時間：2022-05-29 04:12:31
導(dǎo)語：在高分子材料論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1課程設(shè)計題目選取
課程設(shè)計選題合理與否，是課程設(shè)計改革的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)注意課題的綜合性、實用性及層次性［2］。課程設(shè)計環(huán)節(jié)中增加高分子材料改性及工藝探索的題目，目的在于加深學(xué)生對《高分子材料成型工藝學(xué)》、《聚合物改性原理及方法》等課程知識的理解，提高其理論聯(lián)系實際和靈活運用知識的能力。選擇合適的題目是保證學(xué)生如期完成課程設(shè)計的前提。課程設(shè)計環(huán)節(jié)比畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)少了8周的時間，因此課程設(shè)計選題應(yīng)“小而精”，難度應(yīng)明顯低于畢業(yè)設(shè)計題目。如果選取完全沒有研究基礎(chǔ)的題目，學(xué)生前期探索實驗會花費過多時間，不利于課程設(shè)計順利進行。基于以上原因，筆者在以往畢業(yè)設(shè)計題目的基礎(chǔ)上進行延伸，確定了課程設(shè)計相關(guān)題目。例如往屆學(xué)生曾做過“硅橡膠阻燃材料性能研究”的畢業(yè)設(shè)計題目，對于硅橡膠混煉及硫化工藝積累了一定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，而硅橡膠材料力學(xué)性能指標還不盡如人意，需要進一步改進配方。可以在此基礎(chǔ)上引出兩個課程設(shè)計題目:“硫化劑種類及用量對硅橡膠力學(xué)性能的影響”、“結(jié)構(gòu)控制劑種類及用量對硅橡膠力學(xué)性能的影響”，并由兩個學(xué)生分別完成以上題目。由于有前人的基礎(chǔ)，學(xué)生在實驗過程中沒有重復(fù)探索相關(guān)工藝參數(shù)，實驗直接切入主題，有利于在有限的時間內(nèi)完成課程設(shè)計。此外，兩個課程設(shè)計題目雖各有側(cè)重，但主要原材料及成型工藝都相同，故兩個學(xué)生可共用一套成型設(shè)備，大大節(jié)約了設(shè)備預(yù)熱及清理時間。將學(xué)生按相近課題組成互助小組，不僅提供設(shè)備利用率，也有利于學(xué)生在遇到問題時，相互討論，相互促進［3］。
2實驗人員安排
我校高分子材料與工程專業(yè)每年招生人數(shù)為80人，現(xiàn)有實驗室設(shè)備條件尚不能滿足全部學(xué)生同時開展材料改性及工藝制定等實踐內(nèi)容。因此，合理安排課程設(shè)計環(huán)節(jié)進行材料改性及工藝制定的學(xué)生人數(shù)，是如期完成課程設(shè)計內(nèi)容的必要保證。按照人才培養(yǎng)方案，本專業(yè)課程設(shè)計安排在第四學(xué)年秋季學(xué)期最后4周進行。此時學(xué)生的專業(yè)課程學(xué)習(xí)已全部完成，學(xué)生對于自己的就業(yè)去向也有了初步規(guī)劃。可以結(jié)合學(xué)生的就業(yè)意愿安排其課程設(shè)計內(nèi)容。對于工作單位已落實為材料改性或工藝制定崗位的學(xué)生，可以優(yōu)先安排其在課程設(shè)計階段進入相關(guān)實訓(xùn)。課程設(shè)計內(nèi)容與學(xué)生就業(yè)去向密切相關(guān)，可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性，自覺參與到課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。在本次課程設(shè)計改革試點工作中，2010級的一名學(xué)生對于硅橡膠材料配方優(yōu)化題目很感興趣，原因就是與其簽約的工作單位主要生產(chǎn)硅橡膠產(chǎn)品。這名學(xué)生在課程設(shè)計過程中充分發(fā)揮了自身的主觀能動性，在實驗遇到問題時沒有被動等待老師的安排，而是通過多方搜集資料以及與指導(dǎo)老師討論等方式積極尋求解決問題的有效途徑。學(xué)生在課程設(shè)計階段提前進入“工作狀態(tài)”，為學(xué)生更快適應(yīng)企業(yè)工作節(jié)奏和工作思路奠定基礎(chǔ)。
3實驗進度安排及突發(fā)情況處理
課程設(shè)計時間只有4周。以往安排學(xué)生繪制模具圖，主要按照塑件圖測繪(1周)—裝配圖設(shè)計及繪制(1周)—零件圖繪制(1周)—說明書撰寫(1周)來安排進度。模具設(shè)計過程中基本不存在突發(fā)因素，設(shè)計進度容易控制。如果在課程設(shè)計中安排材料改性、工藝制定等內(nèi)容，則可能由于設(shè)備故障、原料采購不及時或其他因素影響實驗進度，導(dǎo)致學(xué)生無法如期完成課程設(shè)計［1］。為此，課程設(shè)計指導(dǎo)老師需要提前做好原料及實驗設(shè)備的準備、檢查工作，并做好應(yīng)急預(yù)案。在本次課程設(shè)計改革試點工作中，主要按照資料收集、初定方案、實驗驗證的思路安排進度。仍然以“硫化劑種類及用量對硅橡膠力學(xué)性能的影響”、“結(jié)構(gòu)控制劑種類及用量對硅橡膠力學(xué)性能的影響”這兩個課程設(shè)計題目為例:第1周進行資料搜集并初定兩種硫化劑(結(jié)構(gòu)控制劑)備選;第2周進行硫化劑(結(jié)構(gòu)控制劑)種類篩選;第3周確定硫化劑(結(jié)構(gòu)控制劑)最佳用量;第4周整理數(shù)據(jù)并撰寫課程設(shè)計小論文。從實際試點情況看來，學(xué)生在4周內(nèi)完成材料改性等課程設(shè)計題目是基本可行的，所有參與試點的學(xué)生都如期完成了課程設(shè)計預(yù)定內(nèi)容并按期提交了課程設(shè)計論文。在試點工作中，也出現(xiàn)了一些突發(fā)情況。在實驗進行過程中，個別設(shè)備由于電壓不穩(wěn)導(dǎo)致溫控器失靈而維修了幾天，耽誤了進度。但由于參與試點的學(xué)生們積極性及配合度較高，在第1周僅花了3天時間就提前完成了資料收集及方案的初步確定。在設(shè)備維修期間，指導(dǎo)教師及時調(diào)整進度，讓學(xué)生把實驗數(shù)據(jù)整理及課程論文框架構(gòu)建與實驗同步進行，大大縮短了后期課程論文撰寫的時間，從而保證了課程設(shè)計如期完成。
4結(jié)語
通過課程設(shè)計階段小范圍試點發(fā)現(xiàn)，在4周課程設(shè)計時間內(nèi)，可以安排學(xué)生進行配方設(shè)計及工藝制定的相關(guān)實訓(xùn)。不僅提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率，也使學(xué)生動手能力得到多方面訓(xùn)練，從而使學(xué)生所學(xué)知識更貼近企業(yè)需求。當然，為了保證學(xué)生如期完成課程設(shè)計，指導(dǎo)教師應(yīng)在課題選取、實驗進度安排等方面多下功夫，也應(yīng)針對實驗過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況做好應(yīng)急預(yù)案，不斷總結(jié)經(jīng)驗，使課程設(shè)計方案盡可能完善。
作者：盛旭敏 單位：重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
1創(chuàng)新型實驗開展的必要性
相比基礎(chǔ)性實驗，綜合性實驗的設(shè)置和開展對學(xué)生各課程知識的掌握在廣度和深度上均提出了更高的要求，也使得學(xué)生能夠?qū)Ψ謱儆诓煌n程的知識點有了更為深刻的認識，通過相互對比和驗證，有助于專業(yè)知識的全面掌握和理解。但鑒于實驗開展仍然遵循著學(xué)生預(yù)習(xí)、老師講授、動手操作和課后交報告的傳統(tǒng)模式，雖然實驗指導(dǎo)老師針對實驗可以設(shè)計不同的反應(yīng)歷程，讓不同組別的學(xué)生獲得迥異的結(jié)果，但實驗結(jié)論的預(yù)測性很強，一些意外問題的發(fā)生也會在指導(dǎo)教師的預(yù)料之中，并能夠很快給出解決方案，這對于提升學(xué)生在主觀能動學(xué)習(xí)能力的效果很有限。另外，本校開展的高分子實驗在內(nèi)容的編排上還存在著較為明顯的學(xué)科界限，還不能完全融合高分子化學(xué)、高分子物理和高分子成型加工原理等課程內(nèi)容，因此很有必要開設(shè)具有創(chuàng)新型的研究型實驗課程。
2實驗開設(shè)時機
鑒于此類研究型實驗的開展往往需要比較集中的時間段，高分子材料教研室經(jīng)過多次商討，確定本實驗的學(xué)時為90學(xué)時(30學(xué)時/周×3周)，將主要的實驗內(nèi)容集中安排在大四上學(xué)期的最后3周內(nèi)完成。此時，一方面學(xué)生已經(jīng)完成了所有的理論課程的學(xué)生和各類基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練，為本實驗的開展提供了先決條件;其次，在此時間段有關(guān)校園招聘活動也會告一段落，可以保證學(xué)生有充足的時間和精力完成實驗;最后，此次實驗訓(xùn)練也為下一學(xué)期的本科畢業(yè)設(shè)計(論文)的開展提供一次很好的預(yù)演，能夠有效地消除學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(論文)的恐慌和迷茫心理。
3實驗內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計
根據(jù)王新平等［5］的觀點，創(chuàng)新型實驗必須具有實驗結(jié)果的不確定性和探索性、實驗設(shè)計程序的自主性和開放性，以及實驗過程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類實驗的開展必然會對實驗人員(包括指導(dǎo)教師和學(xué)生)、實驗設(shè)備和場地等諸多方面提出了更高的要求。根據(jù)創(chuàng)新型實驗內(nèi)容設(shè)計的三點原則［5］和本專業(yè)教研室老師的科研情況，教研室選擇了“導(dǎo)電性高分子材料的制備及其應(yīng)用”這一開放性較強的實驗。通過多方面的探討和論證，我們嘗試設(shè)計了一個以摻雜聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡膠中的應(yīng)用為主線的研究型實驗，實驗內(nèi)容和所需基本學(xué)時安排如下:(1)學(xué)生分組，布置實驗的側(cè)重方向(一組在聚丙烯中的應(yīng)用，一組在天然橡膠中的應(yīng)用)，安排相關(guān)文獻的查詢和閱讀，著重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡膠的性能和加工特性，溫習(xí)有關(guān)設(shè)備的操作和安全注意事項(30學(xué)時)。(2)根據(jù)分組，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下搭建實驗平臺，進行聚苯胺的合成，分別采用化學(xué)氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列經(jīng)過質(zhì)子酸或無機酸摻雜改性的聚苯胺，經(jīng)純化干燥后備用(30學(xué)時)。(3)用高阻計測試聚苯胺的電導(dǎo)率，X射線衍射儀分析產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)，紅外光譜儀觀察產(chǎn)物的特征官能團，并在掃描電鏡下觀察產(chǎn)物的形貌，并比較不同組別間所得聚苯胺產(chǎn)物在性能和外觀上的異同(15學(xué)時)。(4)各組同學(xué)在制得合格的聚苯胺后，按照預(yù)先選定的應(yīng)用方向，分別添加到聚丙烯或天然橡膠中制成復(fù)合材料，前者在雙螺桿擠出機中完成，而后者在雙輥開煉機和平板硫化機中進行。(30學(xué)時)(5)將所得復(fù)合材料進行標準化制樣后，分別用萬能電子試驗機、擺錘式?jīng)_擊試驗機和高阻計測試復(fù)合材料的拉伸性能、沖擊韌性和電導(dǎo)率隨聚苯胺添加量的變化規(guī)律并記錄實驗結(jié)果;用掃描電鏡觀察復(fù)合材料斷面形貌，分析破壞機制，探討材料的強度和韌性變化的機理(15學(xué)時)。(6)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，并撰寫實驗報告。報告要求參照本科畢業(yè)論文的模板和格式，須包括引言、實驗過程、結(jié)果與討論、結(jié)論和參考文獻等主要部分(30學(xué)時)。其中(1)和(6)要求學(xué)生利用課余時間分別在實驗周的前后一周內(nèi)完成，不占用實驗周的學(xué)時。在整個實驗進行過程中，如因出現(xiàn)不可抗力或意外情況導(dǎo)致實驗進展不順利，可通過與實驗室管理人員協(xié)調(diào)，利用周六和周日的時間進行彌補，以保證學(xué)生有充足的實驗時間。通過這樣一個研究型實驗的設(shè)計和內(nèi)容編排，不但使學(xué)生能夠?qū)⒂袡C化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料現(xiàn)代測試與分析技術(shù)等課程中散落的知識點進行有機串聯(lián)，還同時大大增強了學(xué)生對高分子材料從合成、表征到應(yīng)用的整體認識。在實驗過程出現(xiàn)不可預(yù)料的事件時，合理引導(dǎo)學(xué)生利用理論知識去分析問題，并通過查找資料尋求解決問題的方法，有力地推動了學(xué)生在理論知識和實踐應(yīng)用方面的融會貫通，極大地提升了學(xué)生的主觀能動性。
