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高分子材料專業導論范文1
本書分為11章：1.引言；2.高分子鏈化學結構的表征，介紹了決定高分子物理性質的主要化學結構因素，鏈的半柔順性，鏈間的相互作用，分子量的分布，分子拓撲構造和鏈序列規整性；3.鏈構象統計和熵彈性，主要介紹了單鏈尺寸的高斯分布和橡膠彈性體的統計力學；4.高分子真實鏈構象的標度分析，并以此闡述其在高分子溶液中、聚電解質溶液中以及外力作用下的單鏈構象；5.鏈動力學的標度分析，分別介紹了簡單流體、短鏈體系和長鏈體系的標度分析方法；6.高分子的變形，主要講述了高分子的變形特點、松弛特點、玻璃化轉變和黏流化轉變、以及一些常規的力學分析方法；7.流變學簡介，闡述了高分子的流動特點及高分子流體的粘彈性效應；8.高分子溶液統計熱力學，介紹了包含高分子多組分混合體系的統計熱力學，并介紹了Flory-Huggins溶液格子統計熱力學理論；9.高分子相分離，介紹相分離的熱力學和動力學以及兩嵌段共聚物的微相分離；10.高分子結晶，介紹了高分子結晶的結構，及結晶動力學和熱力學；11.高分子相分離與結晶之間的相互作用，介紹了相分離誘導的濃相結晶成核、相界面處誘導的結晶成核和單鏈體系的折疊鏈結晶成核。
本書是作者在復旦大學和南京大學多年課堂教學實踐的經驗總結，書中也介紹了相關主題的一些前沿研究進展，其風格不同于現有的國內外高分子物理教材，可以作為一部偏重基礎的教學和科研參考書。其閱讀對象為從事高分子物理化學、高分子材料和高分子工程科學研究和學習的廣大科研工作者、教師、研究生和高年級本科生，特別適用于理工科類大學和科研院所高分子專業的讀者。
鞠思婷，博士生
（國家納米科學中心）
Ju Siting， Ph. D Candidate
高分子材料專業導論范文2
[關鍵詞]熱分析；聚烯烴；示差掃描量熱分析；熱重分析；氧化誘導期時間；動態熱機械分析
中圖分類號：TQ 325.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0112-01
熱分析是表征材料的基本方法之一，多年來一直廣泛應用于科研和工業中。近年來在各領域，特別是高分子材料領域，都有了長足發展。根據 ISO 9000 標準，熱分析儀器已成為質量分析控制、工業試驗和研究開發中不可缺少的設備。使用現代化的熱分析儀器系統，可以使測量操作快速、簡便、可靠。[1]
本工作以PE公司的7系列儀器所測數據為基礎，簡要敘述了熱分析在吉林石化公司乙烯廠聚烯烴樹脂開發中的應用。
1 示差掃描量熱（DSC）分析
DSC是應用最廣泛的熱分析技術之一，主要用于表征高聚物的玻璃化轉變溫度（Tg）、熔融溫度（Tm）、結晶溫度（Tc）和氧化誘導期時間（OIT），可以給出材料的氧化行為和添加劑影響的信息。[2]
一般在DSC曲線中，凸起的峰值用來表征吸熱效應，即熔融焓；反向的峰值表征放熱效應，即結晶焓。熔融曲線給出了結晶度的信息，結晶度越大，結晶越完善規整，則熔融焓越大；而結晶焓給出了結晶溫度、結晶速率等信息。結晶溫度越高，越有利于制品的快速生產，即成型效率高。
1.1 在雙向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）生產中的應用
結晶是BOPP生產加工過程中的重要影響因素之一，聚丙烯（PP）結晶的速率、結晶的完善程度、結晶的形態、晶體的大小等對生產工藝、薄膜性能都有非常重要的影響。
溫度越高或越低（如在Tm附近），越難結晶，在Tc處結晶速率最快，在拉伸過程中要防止預熱、拉伸時結晶度急劇增加，因此不要在PP最大結晶速率的溫度區域內選擇拉伸溫度，最好在結晶開始熔融、分子鏈能夠運動的溫度下進行拉伸，即Tc與Tm之間。DSC可提供Tc與Tm及結晶速率的信息，可為車間制定拉伸溫度提供參考。
BOPP專用料的DSC曲線可看出，BOPP專用料的結晶外推起始溫度為119 ℃，則拉伸溫度至少達到119 ℃，以保證工藝穩定。
1.2 在三型無規共聚聚丙烯（PPR）產品開發中的應用
