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近年来,随着我国对创新型人才培养问题的日益重视,大力加强素质教学,培养和激发学生的创造力的同时,进一步巩固学生的基础知识就显得尤为重要[1]。在我国,无论是在综合性院校、理工科院校,还是职业技术院校,大都开设了高分子的本科专业,包括:高分子化学与物理专业、高分子材料专业以及高分子加工专业等。在课程设置方面,基本都开设了高分子化学、高分子物理和高分子分析方法等基础课程以及高分子专业基础实验。然而我们在教学实践中发现,学生很难将之前开设的基础课程中的知识融会贯通,对生活实例不能做出相应合理的解释。高分子作为一个实用性很强的专业,各门专业课之间有着密切的联系:利用高分子化学知识合成出不同结构的高分子材料,高分子材料的结构将直接影响其性能,在对材料进行加工时又需要运用高分子物理和流变学等知识[2]。如果学生们不能将专业基础知识活学活用、融会贯通,那么他们将很难应对高分子专业相关工作中的实际问题。因此,我们尝试针对高分子专业的培养方案,在开设高分子化学、高分子物理、高分子成型加工以及高分子结构分析方法这些专业课程的基础上,新增了一门《涂料学》课程,安排在第7学期进行,计划学时为32学时。力求通过本课程的学习,巩固之前学到的专业知识并将其融会贯通,同时拓宽学生的知识面,提高其实践能力。为了达到教学目标,培养出基础扎实、有创新思维、创新能力的高素质人才,《涂料学》课程的本科教学内容和教学方法的设计就是必须考虑的首要问题。为此,笔者结合从事涂料课程教学与科研的经验,参考接收本科生进行涂料实习单位的反馈意见,同时结合《涂料学》课程自身特点,做了一些初步的探讨。
一、《涂料学》课程的特点和意义
高分子的主要应用领域集中在涂料、塑料、粘合剂和助剂四方面。进入21世纪以来,我国涂料行业发展迅速,对涂料行业科研技术人才的需求量大大增加[3]。为此,在国内一部分高校中的高分子相关专业开设了涂料相关课程。《涂料学》课程是建立在高分子化学、有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学与表面物理、流变学、材料力学、光学和颜色学科基础上的一门综合性学科,但又不是这些学科的简单加和而有其自身理论。对于高分子专业的学生而言,如何能将其学到的无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一起来,《涂料学》无疑是一个不二选择。开设涂料课程,一方面使今后从事涂料行业的学生进入工作岗位后,尽快成为行业技术骨干;另一方面对于今后从事非涂料领域的高分子学生而言,课程的学习过程也是对之前学到的化学和材料学基础知识巩固、加强和提高的过程。
二、《涂料学》教学的主要内容
涂料学课程的内容多,课时少,教师难以在短时间内将涂料行业所需的内容讲深、讲透。在课程教学的过程中,教师应该坚持理论结合实际的教学方针,对知识结构优化调整,做到简单而不浅显,深奥而不枯燥。在教学内容上,要注重两方面的统一:一方面注意《涂料学》课程章节间的联系和统一,这门课程涉及到涂料概述、颜料、溶剂、树脂等内容,各部分内容既相对独立,又相互联系;另一方面,要把握《涂料学》课程与无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一。教师在教学中应该重点介绍以下内容。
1.涂料的基本知识。这部分内容主要介绍涂料概念、组成、类别、功能以及发展概况。结合日常生活所接触的涂料,使学生掌握涂料的基本概念、分类和作用。让学生们了解到,现代涂料学的发展是以化学,特别是高分子科学为基础,结合界面科学和流变学发展起来的。了解涂料的发展背景和面临的挑战,懂得涂料的发展趋势。通过对目前报道较新的,具有特殊功能的涂料的介绍来激发学生对涂料的兴趣,并为以后进行涂料的科学研究开好头。
