常州工程职院高分子物理教案30三种信息记忆塑料材料的分析、选择、改性

项目 30 教学中的必要准备内容项目 30《三种信息记忆塑料材料的分析、选择、改性》具体任务第一组：请为磁记录制品的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为磁卡的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为光盘的生产选择合适的高分子材料。信息记录类塑料制品的选材一、简介随着人类社会从 20 世纪的材料社会时代迸人 21世纪信息社会时代，信息记录类制品的应用越来越广泛。信息记录类制品包括磁记录制品和光记录制品两大类，用于文字、声音及图像的记录与传播。早期的信息记录类制品为磁记录材料，这类材料的缺点为记录容量小，由于磁记录材料在使用时必须接触而产生磨损等作用，其保真性差。在 20 世纪 80年代，开发出光记录类材料，这类材料的容量大，使用时只是光接触，无磨损等负作用，因而保真性能好。信息记录类制品主要包括下列产品:录音带、录像带、磁卡、磁盘及光盘等。下面分磁记录制品和光记录制品两大类介绍其具体材料的选用。二、磁记录制品用材料的选用1、简述磁记录制品为在塑料基材上涂覆一层磁性粉末介质从而具有记录功能的一类材料。磁记录制品的工作原理为:通过磁带与磁头的相对运动，由于磁头的间隙边缘场改变磁带表面的剩磁状态，可将信息记录下来，并可视需要而再现。磁记录介质是涂覆在塑料基材上的磁性粉末，它一般为硬磁材料。要求其饱和磁化强度大、矫顽力适当高 (20～80kA/m)、矩形比高、磁滞回线陡直、温度系数小、老化效应小、微粒大小适宜及形状比大等。磁粉常用金属氧化物和合金两类，在金属氧化物中 γ­Fe2O3 应用较广，但近来高记录密度与较高矫顽力的 CrO2 应用越来越广。磁粉与粘合剂、防静电剂、分散剂一起涂在基材上。磁记录材料可用于传播文字、声音及图形，主要产品包括:录音磁带、录像磁带、软件磁盘及磁卡等。2、磁记录制品用材料的选用磁记录制品用塑料基材的性能要求有:具有优异的可涂覆性，以保证磁粉层的持久牢固性；良好的韧性，以保证不发生断带现象；具有一定的耐热性，以保证涂覆工艺的进行；基材受环境温度及湿度的变化影响小，以保证尺寸稳定性高，并不发生翘曲等变形。下面分别介绍各种磁记录产品的选材。 (1)录音磁带及录像磁带基材的原料一般选择 PET，用挤出方法成膜后，再进行双向拉伸和热定型处理。要求基材的尺寸精度要高，表面要十分清洁，涂覆前要进行表面处理，以提高涂层的附着力。基材的尺寸随用途不同而异，录像带的宽度为 12.7mm，广播电视用磁带的宽度 25.4mm和 50.8mm两种，盒式磁带基材的宽度为 3.8lmm。基材的两侧都要涂一层磁粉，磁粉一般选用铁氧体类。 (2)磁卡磁卡的基材为 PVC 或 PET片材，表面贴有磁性窄条从而能进行信息存储的磁记录材料，磁卡上的磁性窄条可反复取下和贴上，这一点与磁带上的磁粉与基材牢固粘合不同。磁卡的基材也可以是复合片材，如纸/PET/纸、PET/纸/PET；基材的两侧为印刷层，印刷层外面是透明的 PVC 保护层。磁卡的磁分为铁氧体磁粉。 (3)磁盘这里的磁盘指软磁盘，是计算机的外存储器，它可以用来存放各种软件，其工作原理也是利用磁性介质的磁化效应来记录信息。磁盘的结构同磁带相似，主要有两层。内层为磁盘，形状为圆形，直径分 3in 和 5in 两种，称为三寸盘和五寸盘。磁盘的材质为在塑料基材上涂覆铁氧体磁粉，其中基材为塑料片材，常用材料为 PET、PEN。磁粉常用铁氧体类，有单面涂覆和双面涂覆两种。外层为保护封套，形状为正方形，材料为塑料，常用 ABS 或 HIPS；为防止电磁干扰，常加入炭黑，制成电磁屏蔽材料。