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第1篇：高分子材料的配方分析范文

【關鍵詞】制品生產 高職 課程

長江下游尤其是長三角拉動中國經濟前行,已形成了世界塑料加工業的重要基地,該地區也是國內塑料加工業上下游產業鏈溝通最為活躍的地區。而我們常州是全國塑化行業最發達地區之一,產值規模僅次于廣東佛山。依托塑料加工產業,廣泛聯系行業、企業,成立專業指導委員會。在委員會專家的指導下,對高分子材料加工技術專業人才市場的需求進行調研,結合高職教育的特點,確定高分子材料加工技術專業人才培養目標為:培養德、智、體、美全面發展的掌握與高分子材料制品生產及新制品開發等內容相關的專業崗位群所必需的專業知識及專業技能,在高分子材料制品生產等企業第一線從事生產、技術、管理等工作,具有良好職業道德、較強專業技能和可持續發展能力的高素質、高技能應用型人才。高分子材料加工專業作為我校的首批教改試點專業,旨在深化高職高專高分子材料專業,高分子人才培養計劃及課程改革上起到探索創新及引領示范作用,本文以《制品生產3—模壓制品的生產》這門課程為例來分析探討教改過程中的整體設計模式。

1 課程定位

1.1 培養目標的形成

這個培養目標的確定是通過行業企業調研,進行了充分的崗位分析,分析該崗位的典型工作任務,并邀請專家共同探討,確定該專業的課程體系;再由該崗位對能力、知識、素質的要求確定人才培養的規格,進而制定專業人才培養方案;建立學習情境和制定課程標準。

在人才培養方案的形成過程中,不斷尋求成長規律與學習規律,最終形成了高分子材料加工技術專業培養方案課程與培養目標框架圖。

1.2 課程信息

本專業新的培養方案中的課程模式為:制品試樣制備、加工原料的合成(包括碳鏈高聚物的合成、雜鏈高聚物的合成、特殊高聚物的合成三門課程)、加工原料的選擇、制品生產(包括注塑制品生產、擠出制品的生產、模壓制品的生產三門課程)、新制品的開發、上崗實訓等,本文所述課程隸屬于制品生產中模壓制品課程。

本門課程是高分子材料加工專業二年級學生的專業核心課,其中先修的課程包括:擠、壓、注單機操作、碳鏈高聚物的合成、雜鏈高聚物的合成、特殊高聚物的合成、高分子材料分析、選擇與改性、性能測試I(原料)、配方設計I、注塑加工、擠出加工。后續課:新制品的開發、上崗實訓等。

2 課程內容

2.1 課程內容的選取

根據高分子材料加工技術專業人才培養方案中對該課程的要求,結合該專業典型工作崗位任務要求,能合理的確定加工過程與工藝條件;能進行模具的組裝與調整;能針對制品的各種缺陷進行分析、調整工藝;能熟練操作設備為目的,進行內容的選取與整合。

本課程主要教學內容為模壓制品的生產,圍繞該內容進行必要的理論知識的解讀和實驗操作技能的訓練,理論知識部分包括高分子材料模壓加工設備的結構知識、通用高分子材料典型配方設計知識、高分子材料模壓加工工藝設計知識以及高分子材料配方設計所用助劑的基本性能知識等,是根據行業企業發展需要和完成職業崗位實際工作任務所需要的知識、能力、素質要求選取的,為學生學習后續課程和后續發展奠定良好的基礎。課程內容之間基本呈現循序漸進的關系。通過對項目的設置將原有課程體系的內容進行重新的整合,使之更加符合實際需要,以適應目前的學習及今后發展的需求。

2.2課程設計的理念和思路

項目化教學體現的是學生在“做中學、學中做”,教學項目的建立必須徹底打破原有的課程體系及本課程的知識體系,教學項目的設立必須要建立相應環境與設施。

在進行課程設計的時候主要考慮以下方面

(1)突出學生主體作用,完成工作任務

(2)項目任務優化組合,適應學生認識與成長規律

(3)靈活運用多種教學方法,拓展學生思維

(4)創新教學效果評價方法,突出能力考核與知識運用

在課程設計之前首先進行職業崗位能力分析,突出能力目標要求,課程以項目為載體用任務訓練學生、以學生為主體、知識理論實踐一體化。課程項目(任務)的選擇必須具備實用性、典型性和綜合性和可行性。綜合項目中設置若干子項目,用于訓練學生的單項能力。充分體現教學過程的實踐性、開放性和職業性。

總的設計原則為:教學項目的設立來源于工作項目,教學項目本身具有獨立性和系統性,教學項目的設立必須考慮A、B雙線,其中A組任務選擇成熟的、具有代表性的、實驗室可操作性強的產品,課內完成(以學生為主體、教師起指導、點評作用);B組為拓展任務,為課外自選項目,選擇新型、改性或特殊意義的產品,課外完成(由學生自主完成項目實施方案設計)。

3 課程的教法學法

3.1課程教學方法和教學手段

在該課程的教學過程主要采用的教學方法是行動導向教學法,具體就是項目式教學結合其他教學方法,例如案例教學、分組討論,啟發引導、自學輔導、理論實踐一體化等。在教學的過程中充分利用現代教育技術和網絡教學資源,結合PPT、板書、實物等進行教學。

比如項目1——橡膠制品的生產,總體上是行動導向法,為學生準備一個項目實施過程手冊,上面有若干個任務,每個任務都告訴學生該干什么。第一個任務是思維導圖,要求學生思考圍繞“橡膠制品的生產”應解決哪些問題,掌握哪些知識和技能,這就屬于啟發引導。學生通過思維導圖的建立可以較清楚的明白完成這一任務應解決哪些問題,這樣在后續任務的完成中就有較清晰的思路。引導學生進行較為有效的自主學習。

第2篇：高分子材料的配方分析范文

關鍵詞：高分子材料；教學；探索和實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0219-02

《高分子材料》是材料科學與工程學科的重要組成部分，是材料專業類學生的一門重要課程。但對于非高分子專業的學生，一般只有這一門高分子專業課，且學時有限。為使學生掌握廣泛的基礎知識、扎實的專業知識，該課程要將《高分子物理》、《高分子化學》、《高分子材料加工》等課程內容融為一體，并加強與其他材料科學的相互貫通。筆者在幾年的教學實踐中不斷探索，對這門課的教學內容、教學方法和教學效果評價體系等方面進行了總結。

一、明晰教學目標、突出教學重點、合理安排教學內容

通過《高分子材料》的教學，需要學生掌握“高分子材料科學基礎”、“高分子化學”、“高分子物理”、“高分子成型加工”、“通用高分子材料”等理論知識。在有限的學時條件下，要使對于高分子完全陌生的學生理解并掌握這些基本概念與原理，授課內容的選擇是非常重要的。在內容選取上，我們的原則是既要讓學生掌握相關的理論知識，又要有所側重，并注重課程與先修課程的聯系和課程前后內容的銜接等。高分子材料的制備、結構、加工及性能之間存在著一系列的有機聯系，我們講述的內容既要有獨立性又應注意前后的關聯性。首先，結合以前所學知識，讓學生掌握高分子材料科學的基礎知識。其次，高分子化學部分，我們著重講解聚合反應機理。高分子的合成按機理主要分為逐步聚合與連鎖聚合。連鎖聚合中，以自由基聚合研究得最為透徹，我們分別結合反應過程的熱力學和動力學，分析自由基聚合各個階段的特點。至于離子聚合和定向聚合等內容，給定思考題安排學生課后學習。對于學生自學有疑問的地方，教師可以在答疑時給予指導。逐步聚合中，又可分為線形縮聚和體型縮聚，我們一般只講述線形縮聚部分，體型縮聚安排為課后學習內容。高分子物理部分，我們集中講述高聚物的結構與性能間的關系。通過掌握高分子材料的合成原理和方法，了解高分子材料結構與性能之間的關系，從而逐步形成較為完整的高分子材料科學知識體系。為了培養實用性、創新型人才，我們在教學中還及時更新教學內容，將新知識、新理論和新技術充實到教學內容中，為學生提供符合時代需要的教學內容。