在PPR管材的開發中，熔點是一項重要指標。熔點的高低與PPR產品中乙烯的含量相關，決定了產品的質量。為此，在開發PPR產品時，利用DSC技術在線分析了乙烯含量對其熔點的影響，結果可見，隨乙烯含量的增加，PPR的熔點降低。由此，在工業生產PPR時，可利用DSC分析監測熔點，掌控乙烯含量，為生產服務。
1.3 在透明PP產品開發中的應用
在透明PP產品的開發中，因透明劑加速了PP的結晶速率，提高了結晶溫度，因此利用透明料做制品時，成型周期大大縮短，單位時間制品量增加，降低了生產成本。4種透明劑對結晶溫度的影響看出，采用4號透明劑PP的結晶溫度最高，即成型最快。
1.4 PP黏料分析
在生產共聚PP時，因乙烯加入量不易控制，導致乙烯加入量超高，出現PP在反應器出口時，因軟化發黏而堵料的情況。從PP黏料的DSC曲線上的兩個熔點及結晶點可初步判斷，此料已非無規共聚PP，其中含有長乙烯鏈段，導致其熔點為127 ℃。因此，該物料與蒸汽接觸時，由于蒸汽溫度為120 ℃，從而導致物料受熱后軟化、發黏、堵塞管道。
1.5 氧化誘導期分析
OIT是一種穩定材料抵抗氧化分解的相對度量。用DSC測定OIT被廣泛用于研究聚烯烴的穩定性，它可以簡便快速地評價聚合物氧化體系抑制氧化的時間。在聚合物氧化過程中，先是消耗掉加入的抗氧劑，待抗氧劑耗盡便開始迅速氧化。相應地，在恒溫DSC曲線上便可觀察到經歷了一段時間（即氧化誘導期）之后，開始明顯的熱氧化放熱效應。
實驗的簡單過程：試樣和參比材料在惰性氣體（氮氣）環境下以恒定速率加熱，達到規定溫度后，切換成相同流速的氧氣；然后將試樣保持在恒定溫度下，直至在DSC曲線上顯示出氧化反應。OIT就是開始通氧氣到開始氧化反應之間的時間間隔。
兩種抗氧劑的氧化誘導期可見，1號試樣很快消耗完抗氧劑，開始分解，而2號試樣仍具有抗氧化能力，據此可判斷2號試樣的抗氧化性好于1號試樣。不同樹脂的抗氧化能力以及不同抗氧劑或不同抗氧劑添加量的樹脂的抗氧化能力均可用OIT來評價。
2 熱重（TG）分析
TG分析是在程序控制溫度情況下，測量聚合物試樣的質量隨溫度或時間的變化曲線。根據熱失重曲線，可以判斷被測聚合物試樣作為高分子材料使用時的最高使用溫度；通過測量失重程度來表征添加劑的含量；根據共混物中各組分的相對穩定性的差別，來鑒別共混物的成分。一般引起測試試樣發生變化的反應是組分的揮發、分解或氧化反應。
2.1 測定樹脂的熱穩定性
用TG分析測試了3種聚烯烴樹脂的熱穩定性，結果看出，3號試樣的耐熱穩定性最強，分解溫度最高。如果為同一試樣，采用不同或不等量的抗氧劑，還可用于評價抗氧劑的效果。
對于聚合物的長期熱穩定性測試不能簡單用TG表征，它是各種環境下的綜合關系，需要采用熱老化箱等其他儀器。
2.2 在降解母料生產中的應用
在降解母料生產中，在基礎PP中加入降解劑（過氧化物）后，PP分子鏈發生斷鏈反應，相對分子質量變小，表現在熔體流動指數（MI）增大，即降解劑含量與MI呈一定的關系。而由TG分析得到的失重量可初步判斷降解劑的加入量。因此，該方法為降解母料生產提供了監測手段。如在生產中需要MI（10 min）為50 g的產品，則所測失重量達到3%即可。
3 動態熱機械分析（DMA）
DMA是在程序控制溫度下，測量物質的力學性能隨溫度（或時間）變化的一組技術。由于各種物質隨溫度的改變其力學性能均會發生變化，所以DMA對研究和測量材料的應用溫度范圍、加工條件、材料的短期和長期力學行為都具有十分重要的意義。
維卡軟化點與無規PP中乙烯含量的關系可見，隨無規PP中乙烯含量的增加，分子鏈的規整度降低，導致結晶度下降，耐熱性下降。此外，DMA還可用于測試試樣的拉伸及彎曲模量、熱膨脹系數、蠕變性、黏彈性、懸壁梁沖擊強度等。這些項目還需在以后的聚烯烴樹脂開發中不斷地進行開發應用。
4 結論
熱分析在聚烯烴樹脂研究尤其是聚烯烴樹脂開發中具有極大的應用價值，不但可用于產品的研究開發，而且可用于生產監測、產品質量鑒定等。熱分析與其他色譜儀聯用，尤其是TG與紅外或質譜聯用，可以判定產品的組成。由于在熱分析測試中，試樣用量少，測量快速、準確，因此在聚烯烴開發中必將發揮越來越大的作用。
參考文獻
[1] 曾宗強.熱分析技術在天然橡膠研究中的應用[J].熱帶農業工程，2005，12（2）：37-40.
