常州工程职院高分子物理教案26六种阻燃高分子材料的分析、选择、改性

项目26教学中的必要准备内容项目26《六种阻燃高分子塑料材料的分析、选择、改性》具体任务第一组：请为氧指数＜15 塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为 17＜氧指数＜19塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为 18.5＜氧指数＜24 塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为 24.5＜氧指数＜30 塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第五组：请为 29＜氧指数＜36塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第六组：请为 40＜氧指数＜95塑料制品的生产选择合适的高分子材料。阻燃类塑料的选用随着人类社会的不断发展，人们对自身的安全越来越加以关注，对与人类有关的各类材料的阻燃性要求越来越高。如护层电缆、装饰材料、建筑材料、日用品、儿童玩具、电器壳体、绝缘材料等制品都需要由阻燃性好的塑料材料制造。同金属、玻璃、陶瓷、水泥等材料相比，塑料材料同木材一样，都属于可燃材料，它们两者都是有机高分子材料。因此，塑料的易燃性越来越引起人们的警惕。虽然有些塑料品种的可燃性比较低，氧指数大于 30，但这并不是说在有火种相助时就不燃烧，而只是有火即燃烧，离火即灭罢了。因此，在要求使用绝对不燃烧材料时，塑料材料就难以满足需要了。与不燃材料相比，塑料只能用于低阻燃要求的场合。在具体选择阻燃塑料时，一般应注意如下三点：①选用氧指数大于 30 的塑料。塑料的阻燃性大小可用氧指数（OI）来表示，氧指数越大，说明其阻燃性越好。一般认为OI＞22 属易燃性塑料；OI＝22～27 属自熄性塑料；OI＞27 属难燃塑料。我们常见到塑料品种的氧指数如下表 26­1 所示。表 26­1 常用塑料的氧指数塑料名称 OI 塑料名称 OI 聚甲醛（POM）聚氨酯（PU）发泡聚乙烯（PE）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）环氧树脂（EP）对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）对苯二甲酸乙二醇酯（PET）氯化聚醚聚酰胺（PA66）聚碳酸酯（PC） 14.9 17 17.1 17.3 17.4 18 18.1 18.2 19.8 20 20.6 23 24.3 24.9 聚酰胺（PA1010）软质聚氯乙烯（SPVC）聚酰胺（PA6）酚醛树脂（PF）聚苯醚（PPO）聚酰胺（PA66 含水 8%）聚砜（PSF）蜜胺树脂（MF）聚酰亚胺（PI）聚苯硫醚（PPS）纯聚氯乙烯（PVC）硬质聚氯乙烯（HPVC）聚苯并咪唑（PBI）聚偏二氯乙烯（PVDC）聚四氟乙烯（PTFE） 25.5 26 26.4 3030 30.1 323536404550586095 从表 26­1 中看出，氧指数大于 30 的难燃塑料品种有：PF、MPPO、PA66、MF、PI、PEEK、PPS、 HPVC、PBI、PVDC、F4、F3、F46、LCP 及聚苯酯等。在要求阻燃性不很高时，这些塑料材料可以直接使用，它们都具有相当的阻燃性能。②对易燃烧类塑料进行阻燃改性时。从表 26­1 中得知，大多数塑料的氧发指数OI都小于 30。而一般阻燃场合都要求塑料的 OI值要达到 30 左右。因此，大多数塑料都需要进行阻燃改性。塑料的阻燃改性方法是在树脂中加入阻燃材料，常用的阻燃材料有无机类和有机类两种。无机类阻燃材料有金属的氧化物如 Sb2O3 等、金属氢氧化物 Al(OH)3 和 Mg(OH)2 等、无机磷及磷化物、硼化物如水合硼酸锌等；有机阻燃材料有有机溴化物、氮化物及有机硅等。下面介绍具体的阻燃配方实例。例一：PVC 阻燃配方 PVC l00 Al(OH)3 50 增塑剂 45     CPE 5 稳定剂 5 Sb2O3 10 此配方的氧指数为 36。例二：PP l00 Mg(OH)2 10 Al(OH)3 20～50 红磷 5 此配方的OI＝30 例三：无卤阻燃配方 LDPE l00 红磷 9 Al(OH)3 80 此配方的OI＝30 例四：ABS 阻燃配方 ABS 72% Sb2O3 4%， TBBPA 24% 此配方的OI＝33.6 例五：POM 阻燃配方 POM 100 三聚氰胺 20 MPP/APP 30 吸醛剂(双氰胺) 适量此配方的OI＝50 ③尽可能选用无烟类塑料。塑料在燃烧时大都放出烟雾，这些烟雾一般都含有较大的毒性，这往往是导致火灾中人类伤亡的主要元凶。为此，在塑料的阻燃性同时，还要进行抑烟。不同聚合物的发烟性大小不同，并可用最大烟密度来表示，常见聚合物的发烟性如表 26­2 所示。表 26­2 常见聚合物的发烟性树脂最大比光密度（Dm）树脂最大比光密度（Dm） POM PA6 PMMA LDPE HDPE PP PTFE 0 1 2 13394155 PVDC PET PC PS ABS PVC 98 390 427 494 720 720 对于抑烟材料而言，一般要求塑料的最大烟密度要低于 300。因此，最大烟密度小于 300 的 POM、 PA6、 PMMA、LDPE、HDPE、PP、PTFE、PVDC 等塑料可直接作为无烟材料而使用。而 PET、PC、PS、M3S 及 PVC 等最大烟密度大于300 的发烟量大的树脂都需要进行消烟处理后才可使用。塑料的抑烟改性方法为在树脂中加入金属氧化物类抑烟剂，常用的单一金属氧化物消烟剂有：Fe2O3、 MoO3、CuO 及 BiO 等，其中 MoO3 因消烟好而最常用。常用的复合金属氧化物消烟剂有：MgO/ZnO、MoO3/CuO、MoO3/Sb2O3 及 MoO3/ZnO 等，其中以 MgO/ZnO 复合效果最好。下面举一个 PVC 消烟参考配方: PVC l00 份稳定剂 2 份 DOP 20份 CaCO3 26 份环氧大豆油 3 份 Sb2O3+MoO3 6 份此配方的最大烟密度下降 25%，氧指数为 41.5。二、相关知识高聚物的阻燃。教案本次课标题：项目 26 六种阻燃高分子材料的分析、选择、改性复合材料 0611 1 周 9月 13日第 3,4 节多 B­410 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 26 所涉及到六种阻燃高分子材料的分析、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阻燃要求，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26个项目重点学习高分子阻燃性能的知识。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 26 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 26 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阻燃高分子材料制品的图片，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；常用阻燃高分子制品所用树脂原料；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 26 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，所选阻燃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 26 中所选择出来的高分子材料主要进行有关高分子材料阻燃的知识。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）列举一下你听到的最清楚的火灾的引起原因？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 26的实施过程总结的知识为：高分子材料热性能、阻燃性能。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