塑料封套为上下两片，将磁盘夹在中间。在塑料封套上开有几个孔，所起作用如下：①驱动旋转孔，供驱动电机驱动磁盘用，位于磁盘封套的正中央，形状为大圆形孔; ②检索孔，检查盘面起始位置的索引标记，形状也为圆形，位于大圆孔附近; ③磁头读写槽孔，供磁头寻找盘片磁道进行读写用，形状为长方形; ④写保护缺口，位于边角处，形状为方形，将此口封住，称为写保护，此时只能读不能写，如将此口打开，则可读又可写。磁盘将信息存储在磁道上，磁盘每一面有 40 道磁条，以同心圆分布。单面磁盘的磁道编号由外向内，依次为 0～39 标识。双面磁盘每面各有40 道磁道，0面磁盘的编号为 0～39，1 面磁盘的编号为 40～79。每个磁道分成若干个扇区，每个扇区可存储 512 个字节 (512B)，字节为信息的计量单位，lB 为 8 个二进制数组成。对于80 磁道，8扇区磁盘，每张磁盘的存储量为：512×8×80＝320KB。对于 80 磁道，9 扇区磁盘，每张磁盘的存储量为：512×9×80＝360KB。磁盘又有单密度和双密度之分，对于磁头上只有一组读写感应圈的称为单密度;对于磁头上有两组读写感应圈的称为双密度。三、光记录制品用材料的选用1、简述光记录类制品只包括光盘一种，它是一种新颖且与激光技术相关而开发成功的光记录材料，其记录原理为利用光引起物质变化来记录信息或信息记录再生的材料。光盘的结构为一个透明塑料基盘，上面镀有极薄一层金属；当用信号调制的激光照到旋转的圆盘上时，金属被熔化成一串椭圆型凹痕，这就代表所要录制的信号已记录在光盘上，从而制成原版光盘。光盘可分成声频光盘 (CD)和视频光盘 (VCD、DVD)两种，声频光盘只能发出文字和声音而不能发出图像，而视频光盘不仅能发出文字和声音，而且能发出图像。光盘按功能分类，还可分为只读型、读写型和可抹型三种。与磁记录材料相比，光记录材料具有容量大、保真性好、随意读取性、高可靠性及高清晰度等优点。其突出优点如下。①保真性好。光盘在具体使用时用激光束读取，而非硬物体接触，因而具有不磨损、寿命长的特点，经反复多年使用仍具有原始的保真性，永不失真;而磁记录材料在使用时有磨损，使用一段时间后既失去原有的保真性。②随意读取性。光盘以激光束为读取介质，具有可随意读取性，即在整个光盘有许多内容，使用者可随意读取其中任何一段内容，无论这段内容在开始、中间或结尾。而磁记录材料则只能按顺序由前向后读取，需要读取非顺序内的内容则必须倒带或快速前进到该区域内。③容量大。光盘具有高密度的特点，起存储信息量特别大。相同面积的记录材料，光盘的记录量是磁带的 4000 倍，是录像带的 55倍，是磁盘的 25倍。2、光盘用塑料材料的选用适用于光盘采用的透明性好的光学塑料材料，其应具有如下性能：高透明性能，其透光率不低于 90%; 良好的环境适应能力，透明性不应温度、湿度的影响而产生大的变化；工作时产生的噪音及双折射要尽可能小；吸湿性、透气性及透氧性都要小；力学性能长期稳定；易于加工。可③适用于光盘的材料有：PC、PMMA、EP、新型热塑性聚酯及茂金属聚烯烃等，其中前三种材料的性能比较如表 30­1。表 30­1 三种光盘材料的性能比较性能 PMMA PC EP 批量性透光率双折射耐热性介质保护优优优差差优优差良良良优优良良硬度盘破裂记录灵敏度优优优良优优良优优在具体选用时，不同种类光盘选用的材料也不同。①音频光盘。音频光盘的英文代号为 CD，用于传播文字和声音。音频光盘常选用 PC 塑料为原料，因 PC 的双折射比较大，常用透明性良好并与之具有相反双折射的 PS 共混，以消除双折射现象。音频光盘的尺寸为直径 l2cm的圆盘，单面记录即可。 PC 塑料用于光盘的比例占整个 PC 产量的 12%，而且以年 6%～8%的速度递增。