[2] 劉振海.熱分析導論[M]. 北京：化學工業出版社，1991：48-65.
作者簡介
戴鵬（1981.5-29），男，吉林省吉林市人，助理工程師，辦公室主任。2004年大學畢業，獲文學士學位，從事過設備管理等工作。
高分子材料專業導論范文3
【關鍵詞】壓電陶瓷;摻雜;鋯鈦酸鋇
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，在美國麻省理工學院絕緣研究室發現，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場，使其自發極化沿電場方向擇優取向國家,除去電場后仍能保持一定的剩余極化,它便具有壓電效應，從此誕生了壓電陶瓷?，F在提倡和支持研發和使用高新材料，在近年來，壓電陶瓷和壓電器件的原材料和制造工藝有了很大的發展。壓電陶瓷目前已在高科技信息、航空航天和生物化學等諸多高新科技領域具有不可代替的地位，這是因為壓電陶瓷具有穩定的化學特性、優異的物理性能、易于制備成各種形狀和具有任意極化方向的特性。 [1-3]
然而，當前使用的壓電陶瓷的生產原料都含有大量的重金屬鉛，陶瓷中的PbO(或Pb3O4)的含量約占原材料總重量的70%，不僅難以制備緊密的壓電陶瓷，還會對環境造成污染，因為目前還沒有大規?；厥樟粼诘孛婧陀坞x于空氣中的鉛。隨著環保已經成為世界發展的主要前提，無鉛壓電陶瓷的研發已經迎來最有力的契機，現在已經出現了許多具有實用價值的陶瓷體系，鈦酸鹽系壓電陶瓷成為此領域許多科學家與學者實驗課題。雖然無鉛壓電陶瓷可以緩解環境污染，但是目前的無鉛壓電陶瓷的性能與PZT基壓電陶瓷相比還有一定的距離，但是無鉛壓電陶瓷已經獲得眾多科學家和學者的青睞，相信不久的將來無鉛壓電陶瓷取代PZT基壓電陶瓷[1-3]。
本實驗考慮到實用性，因此采用傳統陶瓷制備技術和電子陶瓷工業用原料，制備了0.9 K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba (Zr1-xTix)O3 壓電陶瓷，并研究了該體系壓電陶瓷的介電壓電性能。
1．實驗
本著實用化的目的，采用傳統的陶瓷制備工藝技術，以Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、BaCO3、ZrO2、TiO2為起始原料，根據0.9K0.5Na0.5NbO3-0.1Ba(Zr1-xTix)O3（簡記為KNN-BZT）,陶瓷體系的化學計量進行配料，其中x分別為0.20，0.50，0.80，0.95，并依次簡記為BZT20, BZT50, BZT80, BZT95。首先將原料混合加入無水乙醇混合、振動球磨48小時，充分研磨后進行干燥，然后在800～860°C下，經2小時的預燒生成陶瓷粉體；生成后的陶瓷粉末球磨12小時并60目分樣篩后，加入粉末質量的10%～15%粘結劑再次球磨12小時，得到流動性好的陶瓷顆粒；在80MPa壓力下干壓成型，獲得厚度為1.2～1.7 mm、直徑為 12.0 mm的生坯片；然后在1100°C下、燒結4小時得到致密的陶瓷片并清洗其表面雜質；將清洗干凈的陶瓷片用真空濺射儀鍍上銀電極，再在硅油溫度為90°C～100°C、極化直流電壓為4.0 Kv/mm～4.5 Kv/mm的條件下極化30～40分鐘，放置24小時后，測試各項性能。用LCR數字電橋（TH2816A）在常溫下測得1kHz時陶瓷樣品的介電常數εr和介電損耗tanδ；用ZJ-3A準靜態測量儀測量d33；采用HP4294A阻抗分析儀測量陶瓷樣品的諧振頻率、反諧振頻率、諧振阻抗和電容，根據以上數據計算出陶瓷的機械品質因素Qm和機電耦合系數kp。
2.結果與討論
2.1 KNN-BZT陶瓷的壓電性能