二、積極探索教學方法，提高課堂教學效果

在《高分子材料》的幾年教授過程中，為提高課堂教學效果，筆者一直不斷探索，總結了一系列教學方法。

1.表格教學法。《高分子材料》的課程中，有很多教學內容可以通過對比進行講解，比如聚合物的聚合機理中的連鎖聚合和逐步聚合、自由基聚合的各種實施方法等。筆者在實踐中，發現表格教學法是個很有效的教學方法。該方法運用比較，比傳統直述法更清晰，利于學生掌握相關知識的區別和聯系，從而更好地接受知識，并對各知識點有更深刻的理解。比如在講述高分子材料的合成方法時，可以先用表格列出本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四種實施方法，再在第一列列出配方、聚合場所、聚合機理、生產特征、產品特性、生產實例等與各實施方法對應的屬性，然后一邊講解，一邊將各屬性填充，讓學生接受知識點的同時也學習各屬性的異同，從而加強對相關內容的理解和接受，也更利于學生記住相關內容。

2.示例教學法。示例教學法可以引發學生的學習動機，幫助學生理解抽象的事物和概念，發展學生的求知欲望。學生剛開始學習高分子材料，對有關知識和內容了解不多，專業術語比較陌生，但是日常生活中都接觸過多種性能各異的高分子材料制品，對高分子材料性能的差異性有一定的感性認識。在講課時可以引入這些實際的材料，既能提高學生的學習興趣，也有利于更好地理解所學知識。比如在講述高聚物粘彈性這部分內容時，高聚物區別于其他材料的最大特點是其粘彈性，由于高聚物分子運動的松弛時間正好我們能用肉眼觀察到，所以才表現出這些現象。

3.啟發教學法。《高分子材料》的教學中有不少抽象的概念、邏輯推理的演繹過程。老師在課堂上一味講授專業知識和術語，學生學習熱情不高。通過一邊講解，一邊結合學科知識適當提出問題的啟發式教學方式，能提高學生的學習興趣和積極性，并能把一部分走神的學生拉回來。如講到高分子結構時，先提出一個問題：“為什么橡膠和塑料的力學性能有這么大的差異？”給予學生適當時間思考后，再具體講解高分子材料的結構，讓學生帶著問題聽課，不但啟迪了學生的思維，也使他們對所學內容有了更深刻的理解。

4.互動教學法。為了培養能解決實際問題的高素質人才，《高分子材料》的教學中，不應讓學生死記硬背和生搬硬套，而應結合實際問題讓學生思考，激發學生的發散思維。如講到橡膠性能時，請同學們思考“如何提高橡膠的耐熱溫度”，再提示學生利用所學的高分子物理部分知識，從優化橡膠的結構入手，發動學生積極討論，啟迪思維，培養運用基礎理論知識分析實際問題的能力。這種討論式的教學方法，既活躍了學習氣氛，啟發學生思考問題，又可使學生對知識更好理解和掌握。在講述高分子材料的合成時，經常通過合成反應式來表示合成過程和機理。我們一方面在課件編寫中注意到讓所有的反應方程式都不是一下顯示出來，而是模仿板書一步一步顯示，讓學生有充分思考、接受的時間；另一方面，部分反應方程式讓學生自己來寫，旁邊同學互相檢查。通過這種方式，使學生更加熟悉并能深刻理解反應過程，其他同學的檢查也能讓同學發現自己意識不到的細節上容易出錯的地方，了解出錯的原因，補充沒有掌握的知識點。

三、改革考核方式，提高學生綜合素質

《高分子材料》的教學評價不但要考查學生基本理論知識的掌握情況，也要考查學生的再學習和獨立思考解決問題的能力。為此，我們改變單一的一份試卷定成績這種缺乏準確性和全面性的考試制度，將成績的考核納入每個教學環節中，為每個學生制訂具體考核表，跟蹤學生學習進展，使學生在學習中能隨時了解自己的學習情況，督促自己不斷學習、不斷提高。其中考試方面根據課程的要求建立了《高分子材料試題庫》，逐年對試題庫的內容進行改進和更新，每年從試題庫中抽取試題組成A、B兩份試卷，嚴格考試要求和評分標準；另一方面，讓學生選擇一種新型高分子材料，查閱相關文獻資料，描述它的合成、制備、結構、性能及應用前景，并撰寫小論文；同時，增加學生課堂討論、實驗、作業等平時成績的評分標準和比例。通過改革考核和評價體系，激勵了學生的學習熱情，鍛煉了學生的實際能力，有利于培養高素質人才。

通過《高分子材料學》教學的探索和實踐，初步探索了課程的教學思路和方法。在今后的教學中，我們還將不斷總結經驗，進一步完善教學過程中的各個環節，培養出既掌握專業知識，又具備分析問題、解決問題能力的能適應以后工作和科研需要的高素質人才。

參考文獻：

[1]劉晶如，俞強，張洪文，等.高分子物理課程教學改革與實踐[J].高分子通報，2010，（11）：111-113.

[2]張鐳.高分子化學教學的改革與探索[J].高分子材料科學與工程，2002，18（3）：202-203.

[3]毛瑞.《陶瓷工藝學》教學的探索與實踐[J].陶瓷研究與職業教育，2007，5（4）：44-46.

第3篇：高分子材料的配方分析范文

英文名稱：Oilfield Chemistry

主管單位：中國石油天然氣集團公司

主辦單位：四川大學高分子研究所;高分子材料工程國家重點實驗室

出版周期：季刊

出版地址：四川省成都市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1000-4092

國內刊號：51-1292/TE

郵發代號：62-38

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1984

期刊收錄：

CA 化學文摘(美)(2009)

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

聯系方式

第4篇：高分子材料的配方分析范文

【關鍵詞】皮帶機；托輥；高分子聚乙烯

1 皮帶機及托輥市場介紹及分析

隨著全球經濟的增長，城市化建設的需要，人類對各種礦物資源的需求更為迫切，皮帶機已成為當今運輸各類散裝礦物的高效運輸設備，從地面礦山到井下工作面，從港口碼頭到工廠車間，你都能見到它在工作。

托輥是承托皮帶機膠帶的長回轉體組件。托輥是皮帶機的重要部件，種類多，數量大。它占了一臺皮帶機總成本的35% 承受了70%以上的阻力，因此托輥的質量尤為重要。托輥的作用是支承膠帶和物料重量。托輥運轉必須靈活可靠。減少膠帶同托輥的摩擦力，對占輸送機總成本25%以上的膠帶的壽命起著關鍵作用。雖然托輥在皮帶機中是一個較小部件，結構并不復雜，但制造出高質量的托輥并非易事，因此研發并批量生產長壽命，低膠帶損害，低噪音“環境友好”型托輥具有廣闊的市場前景。

