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問:高分子材料與工程專業的研究對象是什么?
答:高分子材料與工程是一門將理科、工科相結合的專業。高分子材料,又可以稱作石油化學工業。在發達國家,石油化學工業里60%~70%的產值是由高分子來體現的。高分子專業涉及合成與加工兩個方面,到了碩士階段分設理科的“高分子化學與物理”和工科的“高分子材料”兩個專業。
問:本科核心課程有哪些?高分子材料與工程專業的學生需要具備什么特質?
答:有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理、高分子材料、功能高分子導論。其中的高分子化學、高分子物理和高分子材料都有相對應的實驗課。
我認為一個專業需要各種各樣的人,高分子也是一樣。不能說哪類學生特別適合學這個專業,我倒覺得更應該是學生在選擇高分子后,能夠主動去適應這個體系,發揮自身的特點,不斷深入,持之以恒,這樣才能夠學好。
小編插話:如果能夠不斷深入學習,持之以恒,說不定就會像美劇《生活大爆炸》中的謝耳朵、霍華德他們一樣,成為厲害的物理學家或化學家!在學習的路上,就算腳踩荊棘也要大步前行,來看看都會遇到怎樣的困難吧。
問:在高分子材料與工程專業的學習過程中,有可能遇到的困難是什么?
答:困難主要在于從經典化學到高分子化學的改變。高分子是混合物,所以高分子化學的化學式,結構不明確。在經典化學中,化合物有明確的分子式,但到了高分子化學,很多時候我們只能說大概是這樣,不夠明確,這會令學生困惑。
等到學習高分子物理,困惑就更多。因為學科體系尚未完全建立,很多東西只是在一定條件下的研究過程中,覺得應該是那么回事,至今沒有定論。這種現象,對學生甚至老師來說,都是困惑的。
此外,高分子是大分子混合物,每一個聚合物的分子量有幾萬、幾十萬,甚至上百萬,分子量龐大,且混在一起,此時就需要統計理論來總結規律。高分子物理里有大量統計理論,而統計理論對一般人來講,很難理解。
問:大家是否有對高分子材料與工程專業的理解誤區?
答:很多人認為高分子材料是不環保的,特別是所謂的“白色污染”,這樣的說法并不科學。高分子材料從制造、使用、處置和無害化處理的多環節的綜合評價結果來看,是對環境污染最小和能量消耗最少的材料。國內之所以出現“白色污染”,是因為人們沒有養成良好的環境保護理念和垃圾分類處置的習慣。學習和掌握了高分子的相關知識,不僅可以成為你事業的方向,還可以使自己的生活過得更加健康和環保。
問:高分子材料與工程專業的畢業生,主要是面向哪些行業就業?
答:各行各業都可以。我們系大多數學生讀研究生、出國,真正本科一畢業就去工作的好像很少,碩士畢業很容易找工作。
關鍵詞:交通;高分子材料;工程應用;人才培養
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)22-0139-02
一、前言
交通擁堵已成為世界主要國家存在的交通主要問題。為解決交通擁堵和提高客運運輸能力他們正在尋求新的交通政策和解決辦法,其中最重要方法就是發展軌道交通。因為軌道交通具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點,主要包括干線鐵路、地鐵、輕軌、有軌電車等軌道交通系統。預計到2020年,我國城市化水平將超過50%,城市軌道交通累計營業里程將達到7395千米。發展軌道交通,必須要克服車輛的走行性能、輕量化、集電性能、環保、空氣力學以及其他諸如改善車內環境、提高乘車舒適度、提高耐候性和耐火性等方面的技術,而車輛的輕量化在解決其他各項技術方面起著至關重要性,高速列車的輕量化必須大量采用高分子材料及復合材料。隨著科學技術的不斷進步,具有質輕、高強度以及易成型等特點的集結構功能一體化的新型高分子材料,尤其是高分子復合材料越來越多地應用在現代軌道交通領域。
另外,隨著軌道交通的發展,尤其是鐵路的提速,噪音污染對于人類的威脅也越來越大,甚至危及生命,因此,控制振動、降低噪音已成為急需解決的重大問題。在眾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為突出。高分子材料阻尼特性一直以來是一項重要的研究課題,同時高阻尼聚合物也是目前發展高性能減震降噪材料的重點發展方向。因為高分子材料具有以下特點:(1)利用其玻璃態轉化區的粘性阻尼部分,將機械能或聲能部分轉變為熱能逸散掉,通過阻尼制振降低車廂結構共振區的振動,從而減小車內噪聲。(2)利用小分子和極性高聚物之間會形成可逆的氫鍵,氫鍵在振動下會不斷斷裂和形成新鍵,最終將機械能轉化為熱能而耗散。(3)將不同的阻尼材料交替層狀排列,利用多層雜化材料疊加來有效地拓寬材料的有效阻尼溫域,通過控制復合材料的層狀結構和數量將可獲得更高阻尼值。這些特性是其他材料無法達到的。發展高分子交通材料對于發展交通具有非常重要的應用價值。在當今經濟發展的中國,開設具有交通特色的高分子材料專業,培養更多掌握高分子材料的基本知識和應用技術的人才具有劃時代的意義。
二、高分子專業特色
作為以交通為特色的一所大學,專業設置必須具有交通的特點。學校在“十三五”規劃中,就明顯地突出了交通的特色,確立了學校的發展目標,將其定為“以交通為特色,軌道為核心”發展理念,而且強調其他所有的專業建設必須緊緊圍繞著這個目標,包括學科建設和人才引進。作為與軌道交通有著非常緊密聯系的高分子材料專業更要凸現交通特色。我們在專業建設方面緊緊圍繞交通的特色,包括本科的課程設置、學科專業方向和人才引進。在課程設置方面我們更多地注重學生的實際能力的培養,以軌道交通為靶向,為交通運輸行業提供掌握高分子材料基礎知識和實際應用人才。在學科建設方面首先以高分子材料基礎理論建立學科平臺,尤其是碩士學位碩士點,目前,該專業有專材料科學與工程和化學兩個一級碩士學位碩士點來支撐;其次,按照學校的發展定位凝練學科特色,突出交通,以教授為學科帶頭人,形成專業團隊,在高分子材料與工程專業主要體現在以下幾個方面:(1)根據聚合物的流變學原理,利用共混的手段,將兩種或多種聚合物進行共混改性,以改善單一高分子材料性能,獲得更加廣泛的交通應用材料。同時通過改性可獲得較窄的玻璃化轉變溫度,以形成寬溫域、寬頻率阻尼高分子材料。(2)利用接枝共聚的化學方法,將具有一種較長鏈段或帶有功能基團的單體接枝到聚合物主鏈上,使聚合物能形成多個側鏈或者交聯,獲得新型功能通材料;同時還可以通過改性使側鏈與側鏈之間產生糾纏,實現阻尼增強的效果。(3)運用復合的方式,選擇一種較強的力學強度和較高損耗因子聚合物,通過與一些補強材料或添加第二相粒子,以形成各類具有高性能的復合材料,同時達到應用的需要。(4)利用有機硅獨特的結構,其兼備了無機材料與有機材料的性能,即具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質,并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性,制備硅氧鍵(-Si-O-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷。這類材料應用領域不斷拓寬,而且形成了化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系。
三、高分子專業培養模式