2.颜料相关理论。颜料和填料是涂料生产不可缺少的成分之一。其作用不仅是色彩和装饰性,更重要的是改善涂料的物理化学性能,提高涂层的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性。让学生了解遮盖力、着色力和吸油值等基本概念。在授课过程中,这部分知识与物理化学中的双电层理论联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。关于颜料的分散是教学的重点。
3.溶剂知识。溶剂是不包括无溶剂涂料在内的,各种液态涂料中所含有的,为使得液态涂料完成施工过程的必要的一类物质。原则上不构成涂膜,也不存留在涂膜中。在授课过程中,这部分知识与有机化学和高分子物理中的极性、溶解力、粘度等相关知识联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。在教学中,使学生掌握根据溶剂理论选用溶剂和改善涂料性能,了解有机溶剂对环境的危害,开发绿色水性涂料和高固体份涂料是涂料行业的趋势。
4.树脂知识。成膜物质是组成涂料的基础,它具有粘结涂料中其他组分形成涂膜的功能,对涂料和涂膜的性能起到决定性的作用。例如,在丙烯酸树脂章节中的内容与高分子化学基础课中自由基聚合和聚合方法的相关知识密切联系。不饱和聚酯树脂、醇酸树脂和聚氨酯章节中内容与高分子化学基础课中的缩聚和逐步聚合相关内容联系紧密。因此,授课的过程也是对以前的知识复习,深入体会和提高的过程,将这些基本知识与涂料制备技术相互渗透,相得益彰,这也正是开设《涂料学》课程的特色。
三、教学方法
1.教学与生活、生产相结合,注重理论联系实际。涂料是一门理论性和应用性都很强的交叉学科。理论知识比较晦涩,但大多数基本理论知识都已经在本科基础课教学阶段涉及,在涂料课程中只是有针对性的学习,必须与实际结合才能使学得的知识深化和牢固,也才能引起学生的兴趣。在教学的初期阶段,为了使得学生尽快入门,熟悉涂料学,就要将日常生活、生产与涂料结合,介绍生活和生产中涂料的应用,提高学生从心理上对课程的接受程度。众所周知,涂料学的特点是“入门易、学懂难”。为了提高教学效率,改善教学效果,必须要注重理论联系实际。这种联系实际上是基础知识与涂料学的联系;涂料学与实际应用的联系。把涂料学作为有机化学、高分子化学、高分子物理等基础知识实践的对象,会使学生对所学过的基础知识巩固提高,为今后打下坚实的理论基础。在涂料学理论实践过程中,学生可以去涂料生产厂和研究院所参观学习。学习涂料生产方法和检测方法,了解生产设备和检测仪器设备。学生往往很有兴致,注意力高度集中,因此将理论知识寓于合适的实际背景中进行讲授效果明显。
2.开设涂料实验。在高分子化学实验的基础上,开设涂料实验课程[4]。高分子化学实验中,一般开设甲基丙烯酸甲酯(或苯乙烯)的乳液聚合、聚酯合成实验等,可以在这些实验的基础上,进一步开设丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯与异氰酸酯固化等,并且可以进一步开设乳胶漆的制造、涂料性能检测等系列实验,让学生自己合成树脂,自己配制涂料,自己对涂料和涂层进行检测。通过实验,不但将课堂所学到的理论知识通过实验巩固提高,而且训练学生进行涂料生产和科学研究的方法,培养学生的动手能力,分析和解决问题的能力。
四、结语
总之,笔者对在高分子专业本科教学中开设《涂料学》课程的必要性、优化教学内容、改进教学方法进行了初探,提出开设《涂料学》课程的必要性:一方面,对于处于专业知识学习的学生而言,通过本课程的学习,加强他们对高分子专业基础知识的巩固,为今后从事高分子相关专业的工作打好坚实的理论基础;另一方面,针对今后从事涂料行业的学生,涂料行业快速发展,科技含量越来越高,涂料学课程的开设正好可以满足涂料行业对大批高层次科研技术人员的需求。
参考文献:
[1]徐光宪.我对素质教育的认识[J].大学化学,2004,19(3):1-8.
[2]陈立贵,袁新强,李雷权,等.构建符合学校定位的高分子专业人才培养方案的研究[J].科技资讯,2009,(22),161-162.
[3]涂料工艺编委会.涂料工艺[M].北京:化学工业出版社,1997.