2 現有托輥狀況分析

托輥是應用于皮帶機上的耐磨抗沖擊型常用部件，它普遍存在效率低、故障多、使用壽命短，對膠帶的磨損和傷害大等缺點。這使皮帶機維修次數多，更換膠帶頻繁且時間長，降低輸送效率、污染環境、延長了停產時間，增大運行成本，制約了我國皮帶機的發展。

3 第二代高分子聚乙烯托輥介紹

第二代高分子聚乙烯托輥結構如下爆炸圖：其外部是高分子聚乙烯管體，其端部是高分子聚乙烯加強座與管體融焊一體，其內部安裝薄壁小鋼管，輥軸兩端采用迷宮式閉封。具有抗沖擊、抗靜電、耐磨和阻燃等特點，使用壽命是金屬托輥的2-3倍，適合于煤礦、礦山等行業皮帶機使用。

3.1 高分子聚乙烯材料性能：

高分子量聚乙烯（UHMW―PE）一般是指相對分子量在150萬以上的聚乙烯，而普通聚乙烯的相對分子量僅為2―30萬。700萬以上純超高分子量的聚乙烯，在國外的新材料領域聲譽極高，被稱其為“驚異的材料”和“神奇的材料”。高分子量聚乙烯，具有獨特的性能，其根本原因在于它具有超長的分子鏈，且這些分子鏈間無序纏結。這種超長分子鏈及其無序纏結，使得高分子量聚乙烯具有優異的性能，不僅摩擦系數底，而且其抗磨損性、抗化學腐蝕性、阻燃抗靜電、耐沖擊性、低溫使用等方面性能極佳，更適用于高可靠性、環保、無毒無異味等有一定要求的場合。

3.2 高分子聚乙烯托輥與傳統鋼制托輥相比具有如下特點：

（1）管體精度高：管體采用高分子材料管材制作，管材是國外設備、工藝配方及原料加工制成的同軸度高、圓度高、直線度高、壁厚均勻的高品質管體；

（2）密封性能好：密封采用具有國外專利的PAL具有呼吸功能的自及外弧、內方的迷宮密封設計加之采用特殊的防塵蓋，輔之用優質的密封脂已達到灰塵水分易出難進的效果，保證了產品優秀的整體密封性能；

（3）重量輕：由于管體采用輕質的非金屬材料，重量明顯比鋼托輥輕20～30%，便于安裝搬運，降低職工勞動強度；

（4）耐腐蝕、耐磨抗沖擊：由于管體及組件采用了耐腐、耐磨損、抗沖擊的高性能的材料、托輥的耐腐蝕、耐磨、抗沖擊性能非常優越，托輥筒體耐磨性是鋼托輥的3倍，在惡劣環境下，托輥筒體，耐腐蝕是鋼托輥的5倍

（5）噪音底、對膠帶的磨損少：由于采用新型高分子管材，以及軸密封件的質量控制和先進的制造工藝，托輥的運行噪音比鋼制托輥降低20～30%，托輥運行卡死現象難以出現，即使因機架變形等原因出現的托輥卡死不轉的現象也不會對價格昂貴的運輸膠帶產生大的磨損，耐磨壽命是鋼制托輥的3-4倍；

（6）壽命長：由于托輥的選用高分子材料，設計合理，制造工藝先進，其使用壽命得以大大的提高，整體壽命是鋼托輥的2～3倍；

（7）節能降耗：托輥的轉動慣量不到鋼制托輥的50%，整機啟動慣量小，易啟動、制動，可大大節約能源降低驅動能耗；

（8）阻燃抗靜電，安全性能高：經MSHA flame resistant and static dissipating 檢測，阻燃抗靜電合格；此外，運行過程中不會與膠帶扣磨損出現火花，而且也不會因皮帶機機架變形等原因使托輥不轉的工況下與膠帶磨損摩擦產生高溫；

此外，高分子聚乙烯托輥具有防物料集聚性能，因此不會形成運輸物料的集聚，而且在潮濕運行工況下運行，效果極佳。而且保證提供了一個安全健康的工作環境。

4 市場推廣價值分析

第二代高分子聚乙烯托輥不僅在使用和成本方面大大優于傳統鋼制托輥，同時也是環境友好型托輥。在巨大的托輥需求量的市場下，具有極大的推廣價值。

市場推廣價值來源于以下三個方面：（1）長壽命，降低停機、更換托輥產生的停產損失；（2）長壽命，降低更換托輥產生維護成本；（3）降低對膠帶的傷害，產生的更換膠帶的成本。

參考文獻：

[1]張尊敬.DTⅡ（A）型帶式輸送機設計手冊[M].北京冶金工業出版社，2000.

第5篇：高分子材料的配方分析范文

關鍵詞 翻轉課堂 高分子合成工藝學 實施 效果

“高分子合成工藝學”是高分子材料與工程專業的一門重要的專業課。學生在學習了“化工原理”、“高分子化學”和“高分子物理”等專業理論基礎課程后，進一步研究高分子化合物生產工藝的重要課程。高分子合成工藝學承擔著如何將理論運用到實踐中去，并進一步提高學生實際應用能力和技術創新能力的任務，是培養高素質應用型人才的關鍵因素。要求學生掌握高分子合成的具體實施方法，重要品種的生產工藝，各種聚合方法進行工業化生產的特點、配方原理、流程組織原理。加深對于生產工藝觀點的認識，將理論與實際相結合，提高處理和解決實際問題的能力，為今后從事的科研和生產工作打下堅實的基礎。通過該門課的學習，培養學生的工程意識，使其掌握高分子合成的基礎技能并初步具備從事高分子材料的研究和開發能力。具備分析問題和解決工程技術實際問題的能力，培養學生的工程素養和創新能力。

該門課程內容不僅涵蓋大量高分子化學、高分子物理等較難理解的理論知識，還包括了許多具體產品品種在工業生產中有關具體實施方法。如自由基聚合包括本體聚合、懸浮聚合、溶液聚及乳液聚合四種實施方法。四種方法聚合原料組成、設備的選擇、條件控制及影響因素各有區別。同一品種可用不同的方法去生產，但所得產品性能差別較大。如聚氯乙烯的生產，可用自由基本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合及乳液聚合進行生產，但產品最終狀態不同，性能不同。一具體的聚合物如何去選擇實施方法，需要同學掌握較多的知識，每種聚合實施方法特點要了然于心。這就要求學生需掌握的內容較多，故無論對學生還是教師都有較高要求，在具體教學中存在較多問題。若以傳統教學方法進行實施，其教學效果往往不盡理想。

翻轉課堂（Flipping Classroom，顛倒課堂、顛倒教室）是近年來出現的一種新的課堂教學組織形式，不同于老師課堂教，學生被動聽課、課后做作業的傳統教學方法。該教學形式完全顛倒，學生先課前學，師生在課堂上共同完成答疑、探究和互動交流等活動的一種新型的教學模式。該教學理念起源于美國科羅拉多州落基山林地公園高中兩位化學老師Jon Bergmann和AaronSam。他們將各種講解視頻上傳到網絡，學生隨時隨地可以進行學習，這種新的教學形式故此引起廣泛關注。