1.明確交通特色的培養目標。在科技發展的今天,材料已成為三大支柱產業(材料、能源、信息)之一,材料的發展水平已作為評價一個國家綜合實力的重要標志。高分子材料與工程是材料科學與工程的一個分支,它在實際生活中得到廣泛的應用。另外,高分子材料易于改性,賦予新功能性,這就使得高分子材料的應用進一步拓展。社會更加急需掌握高分子材料與工程理論知識和專業技能的專業人才。作為工科性質的大學,培養具有一定的實際操作能力,能以理論指導實踐、應用于實踐,服務于地方經濟建設的高分子材料與工程專業技術人才是十分重要的責任。而作為交通特色的大學,高分子材料專業人才的培養必須適應當今軌道交通的需求,專業培養模式應該是“強化基礎,注重交通,突出創新”。
2.以科學研究強化專業建設內涵。專業建設內涵主要包括課程設置、教材建設和師資隊伍等內涵建設。課程體系是實現培養目標最直接的體現,是形成人才知識結構和提高能力的主要來源,是提高人才培養素質的核心,也是教學改革的重點。根據我們高分子專業的培養目標,合理地設置課程,才能高效地促進專業發展,在此,我們按照三個模塊來進行選擇和設置課程,基礎理論模塊按照國家教資委的要求設置基礎理論課程,選擇“十二五”規劃或獲獎教材,系統傳授基礎理論課程,在大一和大二上完成基礎理論課程,為專業基礎理論及專業研究方向提供理論指導;專業基礎模塊體現高分子專業特色設置課程,選擇豐富經驗的教師授課,尤其具有專業特長高級職稱教師,在高分子專業上傳授高分子專業基礎課;專業方向模塊突出交通特色,發揮專業研究方向的優勢讓學生有選擇性進入不同方向的導師團隊,團隊的導師必須具有行業經歷,尤其在專業方向上進行過專業生產實踐,承擔過或正在承擔企業項目,在校內進行專業方向模塊訓練,這樣可以做到形式不單一,課程內容不重復。在豐富教學內容的同時,又加強了師資隊伍的建設。
3.以實踐教學促進專業建設。高分子材料與工程專業與大部分工科專業有著相同的特點,重視工程實踐,該專業是在大量的科學實驗和工程實踐基礎上發現并總結出來的,運用科學分析方法探索其內在的作用機理,采用數學、物理、化學理論與模型計算歸納形成理論體系,并在理論指導下,將科學研究應用于生產實踐,使理論體系進一步得以檢驗并逐步完善,實際上高分子專業形成過程是經過實踐到理論再實踐的發展過程。針對這一特點,我們在設置課程的同時有意側重實踐課程教學,尤其是交通特色的高分子材料實踐教學,培養學生在交通領域具有創新意識、創新能力和實踐能力。
高分子專業教學實踐分為校內和校外實踐。在校內主要包括專業基礎實驗教學、專業實驗、開放實驗、課程設計、計算機模擬實踐和畢業教學環節等實踐教學部分。而在校外主要包括認識實習、生產實習以及畢業實習等實踐環節。校內實踐是校外實踐的基礎,相互銜接,在專業基礎實驗教學中要積極有效地開展研究型、設計綜合型實驗教學,鼓勵學生利用業余時間參加開放實驗活動,注重培養學生的動手能力和科研能力。校外實踐注重實訓基地的建設,形成良性互動,學生在生產實習中得到鍛煉,企業在學生的生產實踐中發現人才,能為企業使用,學校提高了聲譽,企業也大大地降低了生產成本,兩個實踐模式的有效結合,提高了學生的動手能力,加強了學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力,為今后從事本專業研究與生產奠定良好的基礎。此外,我們還探索了一條校企合作培養的模式,在學生和企業中產生很好的效應。也就是利用畢業實習階段,將有意愿到企業就業的同學以企業工程師為導師,在企業中完成畢設,打破了原來學生必須在學校的導師指導下完成畢業設計的模式。
四、結語
高分子材料應用非常廣泛,從國家發展規劃就不難發現,在“十三五”規劃中,新材料就已經成為重大科技項目之一,為在新材料、新技術、新工藝方面有重大突破,就需要更多更優秀的材料從事者。尤其是軌道交通輕量化的發展,對于材料的要求就越來越高,特別是高分子材料和復合材料,因為他們具有非常顯著的優勢。這就要求高等教育必須培養更多掌握高分子交通材料的優秀人才,因此,改革高分子材料與工程專業的教育教學,使之適應當今軌道交通發展。教學改革必須更加注重高分子材料與工程專業學生的工程應用能力的培養、辦學質量和人才培養質量。提倡一種“強化基礎,注重交通,突出創新”的培養模式,以適合當代軌道交通發展的需要。
參考文獻
【文章編號】0450-9889(2017)06C-0078-02
高分子材料是化工產品的一個分支,是目前發展最快、應用前景最廣且最具生命力的一類化工產品;高分子行業的迅猛發展,急需大量復合型人才。而大多數高校高分子材料專業的人才培養側重在材料的合成等偏理論方面,對高分子材料加工成型為終極產品的工藝環節關注的程度不高。廣西大學化學工程與工藝專業在化工材料加工工藝方面開設了系統的專業課程群,為“高分子材料成型與工藝”課程的設置打下了堅實的理論基礎。然而,廣西大學化學工程與工藝專業沒有開設過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等高分子基礎或專業基礎課程,且該專業作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業,開設的專業課程很多,所有的專業課程學時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學時數少、無配套實驗的背景下,本文從教學內容、教學方法、創新能力培養等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學改革進行探索。
一、教材的選用
廣西大學化學化工學院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設時,選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》,學生通過學習可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應用,全面系統地了解高分子材料成型技術的最新知識。教學過程中,學生反映這本教材的難度太大,因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業技術課程,需在完成化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學、高分子物理和化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等基礎理論課和專業基礎課程后,對學生進行綜合訓練。
“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學期開設的專業課,此時學生已經修完化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學等基礎理論課,然而基本沒有學過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等專業基礎課,高分子材料方面的基礎較差,加上這本教材講述的理論知識較少,所以學起來較吃力。根據學生的反映,學院及時更換了教材,采用周達飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材,該教材高度概括了高分子材料的最基礎的知識,對加工成型影響很大的高分子流變學基礎知識進行較全面深入的介紹,全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝,也兼顧了新技術和新方法,難度適中,得到學生好評。
