)日本和澳大利亚教材设置了章的上级标题――“研究领域”,使知识体系更加系统、清晰;(2)澳大利亚和新加坡教材的节标题设置详细、具体,核心概念界定清晰。中国教材章下的节标题少,每个节标题包含内容范围过大,且节标题下的小标题很少,导致框架不清晰,文字阅读量大,不利于学生进行信息提取,加之该部分知识内容多,分类复杂,这无形之中加大了学生学习难度。

四、结论与启示

通过对六国教材“合成有机高分子化合物”内容分析和组织编排的比较,我们可以获得如下结论:

“合成有机高分子材料”均已成为高中化学教材中合成有机高分子化合物的核心内容。教材中增加合成高分子材料种类与反应类型,可为学生广泛认识生活中的高分子材料奠定坚实的理论基础,使学生深入理解有机化学基础,拓展有机合成的创新性思维,以化学学科思维更科学深入地认识身边的高分子材料制品;同时,高分子材料制备技术方法的介绍对于提升即将面临职业定向的高中生的应用创造能力和技术素养有着重要作用;再有基于合成有机高分子化合物的介绍,渗透环保意识,有利于使教材向多维化和融合性发展。

我国高中化学教材在核心内容的选取上同各国一致,并采取由浅入深螺旋式的组织编排方式,这些是值得肯定的,但合成高分子化合物类型单一,缺乏与生活相联系和对科学方法的渗透这些问题值得我们深思。由此我们提出如下建议:在内容选取方面,应适当丰富合成高分子化合物的种类;充分发挥前沿科技类内容所特有的教育功能,注重对技术方法、环保意识、实践能力和批判性思维的教育,全面提升学生的应用和创新能力。在组织编排上,前沿科技类内容更适合采取社会生活问题中心设计编排,注重化学与社会生活实际的紧密联系;对于内容繁杂的部分建议采用细致详细的标题设置,同时可选择性增设“研究领域”等标题。

参考文献

[1] 王瑞政,周青,阙丽丽. 化学前沿学科知识在美国化学教材中的体现[J]. 化学教学,2009,01:58-61

高分子材料的分析方法范文5

关键词:高分子材料专业;化工原理;教改实践;教学内容;教学方法

化工原理是一门综合性技术学科,主要研究化学工业生产中有关的各单元操作的基本原理、所用的典型设备结构、工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题。它是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科,主要强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养,强调理论联系实际。由于其在培养学生工程科学及工程技术的双重教育任务中起到重要作用,目前该课程是化工类及相近专业的一门重要的技术基础课,很适合现在的“重基础宽口径”本科教育的培养理念。笔者所在校的化学工程专业、食品工程专业、制药专业、高分子材料与加工专业和生物化工专业都开设了该门课程的教学任务。

化工原理教材源自1923年美国麻省理工学院的著名教授W.H.Walker等教授发表的首部著作――Principle of Chemical Engineering。我国最早是浙江大学在1927年首建化学工程系时开设了该门课程的。自此有关化工原理课程的教学与改革工作开始深受学者们重视,目前化工原理的理论教材正式出版的已达20多个版本,同时发表的教研论文也有近600篇。然而,目前多数教材有一个普遍的特点就是偏重于引介传统的基础化工知识,对化学工程类专业的学生适应性强而缺乏与其他的教学专业间的密切联系,从而易使其他非化工类专业的学生产生教材对于他们专业适用性不强的错觉。这也导致部分的非化工类专业学生对该门课程学习兴趣不强。如果将学生的专业课程的知识融入化工课程原理的教学中,以化工原理知识在非化工类相关专业中的应用为切入点引导这类专业学生的学习兴趣是很重要的。

高分子材料与加工专业是以相对分子质量较高的化合物构成的材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等为研究对象研究其合成改性和加工成型等的一门科学。这有别于多数化工原理教材中引述的小分子物质如水、苯或甲苯等常规化学品的。如何将化工原理知识和高分子材料加工应用实例结合起来教学,从而提高该专业学生学习该门课程的积极性,笔者围绕着教学内容和教学方法等,在课堂上开展了一系列的教改实践与尝试,并获得了好的效果。

一、阐明高分子生产加工与化工生产间的内在联系高分子材料加工涉及的通常是高分子材料成型加工方法,化工原理课程也是海南大学(以下简称“我校”)高分子材料与工程专业的一门专业基础课。学生在初学化工原理时可能感觉与高分子加工技术相差较大,对将来专业知识没有直接帮助,学习的积极性与主动性均难以充分调动,甚至还易产生消极抵触的情绪。因此,在课程刚开始的绪论这一章的教学中在介绍什么是化学工业过程时笔者不以教材里的传统化工加工为例,而是详举高分子行业中运用化工原理知识进行材料加工处理的实例,提前介绍一些高分子材料加工的方法,拉近学生与传统化工加工技术的距离,让学生理解高分子加工的一些操作与传统化工类的操作间的异同点,以便消除同学们内心的疑惑,指明高分子材料加工专业的同学学习化工原理知识的必要性。

如天然橡胶的初加工是海南(以下简称“我省”)省的特色产业也是我校高分子材料专业的一个重要方向。从天然橡胶树上采割的胶乳经过一系列的处理得到干胶产品(如图所示)。在这个过程中干燥、浓缩、压片等操作与传统化工生产中的相关的单元操作一样,所用的基本原理相同,设备基本通用。