翻轉課堂的出現，為教學提供了一種新的教學理念和方法。本研究通過在高分子合成工藝學教學中進行教學實踐，力圖以學生為中心，從而提升學生的學習積極性、主動性及各項綜合能力，并探索翻轉課堂在高分子合成工藝學課程中較合適的教學流程。

韋軍等主編的《高分子合成工藝學》，華東理工大學出版社。該書共包括十二章內容，第一章緒論，第十一章特種高分子合成工藝，第十二章是聚合反應設備，其余章節是自由基聚合、縮合聚合、陰陽離子聚合及配位聚合，該門課共計48學時。各部分按照先理論后以具體產品的工業實施方法進行講解。理論部分較抽象，學生不易理解；而實際的生產，同學們又沒有參與過，對于大的生產設備學生又沒有概念。如自由基聚合實施方法包括本體聚合、乳液聚合、懸浮聚合及溶液聚合，四種實施方法相近學生易于混淆。若采用傳統的教學方法，學生掌握較困難。基于@四種實施方法的理論知識在高分子化學中已涉及，故以自由基聚合的講解為例，一班采用傳統教學，另一班進行翻轉課堂，兩種教學方法進行對比教學。

傳統教學班級按照“簡單預習-教師課堂講授-課后作業”的流程進行。而在翻轉課堂的班級，基本教學流程采用，“老師提前按照內容提出問題-布置學生提前看材料-準備講解材料-課堂學生講解-教師答疑-互動討論-做練習-總結提升”。在此過程中，以學生為中心，學生占主導地位，教師起輔助作用。教師提前將有關視頻及PPT資料上網到網絡課程教學平臺，并預設幾個問題。學生通過查看網上資料及查閱有關文獻，把有關問題解答，并準備好課堂將要講解的PPT、資料等。在課堂上主要內容由學生進行講解，有疑惑的地方由老師進一步講解，師生之間進行討論，而后通過做作業，進一步鞏固、提升。

在高分子化學課程中己涉及到自由基聚合的四種實施方法定義、機理等有關基礎知識，在講解高分子合成工藝學的有關章節時，就可以翻轉課堂的教學方法進行。如在講解自由基懸浮聚合工藝時，提前布置給學習，復習懸浮聚合與自由基聚合的其它三種方法在定義、組成、特點、機理等方面的異同，并準備有關發言材料。學生講完后，老師及時抓住問題，提問懸浮聚合與溶液聚合和乳液聚合的主要區別，懸浮聚合的分散體系如何保持穩定，一步步讓學生深入思考分散劑的分散穩定機理，不同種類分散劑的穩定機理是否相同。而后，進一步強調攪拌在懸浮聚合中的必要性。攪拌使單體分散為小液滴，是懸浮聚合反應的先決條件，而分散劑不能自動將單體分散為微小的液滴，使分散的液滴穩定――后決條件。采用傳統教學與翻轉課堂相結合的教學方法，使同學們輕而易舉地就理解掌握原本難免懂的理論知識了。

通過用傳統教學及翻轉課堂兩種教學方法的實施，發現傳統教學的班級，學生處于被動學習，積極性不高，知識掌握有限，綜合能力提高有限，期末成績差于另一班級。而實施翻轉課堂教學的班級，學生配合老師主動思維，而不是被動聽課。從而使學生自主學習的積極性明顯提高，獲取知識的動力較大，掌握的知識較多，同時通過課堂展示自己的機會，使學生的綜合能力大大提高，且期末成績明顯高于另一班級。

第6篇：高分子材料的配方分析范文

關鍵詞：白色污染；回收利用；可降解塑料

中圖分類號：X705文獻標識碼：A

塑料制品的廣泛使用，給人們帶來了很大的方便，但由于人們對廢舊塑料造成的環境污染缺乏足夠的認識，將用過的大量塑料制品廢棄物隨意丟棄，給景觀和環境造成了嚴重危害。常見的塑料制品廢棄物有：聚乙烯（PE）包裝袋、保鮮膜、護套和臺布等；聚苯乙烯（PS）可發性快餐盒和餐具容器、精密儀器、家用電器的發泡包裝套等；聚丙烯（PP）包裝膜及快餐盒；聚氯乙烯（PVC）透明片、熱收縮薄膜及乳膠手套等。由于塑料包裝物大多呈白色，人們形象地比喻為“白色污染”。

一、白色污染的防治

我國目前防治白色污染遵循“以宣傳教育為先導，以強化管理為核心，以回收利用為主要手段，以替代產品為補充措施”的原則。

1、停止使用一次性發泡塑料餐具及超薄塑料袋。“一次性方便，二百年污染”是塑料垃圾的形象寫照。國務院辦公廳的通知，根據《商品零售場所塑料購物袋有償使用管理辦法》，從2008年6月1日起，在全國范圍內禁止生產、銷售、使用厚度小于0.025mm的塑料購物袋，超薄塑料購物袋被列入淘汰類產品目錄，并在所有超市、商場、集貿市場等商品零售場所實行塑料購物袋有償使用制度。我國實施塑料袋收費后，全國塑料袋的使用量有望減少2/3，一次性塑料袋的回收率也將大幅上升。

2、回收利用是當前防治白色污染的主要手段。隨著塑料工業的迅猛發展，廢舊塑料的回收利用作為一項節約能源、保護環境的措施，越來越受到重視。尤其是發達國家，這方面的工作起步早，已經收到了明顯的效益，我們可以借鑒其經驗。

美國是世界塑料生產大國。據統計，到2000年，美國年生產塑料3，400余萬噸，廢舊塑料超過1，600萬噸。早在20世紀六十年代美國就已展開廢舊塑料回收利用的廣泛研究。20世紀末廢舊塑料回收率達35%以上。其中，燃燒廢舊塑料回收能源由八十年代的3%增至18%；廢舊制品的掩埋率從96%下降到37%。美國在燃燒廢舊塑料利用熱能、熱分解提取化工原料等方面進行了大量工作并取得了一些成果。另外，美國各州為解決塑料廢棄物問題，制定了相應的法律、法規。

日本也是塑料生產大國。20世紀八十年代，其年均廢舊塑料排放量占生產量的46%。廢舊塑料的處理已成為日本的嚴重社會問題，而且日本是能源短缺國家，所以對廢舊塑料的回收利用一直保持積極態度。九十年代初，日本回收利用廢舊塑料率為7%，燃燒利用熱能率為35%。日本在混合廢舊塑料的開發應用方面也處于世界領先地位。

意大利是目前歐洲回收利用廢舊塑料工作做得最好的國家。意大利的廢舊塑料約占城市固體廢棄物的4%，其回收率可達28%。意大利還研制出從城市固體垃圾中分離廢舊塑料的機械裝置。意大利對廢舊塑料回收一般是將塑料碎片和紙片一起收集，分離后的廢舊聚乙烯制品經粉碎處理，用磁篩除去鐵等金屬雜質，經清洗、脫水、干燥后，通過螺桿擠出機進行造粒。這種回收料再加入新料，可保證其具有足夠的力學性能，可生產垃圾袋、異型材、中空制品等。

3、塑料制品回收利用的方法

（1）直接再生利用。根據原料不同，有3種直接再生利用的方法：①不需分撿、清洗等預處理，直接破碎后塑化成型。②必須經過清洗、干燥、破碎后造粒或直接塑化成型。③再生前須特別預處理。直接再生制品性能欠佳，一般只做檔次較低的塑料制品。

