科研促進塑料成型工藝與設備課程的教學

劉彩文　姚夢齡　劉錦榮　劉錦華　馬 文　楠 頂

1.內蒙古工業大學材料科學與工程學院　內蒙古呼和浩特　010051 2.內蒙古自治區材料成型及控制工程重點實驗室　內蒙古呼和浩特　010051 3.呼和浩特第二中學　內蒙古呼和浩特　010010 4.呼和浩特土默特中學　內蒙古呼和浩特　010051

科研促進塑料成型工藝與設備課程的教學

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.內蒙古工業大學材料科學與工程學院內蒙古呼和浩特010051 2.內蒙古自治區材料成型及控制工程重點實驗室內蒙古呼和浩特010051 3.呼和浩特第二中學內蒙古呼和浩特010010 4.呼和浩特土默特中學內蒙古呼和浩特010051

將基于PC機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用于塑料成型工藝與設備課程的教學，不僅可以增強教學的深度、拓展教學的廣度，豐富教學手段，還可以提高教學的質量。

塑料成型；阻燃劑；流變性

1　課程簡介

塑料成型工藝與設備是材料成型與控制類專業的專業限選修課。隨著塑料材料的廣泛使用和塑料工業的迅速發展，從事金屬材料成形和金屬模具設計的工程技術人員需要拓寬視野和專業領域，學習必要的塑料成型基本理論、成型工藝及其成型設備，掌握塑料模具設計方法。通過本課程的學習，學生將掌握塑料成型的基本理論、工藝基礎、塑料制品的設計原則、塑料模具的基本結構及設計過程以及主要成型設備的工作原理和結構組成。其中聚合物的流變學性質和添加劑改性如阻燃劑等既是重點又是難點。

2　科研促進塑料成型工藝與設備課程的教學

2.1基于PC機的高聚物成型中流變性的測試

把學生所學的理論知識轉化成學生認識和解決實際問題的能力。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計模具、選擇加工機械、確定加工工藝條件以及進行高聚物熔體充模流動分析和模擬而言，是不可缺少的物性參數。流動性能影響加工性能，并會影響最終產品的力學性能，測定物料的流變數據，對控制加工性能和改善產品質量是很重要的。測定有關流變參數，進行流變分析，并確定其與加工變量之間的關系，不但對控制加工過程，使之高產、優質、低能耗有指導意義，而且對在理論上研究加工原理也很有意義[3,4]。采用測試集成設計思想，將基于PC機的非電量測試技術、傳感器技術以及模-數(A/D)轉換技術結合起來，利用VB語言完成編程工作，實現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]。選擇計算機高級語言(VB)完成了數字濾波、奇異值去除、公式計算及曲線擬合等編程工作，直接得到高聚物HDPE和ABS的流動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驗平臺，可在一定程度上指導實際生產。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、流變曲線及方程不同，實際生產加工中必須對所用的高聚物進行加工前流變性能參數的測量，對于制件的結構，制定成型工藝路線以及合理設計模具都很有意義。

圖1　HDPE的流變性

2.2自制氫氧化鎂阻燃劑的添加

科研工作和教學相輔相成，相互促進。近年來，在科研項目的帶動之下，在長期的科研實踐及本科教學實踐中，理論聯系實際，把握前沿動態，并將科研的思維方法及成果融入教學中，使學生不僅是專業知識的學習，也是思維方法的學習，得到了學生較高的評價。

氫氧化鎂是重要的無機阻燃劑，在阻燃領域得到廣泛應用[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是阻燃效率低、添加量大以及與基體的相容性差，難以達到使用要求。因此，超細化成為氫氧化鎂阻燃劑的一個重要發展方向[8,9]。阻燃劑納米化有助于充分發揮其阻燃性能，如對添加有納米阻燃劑的聚合材料進行燃燒測試，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密，具有高密度和高強度。這是由于納米阻燃劑尺寸細小，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局部分解而造成聚合材料成分不均勻導致成型較差。

圖2　氫氧化鎂的TEM照片

3　結束語

科學研究是新知識的源泉，是高校教學質量的推進器。作為一名高校教師如果能將前沿的科學研究帶入課堂教學中，對自身業務水平提出了高要求。教師只有不斷地進行科學研究，才能拓展學科知識，提高教學水平。

通過將基于PC機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用于塑料成型工藝與設備課程的教學，的確增強了教學的深度、拓展了教學的廣度，豐富了教學的手段，提高了教學的質量，本人受益匪淺。

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[4] 徐佩旋.高聚物流變學及其應用[M].北京:化學工業出版社,2003.

[5] 張迎新.非電量電測技術基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社,2002.

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[14] 劉彩文,吳士軍.基于PC機的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。

國家自然科學基金(編號：51502147) ；內蒙古自治區自然科學基金項目(編號：2013MS0812) ；內蒙古工業大學重點研究項目(編號：ZD201214) 。