劉彩文　姚夢齡　劉錦榮　劉錦華　馬 文　楠 頂

1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院　內(nèi)蒙古呼和浩特　010051 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)材料成型及控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　內(nèi)蒙古呼和浩特　010051 3.呼和浩特第二中學(xué)　內(nèi)蒙古呼和浩特　010010 4.呼和浩特土默特中學(xué)　內(nèi)蒙古呼和浩特　010051

科研促進(jìn)塑料成型工藝與設(shè)備課程的教學(xué)

劉彩文1,2姚夢齡1,2劉錦榮3劉錦華4馬 文1,2楠 頂1,2

1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院內(nèi)蒙古呼和浩特010051 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)材料成型及控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)蒙古呼和浩特010051 3.呼和浩特第二中學(xué)內(nèi)蒙古呼和浩特010010 4.呼和浩特土默特中學(xué)內(nèi)蒙古呼和浩特010051

將基于PC機(jī)的高聚物成型中流變性的測試及自制的氫氧化鎂阻燃劑添加等科研成果應(yīng)用于塑料成型工藝與設(shè)備課程的教學(xué)，不僅可以增強(qiáng)教學(xué)的深度、拓展教學(xué)的廣度，豐富教學(xué)手段，還可以提高教學(xué)的質(zhì)量。

塑料成型；阻燃劑；流變性

1　課程簡介

塑料成型工藝與設(shè)備是材料成型與控制類專業(yè)的專業(yè)限選修課。隨著塑料材料的廣泛使用和塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，從事金屬材料成形和金屬模具設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員需要拓寬視野和專業(yè)領(lǐng)域，學(xué)習(xí)必要的塑料成型基本理論、成型工藝及其成型設(shè)備，掌握塑料模具設(shè)計(jì)方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握塑料成型的基本理論、工藝基礎(chǔ)、塑料制品的設(shè)計(jì)原則、塑料模具的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)過程以及主要成型設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)組成。其中聚合物的流變學(xué)性質(zhì)和添加劑改性如阻燃劑等既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。

2　科研促進(jìn)塑料成型工藝與設(shè)備課程的教學(xué)

2.1基于PC機(jī)的高聚物成型中流變性的測試

把學(xué)生所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化成學(xué)生認(rèn)識和解決實(shí)際問題的能力。流變性能是高聚物最重要的加工性能[1,2]。流變性能對于正確設(shè)計(jì)模具、選擇加工機(jī)械、確定加工工藝條件以及進(jìn)行高聚物熔體充模流動(dòng)分析和模擬而言，是不可缺少的物性參數(shù)。流動(dòng)性能影響加工性能，并會(huì)影響最終產(chǎn)品的力學(xué)性能，測定物料的流變數(shù)據(jù)，對控制加工性能和改善產(chǎn)品質(zhì)量是很重要的。測定有關(guān)流變參數(shù)，進(jìn)行流變分析，并確定其與加工變量之間的關(guān)系，不但對控制加工過程，使之高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低能耗有指導(dǎo)意義，而且對在理論上研究加工原理也很有意義[3,4]。采用測試集成設(shè)計(jì)思想，將基于PC機(jī)的非電量測試技術(shù)、傳感器技術(shù)以及模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)合起來，利用VB語言完成編程工作，實(shí)現(xiàn)了對高聚物流變性能的測試，大大提高了高聚物流變性能的測試功能與效率[5]。選擇計(jì)算機(jī)高級語言(VB)完成了數(shù)字濾波、奇異值去除、公式計(jì)算及曲線擬合等編程工作，直接得到高聚物HDPE和ABS的流動(dòng)曲線和流變曲線及其冪律方程，為高聚物流變性能的測量提供了實(shí)驗(yàn)平臺，可在一定程度上指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。由圖1中的(a)(b)(c)可看出，同一材料同一廠家的HDPE在不同的測試條件下如溫度、管模尺寸等，HDPE 的流動(dòng)、流變曲線及方程不同，實(shí)際生產(chǎn)加工中必須對所用的高聚物進(jìn)行加工前流變性能參數(shù)的測量，對于制件的結(jié)構(gòu)，制定成型工藝路線以及合理設(shè)計(jì)模具都很有意義。

圖1　HDPE的流變性

2.2自制氫氧化鎂阻燃劑的添加

科研工作和教學(xué)相輔相成，相互促進(jìn)。近年來，在科研項(xiàng)目的帶動(dòng)之下，在長期的科研實(shí)踐及本科教學(xué)實(shí)踐中，理論聯(lián)系實(shí)際，把握前沿動(dòng)態(tài)，并將科研的思維方法及成果融入教學(xué)中，使學(xué)生不僅是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，也是思維方法的學(xué)習(xí)，得到了學(xué)生較高的評價(jià)。