（2）改性再生利用。是將再生料通過機械共混或化學處理進行改進的技術。如增韌、增強、復合、活化、高聯等，使再生制品的力學性能得到改善和提高，可以作為檔次較高的產品。改性再生利用的工藝路線較復雜，有的需要特定的機械設備。湖南大學的謝朝學等研制的利用泡沫塑料制輕型保溫隔熱建筑材料，取得了良好的效果。

（3）熱分解法。熱分解法就是將高聚塑料廢棄物在高溫條件或低溫催化的條件下分解，使其回到低分子量狀態，從而把長鏈的高聚物轉變成了短鏈的不飽和烴的方法。這樣得到的不飽和烴可以用來重新制造其他產品。此方法可用于處理聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）制品的混雜回收物，但對于那些含氯的塑料制品需分開處理，這種方法可用于反復處理高聚塑料廢棄物。

（4）通過催化裂解制燃料油。將塑料廢棄物收集起來，通過熱裂解得到汽油、柴油等液體燃料。這樣既減輕廢塑料對環境的污染，又節約資源，變廢為寶。現在這一方面的技術日臻完善，已產生了好多專利技術。冀星等總結了廢塑料油化技術的應用現狀與前景。四川大學化學系李曉祥、石炎福、余華瑞等通過試驗表明：混合廢塑料經過催化裂解制得的90#汽油和0#柴油的質量均達到國家標準。

（5）焚燒回收熱能。對于難以分撿的混雜型廢舊塑料，將其作為燃料焚燒具有明顯優點：不需繁雜的預處理，也不需與生活垃圾分離，而且其生熱值與相同種類的燃料油相當。殘渣較少，密度較大，易于填埋處理。據統計，PE的燃燒熱為46.63GJ/kg，PP的燃燒熱為43.95GJ/kg，PVC的燃燒熱為18.06GJ/kg。可見，PE、PP、PVC的燃燒熱非常大。因此，可利用焚燒法來處理并充分利用其釋放出的熱量。但是，我們必須考慮一些持久性有機環境污染物的生成，以及這些燃燒產物對人類和生態環境的潛在危害。如，聚氯乙烯（PVC）燃燒產生HCl、聚丙烯腈（PAN）燃燒產生HCN、聚氨酯燃燒時會產生氰化物等，因此必須在焚燒爐上安裝污染氣體的吸收裝置，以實現整個流程的綠色化。

二、可降解塑料的性能、應用及前景

可降解塑料作為一種治理白色污染的全新技術途徑，經過多年研究開發，已取得令人滿意的進展。目前，主要的可降解塑料分為光降解塑料、生物降解塑料，以及光－生物雙降解塑料三大類。光降解和光－生物降解塑料制品雖加工簡單、成本低廉，但控制降解難度較大，不宜進入垃圾填埋系統。完全生物降解塑料降解性能較理想，但其加工難度較大，工藝配方以及邊角料的回收利用等技術問題還有待進一步提高和完善，生產成本較高，價格昂貴并且用后需要全面地堆肥處理。

1、光降解塑料和光―生物降解塑料。光降解塑料就是靠吸收太陽光引起光化學反應而分解的塑料。光降解塑料的制備方法大致有兩種：一是在高分子材料中添加光敏感劑，敏感劑吸收光能后所產生的自由基促使高分子材料發生氧化作用，達到裂化的目的。二是利用共聚方式，將適當的光敏感劑倒入高分子結構內賦予材料光降解的特性。常用的光降解劑有：金屬鹽類、二茂鐵衍生物類、羧酸鹽類、烷基硫代氨基甲酸鐵類等。塑料制成的地膜有三個特點：①使用后，在陽光照射下可自行光分解，分解后的小殘體可被土壤中的微生物繼續分解。②使用壽命可以控制。③節省了回收地膜的費用，且解決了殘膜對土壤和環境的污染。

光降解塑料的降解速度取決于日照的時間和強度，且降解后在被微生物分解前碎片易形成二次污染。光降解技術與生物降解技術結合：一是可以克服淀粉基塑料在非生物環境中難降解的問題；二是可以利用光敏體系的復合配比、用量來實現降解時間人為控制的目的。因此，目前工業化較多的是光降解技術與生物降解技術結合的雙降解淀粉塑料。在一次性使用地膜中可采用食用淀粉或無機礦物質填充的可控光－生物降解塑料的全面降解技術進行實用性研究。我國可覆蓋地膜的面積為5億多畝，用量高達40萬噸，使用價格低廉的光－生物降解塑料地膜較適宜。對于厚度0.005mm～0.015mm的降解地膜也可采用塑料單純光氧降解技術，但一定要做到時控降解。這對解決廢棄地膜污染農田的問題，造福子孫后代，具有深遠意義。

2、生物降解塑料。生物降解塑料是指一類由自然界存在的微生物如細菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一種具有優良的使用性能、廢棄后可被環境微生物完全分解、最終無機化而成為自然界中碳素循環的一個組成部分的高分子材料。“紙”是一種典型的生物降解材料，而“合成塑料”則是典型的高分子材料。因此，生物降解塑料是兼有“紙”和“合成塑料”這兩種材料性質的高分子材料。生物降解塑料可分為完全生物降解塑料和破壞性生物降解塑料兩種。破壞性生物降解塑料主要包括淀粉改性（或填充）聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。完全生物降解塑料主要是由天然高分子（如淀粉、纖維素、甲殼質）或農副產品經微生物發酵或合成具有生物降解性的高分子材料，如熱塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉/聚乙烯醇等均屬這類塑料。

盡管生物降解塑料的研發取得了長足的發展，但推廣異常困難。一是因為可降解塑料袋承重能力低，不能滿足顧客多裝東西和反復使用的要求。二是可降解塑料袋色澤暗淡發黃，透明度低，給人一種不潔和難看之感，用起來不放心。三是價格偏高，成本難以接受。

3、可降解塑料的開發趨勢及發展前景。可降解塑料盡管存在種種問題，但它的發展前景十分光明，主要表現在以下幾個方面：①積極開發高效廉價光敏劑、氧化劑、生物誘發劑、降解促進劑和穩定劑等，進一步提高可降解塑料的準時可控性、用后快速降解性和完全降解性。②為避免二次污染，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料將會越來越受到重視。③水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而備受矚目，也成為環境適應性材料的又一熱點。④充分利用基因工程技術培育可生產聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

第7篇：高分子材料的配方分析范文

【關鍵詞】子長油區；鉆井液；油層保護

鉆井液是鉆井的血液，又稱鉆孔沖洗液。鉆井液組成可分為清水、泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等。鉆井液侵入油層后，致使油層的固有狀態發生變化，使油層的滲透率、孔隙度的物性參數下降，進而對油藏的勘探開發產生不利影響，造成油層不同程度的傷害。因此，油層保護的鉆井液及工藝技術研究，是油層保護系統工程中關鍵環節。

一、油區概況

子長油區位于地處陜甘寧盆地東部斜坡地帶中部，構造背景為西傾單斜傾角約半度，西部下降幅度大雨東部，境內石油主要富存于三疊系延長組中、下部的長2，長4+5，長6油層組。油田油質無純區，油水分異差，原油含水率高于85%，脫水難度大，原油比重為0.866克/毫升，粘度5.8厘泊，凝固度117d，原始油氣為36.20m3/T。境內油層一般具有巖性細，物性差，分布廣，儲層喉道細的特征。屬于低壓（地層壓力當量密度0.7～0.8kg/l）、低滲（滲透率

