常州工程职院高分子物理教案15六种韧性要求高分子材料的分析、选择、改性

项目 15 教学中的必要准备内容项目 15《六种用途韧性塑料材料的分析、选择、改性》具体任务第一组：请为常温冲击强度＞400J/m的汽车保险杠的生产选择合适的高分子材料；第二组：如果选择常温冲击强度在 51～200J/m 的高分子材料生产汽车保险杠时，需要采取什么方法进行增韧；第三组：请为大型电视机外壳的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为冰箱内胆的生产选择合适的复合高分子材料；第五组：如果选用 PP 作为汽车保险杠的基础材料，请为其生产选择合适的可共复合的其它高分子材料；第六组：请为耐热型电熨斗外壳的生产选择合适的高分子材料。韧性类塑料的选用一、塑料的韧性塑料的韧性常用其冲击强度值大小来表示。目前已见报道的冲击强度测试方法至少有 15 种，但比较常用的只有三种，即悬臂梁冲击试验法、简艾梁冲击试验法和落锤冲击试验法。对同一种塑料而言，用不同的测定方法测量其结果会大不相同，各种结果之间无比较性可言，有时不同结果之间竟然还会产生不平行的结果。各种塑料之间的韧性相差十分大，以落球冲击试验法为例，其冲击强度具体见下表所示。几种树脂的落球冲击强度塑料冲击强度/(J/m)(大约值) 塑料冲击强度/(J/m)(大约值) PSPP PA1010 PSF POM PA66 16 19.8 51616890 PTFE HDPE PA6 ABS PC LDPE 113 130 146 183 422 543 从上表中可以看出，除 PC 和 LDPE 等少数树脂以外，大部分树脂的冲击强度都不十分高。尤其是 PS 和 PP 两种树脂的冲击强度更低，其落球冲击强度值还不足 20J/m，属于脆性材料之列。对于一些高冲击场合如汽车保险杠等，往往要求其常温落球冲击强度值要大于 400J/m，低温冲击强度也要达到 50J/m。从上表中可以看出，除 PC 和 LDPE 两种树脂外，其他树脂用于汽车保险杠材料，都需要进行不同程度的增韧改性。二、塑料的增韧方法塑料的增韧方法主要包括共混弹性体材料和添加刚性增韧材料两种。共混弹性体材料是一种开发最早且最有效的塑料增韧方法，此方法可使材料的冲击强度增大儿倍到几十倍。但缺点为在提高冲击强度的同时，却牺牲了刚性。添加刚性增韧材料是近几年开发的一种新型改性方法，它的冲击改性幅度虽不如共混弹性体材料高，但它是刚、韧兼增的一种两全其美的增韧方法。常用的刚性增韧材料有:有机类如 PS、PP、PMMA、SAN 等，无机类指刚性超细填料如碳酸钙、滑石粉、云母粉等。几种低冲击类树脂的增韧改性如下。1、PVC HPVC 的冲击性能不好，其悬臂梁冲击强度仅 6J/m 2 。 PVC 常用的增韧材料有：不透明制品用 ACR、CPE、EVA及 NBR 等，透明制品用 MBS。 PVC 还常用弹性增韧材料和刚性增韧材料协同增韧，如 PVC/CPE/PS(PMMA、PP)、PVC/CPE/CaCO3 等。如 PVC 增韧配方：①PVC 100 CPE 15 此配方的冲击强度提高 3 倍。②PVC 100 PS 4 CP l2 此配方的冲击强度提高 6 倍。 2、PS PS 常用的增韧材料为丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、SBS 及 MS 等。例如，在 PS 中加入 15%丁苯胶，冲击强度可提高 8 倍。 3、PP PP 常用 EPDM、POE、LDPE 及 CPE 为增韧材料，并协同加入无机刚性材料如碳酸钙、滑石粉及云母等，以达到刚韧同增的目的。具体配方如下： PP 56% 云母 30% EPDM 14% 此配方的冲击强度提高 6.8 倍。