中的注意事项还对涂料市场进行了展望。
关键词:聚乙烯蜡,微粉蜡,涂料,应用,展望
引言
在聚乙烯生产过程中,会产生少量的低聚物即低相对分子质量聚乙烯,又称高分子蜡简称聚乙烯蜡。因其优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性而得到应泛的应用。正常生产中,这部分蜡作为一种添加剂可直接加到聚烯烃加工中,它可以增加产品的光译和加工性能。高分子蜡是炸药良好的钝感剂,同时也可作塑料、颜料的分散剂,瓦楞纸防潮剂,热熔粘合剂及地蜡,汽车美容蜡等。
高分子蜡是一种无毒、无味、无腐蚀、白色或略带微黄的固体,相对分子质量为1800-8000。具有良好的化学稳定性,在室温下抗温性、耐药性和电气性优异,应用范围比较广,可作为氯化聚乙烯的原料、塑料的改性剂,纺织品的涂布剂以及改善原油和燃料油粘性的添加剂。[1-2]
国外低相对分子质量聚乙烯的应用很广,需求量较大。日本每年生产约3000t,售价比普通的树脂高一倍左右。国内虽然启步较晚但需求量也在逐年增加,主要生产厂家有上海金山,南京扬子和北京化工大学等。
高分子蜡在涂料中的应用及作用机理
涂料用蜡主要以添加剂的形式加入,蜡类添加剂一般以水乳液形式存在,最初是用于改善涂膜的表面防扩性能。主要包括提高涂膜的平滑性、抗划性以及改善防水性。此外,它还可以影响涂料的流变性能,它的加入可以使金属闪光漆中铝粉这类的固体颗粒的取向变得均匀。在无光漆中它可以作为消光剂,根据其粒径和粒径分布,蜡类添加剂的消光效力也各不相同。因此,蜡添加剂即有适于有光漆的也有适用于无光漆的。微晶化改性聚乙烯蜡,可用于改善水性工业涂料的表面性质。如Ffka-906,加入后平滑性、抗粘连性、抗划伤性及消光作用都有加强,而且可以有效抑制颜料沉淀。添加量为0.25%-2.0%。[8]
1应用方式
蜡的使用方法常见的有四种:
1、熔融法:以溶剂在密闭、高压的容器下加热熔融,然后在适当的冷却
条件下出料,获得成品;缺点是质量不易控制,操作成本高且危险,同时某些蜡并不适用这种方法。
2、乳化法:可得又细又圆的粒子,适用于水性系统,但所加入的表面活性剂会对涂膜的耐水性造成影响。
3、分散法:将蜡加入树蜡/溶液中,利用球磨机、滚筒或其他分散设备分散;缺点是难获得高质量的产品,且成本高。
4、微粉化法:微粉化的方式可采用喷射微粉机(Jet-Microniser)或微粉/分级机(Microniser/Classifier)生产工艺,即是利用粗腊在高速状态下相互间激烈碰撞后逐渐碎裂成微粒状,然后再由离心离心力作用,在失重下被吹逸出来收集而得。此为目前应用最多的制造方法。
虽然蜡的使用方法颇多,但仍以微粉化蜡为最多,而市面上微粉化腊的种类繁多,且各制造厂家生产工艺也均有差异,使得各厂微粉化蜡的粒径分布,相对分子质量、密度、熔点、硬度等性质均有些差异。
聚乙烯蜡的制造,一般有高压、低压聚合法;其中高压法的制得的聚乙烯蜡带支链,密度与熔融温度均较低,而低压法则可制得直链的低比重的腊;PE腊有各种不同的密度,例如同为低压法制得的非极性PE蜡而言,通常低密度者(低支链、高结晶度)较坚硬,有较佳的耐磨损及抗创痕性,但在滑性及降低摩擦系数上则稍差。[3]
2蜡在涂料中的特点与机理
蜡的种类繁多,而其展现在涂膜的形态我们大致可分成下列三种:
1、起霜效果:例如选用的蜡的熔点低于烘烤温度时,由于蜡在烘烤时熔
融成液态,成膜冷却后,即在涂面上形成似霜的薄层。
2、球轴效果:此效应在于蜡由其本身的粒径大小与涂层膜厚相近,甚至大一些,而显露在外,使得腊的耐刮、防擦伤性能可以显现。
3、漂浮效应:不论蜡的粒子形态,蜡在成膜过程中漂移至涂膜表面均匀的分散开来,使得涂膜最上层有蜡的保护,显现蜡的特点。
3蜡在涂膜中所提供的特点
1、耐磨、防刮伤、防擦伤:蜡分布在涂膜中借此保护涂膜、防止刮伤、
擦伤并提供耐磨损性;譬如集装箱涂料、木器涂料、装饰涂料等均需此功能。