（1）由于該儲層為低壓低滲儲層，鉆井液濾液可產生損害及大分子聚合物滯留效應；

（2）鉆井液濾液與地層水作用生成沉淀，堵塞喉道；

（3）鉆井液固相進入較粗的喉道，造成橋堵；

（4）表面活性劑產生乳化和潤濕反轉造成損害。

二、原鉆井液材料及配方

三、鉆井液工藝優化

1、增黏劑選擇

通過實驗對比分析，選擇復合天然高分子材料ZNJ-1作為鉆井液增黏劑隨著ZNJ-1的增加，鉆井液的馬氏漏斗黏度、表觀黏度、塑性黏度、動切力增大很快，濾失量降低明顯，但單獨使用ZNJ-1的鉆井液的相關性能不能完全滿足油層保護預期的性能要求。因此，要想在滿足鉆井液黏度要求的同時達到對濾失量的控制，還必須加入性能優良的降濾失劑，以降低鉆井液體系的濾失量。

2、降濾失劑選擇

為獲得較理想的降濾失劑，選擇低黏聚陰離子纖維素PAC-LV、中黏羧甲基纖維素CMC-MV、改性天然高分子材料GK-0901作為降濾失劑，考察了其加量對鉆井液性能的影響，實驗結果見表1。

可以看出，降濾失劑PAC-LV、CMC-MV和GK-0901相比較，GK-0901對鉆井液黏度、動切力影響較小，在相同加量下，GK-0901 對鉆井完井液的濾失量具有較強的控制能力。

3、抑制劑加量選擇

MAN104為巖土膨脹強抑制劑，廣泛應用于鉆井液體系中抑制水化膨脹和分散，防止剝落性坍塌，并有降低摩阻系數、濾失量和稀釋作用。為了考察MAN104加量對鉆井液性能的影響，實驗測試了MAN104與其他抑制劑對于膨潤土膨脹性抑制效果進行比較，所得實驗結果如圖1所示。

由圖1 可看出，抑制能力較強的抑制劑是MAN104、FA-367和K-PAM。因此，為了提高體系的抑制能力，降低井踏幾率，結合子長油區地層富含裂縫的特點，選用MAN104最為適合。

4、低傷害鉆井液體系配方

這些年來，鉀銨基鉆井液在鄂爾多斯盆地上古生界地層得到了廣泛的應用，一方面通過K+來抑制泥頁巖的水化膨脹，防止泥頁巖段的井徑擴大，穩定井壁；另一方面通過減少儲層遇水引發粘土礦物膨脹幾率，達到抑制儲層潛在流體敏感性損害的目的。子長油區選用以K-PAN和無熒光防踏劑為主體組成的鉀銨基聚合物鉆井液，無熒光防踏劑能封堵層理和微裂縫，并增強體系的抑制性和護壁能力，配方如下：基漿+（0.3-0.5%）K-PAM+（1%-2%）無熒光防踏劑+ （0.5%-1%）K-PAN或NPAN。

針對子長油區低壓、低孔、低滲的物性特點，在原有的鉆井液配方的基礎上，加入酸溶屏蔽暫堵劑，如QS-2，QS-3等，加量2～3%，同時加和強抑制劑0.2-0.3%MAN104等。屏蔽暫堵鉆井液配方如下：

四、屏蔽暫堵工藝應用及效果

用研制的低傷害鉆井液體系進行了12口井的現場應用試驗，巖心滲透率在鉆井液傷害后恢復率在78%～94%，平均恢復率85.86%， 可見采用研究得到的新的鉆井液體系，可有效降低鉆井液對儲層的損害，取得了預期效果。

五、總結

（1）油氣層保護工作是一個系統工程，它貫穿于油藏開發的全過程，只有當涉及油藏開發的各個環節都進行油氣層保護時，才能取得理想的保護效果。

（2）鉆井施工中的油氣層保護要以保證安全、快速施工為前提，目的層井段鉆井液體系的選擇應遵循適應地層特性、保障安全鉆井、滿足完井需要的原則。

（3）鉆井過程中油氣層保護方案必須在取全取準油氣層各項特性參數、深刻分析其潛在損害因素的基礎上通過實驗研究來確定。

參考文獻：

第8篇：高分子材料的配方分析范文

[關鍵詞] 防火涂料 阻燃機理 評估方法

隨著高分子材料在各種場合的廣泛應用,火災的潛在危險也在增加,許多建筑物構件在高溫下失去荷載能力導致建筑物坍塌,給人們生命財產造成巨大損失。防火涂料涂覆于物體表面,在遇火時涂膜本身難燃或不燃,對基材有較好的保護作用,為滅火和人員撤離贏得了時間。因此對它的研究和應用已引起了世界各國的高度重視。

一、防火涂料阻燃機理研究

關于防火涂料阻燃機理的報道較少,而且主要是一些定性的討論,但從防火涂料研究和生產單位在實行工作中遇到的一些問題來看,對防火涂料的阻燃機理進行研究勢在必行,其理論意義和實際意義都非常重大。

1.非膨脹型防火涂料的阻燃機理

防火涂料在燃燒中吸收大量的熱量,使溫度難以上升,其自身不燃燒并形成一層隔絕氧氣的釉狀保護層,對物體起到一定的保護作用,但隔熱性能較差。

2.膨脹型防火涂料的阻燃機理

膨脹型防火涂料平常保持普通涂膜狀態,遇火時,涂層發生軟化熔融,膨脹形成海綿狀或蜂窩狀炭化層。對磷-氮-炭的防火膨脹體系用熱分析(TG和DTA)、掃描電鏡(SEM)能譜儀(EDS)和X 射線衍射(XRD)等方法研究得到如下結論:脫水成炭劑(APP)受熱分解生成酸;多羥基碳化劑(季戊四醇)在酸的催化下脫水分解成炭;基料中樹脂受熱熔融在發泡劑(三聚氰胺)的作用下膨脹發泡,同時進一步形成炭化層。根據 X 射線衍射圖分析表明,這種炭化層屬于無定型炭結構,其實質是石墨的微晶體,所以一旦形成這種泡沫狀炭化層,其本身很難燃燒,又有很好的隔氧、隔熱作用,有效的阻止燃燒繼續進行。

3.防火涂料的阻燃機理有以下幾種

凝集相界面反應的阻滯;能阻滯氣體燃燒的氣體阻燃劑的氣相反應;阻燃劑吸熱分解或吸熱氣體反應對燃燒的阻滯;產生能稀釋氣相反應物濃度的不燃氣體;形成能阻礙對底材供熱或阻滯反應物轉移至火焰區域的隔離區。

二、防火涂料的評估方法研究

產品的標準和方法標準給防火涂料的研究開發、推廣應用和產品質量監督管理提供統一的技術依據。但由于材料在溫度條件下的復雜性,單一的評價方法很難表征防火涂料的阻燃特性,特別是隨著科學技術的發展,對阻燃材料的評估的目標是力求實驗結果與實際情況之間具有較好的關聯性。

為了全面的表征一項阻燃產品,從阻燃體系的各種原材料開始到阻燃制成品在不同環境條件下,在不同溫度受熱條件下,直至不同燃燒狀態下的氣相和凝聚相的分解產物都要進行分析,并進行與實際使用性能有關的評價,即要從阻燃產品的外觀色澤開始,直至分解氣體的毒性都要進行分析、鑒定和評價。因此,必須綜合地運用各種分析測試方法。