三、韧性塑料的选用原则 1、壳体类要求材料除具有优异的冲击性能外，还要求如下性能：①良好的加工流动性，以适应壳体类制品壁薄的特点；②制品表面光泽度和硬度要高，着色性能好；③足够的力学强度，重点为常温或低温冲击强度要高，拉伸强度、耐蠕变性、弯曲强度等要适当；④耐热性要适当一般要达到 l00℃左右；⑤阻燃性要好，氧指数应在 30%以上；⑥抗静电性、电磁屏蔽性要好；⑦电绝缘性要好。最常用的壳体类塑料为 ABS、HIPS、改性 PP 及 PVC/ABS 等，其中改性 PP 由于价格低廉，正在逐步取代 HIPS 和 ABS；少数高档壳体选用 PC、PPO 等耐热类塑料。不同用途的壳体材料具体选材如下。①电视机壳体。小型电视机选用改性 PP，中型电视机选用改性 PP、HIPS、ABS 及 PVC/ABS 合金，大型型电视机选 ABS。②电冰箱的门胆和内胆。常用 HIPS 板、ABS 板及 HIPS/ABS 复合板。纯 HIPS 板易受氟利昂侵蚀，需要共混橡胶以改性处理；ABS 价格又太高，最好的材料为两者复合；另外，正在研究采用 PP 复合板的可能性。我国目前冰箱企业仍以 ABS 为主，只有海尔冰箱用改性 HIPS。③洗衣机。洗衣机塑料件有内桶、盖板等，需要性能除上述七点外，还要求耐化学腐蚀性。常用材料为 PP，其熔融指数为 15～30g/10min，少量用 PVC/ABS 合金。PP 主要牌号有；日本三菱的 SC2A、日本住友的 AY564、日本三井的 BJ4H­M、日本宇部兴产的 J830HK、扬子石化的J740、北京燕山的 PP1830、中科院化学所的 KH­MOl5 等。其中扬子石化J740 的配方如下。 PP(MI=15g/10min)      80­85 苯甲酸成核剂 1 HDPE（5200B、MI＝35g/10min）抗氧剂 1010 0.3 7.5­10 辅抗氧化剂 0.25 EPDM 7.5­10 硬脂酸钙 0.1 ④空调器。用增强 ABS、AS、PP 三种。⑤电风扇。用 ABS、AS、GPPS。⑥吸尘器。用 ABS、HIPS、改性 PP。⑦电熨斗。非耐热型用改性 PP，耐热用 ABS、PC、PA、PBT等。⑧微波炉和电饭煲。非耐热型用改性 PP 和 ABS；耐热型要耐热 260C，具体品种有 PES、 PEEK、 PPS、 LCP 等。⑨收音机、录音机、录像机。用 ABS、HIPS 等。⑩电话机。用 ABS、HIPS、改性 PP、PVC/ABS 等，我国以 ABS 为主、美国以 PVC/ABS 为主。 2、保险杠类耐低温冲击性好，耐候性好，表面美化性好。常用材料为： PP 增韧材料 (PP/PDM、 PP/POE)、 PC/PBT、 MPPO、RIM­PU、SMC 片状模塑料等。其中 PP/EPDM 常用于中低档轿车，而其他种类抗冲击材料常用于高档轿车。参考答案：①PC、LDPE ②对 PA1010、PSF、POM、PA66、PTFE、HDPE、PA6、ABS 的增韧方法为与弹性体共混、添加刚性增韧材料。③ABS 树脂。④常用 HIPS 板、ABS 板、HIPS 与 ABS 复合。⑤PP 增韧（PP/EPDM、PP/POE）⑥ABS、PC、PA、PET 二、相关知识强度与韧性教案本次课标题：项目15六种韧性要求高分子材料的分析、选择、改性复合材料06111周10月23日第3,4节多B-410授课班级上课时间周月日第节上课地点教学目的通过对项目 15 所涉及到六种韧性要求高分子材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，逐步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。能力（技能）目标知识目标素质目标教学目标能根据不同韧性材料的要求，合理的选择高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能提出合理的改进意见与方案。被选用的高分子材料的主要结构特征、主要性能及应用范围。其中第15个项目重点学习增加高分子韧性的知识。