二、教學內容的改革
高分子材料成型技術涉及化學、材料、材料加工、機械等多種學科,“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業技術課程,需要廣泛的理論知識基礎?;瘜W工程與工藝專業的學生基本無高分子材料理論基礎知識,學習起來的確難度很大。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學內容,重點掌握三者的關系,強調成型加工對制品性能的重要性,這是本課程的主題思想,也是高分子材料的工程特征;選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》,充分利用國內外重要專業期刊了解行業最新動態,不斷更新及補充教學內容,確保教學內容的先進性;在教學內容安排上,以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點,以寬專業為目標,概況高分子材料理論基礎和概念(詳細的內容指定參考范圍讓學生利用課外時間自學),從高分子材料的加工原理出發,著重對成型加工工藝進行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發,對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術及工藝進行重點講授,然后講授塑料、橡膠及復合材料的成型特點和區別,對于一些新的成型方法,以及教材中未涉及而在一些科技文獻中見報道的新的成型方法及工藝,教師建立了QQ群這樣的交流平臺,并將高分子領域權威的一些微信公眾號分享到平臺上,經常轉發高分子材料國際國內的重要進展到平臺,引導學生關注,激發學生的學習積極性,讓學生以興趣為導向自動組成興趣學習小組的方式進行自學。筆者首先通過課內課外結合強化高分子理論基礎與概念,對成型加工影響最大的流變性在課堂上進行詳細介紹,而其他性能如穩定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學習內容,在有限的學時內,節選核心內容,把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應用體系分成很多小結,而教學過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講,但不同章節會選不同的材料體系來進行,比如講橡膠的壓延,那么注塑可能選塑料,而擠出可能選復合材料,這樣來兼顧各類高分子材料的成型。
三、教學方法的改革
教學方法是影響教學目標是否能夠實現、實現的程度和效率的關鍵。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程教學存在兩個難點:一是許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程,這要求有實際感性認識和直觀性;二是該課程的理論性和實踐性都很強,如何在教學過程中實現理論與實際的結合,用理論來解釋生產中的實際問題,或以具體實例來說明理論,促使學生真正掌握知識。針對這些問題,“高分子材料成型與工藝”課程在教學過程中對教學方法、教學手段進行了改革。
(一)現代化教學與傳統教學相結合。“高分子材料成型與工藝”課程中許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程,這要求有實際感性認識和直觀性,同時,該課程的理論性和實踐性都很強。筆者根據所選用教材,利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息,并根據需要設計各種演示效果,將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學生,激起學生學習的興趣、吸引他們的注意力,大大加深學生對知識的理解和印象。由于化學化工學院缺乏相應的高分子材料成型教學設備,教學小組聯系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課,同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像,不斷補充到授課內容中,讓學生對高分子成型工藝及設備等有更直觀的認識,對課件內容進行更新和完善,豐富課堂內容,加大課堂信息量,使學生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認識,使教學達到事半功倍的效果。
同時,教師也要注意吸取傳統教學中講解的優點,將教師的語言、激情和應變能力體現在多媒體教學中,并用眼神、情感、心靈與學生溝通,必要時還要進行板書,讓學生徹底把握一些關鍵問題。
(二)采用“任務驅動”教學法和啟發式互動式教學。與傳統的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學方式不同,筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務驅動”教學法,從傳統教學的講授、灌輸和教師主宰課堂,轉變為組織和引導;從單純講解轉變為與學生進行適當的交流和探討。筆者在講述“高分子材料配方設計”這一章內容時,并沒有按照書本來進行,而是布置了一道思考題“設計食品袋的配方”,讓學生通過自學課本內容與上網查找相關知識等來完成這一思考題,并在學生完成后讓他們用PPT來展示成果,通過討論的形式與學生探討了配方設計中的一些原則與內容。
啟發式互動式教學強調先讓學生積極思考,再進行適時啟發;教師不僅要加強自身專業素養和知識積累,而且更重要的是建立師生互動的教學過程,并營造良好的課堂教學氛圍,實現教學相長;教師注意自己角色的轉變,良好的學習情境可使學生了解學習任務的必要性和與學習任務相關的學習信息,從而激發學習意愿和濃厚的學習興趣;在教學過程中,對于重要的知識點,通過案例教學,與學生共同分析和討論,啟發學生進行思考,培養學生的創新能力。
關鍵詞:高分子材料;發展;應用
隨著高分子材料應用范圍的不斷拓展,作為一名高中學生,還是應該對高分子材料的發展現狀以及應用趨勢有一定的了解,這樣才能夠對未來的生活與工作起到一定的鋪墊作用。
一、高分子材料含義與發展現狀
(一)高分子材料
高分子材料指的是多個重復單元共價連接,分子量很大一類的分子從而組成了相關的聚合物,并且還具有一定的粘彈性。現階段,高分子材料正逐漸朝著高功能化、復合化、高性能化等方向不斷發展。因此,我國高分子材料需要在通用性進一步開發的基礎上,偏向于高分子材料品種、技術水平以及生產的重點發展,這樣才能夠促進市場的發展需求[1]。
(二)發展現狀
為了滿足汽車工業、家用電器、電子信息等多個領域的需求,高分子材料重點發展主要是:第一,高性能化,如耐熱性、高機械性、耐腐蝕性以及耐久性等方面。第二,高功能化,如生物學、光學、力學等多種功能。第三,復合化。如復合材料,通常是基于高性能結構的材料作為基本的符合材料組成。第四,智能化,如材料本身擁有一定的生物功能預知性,如識別能力、修復能力、反應能力等。
二、高分子材料應用趨勢
(一)具有記憶的高分子材料
1.熱響應型
