孫 君，戴禮興，程 絲，王新波

(蘇州大學 材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215123)

熔體紡絲在材料專業(yè)實驗教學中的利用

孫 君，戴禮興，程 絲，王新波

(蘇州大學 材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215123)

針對蘇州大學材料專業(yè)的特點及現(xiàn)有的實驗條件，對材料專業(yè)實驗中熔體紡絲的實驗教學進行了改進，將以往熔體紡絲作為演示性和驗證性的實驗改為大型的綜合性、實踐性質的實驗。結果表明，通過親自動手設計實驗和操作實驗設備，學生對熔體紡絲實驗有了更深刻的理解，更好地掌握專業(yè)知識，同時也有利于教師和學生的教學與科研互動。

熔體紡絲；差別化；結構與性能；互動

實驗教學是提高本科教學質量的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學生的實踐能力、分析和解決實際問題的能力以及嚴謹?shù)目茖W態(tài)度方面，具有其他教學環(huán)節(jié)不可替代的作用[1]。熔體紡絲實驗教學是蘇州大學材料科學與工程專業(yè)和高分子材料與工程的大型實驗課程中的重要一部分。這一實驗是圍繞著我校對上述兩個專業(yè)的培養(yǎng)目標——即著重培養(yǎng)能在高分子材料的設計、合成、改性、加工成型及應用等領域從事科學研究、技術開發(fā)、工藝設計、生產及經營管理等方面工作的具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的高級工程技術人才而開展的。

我校的熔體紡絲實驗是工業(yè)生產上纖維成型加工生產基本過程的一種小型模擬，是對纖維成型技術問題進行綜合實踐，對纖維成型工藝探索發(fā)現(xiàn)和技術創(chuàng)新方法提供訓練，學生可以自行設計實驗工藝參數(shù)并親自動手操作，體驗和真正理解理論課上所講的纖維成型加工技術。

1 過去熔體紡絲教學實驗的問題

合成纖維的成形普遍采用高聚物的熔體或濃溶液進行紡絲，前者稱為熔體紡絲，后者稱為溶液紡絲。熔體紡絲主要工藝包括：紡絲熔體的制備;熔體從噴絲孔擠出;熔體絲條的拉伸、冷卻固化以及絲條的上油和卷繞[2]。

我校的熔體紡絲設備是集紡絲、牽伸和卷繞于一體且屬于切片紡絲的大型加工設備，有專任的實驗技術員進行管理。目前，許多高校都在探討如何提高大型儀器的利用率，充分發(fā)揮大型儀器的使用功能，如何讓大型儀器設備既能為高校的教學、學科建設與發(fā)展服務，又能為高水平的科研工作和高水平的論文發(fā)表服務[3]。

在以往的教學實驗過程中，由于受到實驗的課時數(shù)和實驗的設備臺數(shù)的限制，熔體紡絲的實驗教學一般是作為一個演示性和驗證性的實驗。通常，由實驗指導教師講解原理，介紹螺桿以及計量泵的工作原理，由實驗技術員以PP作為紡絲原料來做演示實驗，單一的紡制常規(guī)的圓形絲，對纖維的牽伸等不做要求，能夠將纖維卷繞起來便意味著教學實驗的結束。然而，使用PP作為紡絲原料進行紡絲，是熔體紡絲中工藝較為簡單的一種，如果只是向學生介紹和演示這種簡單的實驗，會導致學生對纖維成型只有片面的認識，而并不能對于纖維成型整個工藝過程有一個較為全面的了解。特別是，我校高分子材料專業(yè)的學生其專業(yè)方向大部分側重在高分子材料加工及纖維方向[4]。因此，在纖維成型中原料的差別化以及異型絲的開發(fā)與普及是必要的，尤其應讓學生充分了解工藝參數(shù)對纖維性能的影響。

2 教學模式的更新

實驗課的教學模式在不斷地探索和改革中成長[5_8]，但著眼點基本是以學生為中心，要調動學生的積極性，使實驗教學具研究性以及探索性。熔體紡絲實驗教學內容原來是一個純粹的紡絲實驗部分。即由實驗技術員先行將紡絲原料準備好，設置并調節(jié)好紡絲工藝，然后再讓學生按照實驗指導老師演示的操作步驟，進行機械式的重復，根據(jù)將紡絲用切片紡制成合格纖維的總要求，將實驗修改為三個部分，即向前增加了紡絲前的原料準備工作，向后延伸了紡絲后的性能測試與分析工作，并且，紡絲工業(yè)參數(shù)在實驗技術員指導下由學生在合理范圍內自行設定。讓學生自行分組，針對不同紡絲原料，分別設計實驗方案，制定相應的工藝參數(shù)，自己動手操作，觀察和分析試驗中的各種現(xiàn)象并測試自己制備的纖維的結構和性能，真正掌握結構、性能與加工工藝之間的關系。并且，可以與其他組成員的結果相對照，可以較為全面地分析工藝參數(shù)對纖維性能的影響，以期完善自己的設計。因此，此實驗的開設，可以調動學生的主觀能動性，積極參與，合理分工，進而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，更能使其加強對知識的綜合理解和應用能力，將多學科知識交叉運用，做真正的工科型人才[9]。

3 熔體紡絲實驗教學

3.1 原料的準備

熔體紡絲實驗不同于一般的高分子化學實驗，前期的準備工作較多，而且，為了達到原料的差別化，我們除了購買市售的紡絲切片如PP、PET、PA6等，還利用現(xiàn)有的實驗教學設備聚合反應釜，自行聚合出一些改性紡絲原料。通過紡絲教學實驗，讓學生對高分子原料從聚合到紡絲成型有一個感性的認識;另外，我們同時配備了異型絲的噴絲板，通過更換噴絲組件中的噴絲板，可以讓學生直觀地看到常規(guī)絲和異型絲的差別化。正是由于原料的多樣化，既需要學生能夠對切片進行一系列的紡前處理;干燥、含水率的檢測、熔融指數(shù)測定，玻璃化轉變溫度的測定等，還可以讓學生對不同紡絲原料有一個直觀的了解。