4實驗課程考核
本實驗的考核采用過程管理與結(jié)果考核并用的模式，主要分為以下三個方面:(1)學(xué)生實驗表現(xiàn)(40%):指導(dǎo)教師觀察并記錄學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)，包括實驗時間的合理安排、實驗平臺的正確搭建、實驗藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現(xiàn)時的應(yīng)對措施等。(2)綜合報告撰寫(40%):要求每一位學(xué)生在查閱文獻和整理資料的基礎(chǔ)上，獨立分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫一份符合要求的實驗報告。(3)教師提問考核(20%):學(xué)生提交報告期間，指導(dǎo)教師根據(jù)報告內(nèi)容進行提問，考核學(xué)生對實驗過程和報告內(nèi)容的熟悉程度，同時考察學(xué)生在實驗數(shù)據(jù)分析中的邏輯性，進一步深化學(xué)生對實驗的印象，達到初步培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的目的。
5結(jié)語與展望
創(chuàng)新型實驗的設(shè)置和開展是實驗教學(xué)改革中最為重要的環(huán)節(jié)之一。雖然我校高分子材料與工程專業(yè)在此方面進行了初步嘗試，但還有大量的工作亟待深入和細化研究。如，如何協(xié)同學(xué)生人數(shù)多與實驗設(shè)備少之間的矛盾;在非工作日如何加強學(xué)生在實驗室的安全管理工作;如何通過學(xué)生的反饋來改善和優(yōu)化實驗內(nèi)容，進而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量;如有可能的話，應(yīng)在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計更多具有前瞻性、創(chuàng)新型且兼具可行性的創(chuàng)新型實驗，以達到滿足學(xué)生自主選題的需要等。這些問題對實驗室管理人員和指導(dǎo)教師提出了更高的要求，需要在后續(xù)的工作中進一步加以完善和提高。
作者：楊繼年丁國新陶玉侖王周鋒高俊珊王艷麗王媛媛滕艷華張宏艷王靜單位：安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
一、高分子材料成型加工技術(shù)發(fā)展概況
近50年來，高分子合成工業(yè)取得了很大的進展。例如，造粒用擠出機的結(jié)構(gòu)有了很大的改進，產(chǎn)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(chǎn)量約為3t／h；70年代至80年代中期，采用連續(xù)混煉機+單螺桿擠出機造粒，產(chǎn)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(chǎn)量可以達到40-45t／h，今后的發(fā)展方向是產(chǎn)量可高達60t／h。在l950年，全世界塑料的年產(chǎn)量為200萬t。20世紀90年代。塑料產(chǎn)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(chǎn)量將達3億t，此外。合成工業(yè)的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結(jié)構(gòu)，加速采用大規(guī)模進行低成本的生產(chǎn)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能、高速、美觀、環(huán)保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要．汽車規(guī)模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關(guān)材料工業(yè)的發(fā)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(guān)鍵。
據(jù)悉，目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統(tǒng)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(yè)發(fā)達的國家，模具產(chǎn)業(yè)超過50％的產(chǎn)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(chǎn)率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質(zhì)方向發(fā)展；成型加工方面，從大規(guī)模向較短研發(fā)周期的多品種轉(zhuǎn)變，并向低能耗、全回收、零排放等方向發(fā)展。
二、現(xiàn)今高分子材料成型加工技術(shù)的創(chuàng)新研究
（一）聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備
聚合物反應(yīng)加工技術(shù)是以現(xiàn)雙螺桿擠出機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。國外的Berstart公司已開發(fā)出作為連續(xù)反應(yīng)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(yīng)器所存在的問題。國內(nèi)反應(yīng)成型加工技術(shù)的研究開發(fā)還處于起步階段，但我國的經(jīng)濟發(fā)展強烈要求聚合物反應(yīng)成型加工技術(shù)要有大的發(fā)展。指交換法聚碳酸酯（PC）連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)是縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備，我國每年還有數(shù)以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產(chǎn)。關(guān)鍵技術(shù)也是反應(yīng)擠出技術(shù)及設(shè)備。
目前國內(nèi)外使用的反應(yīng)加工設(shè)備從原理上看都是傳統(tǒng)混合、混煉設(shè)備的改造產(chǎn)品，都存在傳熱、傳質(zhì)過程、混煉過程、化學(xué)反應(yīng)過程難以控制、反應(yīng)產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問題．另外設(shè)備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統(tǒng)反應(yīng)加工設(shè)備的缺陷。聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應(yīng)擠出全過程，達到控制化學(xué)反應(yīng)過程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。該技術(shù)首先從理論上突破了控制聚合物單體或預(yù)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(yīng)加工過程中的質(zhì)量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題。新設(shè)備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應(yīng)性好、可靠性高等優(yōu)點，這些優(yōu)點是傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術(shù)使我國聚合物反應(yīng)加工技術(shù)直接切人世界技術(shù)前沿，并在該領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位。
（二）以動態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)
1.信息存儲光盤盤基直接合成反應(yīng)成型技術(shù)。此技術(shù)克服傳統(tǒng)方式的中間環(huán)節(jié)多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復(fù)雜等問題，將光盤級PC樹脂生產(chǎn)、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體，結(jié)合動態(tài)連續(xù)反應(yīng)成型技術(shù)，研究酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，研制開發(fā)精密光盤注射成型裝備，達到節(jié)能降耗、有效控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
2.聚合物／無機物復(fù)合材料物理場強化制備新技術(shù)。此技術(shù)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(shè)計（粒子設(shè)計），在設(shè)計好的連續(xù)加工環(huán)境和不加或少加其它化學(xué)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(xiàn)連續(xù)化制備聚合物／無機物復(fù)合材料。
3.熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將振動力場引入混煉擠出全過程，控制硫化反直進程，實現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化．解決共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題。研制開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備，提高我國TPV技術(shù)水平。
三、高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)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(yù)備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃（攻關(guān)）等項目同時，非常注重科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化，完成產(chǎn)業(yè)化工程配套項目20多項，創(chuàng)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(chǎn)權(quán)的新技術(shù)與裝備在國內(nèi)外推廣應(yīng)用。塑料電磁動態(tài)塑化擠出設(shè)備已形成了7個規(guī)格系列，近兩年在國內(nèi)20多個省、市、自治區(qū)推廣應(yīng)用近800臺（套）。銷售額超過1．5億元，還有部分新設(shè)備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家．產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。例如PE電磁動態(tài)發(fā)泡片材生產(chǎn)線2000年和2001年僅在廣東即為國家節(jié)約外匯近1600萬美元，每條生產(chǎn)線一年可為制品廠節(jié)約21萬k的電費。塑料電磁動態(tài)注塑機已開發(fā)完善5個規(guī)格系列，投入批量生產(chǎn)并推向市場；塑料電磁動態(tài)混煉擠出機的中試及產(chǎn)業(yè)化工作已完成，目前開發(fā)完善的4個規(guī)格正在生產(chǎn)試用。并逐步推向市場目前新設(shè)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(shù)與資本結(jié)合，引入新的管理、市場等機制，爭取在兩三年內(nèi)實現(xiàn)新設(shè)備年銷售額超億。我國已加入WTO，各個行業(yè)都將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
綜上所述，我國必須走具有中國特色的發(fā)展高分子材料成型加工技技術(shù)與裝備的道路，打破國外的技術(shù)封鎖，實現(xiàn)由跟蹤向跨越的轉(zhuǎn)變；把握技術(shù)前沿，培育自主知識產(chǎn)權(quán)。促進科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)界的結(jié)合，加快成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進程，加快我國高分子材料成型加工高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是必由之路。
一、高分子抗靜電的方法概述