室溫以上的變形,室溫形態固定,同時可以進行長期的存放,當溫度再一次提升到特定,溫度,制件也可以迅速恢復到初始狀態。針對這一能力,主要是在電子通訊、科學實驗、汽車保險杠、油田封井器等領域之中使用,具體如醫用器械、熱縮連接緊固件、光信息、座墊、泡沫塑料等。熱響應型形狀的記憶高分子形變溫度很容易控制,并且制作相對漸變,目前是記憶高分子研究之中開發最為活躍的一個領域。尤其是形狀記憶纖維的開發利用,有利于紡織業發展的推動。
2.電/磁響應型
屬于熱響應形狀記憶功能高分子材料同具有一定導電性能的金屬粉末、導電炭黑以及導電高分子等復合材料。當電流產生熱量之后,就會提升材料的溫度,導致形狀恢復,不但擁有導電性能,同時也具有一定的形狀記憶功能。一般來說,在電子集束管、電磁屏蔽材料等電子通訊以及儀器儀表等領域之中得到廣泛的應用[2]。
3.光響應型
指的是將某一部分光感應變色的基團引入到高分子的主鏈以及側鏈之中,一旦有紫外光照射,PCG就會出現光異構化反應,這樣就會改變分子鏈狀態,導致其宏觀形態也出現相應的變化;當停止光照之后,PCG光構化反應就可以逆行,分子鏈會恢復到原本的狀態。主要用于光記錄材料、藥物緩釋劑、印刷材料等。
4.化學感應型
材料的周邊介質性質的變化就可以將材料的變形以及形狀恢復激發出來。其條件主要是PH值扁你話、相變反應、平衡離子置換等。這一類型的物質,還存在部分的皂化聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。這一材料主要是在“化學發動機”、蛋白質或者是酶的分離膜中廣泛使用。
(二)水溶性高分子化合物
主要包含了水溶性的樹脂和聚合物。屬于一種擁有較強親水性的高分子材料,在水中可以溶解成為溶液。在分子結構之中包含了陽離子、陰離子,極性非離子等親水基團,這樣就可以讓高分子材料擁有性、分散性以及減磨性等多種性能。其主要的種類包含了:
第一,淀粉、動植物膠以及纖維素等天然性的水溶高分析。第二,人工合成水溶高分析,主要包含了離子型、非離子型以及縮合類等。
其物理性能包含了分子量、溶解度、絮凝作用、分散作用、減阻作用等。
溶解度指的是每一分溶劑之中,溶質溶解的平均值。一般來說,溶液之中的溶解溶質要多于平均值,這個時候就稱之為過飽和溶液。所以,水溶性就是最重要的特性之一。分子量作為水溶性高分子的一大特性,其平均值就直接決定了高分子材料本身的性能。同時分子量分布,也會對分子量產生一定的影響。
分散作用指的是兩相界面之中分散劑有序的排列,這樣就可以確保分散體系本身的穩定性。水溶性高分子屬于良好的分散劑,其本身具有疏水基團和親水基團,本身也擁有一定的表面活性能。
當存在一定量的電解質,就會降低微粒的物理穩定性,將其聚集成為絮狀,但是在振搖之后又能夠均勻的分散,這樣的作用就可以稱之為絮凝作用。水溶性高分子本身擁有極性基團,可以吸附水中的固體離子,這樣就能夠形成絮凝團。增稠劑本身屬于流變助劑,能夠讓低稠度的水性涂料增加粘稠度。
將高分子聚合物注入到流體之中,能夠降低流動阻力,這樣使用于降低流體流動阻力的化學劑就可以將其稱之為減阻劑。
三、結束語
總而言之,隨著科學技術的不斷發展,也帶動了高分子材料加工行業的不斷發展,雖然目前國內的高分子材料的研究與應用還與發達國家存在一定的差距,但是相信在廣大研究人員的努力下,我國高分子技術必定會發展的越來越迅速。作為高中生的我們,從現在開始,能夠認識其作用,相信在未來發展中,也可以貢獻自己的一份力。
參考文獻:
關鍵詞:高分子材料 抗靜電 技術
通常情況下,兩種不同的物質表面接觸的時候就會形成電荷的遷移。在理論上來說,靜電是普遍存在的,我們通過高分子材料一般都具有電絕緣性,所以會在摩擦后易產生帶電現象。這種靜電輕則吸附灰,重則引起火災等重大事故。所以,怎樣消除積聚在高聚物表面的靜電,以及防止高聚物表面產生靜電作用,已成為當今高分子材料研究領域的一個熱門課題。
一、防靜電技術的現狀
目前靜電技術是有很多種的,像我們平時用的塑料以及刷墻時用的涂料都是加入了導電的粉末,還有像石墨以及炭黑和和其他每一種金屬粉末以及易于離子化的很多種無機鹽類等這些是都可以防靜電。有機靜電劑主要是包括季鐵鹽類等。一般常用的有機抗靜電劑是表面活性劑,我們可以把它加到塑料內部之后在擴散到它的表面里,還可以用到塑料的表面上。表面活性分子中有親水的部分還有親油的部分。親水的那部分就留在塑料的表面上,就在表面形成導電層,因此形成了防靜電的表面層。
二、高分子抗靜電的方法概述
高聚物本身對電荷泄放的性質決定了高聚物表面聚集的電荷量,它主要泄放方式為表面傳導、本體傳導以及向周圍的空氣中輻射,在這三者中以表面傳導為主要途徑。這是因為表面電導率一般大于體積電導率,所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導所支配。因此,通過提高高聚物表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚。抗靜電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產生的化學添加劑,添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導率的有效方法,而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料、添加抗靜電劑或與其它導電分子共混技術等。
三、添加導電填料
這樣的方法一般的是每種不同的無機導電填料摻入高分子材料基體中去,目前此方法中所使用的無機導電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
四、與結構型導電高分子材料共混
導電高分子材料中的高分子是由許多小的重復出現的結構單元組成,當在材料兩端加上一定的電壓,材料中就有電流通過,即具有導體的性質,凡同時具備上述兩項性質的材料稱為導電高分子材料。與金屬導體不同,它屬于分子導電物質。根本上講,此類導電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料,但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、易氧化和穩定性差,無法直接單獨應用,一般作導電填料與其它高分子基體進行共混,制成抗靜電復合型材料,這類抗靜電高分子復合材料具有較好的相容性,效果更好更持久。
五、添加抗靜電劑法
永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質量大的親水性高聚物,它們與基體樹脂有較好的相容性,因而效果穩定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經較低的剪切力拉伸作用后,在基體高分子表面呈微細的筋狀,即層狀分散結構,而中心部分呈球狀分布,這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻,并且具有永久性抗靜電性能。
六、我國高分子材料抗靜電技術的發展狀況
我國許多科研機構和生產企業已陸續開發出一些品種,以非離子表面活性劑為主,目前常用的品種有,大連輕工研究院開發的硬化棉籽單甘醇、烷基苯氧基丙烷磺酸鈉、烷基二苯醚磺酸鉀,上海助劑廠開發目前多家企業生產的抗靜電劑十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽,另外該廠生產的抗靜電劑硫酸二甲酯與乙醇胺的絡合物、抗靜電劑磷酸酯與乙醇胺的縮合物,北京化工研究院開發的三組份或二組份硬脂酸單甘酯復合物、陽離子與非離子表面活性劑復合物。從抗靜電劑發展來看,高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產品,尤其是在精密的電子電氣領域,目前國內多家科研機構利用聚合物合金化技術開發出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