氫氧化鎂是重要的無機(jī)阻燃劑，在阻燃領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[6,7]。但大尺寸氫氧化鎂如圖2(a)用于聚合物阻燃的主要缺點(diǎn)是阻燃效率低、添加量大以及與基體的相容性差，難以達(dá)到使用要求。因此，超細(xì)化成為氫氧化鎂阻燃劑的一個(gè)重要發(fā)展方向[8,9]。阻燃劑納米化有助于充分發(fā)揮其阻燃性能，如對添加有納米阻燃劑的聚合材料進(jìn)行燃燒測試，可知添加納米氫氧化鎂如圖2(b)的聚合材料形成的膨脹泡沫炭層細(xì)密，具有高密度和高強(qiáng)度。這是由于納米阻燃劑尺寸細(xì)小，比表面積大，粒子在聚合材料中均勻分散，受熱可均勻釋放其阻燃性[10-14]，避免了阻燃劑顆粒較大時(shí)局部分解而造成聚合材料成分不均勻?qū)е鲁尚洼^差。

圖2　氫氧化鎂的TEM照片

3　結(jié)束語

科學(xué)研究是新知識的源泉，是高校教學(xué)質(zhì)量的推進(jìn)器。作為一名高校教師如果能將前沿的科學(xué)研究帶入課堂教學(xué)中，對自身業(yè)務(wù)水平提出了高要求。教師只有不斷地進(jìn)行科學(xué)研究，才能拓展學(xué)科知識，提高教學(xué)水平。

通過將基于PC機(jī)的高聚物成型中流變性的測試及自制的氫氧化鎂阻燃劑添加等科研成果應(yīng)用于塑料成型工藝與設(shè)備課程的教學(xué)，的確增強(qiáng)了教學(xué)的深度、拓展了教學(xué)的廣度，豐富了教學(xué)的手段，提高了教學(xué)的質(zhì)量，本人受益匪淺。

[1] 王玉忠,鄭長義.高聚物流變學(xué)導(dǎo)論[M].成都:四川大學(xué)出版社,1993.

[2] 巫靜安.高分子材料流變學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] Chang R.Y.Experimental and theoretical studies of shrinkage and sink marks of crystallion polymer injection molded parts[J]. Polym.Eng.Sci,1995,35(15):1222-1230.

[4] 徐佩旋.高聚物流變學(xué)及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[5] 張迎新.非電量電測技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

[6]姚佳良,彭紅瑞,張志琨. 聚丙烯/納米氫氧化鎂阻燃復(fù)合材料的性能研究[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,24(2):142-144.

[7] Wang QL.Preparation and surface modification of Mg(OH)(2)/ siloxane nanocomposite flame Retardants[J]. Polym.Eng.2015, 35(02):113-117.

[8] Qian Sun. Preparation of Transparent Suspension of Lamellar Magnesium Hydroxide Nanocrystals Using a High-Gravity Reactive Precipitation Combined with Surface Modifcation[J]. Ind.Eng.Chem.Res.2015(54):666-671.

[9] 宋延魯,楊榮杰.納米級氫氧化鎂阻燃聚合物配方及應(yīng)用性能研究[C].2014年中國阻燃學(xué)術(shù)年會(huì)論文.

[10] 王興.聚乙烯木塑復(fù)合材料的流變行為及阻燃性能[J].高分子材料科學(xué)與工程,2013(6):4-7.

[11] 劉彩文,吳士軍.高聚物流變性能及其測量的研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工,2005(2):5-8.

[12] 劉彩文,吳士軍,賈園,劉小華.基于PC機(jī)高聚物流變性能的測試[J].塑料,2006,35(2):71-74.

[13] 劉彩文.吳士軍.基于PC機(jī)的高聚物流變性能參數(shù)測試系統(tǒng)[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,24(4):290-294.

[14] 劉彩文,吳士軍.基于PC機(jī)的HDPE流變性能測試[J].塑料科技,2008,36(1):80-82.

Scientifc Research is Applied to the Teaching ofPlastics Molding Technology and Equipment Course

Liu Caiwen1,2,Yao Mengling1,2
1. College of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Huhhot, 010051, China 2. Key Laboratory of Materials Processing & Control Engineering of Inner Mongolia Autonomous Region, Huhhot, 010051, China 3. The Second Middle School in Huhhot, Huhhot, 010010, China 4. The Tu-mote Middle School in Huhhot, Huhhot, 010051, China

It can enhance the depth of the teaching, expand the breadth of teaching , enrich teaching means and improve the quality of teaching through use the scientifc research that PC polymer rheological test and homemade molding of magnesium hydroxide fame retardant added high polymer are applied to the teaching of PlasticsMoldingTechnologyandEquipment.

plastics molding;fame retardant; rheological property

2015-07-20

劉彩文，博士，副教授。姚夢齡，在讀碩士研究生。

國家自然科學(xué)基金(編號：51502147) ；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：2013MS0812) ；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(編號：ZD201214) 。