圖2給出了KNN-BZT系壓電陶瓷的壓電性能隨Ti元素摩爾分數的變化規律。圖2(a)、(b)和(c)分別顯示隨著Ti4+ 含量的不斷升高，其壓電性能也隨之增強，在Ti4+含量為0.50（摩爾分數）時，壓電性能達到最強，根據圖表所示：此時壓電常數d33為128pC/N，機電耦合系數kp為33%，機械品質因數Qm為117；而當Ti元素含量繼續升高時，壓電性能迅速減弱。
(a) (b)
(c)
圖2 組成x與陶瓷樣品的d33、kp和Qm的關系
2.2 KNN-BZT陶瓷的介電性能
圖3給出了KNN-BZT系壓電陶瓷1KHz頻率下的介電性能隨Ti元素的摩爾分數x的變化規律。從圖3可以看出，介電常數和介質損耗先隨x的增加而增大并在x為0.50處出現達到最高峰，二者達到最大，此時經測量與計算得介質損耗tanδ為2.1%，介電常數εr為1283。然后隨x的增加，介電常數和介質損耗逐漸下降，這主要由于電導和馳豫過程引起的損耗最大，而且電疇的極化反轉變得更為容易，于是介電常數也達到最大。
（a） （b）
圖3 組成x對陶瓷樣品的tanδ和εr的關系
3.結論
x為0.50時性能達到最佳，其壓電常數d33為128 pC/N，機電耦合系數kp為33%，機械品質因素Qm為117，tanδ為2.1%，介電常數εr為1283?！?/p>
【參考文獻】
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高分子材料專業導論范文4
關鍵詞：國際化；全英文；教學實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）29-0216-02
隨著我國社會經濟的發展，我國在國際事務中發揮越來越重要的作用，需要越來越多的國際化人才，同時也有越來越多的外國學生來中國學習，作為國際化語言的英語逐步引入到教學中是大勢所趨。但是我們的人才培養體系無論從國內學生的專業英語教育還是針對外國留學生的專業英語教學，距離國際化要求還相距甚遠。國際化教育至少包括以下三方面[1]：①人才培養理念的國際化；②人才培養體系的國際化；③人才培養環境的國際化。培養理念方面，無論各國的文化如何，人才培養的核心首先是激發學生的探索精神和熱情，其次是使學生掌握認識世界的方法、學會發現問題和解決問題的能力，能及時把握本領域國際前沿科學與技術，以綜合性、創新性思維，解決本領域國際前沿問題。培養體系方面，則涉及具體的培養方案的制定，教學環節的探索與創新；培養環境方面涉及人員的國際交流、國際網絡公開課程的普及及課堂國際環境的建立等。本論文以裝備制造專業本科生二年級《機械工程材料》課程為例，介紹我們在國際化教學的思考與實踐探索。
一、裝備制造專業本科生的國際化教學思考
我國是裝備制造大國，但還不是裝備制造強國，距離發達國家還有相當的差距。這種差距不僅體現在原始創新設計及制造技術上，更重要的是體現在高素質人才隊伍、人才培養體系上。為適應建設國際一流裝備制造產業的需求，我校2011年開始在機械學院試點開辦國際班。在原來英語強化班的基礎上，招收英語基礎好的中國學生，與留學生一起組成混合班，全部用英文教學。為實現培養具有國際化視野的創新型裝備設計與制造人才，以期實現與國際接軌。在教育過程中要樹立以學生為本的理念，在教學的過程中要注意激發學生的潛能，培養學生發現問題和解決問題的能力，在教學內容方面要使學生熟悉掌握本專業的國際化知識和國際慣例。
二、裝備制造專業本科生材料課程的國際化教學實踐
《機械工程材料》課程是裝備制造專業本科生重要基礎課程，但不是核心課程。課程設置的目的是使學生掌握工程材料的基本理論知識及其性能特點，建立起材料性能與其化學成分、組織結構及加工工藝之間的聯系，了解常用工程材料的應用范圍和加工工藝，為裝備制造專業本科生在設計各種機構及零件的過程中對材料的選擇和加工工藝制定提供基本的參考，使學生初步了解選材及材料加工工藝背后的科學依據。針對課程內容多、概念多、學時少、實踐性強的特點，我們在以下幾方面進行了改革實踐。