七、結語
我國的合成材料抗靜電劑的行業發展的前景較好的,我們針對國內的研究以及生產都應該根據現在的需求來調整自己的產業。應該加大新品種開發的力度。近幾年來國外在不斷的開發高性能的抗靜電材料。在我國科研院所應根據我國合成材料制品要求,開發出多種高性能、環保無毒的抗靜電品種,并不斷強化應用技術研究,以滿足國內需求。導電機理無論是外涂型還是內加型,高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下幾種:抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,吸收空氣中的水分子,形成海一島型水性的導電膜。離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導電性。介電常數大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系數??偟膩砜唇档椭破返谋砻骐娮?,增加導電性和加快靜電電荷的漏泄,減少摩擦電荷的產生。
參考文獻
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關鍵詞:生態化工;環境友好;高分子材料;化工產業布局
中圖分類號:F061.3 X3 文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2011)04-0018-01
近年來隨著我國改革開放的不斷深入,國內市場的國際化發展進程加快,化學工業繁榮與環境污染的矛盾日趨突出,環境保護問題給我省化工行業的發展帶來嚴峻的挑戰。保護與改善人類賴以生存的環境是世界各國共同的課題。實現可持續發展,是當今世界發展的主流。所謂“可持續發展”,是指經濟發展既能滿足當代人們的需要,又不危及后代的需要,即“經濟發展必須與環境保護相協調”。 可持續的發展是科學發展觀的基本內容,其內涵概括為“堅持以人為本,樹立全面、協調、可持續的發展觀,促進經濟社會和人的全面發展??沙掷m發展,就是促進人與自然的和諧,實現經濟發展和人口、資源、環境相協調,堅持走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路,保證一代接一代地永續發展。全面落實科學發展觀,實現可持續發展是擺在廣大化工建設者面前的重要任務。
一、我省化工行業發展及環保工作現狀
化學工業與國民經濟各領域及人民生活密切相關,是國民經濟的基礎產業之一。我省化學工業經過多年的發展,已經形成了門類齊全、品種配套、基本可滿足國內需要的化學工業體系。大型煤制甲醇及醋酸、節能型尿素、聯堿、高壓法三聚氰胺、尼龍化工等產品技術水平國內領先。河南煤化、中平能化、洛陽石化等大型企業集團具有相當產業規模,心連心化肥、安棚堿礦、昊華宇航等行業骨干企業規模和競爭力明顯提高,為我省化工產業進一步發展奠定了良好基礎。
我省在為國民經濟發展做出了重要貢獻的同時,化學工業的各項污染也名列前茅,環境影響嚴重,節能減排壓力加大。河南化工行業的平均能耗較高,為減少對環境的污染,化工行業做了大量的工作,取得了明顯成效。尤其是在國家治理污染、限制污染排放量、達標排放的活動中,我省在集中力量治污方面取得了很大成績。但限于歷史原因和現有經濟條件,化工企業的污染現狀仍然相當嚴重,治理污染的任務仍然十分繁重。深入研究開發新型環境友好高分子材料,進一步加強化工環保工作對建設生態河南有著重要的作用和影響。化工行業治理“三廢”污染,實現省政府提出的“生態省建設”目標,建立我省化學工業以低消耗、無污染或少污染、高產出、循環型為特征的生態工業,具有重要意義。
二、 全面建設“生態化工”的對策和措施
2012年我省的化工環保目標是,化學工業單位工業增加值能耗下降15%,廢水、二氧化硫、粉塵等污染物排放降低8%。主要產品綜合能耗進一步降低,合成氨綜合能耗小于1.6噸標煤/噸氨,甲醇綜合能耗低于1.8噸標煤/噸甲醇,燒堿綜合能耗低于500公斤標煤/噸燒堿(以30%計)。為實現上述目標,建設生態化工應采取如下措施:
(一 )調整全省化工生產布局
建設生態化工是我省化學工業實施可持續發展戰略的根本要求,是實現化工和社會、資源、環境協調發展,主動適應全球經濟社會發展趨勢和提高綜合競爭力的需要。生態化工是按生態經濟原理和知識經濟規律組織起來的基于生態系統承載能力、具有高效的經濟過程及和諧的生態功能的網絡型進化型化學工業,它通過兩個或兩個以上的生產體系或環節之間的系統耦合使物質和能量多級利用、高效產出或持續利用。發展生態工業是化學工業走向新型工業化的必由之路。
以往,河南省化工企業布局分散,導致投入產出比小、環境壓力大。而集中起來,就能形成關聯和互補,解決傳統工業的弊端,實現發展方式的轉變?!逗幽鲜』ぎa業調整振興規劃》中指出要依托大型企業和重點產業集聚區,大力推進與國內外大型企業的戰略合作,加快重大基地建設;形成骨干企業為主體、產業基地為支撐、資源優勢得到充分發揮的產業格局,進一步增強化工產業在全省經濟發展中的支撐地位。堅持產業鏈式發展,提高可持續發展能力。按照上下游銜接關系,完善優化產業鏈條,提升產業競爭力和抗風險能力。大力發展循環經濟,強力推進節能減排,加強資源合理循環和梯級使用,切實提高資源利用效率。
(二)推行清潔生產工藝
清潔生產是指采用先進的工藝技術與設備、不斷采取改進設計、改善管理、綜合利用清潔的能源和原料等措施,從源頭削減污染,提高資源利用效率,減少或者避免生產、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放,以減輕或者消除對人類健康和環境的危害。化工清潔生產涉及兩個全過程控制:生產全過程和產品使用全過程,即利用無廢生產技術,實現生產零排放或減少排放;在產品使用過程中,也不對環境造成破壞。
(三)重視源治理是實現與環境協調發展的主渠道
重視源治理是實現與環境協調發展的主渠道,目前高分子材料的開發應沿著:a、減量化-減少材料的用量;b、資源化-可回收利用;c、無害化-可環境消納;d、清潔化-可進行清潔生產;e、節能化-降低成型能耗等五個方面努力,為了達到上述目的,我們必須大力研究和利用相關行業的納米技術、原位復合技術、反應型擠出技術、動態硫化技術、超臨界回收技術、輻射技術、降解技術、礦物深加工技術等。由此可見,高分子材料的研究開發、產業化應圍繞著開發特種功能的高分子材料,目的在于使材料環境友好,減緩對地環生物圈的不利影響。
三、環境友好型高分子材料開發是建設“生態化工”的重要課題
傳統的材料研究、開發與生產往往過多的追求良好的使用性能,而對材料的生產、使用和廢棄過程中需消耗大量的能源和資源,并造成嚴重的環境污染,危害人類生存的嚴峻事實重視不夠。 環境友好型高分子材料是在人類認識到生態環境保護的重要戰略意義和世界各國紛紛走可持續發展道路的背景下提出來的,是國內外材料科學與工程研究發展的必然趨勢。