为满足光盘市场的需求，改进 PC 表面硬度低、不耐磨损、经紫外线或辐射线照射会变黄、双折射比 PMMA和玻璃高且随加工条件依赖性大等缺点，一些 PC 生产厂家已开发许多新品种，在熔融流动性、光学纯度和降低双折射都有很大提高，并可用于视频光盘。如德国拜耳公司的 MakrolonDPI­1265，其融体流动速率为 75g/10min，它纯度高，光盘成型后残留热应力小，表面性能好，可用于 DVD 的生产。美国通用公司的 LexanOQ1030L，其融体流动速率为 70g/10min，可同时用于 CD 和 DVD。美国陶氏公司的 Cali­brel080DVD，其融体流动速率为 80g/l0min，可用于 CD 和 DVD。日本 Teijin 公司的 Panlite5503S，其融体流动速率为 80g/10min，具有很好的耐粘合剂侵蚀性和耐湿气性能。②视频光盘。因 PMMA具有双折射小及对加工条件依赖性小的特点，视频光盘常选 PMMA材料制造，另外只读型和可涂重写型光盘也考虑用 PMMA。视频光盘的结构为直径 30cm的两张圆盘，将两张圆盘以反射面作内侧粘合起来。 PC 及 PMMA是目前两种最主要的光盘用材料，但它们都有吸湿大的特点。现在正在开发一些新型光盘材料，有的已获得小批量应用，主要品种如下。新型热塑性聚酪材料，一种为美国 Eastman化学公司开发的非晶型聚酯 PETG，它是通过在乙二醇与对苯二甲酸的聚合反应中，用环己烷二甲醇取代部分乙二醇从而使结晶延缓；PETG 具有优异的耐候性和抗冲击性，吸湿性极低，是一种新兴的光盘材料。另一种为日本钟渊纺织公司开发的新型聚酯树脂，其具体组成不祥；它具有光学性能好，双折射接近于零，折射率高达 1.61，硬度和耐热性优良，适于光盘材料。茂金属聚烯烃材料 mPE 和 mPP，它具有吸湿小、透明好、成型收缩率小及双折射小等优点，更适合制造光盘。德国 Hoechst 公司开发一种无定形环烯烃共聚物，为乙烯与降冰片烯在茂金属催化下共聚而成，可用于光盘材料。美国陶氏公司的聚环己基乙烯 (PCHE)，透光率为 91.85%，吸水率仅为 PC 的 1/10，可用于生产高密度光盘，有望成为未来光盘市场的有力竞争者。一种改性双酚 A环氧树脂的透光率为91%，具有热变形温度高、机械性能好及导热率低等优点，特别是导热率低对阻止热扩散有利，能在较低的写入功率条件下，在光存膜中形成清晰的信息点，可用于光盘基片材料。另外，光盘的生产技术要求很高，对环境的清洁相温控精度的要求非一般注塑工艺及设备能达到，需用电脑程序控制的精密注塑工艺及设备才能完成。二、相关知识功能高分子教案本次课标题：项目 30 三种信息记忆塑料材料的分析、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 30 所涉及到三种信息记忆塑料材料的分析、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要求合理的选择信息记忆高分子材料；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30个项目重点学习功能高分子的知识。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 30 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 30 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功能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