2、控制磨擦系数:通常利用它的低摩擦系数,提供涂膜优异的滑度,同时因不同种类的蜡而有特殊丝绸柔和的触感。
3、耐化学品性:由于蜡的安定性而能赋予涂膜更佳的耐水,耐盐水喷雾等性能。
4、防止贴合:避免涂装物或被印刷物有回粘、贴合现象。
5、控制光泽度:选择适当的蜡,依不同添加量而有不同的消光效果。
6、防止二氧化硅等硬结沉积,增加涂料储存安定性。
7、防止金属刮痕(AntiMetalMarking):尤其在印罐涂料,除了提供良好的加工性,更可以起到保护印罐储存物的储存安定。
2、聚乙烯微粉蜡的研究
微粉技术是近10年发展起来的一项高新技术,一般把粒径小于0.5μm的粒子称为超微粒子20μm以下的称为微粒子,超微粒子的集合体称为超微粉体。
高分子微粒制备主要有了3种途径:一是由粗粒子出发,用机械粉碎法,蒸发?凝缩法和熔融法等物理的方法;二是利用化学试剂的作用,使形成的各种分散状态的分子逐渐长成期望大小的微粒,可分为溶解和乳化两种分散方法;三是直接调节聚合或降解制备。如PMMA微粉、可控分子量PP、分散聚合制备PS微粒子、热裂解成辐射裂解制PTF微粉。我们在国内首先制备出PWEax微粉,经上海市粉体工程中试基地测定达到国外同类产品先进水平。主要工艺过程是物理方法。[4]
1PEWax微粉的应用
涂料用聚乙烯蜡可以制备高光泽溶剂性涂料水性涂料、粉未涂料、
罐头涂料、UV固化、金属装饰涂料等,还可以作为纸板等日用防潮涂料。
(2)油墨、套印光油、打印油墨。PEWax可以用来制备凸版水性油墨,溶剂性凹版油墨,石印/胶印、油墨、套印光油等。
(3)化妆品、个人护理品。PEWax可以作为粉饼、防汗剂/祛臭剂原材料。
(4)卷材用微粉蜡。卷材用蜡有两个要求:即在提高涂膜表面滑度和硬度时,不能影响涂料的流平和对水的敏感性。
(5)热熔粘合剂。PEWax微粉可以制备烫印用热熔粘合剂。
(6)其它应用。PEWax还可以作铸压金属部件、发泡部件的隔离剂、橡塑片材、管材添加剂,还可以用作紫油流变改性剂和电流变体,也可以作为母料的载体和剂。
2.2改性聚乙烯蜡的发展
我们在20世纪90年代初进行了低相对分子质量聚乙烯蜡的改性工作,关于羧化,接枝也有不少报道。国外申请专利的有德国、法国、波兰、日本。国内也申请了两相相关专利。
从文献调研和市场分析看,聚乙烯蜡和改性聚乙烯蜡,特别是微粉化后将会有更长足的发展。
聚乙烯微粉蜡的表面效应、体积效应为在各新产品开发提供了优异的物理化学性能,为适应油墨、涂料、整理剂等各种领域要求也将有更多的系列超细微粉问世。[4]
3、对聚乙烯蜡在涂料工业中应用的调查
1中国涂料工业现状
我国涂料工业伴随着共和国的成长走过了50年不平凡的道路,特别是改
革开放20年来,随着经济建设和化学工业的迅速发展,涂料工业获得了长足发展。1992年我国涂料产量首次突破100万t达到105.84万t,1995年我国涂料产量增长到169.61万t为历史最高纪录。1999年涂料产量为115万t,2000年国内市场对涂料的总需求量达到190万t左右。
涂料的种类繁多,根据组分中的主要成膜物分类分为十类;根据含有或下含颜料可分为清漆和色漆,基本品种有底漆、面漆、腻子等。我国涂料的生产基本能满足国民经济各部门发展的需要产量已位居世界第四。
目前我国生产的涂料产品有18大类,近千个花色品种,在六五和七五计划期间,调整产品结构,限制油基漆的生产,大力发展合成树脂漆,使涂料结构发生了根本的变化。合成树脂漆占涂料总产量的比例由1980年的48%提高到了1990年的57%,1998年进一步提高到72%以上。
改革开放以后,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,我国涂料的消费量一直稳步增长。而且逐渐向高档、无污染涂料方向发展。