隨著高分子材料的快速發展及其應用領域的不斷擴展,高分子材料已成為社會發展和人類生活不可缺少的組成部分,為國民經濟的發展起到重要的作用。然而,它同時通過生產和使用的每一個步驟(如加工、使用、回收和遺棄等)對環境產生各種各樣的壓力和負擔。因此,近年來越來越重視發展環境友好的高分子材料。廣義上講,具有耐用、好的價格性能比、易于清潔生產、可回收利用、可環境消納等性能的高分子材料,都應屬于環境友好材料研究開發和推廣的范疇。環境友好型高分子材料是指在生產、使用、廢棄過程中均不會對環境造成不可逆轉的損害的材料,即具有高性價比、易于回收利用、采用節能環保方式生產、廢棄后在環境中完全降解,對自然環境、人類、生物圈無害或相對危害較小的材料,均稱為環境友好型材料。
關鍵詞:高分子材料與工程;發展前景;專業人才培養
引 言:人才培養模式是一個綜合概念,它明確了人才的培養模式和實踐形式,對于人才培養的目標、途徑、過程、方法等都有明確的規定。目前,人才市場的競爭越來越激烈,社會對高級工程應用型人才的需求越來越大,所以如何培養這類人才迫在眉睫。高分子材料以及石油化工產業有著廣闊的發展前景,正確解讀它的發展態勢將有利于專門人才的培養。
一、突出本行業實際需求
高分子材料與工程專業人才的培養不是一蹴而就,也不是毫無章法的,要有策略的進行,可以組織學校教師到化纖企業進行訪問學習,一些新興化纖企業和專門定點機構是調研的首選。目前國內值得參考的企業有:亞洲最大的經營錦綸的企業――中國神馬集團有限責任公司,中國最大化纖機構――儀征化纖股份有限公司,全亞洲規模最大的黏膠企業――新鄉白鷺化纖集團有限責任公司,河南華康大豆纖維集團有限責任公司,江蘇盛虹化纖有限公司等知名企業。新的人才培養目標要突出重點,在對企業高級技工、企業高管以及企業法人進行意見、經驗咨詢時要善于思考,學會歸納總結,制定符合實際的人才發展規劃,深入貫徹落實科學發展觀,為社會經濟的良性發展輸出復合型人才;積極學習外國先進經驗,創新教學模式和課程設置;注重基礎知識的夯實,嚴格專業要求,建構起專業發展的大廈,培養具有時代氣息、滿足市場需求的高素質、復合型人才。
二、建立專業教學指導委員會
市場對高分子材料和工程專業的人才有具體要求和標準,為了提升教學效果,可以建立權威的教學指導委員會,聘任知名院校離任教師或專家、相關化纖部門的技術人員、高管人員進行教學指導,確保教學方案的科學、合理、全面,使學院的教學工作與市場接軌、與行業掛鉤,實現產與學的良性互動。
專業教學指導委員會要及時關注人才市場的最新動態,詳盡了解化纖企業的人才構成結構,準確洞悉行業的未來發展趨勢和就業前景,為高分子材料和工程專業的學生構建起穩定、持久的就業平臺,明確他們未來的就業方向和行業要求;依據就業市場的需求加強職業道德建設,促進他們素質、能力的全面提升,加強教學實踐,改進教學方法、內容和模式。
三、實施“平臺式”教學
工程專業的應用型人才要下基層、奮斗在生產第一線,所以在狠抓基礎的前提下,還要注重學生綜合素質的提升,將實踐能力和動手能力作為衡量學生的一個重要標準。
為了加強學生適應社會的能力、契合行業發展要求,實現自我素質和才能的最大發揮,高分子材料與工程專業應該創新教學模式,建構起實踐教學平臺、理論教學平臺、第二課時素質教育平臺相結合的教學模式。[2]
“實踐教學平臺”涵蓋兩方面的內容,有對化纖企業進行模擬操作的實踐教學和對基礎知識的掌握;“理論教學平臺”是一個綜合理論的教學環節,涵蓋專業知識能力的教學、素質的教學、專業能力拓展教學、學科基礎課程教學等,基本形成了四維一體的課程體系;“第二課時素質教育平臺”是第一課堂的拓展和延伸,基本涵蓋了社會實踐、公共選修課、課外素質拓展等部分,有利于學生的個性張揚和能力提升。
四、工程環境仿真化,提升學生工程實踐能力
高分子材料與工程專業一直在尋求教學改革的契機,旨在培養“操作能力強、崗位適應能力強、綜合能力高”的高素質人才。進行專業教學的教師一般都具有豐富的實戰經驗,逐漸以適應市場需求、重視崗位需求、注重素質提升、強調能力拓展、主張開拓創新為教學理念,教學過程中立足企業的實際需求,將學校環境與市場實戰相結合。
高分子材料與工程專業的學生要突出實踐能力的學習,著力提升學生的研發能力,突出實踐教學的內容。在課程設置上要設立專門的基礎實驗課,安排單獨的學分,基本杜絕課程安排上的重復現象。培養學生的動手能力,引導學生不斷進行創新,夯實學生的基礎知識和對基本操作的掌握。
課堂模擬實驗盡量還原企業的生產和質檢環節,檢驗體系要專業、連貫,加強校內實訓基地的專業性、完備性,同時要加強與相關企業的合作,實現產學結合和互助。[3]
五、推行“教一學一交”的教學方式
由專業教研室提出的“教育――學習――交流”模式取得了顯著效果。教師作為教書育人的重要角色,要及時灌輸給學生先進生產理念和技術知識,同時以自身的人格魅力引導學生,讓學生在潤物細無聲的環境中得到人格的提升和升華。作為學習的主體,學生應該認真學習理論知識,牢固掌握基礎知識,并且不斷創新思路,做到理論與實際的完美契合;要學會做人,時刻保持良好的職業操守和做人準則,為我國的化纖事業做出應有的貢獻;深入到群眾中,扎根生產第一線,實現理論知識的融會貫通。交流是情感表達的最好方式,它是一個綜合概念,涉及到生產、生活、學習、心理等各個方面。學生專業能力和業務素質的提升,需要積極的交流。教師與學生實現良流能幫助教師了解每個學生的特點,從而實現一對一專業指導和引導,促進學生創新能力和素質的提升。教師與學生雙向交流,雙方處于平等的地位,能保證教育達到最佳的效果。
六、設置“專業能力拓展課程”
在平時的教學環節要增加“專業能力拓展課程”。學生在教師的引導下思考自己的未來出路,選擇“就業”或者“創新和考研”,為自己的將來做一個妥善的安排?!熬蜆I”模塊要求學生從自身條件出發,加強與行業的聯系,及時調整自己的市場定位,不斷夯實專業基礎,關注就業市場的最新信息,注重理論聯系實際,提升學生專業素質和職業素養。“創新和考研”模塊主要是提升學生研發設計的能力,掌握新型高分子材料的相關知識,關注各大名校的研究命題。加強這一模塊的學習能提升學校的就業率和考研率,實現學校與學生的健康長遠發展。
七、總結
由此可見,高分子材料與工程專業有著良好的發展前景,在新技術、新材料不斷涌現的知識經濟時代,我們對教育改革的激情和探索也是永不枯竭的。我們提出了新的人才培養計劃,在這一批學生離校時我們將會對學生進行全面考察和檢驗,以及時了解計劃成效,使人才培養方案不斷趨于完善、科學。
參考文獻:
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關鍵詞:高分子材料 成型加工 技術
近年來,某些特殊領域如航空工業、國防尖端工業等領域的發展對聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高強度、高模量、輕質等,各種特定要求的高強度聚合物的開發研制越來越顯迫切。
一、高分子材料成型加工技術發展概況
近50年來,高分子合成工業取得了很大的進展。例如,造粒用擠出機的結構有了很大的改進,產量有了極大的提高。20世紀60年代主要采用單螺桿擠出機造粒,產量約為3t/h;70年代至80年代中期,采用連續混煉機+單螺桿擠出機造粒,產量約為10t/h;80年代中期以來。采用雙螺桿擠出機+齒輪泵造粒,產量可以達到40-45t/h,今后的發展方向是產量可高達60t/h。在l950年,全世界塑料的年產量為200萬t。20世紀90年代。塑料產量的年均增長率為5.8%,2000年增加至1.8億t至2010年,全世界塑料產量將達3億t,此外。合成工業的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結構,加速采用大規模進行低成本的生產。隨著汽車工業的發展,節能、高速、美觀、環保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要.汽車規模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關材料工業的發展。為降低整車成本及其自身增加汽車的有效載荷,提高塑料類材料在汽車中的使用量便成為關鍵。