高聚物表面聚集的電荷量取決于高聚物本身對電荷泄放的性質(zhì)，其主要泄放方式為表面?zhèn)鲗?dǎo)、本體傳導(dǎo)以及向周圍的空氣中輻射，三者中以表面?zhèn)鲗?dǎo)為主要途徑。因為表面電導(dǎo)率一般大于體積電導(dǎo)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(dǎo)所支配。因此，通過提高高聚物表面電導(dǎo)率或體積電導(dǎo)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(chǎn)生的化學(xué)添加劑，添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導(dǎo)率的有效方法，而提高高聚物體積電導(dǎo)率可采用添加導(dǎo)電填料、添加抗靜電劑或與其它導(dǎo)電分子共混技術(shù)等。
（一）添加導(dǎo)電填料
這類方法通常是將各種無機導(dǎo)電填料摻入高分子材料基體中，目前此方法中所使用的無機導(dǎo)電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
（二）與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料共混
導(dǎo)電高分子材料中的高分子（或聚合物）是由許多小的重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體的性質(zhì)，凡同時具備上述兩項性質(zhì)的材料稱為導(dǎo)電高分子材料。與金屬導(dǎo)體不同，它屬于分子導(dǎo)電物質(zhì)。根本上講，此類導(dǎo)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、成型困難、易氧化和穩(wěn)定性差，無法直接單獨應(yīng)用，一般作導(dǎo)電填料與其它高分子基體進行共混，制成抗靜電復(fù)合型材料，這類抗靜電高分子復(fù)合材料具有較好的相容性，效果更好更持久。
（三）添加抗靜電劑法
1.有機小分子抗靜電劑。有機小分子抗靜電劑是一類具有表面活性劑特征結(jié)構(gòu)的有機物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)通式為RYx，其中R為親油基團，x為親水基團，Y為連接基。分子中非極性部分的親油基和極性部分的親水基之間應(yīng)具有適當?shù)钠胶馀c高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的親油基團，羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團，此類有機小分子抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型4大類：陽離子型抗靜電劑；陰離子型抗靜電劑；非離子型抗靜電劑；兩性型抗靜電劑。
導(dǎo)電機理無論是外涂型還是內(nèi)加型，高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下4種：（1）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(dǎo)電膜。（2）離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度，從而增加導(dǎo)電性。（3）介電常數(shù)大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系數(shù)。概括起來一是降低制品的表面電阻，增加導(dǎo)電性和加快靜電電荷的漏泄；二是減少摩擦電荷的產(chǎn)生。
2.永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質(zhì)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(wěn)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(tài)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(jīng)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(jié)構(gòu)，而中心部分呈球狀分布，這種“蕊殼”結(jié)構(gòu)中的親水性聚合物的層狀分散狀態(tài)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。
二、我國高分子材料抗靜電技術(shù)的發(fā)展狀況
我國許多科研機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)已陸續(xù)開發(fā)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(fā)的硬化棉籽單甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；上海助劑廠開發(fā)目前多家企業(yè)生產(chǎn)的抗靜電劑SN（十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽），另外該廠生產(chǎn)的抗靜電劑PM（硫酸二甲酯與乙醇胺的絡(luò)合物）、抗靜電劑P（磷酸酯與乙醇胺的縮合物）；北京化工研究院開發(fā)的ASA一10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物）、ASA一150（陽離子與非離子表面活性劑復(fù)合物），近年來又開發(fā)出ASH系列、ASP系列和AB系列產(chǎn)品，其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑；ASB系列產(chǎn)品則為有機硼表面活性劑（主要是硼酸雙多元醇脂與環(huán)氧乙烷加成物的脂肪酸酯）與其他非離子表面活性劑復(fù)合而成；ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復(fù)合而成，杭州化工研究所開發(fā)的HZ一1（羥乙基脂肪胺與一些配合劑復(fù)合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工業(yè)研究所開發(fā)的IC一消靜電劑（咪唑一氯化鈣絡(luò)合物）；上海合成洗滌劑三廠開發(fā)生產(chǎn)的SH系列塑料抗靜電劑，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，在使用效果和性能上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，部分品種可以替代進口，如SH一102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH一103、104、105等（均為季銨鹽型陽離子表面活性劑），SH抗靜電劑屬于結(jié)構(gòu)較新的帶多羥基陽離子表面活性劑；濟南化工研究所JH一非離子型抗靜電劑。（聚氧乙烯烷基胺復(fù)合物）等；
河南大學(xué)開發(fā)的KF系列等，如KF一100（非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑）、KF-101（醚結(jié)構(gòu)、多羥基陽離子永久型抗靜電劑），另外還有聚氧乙烯醚類抗靜電劑，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等；抗靜電劑TM系列產(chǎn)品也是目前國內(nèi)常用的，主要用于合成纖維領(lǐng)域。
從抗靜電劑發(fā)展來看，高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產(chǎn)品，尤其是在精密的電子電氣領(lǐng)域，目前國內(nèi)多家科研機構(gòu)利用聚合物合金化技術(shù)開發(fā)出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
三、結(jié)語
我國合成材料抗靜電劑行業(yè)發(fā)展前景較好，針對目前國內(nèi)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用與需求現(xiàn)狀，對我國合成材料抗靜電劑工業(yè)發(fā)展提出以下建議。
（一）加大新品種開發(fā)力度
近年來國外開發(fā)的高性能伯醇多聚氧化乙醚類非離子型表面活性劑；用于聚碳酸酯的脂肪酸單縮水甘油酯；用于磁帶工業(yè)的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；適應(yīng)于聚烯烴、聚氯乙烯、聚氨酯等多種合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，總之國內(nèi)科研院所應(yīng)根據(jù)我國合成材料制品要求，開發(fā)出多種高性能、環(huán)保無毒的抗靜電品種，并不斷強化應(yīng)用技術(shù)研究，以滿足國內(nèi)需求。
（二）加快復(fù)合抗靜電劑和母粒的研究與生產(chǎn)
今后要加快多種結(jié)構(gòu)抗靜電劑及其他塑料助劑的復(fù)配，向適應(yīng)范圍廣、效率高、系列化、多功能、復(fù)合型等方向發(fā)展。另外合成材料多功能母粒作為助劑已經(jīng)成為今后合成樹脂加工改性的重要原材料，如著色、阻燃、抗菌、成核等母粒在國內(nèi)開發(fā)方興未艾，國內(nèi)要加快抗靜電母粒的開發(fā)與研究，促進我國抗靜電劑工業(yè)發(fā)展。
摘要：目前，靜電在生物工程中有著重要的應(yīng)用。介紹高分子抗靜電的方法，闡明高分子材料抗靜電技術(shù)在我國的發(fā)展和策略。
關(guān)鍵詞:高分子材料抗靜電研究
靜電廣泛地存在于自然界和日常生活之中，如人們每時每刻呼吸的空氣每厘米就含有100500個帶電粒子；自然界的雷電；干燥季節(jié)里人身上化纖衣物由于摩擦起電而粘附在身體上，這一切都是比較常見的靜電現(xiàn)象。實際上，靜電在生物工程中有著重要的應(yīng)用。
一、高分子抗靜電的方法概述
高聚物表面聚集的電荷量取決于高聚物本身對電荷泄放的性質(zhì)，其主要泄放方式為表面?zhèn)鲗?dǎo)、本體傳導(dǎo)以及向周圍的空氣中輻射，三者中以表面?zhèn)鲗?dǎo)為主要途徑。因為表面電導(dǎo)率一般大于體積電導(dǎo)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(dǎo)所支配。因此，通過提高高聚物表面電導(dǎo)率或體積電導(dǎo)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(chǎn)生的化學(xué)添加劑，添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導(dǎo)率的有效方法，而提高高聚物體積電導(dǎo)率可采用添加導(dǎo)電填料、添加抗靜電劑或與其它導(dǎo)電分子共混技術(shù)等。
（一）添加導(dǎo)電填料
這類方法通常是將各種無機導(dǎo)電填料摻入高分子材料基體中，目前此方法中所使用的無機導(dǎo)電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
（二）與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料共混
導(dǎo)電高分子材料中的高分子（或聚合物）是由許多小的重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體的性質(zhì)，凡同時具備上述兩項性質(zhì)的材料稱為導(dǎo)電高分子材料。與金屬導(dǎo)體不同，它屬于分子導(dǎo)電物質(zhì)。根本上講，此類導(dǎo)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、成型困難、易氧化和穩(wěn)定性差，無法直接單獨應(yīng)用，一般作導(dǎo)電填料與其它高分子基體進行共混，制成抗靜電復(fù)合型材料，這類抗靜電高分子復(fù)合材料具有較好的相容性，效果更好更持久。
（三）添加抗靜電劑法
1.有機小分子抗靜電劑。有機小分子抗靜電劑是一類具有表面活性劑特征結(jié)構(gòu)的有機物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)通式為RYx，其中R為親油基團，x為親水基團，Y為連接基。分子中非極性部分的親油基和極性部分的親水基之間應(yīng)具有適當?shù)钠胶馀c高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的親油基團，羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團，此類有機小分子抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型4大類：陽離子型抗靜電劑；陰離子型抗靜電劑；非離子型抗靜電劑；兩性型抗靜電劑。
導(dǎo)電機理無論是外涂型還是內(nèi)加型，高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下4種：（1）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(dǎo)電膜。（2）離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度，從而增加導(dǎo)電性。（3）介電常數(shù)大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系數(shù)。概括起來一是降低制品的表面電阻，增加導(dǎo)電性和加快靜電電荷的漏泄；二是減少摩擦電荷的產(chǎn)生。