聚乙烯蜡做为一种添加剂,主要应用在消光漆等高档涂料上,一般添加量为5%~6%。以微粉和乳液,用高速搅拌的方式加入。蜡在其它涂料中的添加量在0.25~2.0%。价格每吨在3万~5万元之间。
3.2聚乙烯蜡市场
由于技术水平的限制,国内的聚乙烯蜡在质量上与国外同类产品还有一定差距。所以造成了国外产品尽管价格较高仍占有很大一部分市场份额,大约在48%左右。这是由于制造厂家越来越注重质量,不再单纯的追求效益把产品质量和顾客满意放在第一位。
随着人们的生活水平提高,人们对涂料的要求也发生改变,越来越多的低档涂料被淘汰,美观实用的高中档涂料占据大部分市场。而蜡类添加剂的市场也日益扩大。
我国的聚乙烯蜡生产厂家只有加快技术改革,严把质量关,才能面对“入世”,才能占有更大的市场份额,才能把我们的产品推向世界。预计2001年我国的聚乙烯蜡市场在2200吨~2500砘左右。目前境外研究生产合成蜡的厂家有美国的allied、chemicakl,德国的hoechst、basf、beba、chen和Corporathon,日本的三样化成株式会社、日本的石油化学工业株式会社、日本的石油化学、日本的三菱化工、安源油脂、台湾的德谦。境内主要有上海金山石化、广州的金富德等其中研究成功并得到应用的主要合成蜡产品有脂蜡、酰胺蜡、聚乙烯脂肪酸调配蜡等。但其乳化性不理想,我国研究生产高质量的合成蜡有广阔的市场前景。[6]
4、结束语
高分子蜡已经发展成为一类新型的功能材料,有机高分子微粉的功能化也正成为研究热点,以高分子微粉的制备、应用及深度开发,必将开拓其更多的新性能、新应用,形成功能高分子及智能材料的新领域。
高分子蜡的优异性能为新产品开发提供了良好的物理化学性能,为适应油墨、涂料、整理剂等各种领域要求也将有更多的系列蜡问世。我国的高分子蜡工业也将走向世界。
参考文献
1、王生聚乙烯副产物中衡释剂和聚乙烯蜡的提取合成树脂及塑料
1996(3)15~16
2、姬月萍,张玉祥液相法制备微粉状高分子合成蜡研究火炸药学报
1999(3)70~72
3、郑晓霞,陈泽芳,郑光义等消迎春秋战国聚乙烯蜡的微波辐射
接枝反应研究合成树脂及塑料1998(15)17~19
4、李青山,邢凤兰,于天诗超细聚乙烯微粉蜡研究中国粉体技术
2000.6(5)5~6
5、宋冠秦稳步发展的中国涂料工业现代化工2000,20(1)11~14
6、中国涂料网,粉木涂料、涂装的现状及最新动向2001-3-10
7、中国涂料网,全球涂料市场展望,2001-3-10
【关键词】应用型人才培养模式;建筑高分子材料;教学改革
Teaching Reform of Polymer Materials for Building Course Based on the Applicable Talents Cultavating
WAHG Li-yan GAI Guang-qing ZHAO Li
(Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin, 130118)
【Abstract】Teaching reform methods of polymer materials for building course based on the applicable talents cultavating mode were proposed. In addition, the concrete implementation processes of four education reform methods were elaborated in detail by combining with the teaching instances. Finally, teaching reform effects of polymer materials for building course were summarized.