先進的涂料檢測技術目前對防火涂料的常規檢權在于外觀、顏色、光澤、粘度、表干時間、固體含量、硬度、沖擊強度、粘結強度、耐水性等宏觀檢測來評價防火涂料性能。將X射線分為析儀、X射線光電子光譜儀、自動電子光譜儀、離子微分析儀、富里葉紅外光譜、紫外光譜儀、紅外光譜儀、核磁紅振儀、色差計、錐形量熱儀、熱分析儀、掃描點鏡現代化儀器用于涂膜性能測驗,可深入到內部測驗試結構和界面狀態,進行微觀控制,對研究產品的阻染機理,產品配方的設計、研制、改性,產品煙和毒性氣體的釋放、火模型化研究以及高分字產品阻燃的研究、開發和應用具有很大的促進作用。

三、防火涂料的發展方向

防火涂料關鍵部分是阻燃劑,近年來,阻燃技術的研究和阻燃產品的開發應用已受到各界重視。主要的發展方向有:

1.開發多效、高效、低水溶性脫水成炭催化劑和發泡劑。

2.多種阻燃劑協同作用合理搭配。

3.環保型防火涂料

目前保護環境、節約能源的呼聲越來越高,防火涂料也隨著整個涂料工業向節能、底污染、高性能方向發展。水性涂料由于無毒安全、節約資源、保護環境、成為建筑涂料發展主要方向,也將是涂料品種革的最終歸宿。堅持發展水性防火涂料,盡量減少或避免因生產、施工或燃燒造成環境污染和人身危害,研制水星膨脹型防火涂料將成為主要發展方向,同時著眼與一步提高涂層的耐水性、防火性及裝飾性。

4.膨脹型和非膨脹型防火涂料相結合

配方中既含有膨脹型組分,又含有較多耐火填料組分,還假如高熔點的無機纖維等,使涂料在高溫火焰作用下形成低膨脹率的高強灰化層,確保膨脹涂層長時間耐火隔熱而不脫落。例如。LB 鋼結構膨脹型防火涂料就采用無機和有機復合粘結劑。而在P――C――N膨脹防火體系中加入新型耐火絕熱材料,起到“晶核”和“鋼筋”的作用。

5.采用輻射交聯、等離子改性接枝等技術進行高分子材料阻燃改性研究。國內外在阻燃劑方面努力向超細化、微膠囊化、表面處理、協同增效復合化等方面進行產品開發。新型鹵系阻燃劑的發展趨勢是提取高分子量,改進分子結構,添加防滴落助劑,提高耐熱性、耐噴霜性、加工性和衛生安全性,同時找尋多溴二苯醚的代用品也將受到重視。

隨著有機合成材料的大量應用,其難燃化問題也日益突出。含鹵素等難燃化的有機聚合物往往導致材料的物性變劣,使用壽命縮短、價格提高。采取在其表面涂覆防火涂料的辦法來進行防火保護,不但能保持原來有機合成材料的優良性能,而且經濟適用。另外,防火涂料在有機合成材料上的應用也有廣闊的前景。

參考文獻:

[1]徐曉楠新一代估計方法――錐形良量熱儀(CONE)法在材料阻燃研究中的應用,中國安全學,2003.13(1):19-22

第9篇：高分子材料的配方分析范文

 

一、智能機器人的結構組成

 

自從1959年世界上第1臺工業機器人由美國人英格伯格和德沃爾制造成功以后，機器人經歷了由完成簡單操作功能的機械手到智能機器人的變革。目前的智能機器人已經具有了類似人的思維、判斷能力，擁有強大的感知系統，并可以根據外部環境的變化實現自主學習和自我調整，并根據經驗的積累進行自我安排，完全獨立的工作[4]。

 

智能機器人主要由機械裝置、信息采集與智能控制等部分組成[5]。機械結構系統是機器人的主體，由基座、手臂、末端執行器3大件組成。基座一般由金屬材料加工制造而成，要求具有一定的強度、剛度及穩定性，研制強度高、質量輕的材料可以既保證其強度、剛度要求，又降低其質量，節約能源消耗，同時新型材料的使用使得智能機器人在較惡劣環境下工作成為可能，拓寬其應用領域，減輕人類負擔。

 

信息的采集主要依賴于傳感技術，傳感器的使用使得智能機器人可以像人類一樣擁有“眼睛”、“耳朵”、“鼻子”，對看到的、聽到的、感受到的、接觸到的環境信息如溫度、壓力、聲音、障礙物等信息進行采集，通過對比行動的目標信息，對采集到的數據進行分析、篩選，獲得完成指令所需的信息。而傳感器材料的優劣直接影響了傳感器性能的好壞，傳感器材料是智能機器人智能化的重要支撐。

 

控制部分的功能是實現機器人接收從傳感器反饋回來的信息并形成作業指令以及驅動機器人執行相應任務。控制技術是智能機器人將信息采集與分析、形成行動規范的核心，是智能機器人完成各項任務的重要組成部分。而智能控制系統的智能程度與控制器的材料密不可分，也是智能機器人實現靈活行動、復雜動作等的重要支撐。

 

綜上，智能機器人的智能化與智能材料的功能化密不可分，智能材料不僅要具備良好的力學性能，同時又需要具備一些特殊功能，即能感知所處的內外部環境變化，并能通過改變自身的物理性能或形狀，從而實現自診斷、自適應、自修復等功能。智能材料的快速發展與應用促使智能機器人在實現動作、對外界刺激的快速反應等方面取得了明顯的進步，對智能機器人智能化的實現發揮著巨大作用。

 

二、智能材料的發展

 

智能材料是一種可以利用組織變化或形態變化反映對外部環境刺激的感應并匯總成可靠的信息，然后進行自我調整以適應外部環境的刺激的材料。智能材料是高科技材料，代表了材料科學發展的前沿技術，是智能機器人實現智能化的重要手段，是功能材料和結構材料的有機結合[6]。智能材料的研制和大規模應用將導致材料科學發展的重大革命，隨著智能材料功能的逐步深入研究，智能材料的應用領域也在逐步擴大。

 

1.智能材料的特征

 

智能材料的開發與研究源于仿生材料，因此智能材料系統具有或部分具有生命運動的一些特征：

 

①傳感功能：即對外界環境及其它信息的接受能力，如感知到外界及自身所處的環境條件，如溫度、載荷、聲音、水壓、障礙物等。

 

②反饋功能：如同人體的神經系統，能夠對采集到的信息與設定指令進行對比與分析，形成合理的判斷并反饋給控制系統。

 

③信息識別與積累功能：主要是對采集信息的分辨能力以及匯總和儲存的功能。

 

④響應功能：對接收的信息進行判斷與分析后形成初步的行為規范并指導動作過程。

 

⑤自診斷能力：將系統目前狀況與常規狀態進行對比分析，發現故障并進行校正。

 

⑥自修復能力：對一些系統損傷或破壞能夠進行自我修復。

 

2.機器人中智能材料的應用

 

一般來說智能材料在機器人的結構中主要用于基體材料、敏感材料、驅動材料等。

 

(1)基體材料

 