據悉,目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統汽車材料(如鋼鐵等)。因此,汽車中越來越多的金屬件由塑料件代替。此外,汽車中約90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具,在美國、日本等汽車制造業發達的國家,模具產業超過50%的產品是汽車用模具。目前,高分子材料加工的主要目標是高生產率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質方向發展;成型加工方面,從大規模向較短研發周期的多品種轉變,并向低能耗、全回收、零排放等方向發展。
二、現今高分子材料成型加工技術的創新研究
(一)聚合物動態反應加工技術及設備
聚合物反應加工技術是以現雙螺桿擠出機為基礎發展起來的。國外的Berstart公司已開發出作為連續反應和混煉的十螺桿擠出機,可以解決其它擠出機(包括雙螺桿和四螺桿擠出機)作為反應器所存在的問題。國內反應成型加工技術的研究開發還處于起步階段,但我國的經濟發展強烈要求聚合物反應成型加工技術要有大的發展。指交換法聚碳酸酯(PC)連續化生產和尼龍生產中的比較關鍵的技術是縮聚反應器的反應擠出設備,我國每年還有數以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產。關鍵技術也是反應擠出技術及設備。
目前國內外使用的反應加工設備從原理上看都是傳統混合、混煉設備的改造產品,都存在傳熱、傳質過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產物分子量及其分布不可控等問題.另外設備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統反應加工設備的缺陷。聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同,該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程,達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的。該技術首先從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點,解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質量、動量及能量傳遞及平衡問題,同時從技術上解決了設備結構集成化問題。新設備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優點,這些優點是傳統技術與設備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術使我國聚合物反應加工技術直接切人世界技術前沿,并在該領域處于技術領先地位。
(二)以動態反應加工設備為基礎的新材料制備新技術
1.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術。此技術克服傳統方式的中間環節多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題,將光盤級PC樹脂生產、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體,結合動態連續反應成型技術,研究酯交換連續化生產技術,研制開發精密光盤注射成型裝備,達到節能降耗、有效控制產品質量的目的。
2.聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術。此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設計(粒子設計),在設計好的連續加工環境和不加或少加其它化學改性劑的情況下,利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散,實現連續化制備聚合物/無機物復合材料。
3.熱塑性彈性體動態全硫化制備技術。此技術將振動力場引入混煉擠出全過程,控制硫化反直進程,實現混煉過程中橡膠相動態全硫化.解決共混加工過程共混物相態反轉問題。研制開發出擁有自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備,提高我國TPV技術水平。
三、高分子材料成型加工技術的發展趨勢
近年來,各個新型成型裝備國家工程研究中心在出色完成了國家級火炬計劃預備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃(攻關)等項目同時,非常注重科技成果轉化與產業化,完成產業化工程配套項目20多項,創辦了廣州華新科機械有限公司和北京華新科塑料機械有限公司,使其有自主知識產權的新技術與裝備在國內外推廣應用。塑料電磁動態塑化擠出設備已形成了7個規格系列,近兩年在國內20多個省、市、自治區推廣應用近800臺(套)。銷售額超過1.5億元,還有部分新設備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家.產生了良好的經濟效益和社會效益。例如PE電磁動態發泡片材生產線2000年和2001年僅在廣東即為國家節約外匯近1600萬美元,每條生產線一年可為制品廠節約21萬k的電費。塑料電磁動態注塑機已開發完善5個規格系列,投入批量生產并推向市場;塑料電磁動態混煉擠出機的中試及產業化工作已完成,目前開發完善的4個規格正在生產試用。并逐步推向市場目前新設備的市場需求情況很好,聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在對廣州華新科機械有限公司進行重組。將技術與資本結合,引入新的管理、市場等機制,爭取在兩三年內實現新設備年銷售額超億。我國已加入WTO,各個行業都將面臨嚴峻挑戰。
綜上所述,我國必須走具有中國特色的發展高分子材料成型加工技技術與裝備的道路,打破國外的技術封鎖,實現由跟蹤向跨越的轉變;把握技術前沿,培育自主知識產權。促進科學研究與產業界的結合,加快成果轉化為生產力的進程,加快我國高分子材料成型加工高新技術及其產業的發展是必由之路。
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關鍵詞:涂料學;高分子專業;教學改革;涂料實驗