3.2 熔體紡絲實驗

我們的熔體紡絲機是一套集紡絲和拉伸于一體的設備，最高卷繞速度可達2 550 m/min，故而可以制備具有一定強度以及取向度的牽伸絲。具體的步驟為：在教學實驗預習中，首先向學生講述熔體紡絲機的工作原理，實驗過程中需要變更的參數(shù);然后，通過對學生進行分組，用不同的紡絲原料，或者是相同的紡絲原料，但是想要得到一定線密度的成品絲，讓學生自行查閱文獻，檢測分析原料成分之后，設計紡絲工藝參數(shù)。實驗指導教師對學生設計的紡絲工藝參數(shù)先進性初步判定是否可行，判定可行的基礎上，再指導學生進行上機的紡絲操作。

3.3 纖維性能的檢測以及影響因素分析

為了讓學生進一步了解到纖維成型后性能的優(yōu)劣，我們在安排熔體紡絲的實驗教學時，并不是完成了紡絲實驗便結束了教學過程，而是要求學生對自己紡制的纖維進行相關的檢測，進而理解不同的紡絲工藝對纖維性能的影響。目前，我們在學生完成紡絲試驗之后，還要進行如下的性能檢測：測定纖維的線密度，觀察纖維的截面，測定纖維的斷裂強度以及斷裂伸長率，測定纖維的取向度等。由于每組學生實驗的工藝參數(shù)均不相同，即使使用的是相同的原料，在紡絲的過程中，指導教師通過調節(jié)油盤的轉速，即可讓學生理解油劑對纖維成型的作用;牽伸盤溫度以及轉速，就能使學生了解牽伸倍數(shù)和溫度對纖維的線密度、斷裂強度以及取向度的影響。也正是由于采用分組多層次的實驗，從而使學生能夠對纖維成型及其影響因素有一個較為直觀的了解，在加深感性印象的同時，由指導老師進一步將他們的實驗結果歸納分析，建立理性的知識結構層次。學生在經過自己分組動手實驗，并且與其他同學的工藝相比較，可以非常直觀地判定出紡絲拉伸工藝對纖維成型的影響，分析出自己設計的試驗工藝的優(yōu)劣，從而培養(yǎng)了學生的自主意識和創(chuàng)新意識。

4 結束語

對熔體紡絲機功能的開發(fā)并在學生實驗及教學中進行普及利用，有利于學生更好地掌握專業(yè)知識，有利于教師和學生的教學與科研互動，同時也增加了該設備的利用率。通過在熔體紡絲試驗中由學生自己進行原料的分析測試、設定紡絲工藝參數(shù)和纖維成型后對其相關性能的檢測，使學生對聚合物成型纖維加工認識，從理論到實際，有很大提高。對紡絲機的結構、工作原理和加工工藝的理解有質的飛躍，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐動手能力和團隊分工協(xié)作等方面均取得了較好的效果。

[1]程絲，王新波，嚴明.高分子材料專業(yè)大型實驗教學的實踐與探索[J].紡織教育，2008(1)：53_54，11.

[2]董紀震，羅鴻烈，王慶瑞，等.合成纖維生產工藝學[M].2版.北京：中國紡織出版社，1996.

[3]李海林，廖欣軍，劉紅梅.關于高校大型儀器設備提高利用率的探討[J].實驗室科學，2008(2)：177_ 178.

[4]程絲，范麗娟，王新波.紅外光譜儀在材料專業(yè)實驗教學中的利用及實踐探索[J].實驗室科學，2009(2)：159_160，163.

[5]謝月新，黃小益，譚喬來，等.研究型實驗課教學模式的試驗報告[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011(1)：126 _128.

[6]史鳳隆，鄒開鳳.探索新的實驗課教學模式培養(yǎng)學員創(chuàng)新能力[J].實驗室科學，2008(2)：19_20.

[7]王富武，武玉玲，郝愛軍，等.改革教學模式提高組織學實驗課教學質量[J].解剖學雜志，2006，29(1)：2，75.

[8]譚萍，郭萍.化學實驗課教學模式新思考[J].知識經濟，2011(10)：151.

[9]白秀娥，戴禮興，嚴明.聚合物加工實驗課程體系的改革與建設[J].實驗室研究與探索，2008，27(6)：16_18.

Utilization of M elt-spinning on the EXperiment and Teaching of M aterials Specialty

SUN Jun，DAILixing，CHENG Si，WANG Xinbo
(College of Chemistry Chemical Engineering and Materials Science，Soochow University，Suzhou 215123，China)

The experiment teaching ofmelt-spinning course formaterials specialty was improved considering the characteristics ofmaterial specialty and the existingmelt-spinning equipment of Soochow University.Allmelt-spinning processwere demonstrated by teachers in previous experiment teaching process，practicalmelt-spinning experimentwere explored through requiring students to design experiments and operate instruments in person，which is different from previous experimental teaching.The result showed that the exploitation and improvement ofmelt-spinning experiment teaching ismore beneficial for students to grasp the profession knowledge and to strengthen the connection between teaching and research.

melt-spinning;differential;structure and properties;mutual

TQ31；TQ34；G642.423

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.035

2012_09_07；修改日期：2013_10_12

江蘇省優(yōu)勢學科建設工程資助。

孫 君（1984_），男，碩士，助理實驗師，主要從事高性能纖維研究及教學工作。