2.永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質(zhì)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(wěn)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(tài)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(jīng)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(jié)構(gòu)，而中心部分呈球狀分布，這種“蕊殼”結(jié)構(gòu)中的親水性聚合物的層狀分散狀態(tài)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。
二、我國高分子材料抗靜電技術(shù)的發(fā)展狀況
我國許多科研機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)已陸續(xù)開發(fā)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(fā)的硬化棉籽單甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；上海助劑廠開發(fā)目前多家企業(yè)生產(chǎn)的抗靜電劑SN（十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽），另外該廠生產(chǎn)的抗靜電劑PM（硫酸二甲酯與乙醇胺的絡(luò)合物）、抗靜電劑P（磷酸酯與乙醇胺的縮合物）；北京化工研究院開發(fā)的ASA一10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物）、ASA一150（陽離子與非離子表面活性劑復(fù)合物），近年來又開發(fā)出ASH系列、ASP系列和AB系列產(chǎn)品，其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑；ASB系列產(chǎn)品則為有機硼表面活性劑（主要是硼酸雙多元醇脂與環(huán)氧乙烷加成物的脂肪酸酯）與其他非離子表面活性劑復(fù)合而成；ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復(fù)合而成，杭州化工研究所開發(fā)的HZ一1（羥乙基脂肪胺與一些配合劑復(fù)合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工業(yè)研究所開發(fā)的IC一消靜電劑（咪唑一氯化鈣絡(luò)合物）；上海合成洗滌劑三廠開發(fā)生產(chǎn)的SH系列塑料抗靜電劑，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，在使用效果和性能上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，部分品種可以替代進口，如SH一102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH一103、104、105等（均為季銨鹽型陽離子表面活性劑），SH抗靜電劑屬于結(jié)構(gòu)較新的帶多羥基陽離子表面活性劑；濟南化工研究所JH一非離子型抗靜電劑。（聚氧乙烯烷基胺復(fù)合物）等；
河南大學(xué)開發(fā)的KF系列等，如KF一100（非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑）、KF-101（醚結(jié)構(gòu)、多羥基陽離子永久型抗靜電劑），另外還有聚氧乙烯醚類抗靜電劑，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等；抗靜電劑TM系列產(chǎn)品也是目前國內(nèi)常用的，主要用于合成纖維領(lǐng)域。
從抗靜電劑發(fā)展來看，高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產(chǎn)品，尤其是在精密的電子電氣領(lǐng)域，目前國內(nèi)多家科研機構(gòu)利用聚合物合金化技術(shù)開發(fā)出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
三、結(jié)語
我國合成材料抗靜電劑行業(yè)發(fā)展前景較好，針對目前國內(nèi)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用與需求現(xiàn)狀，對我國合成材料抗靜電劑工業(yè)發(fā)展提出以下建議。
（一）加大新品種開發(fā)力度
近年來國外開發(fā)的高性能伯醇多聚氧化乙醚類非離子型表面活性劑；用于聚碳酸酯的脂肪酸單縮水甘油酯；用于磁帶工業(yè)的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；適應(yīng)于聚烯烴、聚氯乙烯、聚氨酯等多種合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，總之國內(nèi)科研院所應(yīng)根據(jù)我國合成材料制品要求，開發(fā)出多種高性能、環(huán)保無毒的抗靜電品種，并不斷強化應(yīng)用技術(shù)研究，以滿足國內(nèi)需求。
（二）加快復(fù)
合抗靜電劑和母粒的研究與生產(chǎn)
今后要加快多種結(jié)構(gòu)抗靜電劑及其他塑料助劑的復(fù)配，向適應(yīng)范圍廣、效率高、系列化、多功能、復(fù)合型等方向發(fā)展。另外合成材料多功能母粒作為助劑已經(jīng)成為今后合成樹脂加工改性的重要原材料，如著色、阻燃、抗菌、成核等母粒在國內(nèi)開發(fā)方興未艾，國內(nèi)要加快抗靜電母粒的開發(fā)與研究，促進我國抗靜電劑工業(yè)發(fā)展。
摘要：高分子材料專業(yè)的貫通式實驗案例教學(xué)是將基礎(chǔ)知識、探索性專業(yè)實驗和工程化實踐應(yīng)用融匯貫通的新型教學(xué)模式。以高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青加工試驗為例，介紹了該教學(xué)模式的方法、步驟與特點。學(xué)生通過查閱文獻、實驗設(shè)計、動手操作、撰寫論文及實體工程實踐等環(huán)節(jié)，深化利用已學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，培養(yǎng)分析問題和解決問題能力。該貫通式實驗案例教學(xué)有利于本科生、研究生盡快掌握高分子材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵，選擇感興趣的方向，快速進入畢業(yè)設(shè)計研究，了解社會需求和優(yōu)化職業(yè)取向，加強專業(yè)體驗性和理解能力。對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，提高創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力有重要意義。
關(guān)鍵詞：高分子材料；貫通式教學(xué)；實驗案例；創(chuàng)新；創(chuàng)業(yè)
引言
高分子材料科學(xué)與工程是一門理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)，實驗和實踐教學(xué)是高校高分子材料專業(yè)學(xué)生必修環(huán)節(jié)。但是，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的高分子材料加工工程實驗明顯存在專業(yè)實驗“按部就班”和實踐過程“走馬觀花”等問題。此外，還有實驗教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，與我國工業(yè)化發(fā)展程度脫軌；實驗課時間少且死板，不利于實驗的深入開展；只注重已經(jīng)成熟的實驗操作與報告書寫，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)；實驗設(shè)備陳舊，許多新的實驗無法滿足我國現(xiàn)今創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。與歐美等先進高校的高分子材料專業(yè)實驗、實踐課程相比，我國高校學(xué)生普遍存在動手操作能力弱、安全意識不足和解決實際問題能力差等缺點。以美國阿克倫大學(xué)高分子加工實驗課程為例，實驗課時間長，且強調(diào)學(xué)生親自己動手，并鼓勵使用拍照、錄像等手段得到各種數(shù)據(jù)，實驗報告內(nèi)容豐富。即使實驗失敗，只要學(xué)生對失敗的原因分析透徹，依然可以得到完美的分數(shù)。根據(jù)學(xué)生的反饋，這樣的學(xué)習(xí)方法普遍比單純的理論灌輸和死板的實驗更加有效，實驗過程更具體驗性。他們還將試驗內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合，將試驗內(nèi)容拓展到課外，加深高分子科學(xué)與工程的理解和應(yīng)用。近年來，我國對創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)日益重視，推動傳統(tǒng)實驗、實踐課程改革和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力日益重要，增加綜合型、研究創(chuàng)新型、實踐型實驗是大勢所趨。
相對于基礎(chǔ)型和綜合型實驗的“驗證性”而言，研究型實驗具有不確定性、探索性、自主性、開放性與可操作性等“探索性”特點。作為學(xué)生由知識學(xué)習(xí)向科學(xué)研究、工程應(yīng)用轉(zhuǎn)變的銜接點，研究實踐型創(chuàng)新實驗涉及多學(xué)科知識的交叉運用，側(cè)重于運用所學(xué)知識、文獻查閱和基本技能等手段應(yīng)用，并要求實驗結(jié)果以研究論文和工程實踐報告的形式完成，其設(shè)置重在培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力，更具挑戰(zhàn)性。我校高分子材料專業(yè)方向已在綜合化學(xué)實驗基礎(chǔ)上，開設(shè)了自主研究型實驗。通過學(xué)生與感興趣的導(dǎo)師聯(lián)系，共同確定實驗方向，在五周內(nèi)完成實驗設(shè)計、實驗操作、實驗分析、報告撰寫等相關(guān)內(nèi)容。收到了較好的效果。為加強該專業(yè)的工程實踐體驗，我們在此基礎(chǔ)上拓展設(shè)計了貫通式實驗．即在自主研究型實驗技術(shù)基礎(chǔ)上，進入實際生產(chǎn)一線進行工程實踐，貫通理論與實踐，建立理論研究與工程應(yīng)用的關(guān)系。具體是結(jié)合聯(lián)系導(dǎo)師的轉(zhuǎn)化成果，將研究型實驗延伸，進行三天的工程實踐，嘗試將學(xué)生基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識和產(chǎn)業(yè)化實踐結(jié)合運用，培養(yǎng)學(xué)生的工程認知和實踐能力。本文以高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青材料的高分子加工試驗為例，探討了該貫通式實驗教學(xué)設(shè)計思路、目的、試驗步驟、報告撰寫方法以及實驗心得等，以期促進貫通式試驗教學(xué)的開展。這對培養(yǎng)我國迫切需要科技成果轉(zhuǎn)化背景下的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)人才有重要意義。
1貫通式實驗教學(xué)思路
該貫通式試驗案例教學(xué)是以我校比較成熟的產(chǎn)業(yè)化特色項目高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青展開。首先指導(dǎo)老師布置課題，講解貫通式實驗的目的、方法和意義等過程，實驗小組根據(jù)講解內(nèi)容選擇高等級公路用改性瀝青材料為課題展開研究。研究小組通過查閱文獻、小組內(nèi)討論和教師的共同探討，決定以苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性瀝青為主題開展本次貫通型實驗。其次，通過以SBS反應(yīng)共混瀝青改性、結(jié)構(gòu)表征、性能測試為主線的研究型實驗，旨在提高學(xué)生創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)其團隊意識，了解和熟悉開展科研工作的方法。最后，通過工程實踐和產(chǎn)學(xué)研交流，貫通試驗室研究與工程實踐的聯(lián)系與區(qū)別，建立室驗式開發(fā)研究、工程放大生產(chǎn)和工程應(yīng)用之間的關(guān)系。
2貫通式實驗教學(xué)方法及步驟
貫通式實驗教學(xué)方法是用討論式、啟發(fā)式教學(xué)方法；以學(xué)生為主，允許失敗，多次嘗試，提倡提出問題和解決問題的鍛煉模式；講究基礎(chǔ)理論、專業(yè)實驗和工程實踐相結(jié)合，融匯貫通的模式。貫通式實驗教學(xué)包括以下步驟：（1）師生雙向選擇導(dǎo)師公布課題后進行師生雙向選擇，通過與導(dǎo)師交流，達成合作關(guān)系，挑選組長并布置研究實踐內(nèi)容和任務(wù)；（2）設(shè)計課題學(xué)生通過導(dǎo)師指導(dǎo)查找課題領(lǐng)域的前沿文章，以及和老師討論，設(shè)計出切實可行的實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計實驗的能力；（3）實驗操作小組成員們利用已有基礎(chǔ)實驗知識結(jié)合專業(yè)知識的了解，比如通過實驗過程既熟悉了紅外光譜、光學(xué)顯微鏡等儀器的使用方法，又接觸到了傳統(tǒng)教學(xué)實驗難以接觸的新型實驗設(shè)備如高速剪切機、膠體磨和低溫延度計等設(shè)備；（4）數(shù)據(jù)總結(jié)與討論小組成員將所得試驗結(jié)果進行整理作圖，分析討論試驗結(jié)果；（5）工程實踐通過參觀學(xué)習(xí)生產(chǎn)流水線，與操作工人、車間主任和總工程師交流學(xué)習(xí)；（6）課程總結(jié)與評價與指導(dǎo)老師交流實踐過程的問題與收獲，撰寫研究報告和實踐報告。