近年來,隨著我國對創新型人才培養問題的日益重視,大力加強素質教學,培養和激發學生的創造力的同時,進一步鞏固學生的基礎知識就顯得尤為重要[1]。在我國,無論是在綜合性院校、理工科院校,還是職業技術院校,大都開設了高分子的本科專業,包括:高分子化學與物理專業、高分子材料專業以及高分子加工專業等。在課程設置方面,基本都開設了高分子化學、高分子物理和高分子分析方法等基礎課程以及高分子專業基礎實驗。然而我們在教學實踐中發現,學生很難將之前開設的基礎課程中的知識融會貫通,對生活實例不能做出相應合理的解釋。高分子作為一個實用性很強的專業,各門專業課之間有著密切的聯系:利用高分子化學知識合成出不同結構的高分子材料,高分子材料的結構將直接影響其性能,在對材料進行加工時又需要運用高分子物理和流變學等知識[2]。如果學生們不能將專業基礎知識活學活用、融會貫通,那么他們將很難應對高分子專業相關工作中的實際問題。因此,我們嘗試針對高分子專業的培養方案,在開設高分子化學、高分子物理、高分子成型加工以及高分子結構分析方法這些專業課程的基礎上,新增了一門《涂料學》課程,安排在第7學期進行,計劃學時為32學時。力求通過本課程的學習,鞏固之前學到的專業知識并將其融會貫通,同時拓寬學生的知識面,提高其實踐能力。為了達到教學目標,培養出基礎扎實、有創新思維、創新能力的高素質人才,《涂料學》課程的本科教學內容和教學方法的設計就是必須考慮的首要問題。為此,筆者結合從事涂料課程教學與科研的經驗,參考接收本科生進行涂料實習單位的反饋意見,同時結合《涂料學》課程自身特點,做了一些初步的探討。
一、《涂料學》課程的特點和意義
高分子的主要應用領域集中在涂料、塑料、粘合劑和助劑四方面。進入21世紀以來,我國涂料行業發展迅速,對涂料行業科研技術人才的需求量大大增加[3]。為此,在國內一部分高校中的高分子相關專業開設了涂料相關課程?!锻苛蠈W》課程是建立在高分子化學、有機化學、無機化學、膠體化學、表面化學與表面物理、流變學、材料力學、光學和顏色學科基礎上的一門綜合性學科,但又不是這些學科的簡單加和而有其自身理論。對于高分子專業的學生而言,如何能將其學到的無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一起來,《涂料學》無疑是一個不二選擇。開設涂料課程,一方面使今后從事涂料行業的學生進入工作崗位后,盡快成為行業技術骨干;另一方面對于今后從事非涂料領域的高分子學生而言,課程的學習過程也是對之前學到的化學和材料學基礎知識鞏固、加強和提高的過程。
二、《涂料學》教學的主要內容
涂料學課程的內容多,課時少,教師難以在短時間內將涂料行業所需的內容講深、講透。在課程教學的過程中,教師應該堅持理論結合實際的教學方針,對知識結構優化調整,做到簡單而不淺顯,深奧而不枯燥。在教學內容上,要注重兩方面的統一:一方面注意《涂料學》課程章節間的聯系和統一,這門課程涉及到涂料概述、顏料、溶劑、樹脂等內容,各部分內容既相對獨立,又相互聯系;另一方面,要把握《涂料學》課程與無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一。教師在教學中應該重點介紹以下內容。
1.涂料的基本知識。這部分內容主要介紹涂料概念、組成、類別、功能以及發展概況。結合日常生活所接觸的涂料,使學生掌握涂料的基本概念、分類和作用。讓學生們了解到,現代涂料學的發展是以化學,特別是高分子科學為基礎,結合界面科學和流變學發展起來的。了解涂料的發展背景和面臨的挑戰,懂得涂料的發展趨勢。通過對目前報道較新的,具有特殊功能的涂料的介紹來激發學生對涂料的興趣,并為以后進行涂料的科學研究開好頭。
2.顏料相關理論。顏料和填料是涂料生產不可缺少的成分之一。其作用不僅是色彩和裝飾性,更重要的是改善涂料的物理化學性能,提高涂層的機械強度、附著力、防腐性能、耐光性和耐候性。讓學生了解遮蓋力、著色力和吸油值等基本概念。在授課過程中,這部分知識與物理化學中的雙電層理論聯系緊密,可以對以前的基礎知識鞏固提高。關于顏料的分散是教學的重點。
3.溶劑知識。溶劑是不包括無溶劑涂料在內的,各種液態涂料中所含有的,為使得液態涂料完成施工過程的必要的一類物質。原則上不構成涂膜,也不存留在涂膜中。在授課過程中,這部分知識與有機化學和高分子物理中的極性、溶解力、粘度等相關知識聯系緊密,可以對以前的基礎知識鞏固提高。在教學中,使學生掌握根據溶劑理論選用溶劑和改善涂料性能,了解有機溶劑對環境的危害,開發綠色水性涂料和高固體份涂料是涂料行業的趨勢。
4.樹脂知識。成膜物質是組成涂料的基礎,它具有粘結涂料中其他組分形成涂膜的功能,對涂料和涂膜的性能起到決定性的作用。例如,在丙烯酸樹脂章節中的內容與高分子化學基礎課中自由基聚合和聚合方法的相關知識密切聯系。不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂和聚氨酯章節中內容與高分子化學基礎課中的縮聚和逐步聚合相關內容聯系緊密。因此,授課的過程也是對以前的知識復習,深入體會和提高的過程,將這些基本知識與涂料制備技術相互滲透,相得益彰,這也正是開設《涂料學》課程的特色。
三、教學方法
1.教學與生活、生產相結合,注重理論聯系實際。涂料是一門理論性和應用性都很強的交叉學科。理論知識比較晦澀,但大多數基本理論知識都已經在本科基礎課教學階段涉及,在涂料課程中只是有針對性的學習,必須與實際結合才能使學得的知識深化和牢固,也才能引起學生的興趣。在教學的初期階段,為了使得學生盡快入門,熟悉涂料學,就要將日常生活、生產與涂料結合,介紹生活和生產中涂料的應用,提高學生從心理上對課程的接受程度。眾所周知,涂料學的特點是“入門易、學懂難”。為了提高教學效率,改善教學效果,必須要注重理論聯系實際。這種聯系實際上是基礎知識與涂料學的聯系;涂料學與實際應用的聯系。把涂料學作為有機化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識實踐的對象,會使學生對所學過的基礎知識鞏固提高,為今后打下堅實的理論基礎。在涂料學理論實踐過程中,學生可以去涂料生產廠和研究院所參觀學習。學習涂料生產方法和檢測方法,了解生產設備和檢測儀器設備。學生往往很有興致,注意力高度集中,因此將理論知識寓于合適的實際背景中進行講授效果明顯。
2.開設涂料實驗。在高分子化學實驗的基礎上,開設涂料實驗課程[4]。高分子化學實驗中,一般開設甲基丙烯酸甲酯(或苯乙烯)的乳液聚合、聚酯合成實驗等,可以在這些實驗的基礎上,進一步開設丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯與異氰酸酯固化等,并且可以進一步開設乳膠漆的制造、涂料性能檢測等系列實驗,讓學生自己合成樹脂,自己配制涂料,自己對涂料和涂層進行檢測。通過實驗,不但將課堂所學到的理論知識通過實驗鞏固提高,而且訓練學生進行涂料生產和科學研究的方法,培養學生的動手能力,分析和解決問題的能力。
四、結語
總之,筆者對在高分子專業本科教學中開設《涂料學》課程的必要性、優化教學內容、改進教學方法進行了初探,提出開設《涂料學》課程的必要性:一方面,對于處于專業知識學習的學生而言,通過本課程的學習,加強他們對高分子專業基礎知識的鞏固,為今后從事高分子相關專業的工作打好堅實的理論基礎;另一方面,針對今后從事涂料行業的學生,涂料行業快速發展,科技含量越來越高,涂料學課程的開設正好可以滿足涂料行業對大批高層次科研技術人員的需求。
參考文獻:
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[2]陳立貴,袁新強,李雷權,等.構建符合學校定位的高分子專業人才培養方案的研究[J].科技資訊,2009,(22),161-162.
[3]涂料工藝編委會.涂料工藝[M].北京:化學工業出版社,1997.