高分子材料如聚乙烯的合成中乙烯气体在常压常温下,加压输送合成前的加热升温操作及反应后产物的分离与传统化工专业的流体输送原理及加热原理是相同的,所用设备是相通的。二、将高分子加工工艺融入化工原理的课程教学中在高分子材料的加工中采用了大量的化工单元操作。但这些高分子加工工

制胶方法图艺在传统的化工原理教材中是看不到的。这就要求任课教师具有高分子材料加工方面的知识背景,这样可以将高分子加工工艺中运用到的化工原理的知识融入课程的教学中,学生领会到该门课程的知识在专业知识中的基础作用学习兴趣才会提高,并且在将来的工作中能有意识地提前运用化工原理的理论知识,进行企业的节能降耗等的工艺改进。

如在以动量传递理论为基础的单元操作的有关教学中,教材通常是以牛顿型流体如水、苯或甲苯等常规化学品的流体输送为例,而高分子材料专业的学生处理对象多为大分子材料,所处状态通常固体颗粒或黏稠状态,属于非牛顿型流体范畴。因此教材中的例子缺乏对高分子材料专业学生的足够吸引力,难以达到应有的示例效果。教学中我们以胶乳厂中天然浓缩胶乳的生产工艺为例,说明工艺中我们利用泵提供新鲜胶乳能量,促使其流入高速离心机中,而离心机是非均相物分离的一个单元操作。高分子量的聚异戊二烯在离心机转鼓的轴中心较远的地方富集,而小分子如水分、小分子量的聚异戊二烯在轴中心附近富集。将这两个位置的乳液分别导出就分别得到浓缩胶乳和胶清胶,并利用非牛顿型流体的阻力计算方法表明,由于胶乳的黏稠度远大于水的黏度在动力消耗上要比同等条件下输送水的动力消耗大。

鉴于在塑料或橡胶的加工生产中大量运用到了螺杆挤出机。所以在流体输送设备介绍中,笔者是以螺杆挤出机在塑料加工中的应用为例,说明螺杆挤出机的工作原理,并且介绍在塑料挤出机的料斗的颗粒进料系统中可以利用固体流态化技术,采用真空吸料或用鼓风机压料进行原料输送。

在以热量传递为理论基础的单元操作中,在介绍以导热方式进行的热传递时,笔者以未硫化胶膜在平板硫化仪内加热硫化为例进行导热说明。而以塑料在螺杆挤出机内或橡胶在炼胶机上进行塑炼时的粘流态受热为例介绍对流传热热传递方式。

在以质量传递为理论基础的单元操作中,以粉末涂料的生产为例,介绍喷雾干燥工艺。这些将高分子材料加工工艺融入化工原理的课堂教学中,拉近了材料加工与化工原理知识间的距离,提高了学生学习的兴趣,起到明显的教学改革效果。

三、以高分子材料为实验对象化工原理一般是同学们从公共基础课转向专业课学习所接触到的第一门工程性课程,亦是一门理论与实践紧密结合的技术基础课程。它的实验课教学设计至关重要,其不仅关系到整门课程教学效果的好坏,更是决定能否推进该课程素质教育的关键环节之一。

为提高高分子材料类专业同学参与化工原理实验课的学习热情,笔者在实验教学中选择高分子材料进行相关的实验 。如干燥实验中有的专业以甘蔗渣纸板为实验对象,获得有关纤维的干燥过程曲线和干燥速率曲线。而我省特色产业天然胶乳加工中有将天然胶乳干燥制备成干胶的这一操作。为了结合我校的高分子材料专业,专业实习提前将有关化工原理的知识融入到专业学习中。实验中以天然胶乳制备的湿膜片为实验材料,获得天然胶乳薄膜制品的干燥过程曲线和干燥速率曲线,为以后同学们去胶乳厂参观实习提供理论和实验依据。这一举措不仅有效激发了同学们参与实验研究的主动性,反过来也极大促进了该课程理论学习的积极性。

四、有的放矢传授教学内容,适应少学时的课程教学计划在高分子材料类专业的教学计划中,化工原理虽也多被列为必修课程,但相比化工类专业,其教学学时要少得多。因此,如何在有限的学时内,引导同学们在掌握基本化工操作知识的基础上,有的放矢地传授教学内容,引导学生自主复习,进行课外自学。如化工原理教材中有大量公式推导过程,少学时专业课的教学中不容许课堂上在公式推导中花费大量的时间,课堂教学中会简单介绍推导思路,鼓励学生课前及课后自学,重点放在有关理论的应用上。如离心泵理论扬程的方程式的推导过程,运用了前期我们学过的伯努利方程的知识和几何学中速度的矢量运算知识。在教学中要求学生课前自学,教学重点在分析、总结和对公式的理解和运用上。考虑课程特点,在蒸发等单元操作上分配课时较少,而对于膜分离这类单元操作,由于与高分子材料有密切关系,安排一定的学时学习这类单元操作的原理。这样做到有的放矢,尽可能与专业产生一定的关联,为专业知识拓宽坚实的专业基础知识。

参考文献:

[1]管国锋,赵汝溥.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2008.

高分子材料的分析方法范文6

【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。