3貫通式實驗教學(xué)效果與心得
貫通式實驗教學(xué)摒棄了傳統(tǒng)實驗機械、死板、陳舊的教學(xué)方式，為老師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來了創(chuàng)新的想法和創(chuàng)業(yè)的火花。貫通式實驗教學(xué)效果總結(jié)有如下四點：
（1）培養(yǎng)了研究方法和團隊協(xié)作意識實驗小組通過前期選題，查閱大量的資料，了解目前高分子科學(xué)領(lǐng)域的新的研究方向。實驗過程中，小組成員們接觸到并使用了許多傳統(tǒng)實驗教學(xué)中難覓蹤影的儀器，SBS、石油瀝青等材料的特性，開闊了他們的視野，真正體驗了科學(xué)研究的過程。分工明確，通過各成員間的協(xié)作配合，共同完成。提高了實驗操作技能以及與他人合作的能力。在實驗過程中不斷思考并對實驗方案進行改進，定期與老師見面并報告相關(guān)進展，最后完成整個實驗部分；
（2）培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考分析問題和總結(jié)升華能力數(shù)據(jù)總結(jié)處理階段，通過分析實驗結(jié)果，學(xué)會了用統(tǒng)計方法軟件對所得數(shù)據(jù)進行處理，對實驗現(xiàn)象運用理論知識做出合理的解釋。對有疑惑的問題，小組成員之間隨時進行討論分析，并查閱相關(guān)文獻，進一步試驗驗證，最后找到了問題的根源。將所有結(jié)果整理并書寫成報告。通過對實驗結(jié)果進行分析與寫作，培養(yǎng)了他們獨立思考、清晰表達、總結(jié)升華的能力；
（3）培養(yǎng)了學(xué)生工程化思維在工業(yè)實際生產(chǎn)階段，進一步考察工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)，書寫工程實習(xí)報告，豐富學(xué)生的社會適應(yīng)能力，并為迅速進入企業(yè)工作奠定良好的基礎(chǔ)。例如，在工廠實踐階段，認識了實驗室實驗與工程試驗的差別，深化了化學(xué)工程中原材料、操作單元選擇原則，化工原理中“三傳一反”的理解。以攪拌裝置的設(shè)計為例，大型攪拌槳根據(jù)物料粘度設(shè)計的原理，SBS與瀝青混合加料時的弱攪拌與反應(yīng)后的強攪拌槳葉的不同；以我國早期SBS改性瀝青生產(chǎn)時，為解決高熔體粘度的SBS與低粘度瀝青的分散性通過膠體磨等特殊設(shè)備強化剪切變形實現(xiàn)分散；還可以通過選擇SBS的嵌段比例、分子量等手段提高其在瀝青中的分散性；
（4）培養(yǎng)了創(chuàng)業(yè)思維通過與市場、采購和財務(wù)部門人員的交流，了解到企業(yè)的市場信息是生產(chǎn)的前提，市場信息是基于大量使用數(shù)據(jù)和與用戶溝通相結(jié)合而得到的。市場原材料信息、市場銷售信息反饋到研發(fā)部門進行開發(fā)，形成原材料進入、加工制造和產(chǎn)品銷售與服務(wù)一體化的運轉(zhuǎn)格局，為以后創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。工程化思維對促進學(xué)生校內(nèi)培養(yǎng)有積極的影響。通過工程化實踐鍛煉了學(xué)生將高分子專業(yè)理論知識用于實踐，并通過實踐加深了對理論知識的學(xué)習(xí)。例如，深入了解了高分子材料工程的共同點，是解決高性能與易加工、經(jīng)濟性三者的矛盾，環(huán)境污染治理與經(jīng)濟性的矛盾。學(xué)習(xí)了公司治理結(jié)構(gòu)，了解公司的發(fā)展核心，一是靠管理，二是靠科技。團隊協(xié)作是公司高效運轉(zhuǎn)的保障，注重團隊建設(shè)。在此過程中，也培養(yǎng)了團隊協(xié)作能力，更快融入將來的工作融合貫通，認識平時所學(xué)知識的重要性，促進專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。
在基礎(chǔ)理論與工程化生產(chǎn)方面，還認識到室內(nèi)基礎(chǔ)研究試驗與工程化生產(chǎn)相輔相成，工程化提出問題必須通過基礎(chǔ)研究指導(dǎo)才能獲得突破。基礎(chǔ)理論指導(dǎo)工程化實踐，工程化實踐又不能局限于基礎(chǔ)理論，還需考慮社會因素、市場因素和環(huán)境因素等。在生產(chǎn)應(yīng)用方面，深刻理會了“安全第一”是一切生產(chǎn)的根本。工廠的安全教育，為以后試驗室及工程化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。工程化放大生產(chǎn)是無數(shù)實驗室試驗的總結(jié)，也是指導(dǎo)實驗室小試、中試和放大生產(chǎn)的根本。穩(wěn)定化、規(guī)模化生產(chǎn)是市場化應(yīng)用的根本保障，標準的試驗方法和嚴格的產(chǎn)品檢測是市場應(yīng)用的根基。市場是科研的主要推動力，基礎(chǔ)研究是推動科研進行的源動力。
4貫通式教學(xué)總結(jié)
貫通式實驗教學(xué)通過自主探索實驗和工程實踐體驗的方式，增強了高分子材料專業(yè)教學(xué)的趣味性、探索性和創(chuàng)造性，不但對培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力有積極作用，而且還有利于高校和企業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)人才。貫通式實驗教學(xué)的難點在于，建立良好的產(chǎn)學(xué)研信任關(guān)系和學(xué)生的積極主動性的配合。此外，指導(dǎo)教師的精細設(shè)計和企業(yè)、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持也必不可少，有必要進一步深入挖掘適合貫通式實驗教學(xué)的課題，深化與企業(yè)的合作關(guān)系，協(xié)同培養(yǎng)發(fā)掘創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)人才。當然，該貫通式實驗教學(xué)仍處于探索之中，在培養(yǎng)時間、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)效果等方面還值得商榷。總之，貫通式實驗教學(xué)的不確定性、探索性、自主性、開放性與體驗性更契合當前學(xué)生對實驗課的需求以及國家對創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力人才的培養(yǎng)，值得進一步推廣和完善。
作者：王仕峰1;潘三水1;張勇1;李嘉曦2;李航3 單位：1．上海交通大學(xué)
摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及諸多科研人員的努力，激光技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，超短脈沖、超高強度、超短波長等成為了當前激光技術(shù)的代表特征，脈沖激光技術(shù)的出現(xiàn)更為高分子材料加工帶來了革命性的進步。在分析脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用時，首先對脈沖激光及其折射率改性情況進行了概述，在此基礎(chǔ)上從激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)、周期結(jié)構(gòu)以及塊體材料加工對材脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用幾個方面進行了詳細的研究與探討。
關(guān)鍵詞：脈沖激光技術(shù)；高分子材料；材料加工
近年來，脈沖激光技術(shù)已經(jīng)得到了相對比較廣泛的應(yīng)用，并且該種精密的加工技術(shù)越來越受到社會與人們的關(guān)注，主要原因在于脈沖激光技術(shù)能夠在加工高分子材料的過程中得到比較高的加工精度，并且能夠進行材料表面的加工，使得材料的表面形成多孔結(jié)構(gòu)與周期結(jié)構(gòu)等。更加能夠?qū)崿F(xiàn)對塊體材料、透明材料的內(nèi)部加工與改性等。可以說，脈沖激光技術(shù)比較適用于其他加工技術(shù)無法實現(xiàn)的復(fù)雜形狀元器件的加工以及高精度元器件的加工。脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工的過程中所產(chǎn)生的瞬間功率比較大，幾乎能夠與任何材料產(chǎn)生相互的作用，本文對脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用進行研究，希望能夠促使高分子材料加工更加良好的依據(jù)脈沖激光技術(shù)獲得發(fā)展。
1脈沖激光及其折射率改性
所謂脈沖主要便是指隔一段相同的是假案發(fā)出的電波、光波等機械形式。脈沖激光則主要是指脈沖工作方式的激光器發(fā)出的光脈沖，脈沖激光具有其獨特的工作必要性，其能夠進行信號的發(fā)送并且減少熱量的產(chǎn)生。一般情況下，脈沖激光比較短，其時間幾乎已經(jīng)達到了“皮秒”的級別。脈沖激光器在工作中需要由激光泵浦源持續(xù)性的提供能量，由此方能夠長期間產(chǎn)生并且輸出脈沖激光。高分子材料加工領(lǐng)域目前對脈沖激光技術(shù)有所應(yīng)用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現(xiàn)正比關(guān)系，并且包括末端基、添加劑與雜志等化學(xué)組成、分子趨向、鏈間結(jié)合力等均與熱歷史存在關(guān)系。在高分子材料加工應(yīng)用脈沖激光技術(shù)時，與其他改性技術(shù)相比較而言，脈沖激光技術(shù)能夠誘導(dǎo)高分子材料改性技術(shù)對其財力下性能產(chǎn)生最小的影響，并且脈沖激光技術(shù)能夠在高分子材料的表面將原有的化學(xué)鍵打破，并且能夠形成全新的化學(xué)鍵，以此改變高分子材料的特性。
2高分子材料加工對脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用
2.1激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)
激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)能夠有效的促進高分子材料與生物組織交界面上的細胞黏附與增殖，使得生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的眾多學(xué)者均對其予以了較高的關(guān)注。高分子材料表面的孔洞會在材料表面熱化的情況下形成，并且應(yīng)力在整個孔洞形成的過程中發(fā)揮著極為重要的作用。受應(yīng)力波的影響，高分子材料的黏度會下降，而高分子材料本身又存在著因應(yīng)力波作用而產(chǎn)生的孔洞長大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會在溫度上升的情況隨著應(yīng)力的下降而增加。就該方面高分子材料對脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用情況已經(jīng)有部分學(xué)者展開了研究，并且認為在248nm的脈沖激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會發(fā)生一定改變，其能夠?qū)⒃械臍滏I網(wǎng)絡(luò)打破，并且經(jīng)過紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發(fā)現(xiàn)高分子材料膠原主鏈的部分會出現(xiàn)光熱分解現(xiàn)象，在激光燒燭時會將光機械作為主要作用力，而后發(fā)生光化學(xué)轉(zhuǎn)變。該種狀態(tài)下生物的相容性會發(fā)生改善，即細胞黏著與細胞生長會發(fā)生改變。
2.2激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)
高分子材料一般不會吸收長波長激光，其只有在激光強度十分高的情況下方能夠有效的實現(xiàn)多光子的吸收。此時脈沖激光輻照在高分子材料表面時便會形成一定的表面周期結(jié)構(gòu)，且存在波長效應(yīng)，其中，長脈沖激光器只能夠形成紫外波段激光器，而超短脈沖激光器則能夠在紫外波段和紅外波段均形成激光器。激光燒燭所產(chǎn)生的高分子材料表面周期結(jié)構(gòu)一般可以向其納入到波長量級，并且在對偏振態(tài)、激光波長與入射角度等參數(shù)進行改變的情況下，高分子材料表面結(jié)構(gòu)亦能夠發(fā)生相應(yīng)的改變。經(jīng)過對激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)進行研究可以發(fā)現(xiàn)，其形成的機理主要包括兩點：①入射脈沖激光束與高分子材料的表面散射光之間能夠相互調(diào)制；②脈沖激光的強度調(diào)制能夠轉(zhuǎn)化成為高分子材料表面的改性結(jié)構(gòu)。在激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)的該兩點形成機理相互聯(lián)情況下，脈沖激光輻照將能夠促使高分子材料產(chǎn)生表層的熱化，繼而在溫度梯度的影響下導(dǎo)致高分子鏈不斷擴散，最終形成表面周期結(jié)構(gòu)。