1.全面進行教材改革。在國際班教學階段，我們選用原版教材《The Science and Design of Engineering Materials》作為主教材[2]。該教材總體內容可以滿足課程要求，但是內容太多，篇幅太長，部分內容對非材料專業又顯太深?，F有學時只能教授其三分之一的內容，價格也偏高。針對上述情況，我們于2011年編寫出版了一本《Mechanical Engineering Materials》[3]教材。①該教材以英文為主，每章后面輔助以中文摘要，同時將主要概念的中英文對照表列在書后。②該教材主要依據雙語課程的教學大綱，參考了很多國外原版書并加以濃縮，形成約30萬字，260頁的教學參考書。③該教材內容上分為兩部分，第一部分為基礎部分，重點在于讓學生建立材料的宏觀性能與材料的成分、微觀結構及加工工藝之間的關系。第二部分為應用部分，分別介紹了工業中常用的材料如金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復合材料的成分特點、微觀結構特點、性能特點及應用。重點剖析了機械行業應用最多的金屬材料中的鋼和鑄鐵，應成分改變而帶來的工藝變化及性能變化。④基礎部分將宏觀與微觀的關聯的哲學思想貫穿在每一章中。⑤應用部分介紹各種材料時，引入了國外的標準，以使學生了解國外標準的特點。
2.精心設計教學環節。（1）精心準備第一節課。引言不屬于課程主內容，但卻有著非常重要的作用。要通過這一部分內容的講解，使學生充分認識課程的重要性并產生對學習本課程的興趣。從縱向維度，以人類社會發展的石器時代、青銅器時代、鐵器時代、信息時代為線索，介紹了材料對社會發展的重要作用；從橫向維度，以對材料的宏觀、微觀、納觀等結構的觀察與表征為線索，介紹了人類對材料認識的深化，進而使材料的性能得到不斷的改善，使學生建立材料從經驗到科學的發展歷程。（2）以聯系的觀點貫穿始終，使學生建立宏觀與微觀的聯系。課程始終將宏觀與微觀的聯系作為核心，使學生們在紛繁浩瀚的眾多材料選擇中能把握住基本的線索。①基礎部分緊緊圍繞材料的性能―成分―結構―工藝之間的關系，每一次課開始都以材料科學與工程涉及的四要素構成的四面體作為開端[4]，以使學生首先知道本次課程在材料科學與工程中的位置及與其他部分的聯系；以相圖和等、變溫轉變圖為重點，深化材料的性能―成分―結構―工藝之間的動態關系。②應用部分考慮不同成分對材料轉變的影響及相應的工藝變化，性能變化及主要的應用。重點圍繞鋼的應用，以碳含量由低向高為線索，使學生能對紛繁復雜的各類鋼材有一個比較系統的認識與掌握。（3）以激發學生主動學習為目標，提高學習效果。為激發學生的學習興趣，每一章總是以一個實際例子開始；對每個知識點，總是以問題開始，引導學生思考，注意啟發式教學；每次課后留一道思考題，使學生深入消化講授的內容。每章留一個擴展知識題，請學生自己課外查資料，同時作為下次課的開始。（4）以語言表達引導認識提高，增進學生對知識理解。
三、實踐效果
通過一個學習周期的探索和實踐，學生的反饋良好。通過對上課學生的問卷調查，認為教材內容覆蓋全面和比較全面的占92%，對教材總體評價優良以上的占76%。對課堂講授內容認為適中的占76%，對教學過程總體評價優良以上的占92%。同時，通過學生的反饋，也提出了今后要注意的問題：①增加學生用自己語言表達概念的機會。②增加學生討論的機會。③增加學生自己找參考資料的機會。④探索改變考核方式。
培養國際化人才不僅要有國際化的教育理念，還要依靠具體的教學體系和教學過程才能保證教學質量。通過對裝備制造專業本科生國際班《機械工程材料》課程的教學探索與實踐，獲得了一些寶貴經驗，也更明確了今后的努力方向。
參考文獻：
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