初步建立良好的学习方法；资料收集的方法；处理问题的方法；团队合作的意识；用户至上的意识；安全环保意识；表述与合理辩解能力。重点难点及解决方法重点：通过项目 15 六个任务的实施过程，培养并实现能力目标难点：对学生而言是项目 15 六个任务的完整实施过程，进一步熟悉过程的每个细节的能力。解决方案:利用现代教学手段展示高分子韧性材料制品的图片，以增加学生的感性认识；提前向学生提供由指导教师准备好的相关素材，并介绍可以参考的资料及资源；对重点部分内容，先由学生探索、讨论，再找出问题，帮助学生整理思路，提供可参考的处理方法、相关的格式；对难点部分内容，提供可参考的完整过程的环节(或步骤)，进一步思考每环节主要做什么？怎么做？怎么做更好？参考资料教材《高分子物理》侯文顺杨宗伟化学工业出版社2006年《高分子物理课程改革素材》(自编材料)侯文顺2007年8月其他的资料：《高聚物生产技术》侯文顺高等教育出版社（十一五规划教材）2007；《高分子材料分析与测试》潘文群化学工业出版社2005；《高分子材料改性》戚亚光薛叙明化学工业出版社2005；《橡胶材料与配方》聂垣凯化学工业出版社2004；《高聚物结构、性能与测试》焦剑雷渭媛2003；《塑料材料的选用》王文广化学工业出版社2002；《高分子材料》高俊刚李源勋化学工业出版社2002；《塑料材料与配方》桑永化学工业出版社2001工具与材料多媒体教学系统；专业专用计算机网络系统；常用韧性制品所用树脂原料；性能检测专业仪器设备。步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配告知（教学内容、目的）向学生介绍本此课程的教学内容、教学目标及分解后的能力目标、知识目标、素质目标口述多媒体展示自由发言引入（任务项目）建立项目教学情景：与学生班长(复合材料0611集团总经理)、各任务组长(各子项目执行经理)签定总项目协议书；对项目 15 的六个任务进行解释，并由班长分配各组具体承担的任务。注：上述两个教学过程，一般利用前一次课程最后的5～10min完成。口述引导设疑答疑多媒体展示自由发言 5～10 min 操练（掌握初步或基本能力）总经理向项目委托方代表(教师)介绍任务分配情况；并说明完成情况，完成时的一个最大问题(或难点)；同时确定汇报顺序。各子项目执行经理征求最后一次组内人员进行将要汇报结果的改进意见。如没有意见则直接进入汇报环节。第一组汇报人介绍完成情况，最终确定结果，相应的确定依据(资料、标准、实验测试)，完成过程的程序，所选韧性高分子材料的结构与性能，组内人员的各自情况与合作情况(最后合作评价分由任务汇报人确定)。第二组汇报人······第三组汇报人······第四组汇报人······第五组汇报人······第六组汇报人······由项目委托方代表对第一个项目中的六个任的完成情况进行逐一评议、考核、打分；同时在每一组中任选一人进行局部核实。指导教师，针对项目 15 中所选择出来的高分子材料主要进行有关增加高分子材料韧性的知识。引导实际查找归纳总结由浅入深由简到繁考评多媒体展示配合多媒体课件配合组内代表发言；组内人员补充发言；学生个别发言45 min 20min 深化（加深对基本能力的体会）防爆警察为了保护自己生命安全――防弹衣的材料是要求强度？还是韧性？否定设疑多媒体展示提问与讨论5归纳（知识能力和素质）通过项目15的实施过程总结的知识为：高分子材料增加韧性的办法。能力为任务本身的分析能力，现有成型产品的使用借鉴能力，过程实施能力，各环节的把握技能，项目完成的程序、方法；素质为前文所列。引导归纳多媒体展示学生提问5训练巩固拓展检验各任务组内容进行交叉再审核(必要时可以再补充、修改)；引导归纳多媒体展示，板书提问与讨论5总结主要总结项目过程存在的问题，并提出个性调整的建议；其次要肯定学生的参与意识；表扬优秀学生。口述4作业提交最后的项目(或任务)完成报告(下一次上课前)口述1课后体会