2.3塊體材料加工對脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用
高分子材料會對不同波長的光進行吸收，紫外脈沖激光加工需要對高分子材料的該點特性會產(chǎn)生依賴性。一般情況下，大部分的透明高分子材料均屬于弱吸收體，其能夠吸收的波段一般保持在193mm以下的真空紫外區(qū)。若入射的脈沖激光光子能量明顯要大于高分子材料的化學(xué)鍵能時可以將原有的化學(xué)鍵直接打破，此時高分子材料將會被離解成為單體產(chǎn)生脈沖激光燒燭，但是并不會產(chǎn)生液相，屬于典型的光化學(xué)過程，其所產(chǎn)生的熱影響亦最小。對于塊體材料加工對脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用方面，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)利用飛秒激光技術(shù)進行PCL片材的加工將能夠在加工的過程中于加工邊緣發(fā)現(xiàn)存在著熱退火形成的晶球以及快速冷卻形成的非晶組成熱影響區(qū)域。與此同時，紫外波段光子能量若超過了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會產(chǎn)生光化學(xué)作用。
3結(jié)束語
綜上所述，脈沖激光技術(shù)加工高分子材料具有十分復(fù)雜的機理，且不同的脈沖激光加工技術(shù)會對加工工藝、加工材料等提出不同的要求，因而高分子材料的脈沖激光燒燭在各界均有著比較大的爭議性。比較典型的高分子材料在脈沖激光技術(shù)加工下的光熱與光化學(xué)特點有：短波長激光的光子能量比較大，能夠直接打破高分子材料的化學(xué)鍵，并且能夠?qū)Ω叻肿硬牧线M行光化學(xué)降解。若將脈沖激光中脈沖的寬度縮短將能夠有效地提高多光子吸收截面，此時的加工效率也將能夠有效提高。鑒于此，脈沖激光能夠成為我國現(xiàn)階段以及未來工業(yè)高分子材料加工的首選技術(shù)，并且在不斷地研究與探索下，脈沖激光技術(shù)將能夠進一步的完善與應(yīng)用，推動我國社會與經(jīng)濟水平全面提升，并且提高我國在國際方面的影響力。
作者：田新 單位：新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院
《化學(xué)推進劑與高分子材料雜志》2016年第6期
摘要：
介紹了熔融沉積成型（FDM）原理及所需材料要求，詳細闡述了國內(nèi)外FDM用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯的研究進展，展望了其發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：
熔融沉積成型；ABS；聚乳酸；聚碳酸酯
3D打印是一種以設(shè)計的3D模型為基礎(chǔ)，利用打印設(shè)備逐層增加材料來構(gòu)造三維實物的快速成型技術(shù)[1]。它集成了CAD（計算機輔助設(shè)計）/CAM（計算機輔助制造）、機電控制和材料科學(xué)等方面的技術(shù)，被譽為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。目前比較成熟的快速成型工藝有：光固化立體造型、疊層實體制造、選擇性激光燒結(jié)、熔融沉積成型。與其他快速成型工藝相比，F(xiàn)DM操作簡便，安全無毒，成型效率高，成型設(shè)備價格低，發(fā)展極為迅速。目前FDM系統(tǒng)在全世界已使用的快速成型系統(tǒng)中約占1/3。材料是熔融沉積成型的重要基礎(chǔ)，具有可黏合性的高分子材料是FDM工藝最常用的材料，它的發(fā)展速度制約熔融沉積成型的進一步發(fā)展。本文重點介紹了丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯3類高分子材料用于FDM工藝的研究進展，為熔融沉積成型進一步發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
1FDM工藝概述
1.1FDM工藝工作原理
首先用加熱裝置將絲狀（直徑約2mm）熱塑性材料加熱熔化，給材料合適的壓力將熔融態(tài)材料從微細噴嘴（直徑一般為0.2~0.6mm[2]）中擠出，噴頭根據(jù)計算機設(shè)定的模型截面信息運動，將擠壓出的熔融態(tài)絲材涂覆在工作臺的制件基座的指定位置，并快速冷卻固化，一個層面沉積完成后，工作臺按設(shè)定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔融沉積，循環(huán)往復(fù)，直至完成整個實體制造。
1.2FDM材料的性能要求
根據(jù)FDM工藝原理及特點，所用高分子材料應(yīng)滿足以下性能要求[3–5]：①材料的制絲要求高分子材料在使用前，要經(jīng)螺桿擠出機加工成直徑約2mm的單絲，因此材料必須能夠擠出成型。單絲要求表面光澤、直徑均勻、內(nèi)部無中空，在常溫下應(yīng)具有良好的柔韌性，不會被輕易折斷。②材料的收縮率線材經(jīng)熔融擠出后在工作臺上快速固化，但若成型材料收縮率大，固化時的體積收縮就會在制品中產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力，進而使制品翹曲變形，甚至導(dǎo)致制品開裂，以至成形失敗。材料的收縮率是影響制品外形質(zhì)量最重要的因素之一，F(xiàn)DM工藝要求成型材料的收縮率越小越好。③材料的機械性能絲狀進料方式要求料絲具有較好的力學(xué)性能，這樣在摩擦輪的牽引和驅(qū)動力作用下才不會發(fā)生斷絲和彎曲現(xiàn)象。由于料絲在加熱裝置內(nèi)還起到活塞推進作用，為提高其抗失穩(wěn)性能，料絲必須具有足夠的彈性模量。④材料的流動性為將熔融態(tài)的絲材從噴嘴中順利擠出，要求所用材料在熔融態(tài)時具有較好的流動性。流動性差的材料產(chǎn)生的阻力大，難以擠出；流動性太好的材料擠出后難以控制，發(fā)生流涎，并造成每一次循環(huán)的起始與停止時，擠出物料不均勻。
2FDM用高分子材料研究進展
2.1ABS
ABS是目前使用最多、應(yīng)用最早的高分子打印線材。它綜合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的優(yōu)良性能，具有良好的力學(xué)性能，易加工，廣泛應(yīng)用于汽車、紡織、電子電器和建筑等領(lǐng)域[6]。但ABS也存在一些缺點：較大的收縮率，制品易收縮變形，易發(fā)生層間剝離及翹曲等現(xiàn)象；耐熱變形性較差；打印過程中有異味產(chǎn)生。為改善ABS打印的成型質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者在ABS改性方面做了很多工作。
2.1.1國外
M.L.Shofner等[7]用VGCFs（氣相生長碳纖維）填充ABS，制備用于FDM工藝的復(fù)合材料，研究了填充VGCFs對ABS機械性能的影響。結(jié)果表明，加入VGCFs能提高ABS的拉伸強度和模量，但是流動性會變差。美國的Stratasys是世界上最大的3D打印材料公司，它新推出了一款A(yù)BS材料ABS–M30i。與標準的StratasysABS相比，ABS–M30i的力學(xué)性能有較大的提高，并且層間黏合強度大幅提升，擴大了ABS的應(yīng)用范圍[8]。Stratasys公司的第2代數(shù)碼ABS2，這種新型材料可通過FDM技術(shù)制備薄壁電子器件，且具有良好的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性[9]。美國3DXTech公司利用多壁碳納米管對純ABS樹脂進行改性，制備出新型FDM用ABS材料——3DXNanoESD，可用于打印汽車、電子器件用關(guān)鍵零件，以及需要靜電放電（ESD）保護的器件。
2.1.2國內(nèi)
仲偉虹等[10]利用短切玻璃纖維對ABS進行改性，研究了短切玻璃纖維含量對ABS機械性能的影響。結(jié)果表明，加入短切玻璃纖維，ABS材料的收縮率變小，解決了ABS制品易收縮變形的問題，同時材料強度、硬度大幅提升，但會使材料韌性變差。加入增韌劑和增容劑很好地解決了這一問題，提高了ABS復(fù)合材料的韌性，從而使短切玻璃纖維改性的ABS材料適合于FDM工藝。方祿輝等[11]將ABS與熱塑材料苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物（SBS）進行熔融共混，制備用于FDM工藝的功能材料，研究了SBS結(jié)構(gòu)及其含量對ABS/SBS共混物各性能的影響。結(jié)果表明，加入熱塑材料SBS，ABS的流動性明顯提高，韌性變好，低頻下熔體強度高，對剪切頻率依賴變?nèi)酰^好地適用于FDM工藝對ABS材料流動性和力學(xué)性能的要求。聶富強等[12]發(fā)明并公布了一種ABS線材的制備方法。首先將聚丁二烯橡膠剪碎溶在苯乙烯中，然后加入丙烯腈單體和稀釋劑后攪拌成均相，再加入引發(fā)劑，在一定溫度下連續(xù)本體聚合后獲得可用于FDM工藝的ABS。利用優(yōu)化后的制備方法成功制備了ABS，且制備的ABS耐熱性好、抗沖擊強度高。黃旭輝等[13]公開了一種3D打印用ABS材料，材料為核殼結(jié)構(gòu)，核體為改性的ABS材料，殼體為聚砜（PSF）材料。通過將材料制備成核殼結(jié)構(gòu)，材料同時具有ABS的高韌性和PSF的高耐熱性和成型收縮率小等優(yōu)勢，取長補短。在ABS材料內(nèi)添加抗沖擊改性劑來增強材料的彎曲強度和壓縮強度，改善力學(xué)性能；利用小粒度的碳纖維增強材料包裹有機倍半硅氧烷增加材料之間的界面，更好地結(jié)合ABS材料與PSF材料，解決了復(fù)合材料界面結(jié)合力較弱的問題，擴大了ABS材料的使用范圍。
2.2聚乳酸
聚乳酸是以玉米或甘蔗為原料，經(jīng)過發(fā)酵制成乳酸，最終轉(zhuǎn)化為聚乳酸[14]。聚乳酸具有良好的光澤性、延展性、降解性、生物相容性，打印的制品硬度好，色彩鮮艷，透明富有光澤，外觀細膩，打印過程中不產(chǎn)生難聞氣味，是3D打印最好的原材料[15]。聚乳酸的缺點也同樣明顯，其韌性和抗沖擊強度較差，打印制品脆性大，強度較低，尺寸穩(wěn)定性差，不能抵抗溫度變化，當溫度超過50℃就會變形，限制了其使用范圍[16–18]。為此，國內(nèi)外學(xué)者做了很多工作來改善聚乳酸的性能。
2.2.1國外
D.Drummer等[19]將磷酸鈣與聚乳酸復(fù)合，通過FDM技術(shù)制備組織工程和頜面外科用材料，研究了噴嘴溫度對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，噴嘴溫度為225℃時，復(fù)合材料的模量為3122N/mm2，力學(xué)性能最好，而溫度為235℃時，所得復(fù)合材料具有最低的拉伸強度和斷裂伸長率。德國FKuRKunststoff公司與荷蘭Helian公司合作，制備出用于FDM的高性能PLA材料，該材料通過加入天然纖維來提高PLA的強度和尺寸穩(wěn)定性。荷蘭Colorfabb公司最近開發(fā)出兩款新型PLA材料，具有木質(zhì)效果的WoodFillFine和仿竹子的BambooFill。隨后，Colorfabb公司又推出一款獨特的PLA線材——具有軟木效果的CorkFill。與傳統(tǒng)的木材相比，新型纖維增強PLA材料打印的制品外觀獨特，具有很好的木質(zhì)效果，并且沒有設(shè)計限制[20–21]。日本JSR公司推出一系列高性能PLA線材，命名為FABRIAL。此系列產(chǎn)品強度高，韌性好，加工過程中不易折斷，制品穩(wěn)定性好，可用于制造最終產(chǎn)品，有效解決了PLA材料打印制品脆性大、強度較低等問題，擴展了制品的用途。今后該公司將充實產(chǎn)品種類，推出具有特殊性能的產(chǎn)品，以滿足多種用途需求[22]。
2.2.2國內(nèi)
譚志勇等[23]將一種環(huán)氧類大分子擴鏈劑與PLA樹脂進行共混，研究擴鏈劑用量對PLA相對分子質(zhì)量的影響，以及熱處理時間和溫度對共混物機械性能和結(jié)晶性的影響。結(jié)果表明：擴鏈劑中的環(huán)氧基團與PLA中的端羥基、羧基發(fā)生反應(yīng)，PLA的相對分子質(zhì)量大幅提升；選擇合適的條件進行熱處理可以使PLA及其共混物結(jié)晶，PLA的強度和尺寸穩(wěn)定性均得到了提高。鄢國強等[24]發(fā)明并公布了一種適用于FDM技術(shù)的改性聚乳酸復(fù)合材料，將PLA、擴鏈劑、增韌劑、分散劑等經(jīng)高速混合機混合后，利用擠出機擠出拉絲得到線材。與純PLA相比，該材料具有良好的柔韌性，同時沖擊強度、耐熱性和斷裂伸長率得到了較大的提高，將該復(fù)合材料用于FDM技術(shù)，成品具有表面光潔、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點。陳慶等人[25]發(fā)明并公布了一種FDM工藝用聚乳酸材料及其制備方法。該方法利用低溫粉碎混合反應(yīng)技術(shù)改性PLA，改性后的PLA材料機械性能和熱變形溫度大幅提升，擴大了PLA材料的使用范圍。增韌改性后的PLA材料打印溫度為200~240℃，打印過程中材料收縮率小，無氣味，打印過程流暢，制品尺寸穩(wěn)定，富有光澤。
2.3聚碳酸酯
PC是一種分子鏈中含有碳酸酯基的熱塑性樹脂。它性能優(yōu)良，是目前使用最多的熱塑性工程塑料之一[26–27]。PC幾乎具備了工程塑料的所有優(yōu)良特性，抗沖擊性能好、無味、耐高溫、抗彎曲、強度高，此外還具有良好的阻燃特性，可用于FDM工藝制備高強度產(chǎn)品[28]。但PC也存在一些缺點：顏色單一，著色性能不理想；PC中含有致癌物質(zhì)雙酚A，在高溫下會析出，影響人體健康；價格相對較高；打印溫度過高（超過300℃），不適用大多數(shù)的桌面3D打印機。