為主要的結構材料，用來承受一定的載荷，一般以輕質材料為主。通常選用高分子材料，不僅密度小、耐腐蝕且具有粘彈性。當然一些輕質的金屬材料也可用作基體材料。

 

(2)敏感材料

 

敏感材料主要起傳感的作用，采集外界環境的信息如溫度、壓力、PH值、電磁場等。用得較多的敏感材料有壓電材料、形狀記憶合金、光纖材料、磁致伸縮材料等[7]。

 

(3)驅動材料

 

驅動材料是機器人能否根據相應指令完成規定任務的重要保障，源于其在一定條件下，可產生一定的應變和應力，常用的有效驅動材料有形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等[8]。

 

綜上，有些材料可以起到多重作用，例如形狀記憶材料、壓電材料既可以作為驅動材料又可以作為敏感材料使用，這為智能材料的設提供了思路。

 

三、智能材料在智能機器人中的應用

 

1.傳感器材料

 

伴隨材料科學的發展，傳感器技術日益成熟，種類多種多樣，早期常選取半導體材料及陶瓷材料，近年來由于光導纖維、超導材料的研究開發，各種傳感器也隨之更新換代。例如，較先進的紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現代傳感器，選用以硅為基體的半導體材料，利用其易于微型化、多功能化、智能化的特點，借助于半導體光熱探測儀器的靈敏度高、精度高、非接觸性好的性能特點。陶瓷材料和有機材料的快速發展帶動了敏感材料的發展，不斷地優化配方，精密調配原料，經高精度成型燒結，研制成新的敏感材料，用于制成新的傳感器。此外，有機高分子敏感材料也是頗具應用潛力的新型敏感材料，可制成濕敏、光敏、氣敏、熱敏、力敏、生物敏和離子敏等傳感器。

 

另外，可從2方面著手研究提高傳感器的性能，一是采用敏感度更高的感性元件，二是研究新型的檢測方法以及更加精確的信號處理方法。例如，日本基恩士公司采用CMOS感光材料制成數字激光傳感器，測量精度可達0.5mm，且表面材質對其基本沒有影響，智能機器人對目標物體的定位更加精準[9];導電橡膠的電阻也會隨壓力的變化而變化，因此也常用來作為觸覺傳感器的敏感材料[5];擬人化皮膚傳感器利用一種具有壓電和熱釋電性的高分子材料研制而成 [5]。利用高分子凝膠、合金材料等制成的力傳感器可以很好地模擬生物體的運動功能提高機器人抓取動作的靈活性。

 

2.形狀記憶合金

 

形狀記憶合金(SMA)通過檢測外界環境如溫度或位移的變化，從而將熱能轉換為機械能，如果能夠很好地控制加熱或冷卻，即可獲得重復性很好的驅動動作。用形狀記憶合金制作的熱機械動作元件具有體積小巧、結構簡單、控制方便、成本低廉等優點。近年來，隨著形狀記憶合金的產業化，該材料的優點逐漸凸顯出來，越來越多地被應用到智能機器人的某些零部件中。如用形狀記憶合金可制作成機器人手足、觸覺傳感器、機器人元件控制器及筋骨動作控制等。早在 1986年，日本生產的機器人中就采用了形狀記憶合金，可見日本很早就開始了這方面的研究。目前日本關于形狀記憶合金應用于智能機器人的研究較成功，走在世界的前沿。有報道稱日本成功將形狀記憶合金應用到海底機器人和微型機器中，所研發的一款深海機器人，可以自動勘探包括鈷在內的海底稀有金屬資源 [10]。

 

形狀記憶材料的一個特點就是動作柔和，被用在某些需要進行力量控制的智能機器人上。例如智能機器人夾持器，它是機器人末端執行器之一，一般由手指、傳動機構和驅動裝置組成，是機器人結構中的一個重要組成部分。用來直接抓取和握持工件，以達到約束被夾持工件的自由度，而對其進行位置控制的目的。作為電驅動器，可替代電磁螺線管、伺服馬達、液壓或氣動裝置，SMA驅動器設計簡單、結構緊湊、無噪音、成本低。SMA驅動器往往設計成偏動式和差動式驅動器，這類元件尤其適用于可轉動的機器人關節。

 

形狀記記合金還可作為驅動元件應用到智能機器人中，如形狀記憶合金電機(SMAA)。溫度升高時，SMA材料發生形狀回復，溫度降低時形狀保持不變，借助于輔助元件，將電機形狀變化轉變成位移的變化，可見通過合理控制溫度的升高或降低，SMAA可將熱能(溫度的變化)轉變成機械能(位移的變化)。同時若再輔以一定的偏動或差動裝置，可實現雙向運動。SMAA結構較簡單、易于控制;尺寸較小，易于實現智能機器人的微型化;動作連續可控，易于模仿人類的手臂;同時受溫度及惡劣環境的影響較小;環保無污染。形狀記記合金的主要研究方向著眼于從機械手、機器人關節、手爪的驅動等。

 

3.壓電材料

 

當前，智能機器人可以通過“壓電效應”把壓力轉換成電信號，從而讓機器人可以產生觸覺。目前已經投入應用的新型壓電材料主要有壓電半導體和有機高分子材料。

 

(1)壓電半導體

 

有些晶體既具有半導體特性又具有壓電特性，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鎬、砷化鈣等。利用其壓電特性可加工成傳感器，半導體特性可加工成電子器件，如果將2者結合，則可以實現組件與線路的一體化，制成新型集成壓電傳感器。

 

(2)有機高分子壓電材料

 

一些有機高分子聚合物，經延展拉伸和電極化后所形成的高分子薄膜具有壓電性，如聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。獨特的優點是質輕柔軟、抗扯強度高、耐沖擊。另外，在高分子化合物中摻雜壓電陶瓷鋯鈦酸鉛或鈦酸鋇制成的高分子壓電薄膜。

 

4.磁致伸縮材料

 

所謂磁致伸縮材料是指材料在交變磁場的作用下，一方面會發生長度的變化，進而產生位移，從而將電能轉變成機械能;若產生反復伸長或縮短也即振動，也可將電能轉變成機械能。另一方面，該材料若受到拉深、壓縮力的作用改變了其長度，則材料內部磁通密度也因此發生相應變化，從而在線圈中產生感應電流，將機械能轉換為電能。故此為能量與信息轉換的功能材料。可將此特性用于智能機器人進行海洋探測。

 

四、結語

 

智能機器人的時代已經開啟，我們夢寐以求的智能時代正一步步向我們走來。我們渴望智能機器人可以擁有比人類更聰明的大腦，更嚴謹的分析、判斷復雜外界環境的能力，擁有更堅實的“身體”，更靈活的步伐。而智能機器人智能的提升離不開機械學、力學、電子學、生物學、控制論、人工智能、系統工程、材料學等多學科的發展，其中智能材料的作用功不可沒。如人造皮膚智能材料，不僅可以清晰地分辨出外部環境的細微變化如溫度、熱流及各種應力大小的變化等，對于表面的一些狀況如粗糙度、摩擦力等也能夠很好地進行區分。智能材料的設計、制造、加工等均涉及到了材料學的最前沿技術，有待科學工作者的不斷深入研究與探索。盡管如此，隨著科技發展相信會有越來越多的智能材料應用到智能機器人中，智能機器人的智能化程度越來越高，在各行各業中都可以看到智能機器人的身影，智能機器人得到產業化、批量化的生產。