2.3.1國外
Stratasys是世界上第一家推出PC線材的3D打印公司。用該線材生產(chǎn)的產(chǎn)品強度高，耐熱性好，最高可耐145℃。隨后，Stratasys公司開發(fā)了工程材料PC/ABS。PC/ABS同時具有PC的高強度以及ABS的高韌性，力學(xué)性能大幅提升，使用該材料配合FORTUS設(shè)備制作的產(chǎn)品性能更佳。隨后，Stratasys公司又推出了Polycarbonate–ISO（PC–ISO）材料。PC–ISO[29]是FDM技術(shù)可采用的材料中強度最高、耐熱性最好的生物相容性材料。它通過γ射線、環(huán)氧乙烷進行殺菌并且符合ISO10993和美國藥典塑料VI級標準，具備PC的所有性能，又具有良好的生物相容性，廣泛應(yīng)用于食品包裝行業(yè)及醫(yī)療器械行業(yè)。
2.3.2國內(nèi)
2014年，廣州傲趣電子科技有限公司公布了一種高性能PC線材。此種線材用拜耳公司生產(chǎn)的食品級PC原料制作，可用于FDM工藝。該線材打印過程平臺溫度為120~150℃，噴嘴溫度為255~280℃，流動性好，制品強度高，外觀光澤細膩，尺寸精度高，不含雙酚A，有效解決了PC材料的致癌問題。2015年，來自上海的3D打印材料制造商Polymaker與先進化學(xué)材料開發(fā)商Covestro（前身為拜耳材料科技）聯(lián)手，共同開發(fā)出了兩款專門針對桌面3D打印機的全新聚碳酸酯3D打印線材——PolymakerPC–Plus和PolymakerPC–Max。這兩款線材經(jīng)過特殊配方已經(jīng)將打印溫度從300~320℃下降到250~270℃，有效解決了PC材料難以用于桌面3D打印機的問題，打印溫度的降低同時也減少了在打印過程中出現(xiàn)翹曲或變形的可能性。管國虎等[30]公布了一種FDM用芳香族聚酯材料及其制備方法。該發(fā)明首先將芳香族聚酯加入芳香族聚碳酸酯中進行共混改性，然后將共混物加工成細條狀，再用適當劑量的電子束輻射使其發(fā)生一定程度的交聯(lián)。該方法保持材料熔融加工性能的同時又達到了本體增強的目的。改性后的材料抗沖擊性大大提高，使芳香族聚碳酸酯具有更加廣闊的應(yīng)用。
3展望
FDM技術(shù)相對于其他快速成型技術(shù)，由于具有成型速度較快，產(chǎn)品性能好、易清潔，后處理簡單，設(shè)備體積小、易維護等優(yōu)點，因而將會有更廣泛的應(yīng)用。經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者的共同努力，F(xiàn)DM技術(shù)最常用的ABS、PLA和PC材料的性能大大提高，為FDM技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前國內(nèi)有能力生產(chǎn)用于FDM技術(shù)的絲材的企業(yè)較少，且產(chǎn)品較國外有較大差距。因此，今后應(yīng)加大對3D打印企業(yè)的資金支持，鼓勵技術(shù)革新，研發(fā)高質(zhì)量產(chǎn)品，縮小與國外的差距，促進我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
作者:魏欣 劉洋子健 張成彬 張均 姜志國 單位:北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
一、闡明高分子生產(chǎn)加工與化工生產(chǎn)間的內(nèi)在聯(lián)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，化工原理課程也是海南大學(xué)(以下簡稱“我校”)高分子材料與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生在初學(xué)化工原理時可能感覺與高分子加工技術(shù)相差較大，對將來專業(yè)知識沒有直接幫助，學(xué)習(xí)的積極性與主動性均難以充分調(diào)動，甚至還易產(chǎn)生消極抵觸的情緒。因此，在課程剛開始的緒論這一章的教學(xué)中在介紹什么是化學(xué)工業(yè)過程時筆者不以教材里的傳統(tǒng)化工加工為例，而是詳舉高分子行業(yè)中運用化工原理知識進行材料加工處理的實例，提前介紹一些高分子材料加工的方法，拉近學(xué)生與傳統(tǒng)化工加工技術(shù)的距離，讓學(xué)生理解高分子加工的一些操作與傳統(tǒng)化工類的操作間的異同點，以便消除同學(xué)們內(nèi)心的疑惑，指明高分子材料加工專業(yè)的同學(xué)學(xué)習(xí)化工原理知識的必要性。如天然橡膠的初加工是海南(以下簡稱“我省”)省的特色產(chǎn)業(yè)也是我校高分子材料專業(yè)的一個重要方向。從天然橡膠樹上采割的膠乳經(jīng)過一系列的處理得到干膠產(chǎn)品(如圖所示)。在這個過程中干燥、濃縮、壓片等操作與傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中的相關(guān)的單元操作一樣，所用的基本原理相同，設(shè)備基本通用。高分子材料如聚乙烯的合成中乙烯氣體在常壓常溫下，加壓輸送合成前的加熱升溫操作及反應(yīng)后產(chǎn)物的分離與傳統(tǒng)化工專業(yè)的流體輸送原理及加熱原理是相同的，所用設(shè)備是相通的。
二、將高分子加工工藝融入化工原理的課程教學(xué)中
在高分子材料的加工中采用了大量的化工單元操作。但這些高分子加工藝在傳統(tǒng)的化工原理教材中是看不到的。這就要求任課教師具有高分子材料加工方面的知識背景，這樣可以將高分子加工工藝中運用到的化工原理的知識融入課程的教學(xué)中，學(xué)生領(lǐng)會到該門課程的知識在專業(yè)知識中的基礎(chǔ)作用學(xué)習(xí)興趣才會提高，并且在將來的工作中能有意識地提前運用化工原理的理論知識，進行企業(yè)的節(jié)能降耗等的工藝改進。如在以動量傳遞理論為基礎(chǔ)的單元操作的有關(guān)教學(xué)中，教材通常是以牛頓型流體如水、苯或甲苯等常規(guī)化學(xué)品的流體輸送為例，而高分子材料專業(yè)的學(xué)生處理對象多為大分子材料，所處狀態(tài)通常固體顆粒或黏稠狀態(tài)，屬于非牛頓型流體范疇。因此教材中的例子缺乏對高分子材料專業(yè)學(xué)生的足夠吸引力，難以達到應(yīng)有的示例效果。教學(xué)中我們以膠乳廠中天然濃縮膠乳的生產(chǎn)工藝為例，說明工藝中我們利用泵提供新鮮膠乳能量，促使其流入高速離心機中，而離心機是非均相物分離的一個單元操作。高分子量的聚異戊二烯在離心機轉(zhuǎn)鼓的軸中心較遠的地方富集，而小分子如水分、小分子量的聚異戊二烯在軸中心附近富集。將這兩個位置的乳液分別導(dǎo)出就分別得到濃縮膠乳和膠清膠，并利用非牛頓型流體的阻力計算方法表明，由于膠乳的黏稠度遠大于水的黏度在動力消耗上要比同等條件下輸送水的動力消耗大。鑒于在塑料或橡膠的加工生產(chǎn)中大量運用到了螺桿擠出機。所以在流體輸送設(shè)備介紹中，筆者是以螺桿擠出機在塑料加工中的應(yīng)用為例，說明螺桿擠出機的工作原理，并且介紹在塑料擠出機的料斗的顆粒進料系統(tǒng)中可以利用固體流態(tài)化技術(shù)，采用真空吸料或用鼓風機壓料進行原料輸送。在以熱量傳遞為理論基礎(chǔ)的單元操作中，在介紹以導(dǎo)熱方式進行的熱傳遞時，筆者以未硫化膠膜在平板硫化儀內(nèi)加熱硫化為例進行導(dǎo)熱說明。而以塑料在螺桿擠出機內(nèi)或橡膠在煉膠機上進行塑煉時的粘流態(tài)受熱為例介紹對流傳熱熱傳遞方式。在以質(zhì)量傳遞為理論基礎(chǔ)的單元操作中，以粉末涂料的生產(chǎn)為例，介紹噴霧干燥工藝。這些將高分子材料加工工藝融入化工原理的課堂教學(xué)中，拉近了材料加工與化工原理知識間的距離，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，起到明顯的教學(xué)改革效果。
三、以高分子材料為實驗對象
化工原理一般是同學(xué)們從公共基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)所接觸到的第一門工程性課程，亦是一門理論與實踐緊密結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程。它的實驗課教學(xué)設(shè)計至關(guān)重要，其不僅關(guān)系到整門課程教學(xué)效果的好壞，更是決定能否推進該課程素質(zhì)教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為提高高分子材料類專業(yè)同學(xué)參與化工原理實驗課的學(xué)習(xí)熱情，筆者在實驗教學(xué)中選擇高分子材料進行相關(guān)的實驗。如干燥實驗中有的專業(yè)以甘蔗渣紙板為實驗對象，獲得有關(guān)纖維的干燥過程曲線和干燥速率曲線。而我省特色產(chǎn)業(yè)天然膠乳加工中有將天然膠乳干燥制備成干膠的這一操作。為了結(jié)合我校的高分子材料專業(yè)，專業(yè)實習(xí)提前將有關(guān)化工原理的知識融入到專業(yè)學(xué)習(xí)中。實驗中以天然膠乳制備的濕膜片為實驗材料，獲得天然膠乳薄膜制品的干燥過程曲線和干燥速率曲線，為以后同學(xué)們?nèi)ツz乳廠參觀實習(xí)提供理論和實驗依據(jù)。這一舉措不僅有效激發(fā)了同學(xué)們參與實驗研究的主動性，反過來也極大促進了該課程理論學(xué)習(xí)的積極性。
四、有的放矢傳授教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)少學(xué)時的課程教學(xué)計劃
在高分子材料類專業(yè)的教學(xué)計劃中，化工原理雖也多被列為必修課程，但相比化工類專業(yè)，其教學(xué)學(xué)時要少得多。因此，如何在有限的學(xué)時內(nèi)，引導(dǎo)同學(xué)們在掌握基本化工操作知識的基礎(chǔ)上，有的放矢地傳授教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主復(fù)習(xí)，進行課外自學(xué)。如化工原理教材中有大量公式推導(dǎo)過程，少學(xué)時專業(yè)課的教學(xué)中不容許課堂上在公式推導(dǎo)中花費大量的時間，課堂教學(xué)中會簡單介紹推導(dǎo)思路，鼓勵學(xué)生課前及課后自學(xué)，重點放在有關(guān)理論的應(yīng)用上。如離心泵理論揚程的方程式的推導(dǎo)過程，運用了前期我們學(xué)過的伯努利方程的知識和幾何學(xué)中速度的矢量運算知識。在教學(xué)中要求學(xué)生課前自學(xué)，教學(xué)重點在分析、總結(jié)和對公式的理解和運用上。考慮課程特點，在蒸發(fā)等單元操作上分配課時較少，而對于膜分離這類單元操作，由于與高分子材料有密切關(guān)系，安排一定的學(xué)時學(xué)習(xí)這類單元操作的原理。這樣做到有的放矢，盡可能與專業(yè)產(chǎn)生一定的關(guān)聯(lián)，為專業(yè)知識拓寬堅實的專業(yè)基礎(chǔ)知識。
作者：張可喜符新何映平李志君單位：海南大學(xué)材料與化工學(xué)院
摘要：我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。本文探討了生物可降解高分子材料現(xiàn)階段的開發(fā)應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：高分子材料可降解生物
我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。按照上述機理，現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進的物理化學(xué)過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2、生物可降解高分子材料的類型
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應(yīng)用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共混制得。
2.4摻合型
在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的開發(fā)
3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過化學(xué)修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
3.1.2化學(xué)合成法
模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。
3.1.3微生物發(fā)酵法
許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
;3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學(xué)的發(fā)展，酶在有機介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料新晨
4、生物可降解高分子材料的應(yīng)用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國一年約生產(chǎn)3000多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國際上發(fā)達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
摘要:高分子材料是現(xiàn)代社會生產(chǎn)加工中應(yīng)用的主要原料形式之一，建筑材料中高分子的應(yīng)用更是隨處可見，結(jié)合生活中高分子的應(yīng)用，從職業(yè)院校教師的角度，對建筑材料中廢舊高分子材料的回收利用探究。
關(guān)鍵詞:建筑材料;高分子材料;回收利用
隨著社會經(jīng)濟發(fā)展水平的逐步提高，社會發(fā)展的范圍也得到擴大，現(xiàn)代建筑材料中，主要應(yīng)用以塑料、橡膠、纖維為主的高分子材料作為主要的建筑材料，高分子材料在建筑材料中的應(yīng)用，可以降低建筑的成本，實現(xiàn)現(xiàn)代建筑的使用壽命得到延長，但建筑材料中廢舊高分子材料應(yīng)用的回收不當，對社會環(huán)境造成較大的污染，結(jié)合高分子材料的特性，對高分子的回收利用進行探究。
1廢舊高分子材料的危害分析
高分子材料主要是由塑料、橡膠以及纖維等資源，是一種新型符合建筑材料，廢舊的分子如果不能得到及時降解，則會在太陽光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生以二氧化硫為主的污染氣體［1］，對造成大氣污染，同時，高分子中的塑料成分中含有大量的聚乙烯，可降解性較差，從而在社會中產(chǎn)生有色污染垃圾，對社會環(huán)境造成直接污染，嚴重影響了社會環(huán)境的建設(shè)。結(jié)合以上對高分子材料的危害的分析，提出高分子在現(xiàn)代建筑材料中回收利用的分析措施，實現(xiàn)高分子在建筑材料中應(yīng)用的進一步探究。
2建筑材料中廢舊高分子的回收利用
2．1建筑材料墻體的應(yīng)用
高分子在建筑材料中的應(yīng)用，可以作為建筑材料墻體，高分子轉(zhuǎn)換為玻璃塑料混合墻體，高分子的主要材質(zhì)中塑料可以到達塑性的作用，從而實現(xiàn)建筑材料的外部形態(tài)結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)固，大大提高了現(xiàn)代建筑墻體的穩(wěn)定性和固定性，此外，高分子制作的新型融合性結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮高分子抗壓，耐高溫的特點，而新型建筑墻體中融合了玻璃材質(zhì)，使廢舊高分子轉(zhuǎn)化后的建筑墻體可以達到比傳統(tǒng)墻體建結(jié)構(gòu)更加完善的建筑穩(wěn)定性受壓能力，為廢舊高分子的二次利用提供了應(yīng)用的新范圍［2］，為我國現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展提供新的符合材料。
2．2金屬橡膠混凝土
金屬橡膠混凝土是現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的一種新型建筑材料，主要由不同硬度的金屬，塑料、橡膠等部分組成［3］。金屬橡膠混凝土的應(yīng)用能夠解決現(xiàn)代墻體建筑中存在的墻體裂縫等問題，可以提高施工建筑的密封性。例如:應(yīng)用傳統(tǒng)的建筑材料進行施工建筑中，施工材料受到墻體的壓力或者溫度的影響，容易出現(xiàn)墻體裂縫或者密封性降低的情況發(fā)生，導(dǎo)致建筑施工的質(zhì)量出現(xiàn)問題，采用金屬橡膠混凝土后，墻體施工后，應(yīng)用新型混凝土對墻體建筑充的對接縫進行外部填充，新型混凝土中含水量較低，能夠解決墻體施工建筑中施工開裂的問題，提高了現(xiàn)代建筑的施工質(zhì)量。
2．3混合建筑保溫層的轉(zhuǎn)化
高分子材料在建筑應(yīng)用材料中的回收利用，轉(zhuǎn)化為混合建筑保溫層，是直接的綜合利用的體現(xiàn)。現(xiàn)代建筑中墻體保溫層建筑是主要的建筑問題之一，傳統(tǒng)的墻體保溫層采用雙層保溫板，但保溫板經(jīng)過一段時間的應(yīng)用后，受到墻體中水泥的侵蝕，使保溫板的保溫效果下降，用戶入住后，一段時間后室內(nèi)溫度明顯降低，房屋建筑的保溫效果下降，高分子可以轉(zhuǎn)化為泡沫保溫層，新型高分子混合泡沫保溫層的主要成分是塑料和橡膠，可以抵抗水泥長時間的形侵蝕，到達保證保溫層長期持久豹紋的效果。此外，新型混合保溫層具有較好的吸聲作用，能夠達到施工墻體建筑保溫效果好的同時增強了墻體的隔音效果，完善我國建筑施工技術(shù)水平的進一步優(yōu)化發(fā)展，實現(xiàn)廢舊高分子的綜合應(yīng)用。
2．4新型防水符合材料
高分子材料在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，為我國建筑施工的材料創(chuàng)新應(yīng)用提供了更加全面的應(yīng)用范圍。高分子材料的應(yīng)用，可以達到新型防水材料的使用。現(xiàn)代建筑施工中，采用硅酸水泥和粉煤灰以及聚乙烯作為主要的構(gòu)成材料，新型防水材料的應(yīng)用，可以實現(xiàn)外墻墻體建設(shè)與保溫層之間的隔水性增強［4］，能夠打破傳統(tǒng)墻體建筑保溫層中保溫層受到外部墻體滲水的影響情況，新型防水材料中聚乙烯可以使施工材料表面形成保護膜，達到及時阻隔外部墻體滲入到墻體中水分的作用，實現(xiàn)我國整體建筑施工墻體的防水性得到大大提高。例如;新型符合防水層可以將外部墻體滲入的水分進行阻隔，聚乙烯將深入的水分轉(zhuǎn)接給粉煤灰，粉煤灰吸收水分，保持保溫層的環(huán)境干燥，達到保護墻體保溫性，延長墻體使用壽命的作用。
2．5復(fù)合地板的應(yīng)用
高分子在建筑材料中的回收利用，體現(xiàn)為復(fù)合地板的應(yīng)用，新型建筑材料的施工建筑具有加強的耐用性，復(fù)合地板的主要材料是由傳統(tǒng)的木質(zhì)材質(zhì)和聚乙烯作為主要的材質(zhì)，地板的木質(zhì)材料保留了傳統(tǒng)地板中木質(zhì)地板材質(zhì)問題，同時融合聚乙烯可以提高地板的防水性和耐磨性，表面的聚乙烯薄膜能夠達到保護地板日常應(yīng)用中與堅硬物體之間的摩擦痕跡，增強地板的耐磨程度;此外，新型符合地板可以保護地板不受到蛀蟲的影響，延長地板在實際的使用壽命。
3結(jié)論
高分子是現(xiàn)代社會建設(shè)中經(jīng)常應(yīng)用的一種建筑材料，結(jié)合建筑材料對廢舊高分子技術(shù)的探究分析，實現(xiàn)我國現(xiàn)代社會發(fā)展材料綜合應(yīng)用，促進我國現(xiàn)代社會發(fā)展資源的綜合利用。
作者:陳玲琳 單位:湖北工業(yè)大學(xué)
1.我國廢舊高分子材料回收的現(xiàn)狀
對廢舊高分子材料進行處理可謂是一把雙刃劍，運用得好能夠節(jié)約資源，保護環(huán)境，如果沒能夠處理好，就會給我們的生產(chǎn)生活帶來一定的負面影響，甚至還會是出現(xiàn)毒有害現(xiàn)象。將廢舊材料應(yīng)用到建筑建設(shè)當中，既可以進一步降低高分子材料給我們的生產(chǎn)生活帶來的影響，還可以為建筑工程提供更多更好的建筑材料的來源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、社會的進步，會有更多新型的高分子材料問世，從而提高整個建筑行業(yè)的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)環(huán)境效益、社會效益、環(huán)境效益的有機統(tǒng)一。我國處理廢棄的高分子材料的技術(shù)還相對比較落后，絕大部分處理方法也只是簡簡單單的再生及復(fù)合再生。在這種情況下，大批量的廢棄高分子材料就會被當成垃圾，隨意丟棄，大量的廢舊高分子材料給我們的日常生活帶來了極大的影響，嚴重污染了我們的環(huán)境，例如:分散在土壤中塑料地膜，很容易導(dǎo)致土質(zhì)板結(jié)，不利于農(nóng)作物對氧、空氣、水分、光的吸收;地面上飛散的薄膜碎片也容易導(dǎo)致相關(guān)建筑引起火災(zāi);再降解的過程中，部分廢舊高分子材料會釋放對人們身體健康非常有害的毒素。現(xiàn)階段，我們迫切需要處理好這些廢舊的塑料、纖維、橡膠等問題。
2.廢舊高分子材料在建筑材料中的應(yīng)用
當今的世界是一個充滿高分子材料的世界，我們在一方面享受高分子材料給我們的生產(chǎn)生活帶來極大的便利的同時，還要考慮廢舊高分子的處理問題。處理廢舊高分子材料有益也有弊，廢舊材料處理得好，則有利于降低高分子材料給我們帶來的危害，不僅如此，還能夠幫助我們降低生產(chǎn)生活成本;如果處理不好，就會危害環(huán)境，給我們的身體健康造成損害。將廢舊高分子材料作為一種建筑材料，能夠有效解決廢舊材料無法處理的難題，一方面可以降低廢舊高分子材料的危害，另一方為工程建設(shè)提供了一條新的建筑來源。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，新型材料將會一項接著一項的問世，最終達到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的統(tǒng)一。首先，廢舊高分子材料在建筑當中可以當做墻體材料來應(yīng)用。隨著我國相關(guān)使用粘土磚禁令的進一步公布，我國建筑工程行業(yè)已經(jīng)開始進一步加強了新型墻體材料的開發(fā)和應(yīng)用，因此，回收廢舊高分子材料具有非常重要的意義，極大的支持了墻體材料的進一步創(chuàng)新。現(xiàn)階段，新墻體材料的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日益成熟，并逐步應(yīng)用到生產(chǎn)實際當中，與我們的生產(chǎn)生活密不可分，具體來說，主要包括以下幾個方面:一是將塑料同玻璃有機結(jié)合成在一起形成的樣品磚。現(xiàn)階段，我國已經(jīng)研制出了將玻璃和塑料復(fù)合而成的樣品磚，這種樣品磚并得到了極大的應(yīng)用。二是金屬橡膠混凝土。金屬橡膠混凝土材料的性能較強，有利于解決混凝土的各種結(jié)構(gòu)問題，例如我們通常見到的隔音差以及抗震性能不夠等。三是聚苯乙烯泡沫塑料生產(chǎn)混凝土保溫砌塊。這種砌塊的規(guī)模通常比較小，且具有很強的隔音效果以及抗壓強度較高，屬于高質(zhì)量的、質(zhì)量較輕的墻體材料。在實際工作過程中，砌塊的聚苯乙烯泡沫塑料外部包裹的水泥漿層起著重要的骨架作用，因此，基本上泡沫塑料不受外力的作用。四是利用粉煤灰和廢舊塑料制作成的建筑用瓦，這種瓦的研制，一方面能夠極大的降低成本，另一方面還可以消除白色污染。五是充分利用廢泡沫材料制作新型的保溫磚，這種保溫磚具有防火性能好、造價低廉等特點。
其次，廢舊高分子材料在建筑裝飾材料中的應(yīng)用。每一個建筑材料中都不能缺少建筑材料，如果建筑當中缺乏裝飾材料則會極大的影響我們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活，甚至還會對人們的身體健康帶來極大的影響，更有甚至，還會引發(fā)重大的疾病。因此，我們可以將廢舊高分子材料應(yīng)用到建筑裝飾材料中，一方面能夠降低整個建筑的建設(shè)成本，另一方面還提高了安全性能，減少了環(huán)境污染，可以說是一舉多得。具體來說，可以進行以下幾個方面的運作：一是，充分利用廢舊塑料來生產(chǎn)建筑裝飾板材。現(xiàn)階段，我國相關(guān)部門已經(jīng)對這方面給予了研究，取得了一定的成績。該技術(shù)的主要原理在于是用色素添加劑、廢舊塑料、增強劑等原料，以重量為基本單位，現(xiàn)將廢舊塑料清洗干凈，將其曬干后，進行融化成為細顆粒，再次融化的同時，添加增強劑以及色素添加劑，并將其冷卻成為我們需要的形狀，在此基礎(chǔ)上，涂上鮮艷的色彩，將其制作成成品。二是，利用廢舊高分子材料制作組織燃燒的一種廢舊材料。根據(jù)相關(guān)報道，通過在一些廢舊塑料和鋸粉末中加入一定添加劑的方式，可以制作有效阻止燃燒的一種建筑裝飾材料。經(jīng)過試驗證實，這種材料的阻燃性非常強，因此，完全可以應(yīng)用到建筑當中，一方面能夠為建筑裝飾建材提供更多的種類，另一方面還能夠保護環(huán)境，為美化環(huán)境做貢獻。再次，廢舊高分子材料在其他建筑材料當中的應(yīng)用。近些年來，廢舊高分子材料逐步應(yīng)用到建筑材料中得到了廣泛的應(yīng)用。具體來說，包括以下幾個方面：一是廢舊聚苯乙烯泡沫塑料和粉煤灰共同制造的防水材料。以普通硅膠為材料，添加少量防腐劑，從而形成質(zhì)量良好的保溫防水材料，該材料能夠?qū)⒎浪捅馗魺嵊袡C的融為一體，該保溫防水材料的強度較高、密度相對較低、保溫隔熱性能極好，可以說，是一個非常理想的屋面保溫材料。二是，利用廢聚烴類樹脂生產(chǎn)塑料地板，現(xiàn)階段，我國已經(jīng)研究出該項產(chǎn)品，并取得了極大的成功。在世界塑料家族中，“PVC”的產(chǎn)量相對較高，制品也比廢品相對較多。由于“PVC”是一種含鹵物質(zhì)，因此，想要回收該材料受到很多因素的限制，運用這項技術(shù)能夠生產(chǎn)出很多建筑材料產(chǎn)品，我們常見的有用廢農(nóng)膜、碳酸鈣、潤滑劑、穩(wěn)定劑、色漿適量，經(jīng)混合、密煉等一系列加工可制成塑料地板。總而言之，廢舊高分子材料在建筑當中的應(yīng)用，一方面降低了建筑的建設(shè)成本，另一方面還保護了環(huán)境，可以說是，一舉多得。近些年來，我國對該方面的研究，也取得了一定的成效，并獲得了極大的成功。
3.結(jié)語
隨著我國社會的發(fā)展，廢舊高分子材料的應(yīng)用范圍越來越廣，這些廢舊材料應(yīng)用到建筑當中已經(jīng)成為了大勢所趨。正因如此，我們應(yīng)當予以高度的重視。在日常的生活和工作中，進一步加強該項工作的研究，相關(guān)部門應(yīng)當進一步加大資金投入力度，組織科研人員進行研究，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境保護型社會努力。
作者:聶芹 胡冰峰 單位:江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院