【Key words】Applicable talents cultavating mode; Polymer materials for building; Education reform
随着高等教育的普及,各高校急剧扩招,尤其对于普通高校,学生入学成绩很低,在高中就没有养成好的学习习惯,升入大学后对学习更是松懈怠慢。学生自觉学习、自我管理的能力较差,学习兴致不高,考试突击学习现象十分严重,学习无用论在学生脑子里根深蒂固,导致理论基础不扎实。另外,对于实验、实习等实践教学环节,学生缺乏足够的重视,多数流于形式。因此,多数学生既没有扎实的理论基础,又缺乏较好的实践技能,势必导致就业难的社会问题。近年来,针对高等教育人才培养中存在的问题,我们提出了构建应用型人才培养模式,使我们的毕业生适应社会发展需要。应用型人才培养模式下的理论课程教学改革尤为重要,本文以《建筑高分子材料》课程为例,阐述课程教学改革方法。
1 建筑高分子材料课程简介
建筑高分子材料是指以有机高分子材料及其复合材料为原料生产加工的新型建筑材料。塑料管材管件、塑料门窗、建筑涂料、建筑防水及密封材料、建筑胶黏剂、建筑模板、泡沫塑料保温材料等建筑高分子材料在建筑领域广泛应用,极大的推动了建筑业的革新和发展。随着中国城市建设和建筑业的迅猛发展,各类新型建筑材料不断涌现,建筑高分子材料已成为国民经济的支柱产业。通过对建筑高分子材料课程的学习,学生把自己所学的高分子材料的相关知识和建筑工程结合起来, 充分认识到了高分子材料在建筑领域的应用价值,将理论和生产实际紧密结合起来,更加突出了吉林建筑大学高分子材料专业的一大特色, 拓宽了毕业生的就业和创业机会。建筑高分子材料课程是一门实用性很强的专业任选课。本人在教学过程中不断探索新的教学方法,尽量避免枯燥的灌输式教学,采取灵活多样的教学方法,多样的考核方式,充分地调动了学生的学习积极性。下面是本人结合教学经验提出的本课程的教学改革方法。
2 建筑高分子材料课程教学改革方法
2.1 教师课前准备工作
教师开课前做好调研工作,查阅资料、深入市场、深入企业,掌握当前建筑高分子材料的发展现状和研究方向。要想讲好一门课程,必须提前做好准备工作。第一,查阅相关领域的期刊资料,关注相关网站,了解该领域的研究现状。在开课前我查阅了与该课程有关的大量资料,在建筑塑料部分的讲授中,相对应的期刊有《塑料工业》、《国外塑料》、《化学建材》等;在建筑涂料部分的讲授时,经常参考的期刊有《涂料工业》。第二,深入市场、走向企业。上学期,我走访了几家建筑材料的企业,进行了参观学习,感觉收获很大。深入市场、走进企业可以将理论知识和生产实际紧密结合起来,了解该领域的发展现状和趋势。当你带着实践经验走向课堂组织教学,那将给同学带来很多新鲜的气息,无疑会增加学生的学习兴趣,真正了解到学有所用。这是当前大学生最为关注的问题,尤其那些主张学习无用论的学生将受益匪浅。
2.2 理论教学联系实际
教师要时刻记住将理论教学与实际生产联系起来、与实践教学联系起来。教师不仅要经常深入企业, 还要鼓励学生到企业参观实习,向工人学习生产经验,从而增加对所学理论的深入理解。课堂上,我经常鼓励学生并将学生介绍到企业参观学习,了解理论知识在生产实际中的应用。同学积极响应,受到了较好的效果。另外,我们还经常将理论教学与实践教学联系起来。在讲授建筑涂料部分内容时,由于我们材料专业实验室完全具备涂料的实验条件,我们鼓励学生自己设计关于内墙和外墙涂料的开放性实验,最后,在教师指导下,完成涂料的制备及性能检测,实践教学与理论教学相互促进,学生受益匪浅。
2.3 培养学生自觉学习能力
目前普通高校大学生缺乏自主学习能力,主动学习强调学生应成为学习的主体,要促进学生积极参与到学习的过程之中,要通过阅读、写作、演讲、讨论与辩论、实验与研究、社会实践等多种形式学习。在本课程的教学中,我要求学生每学习一章,至少要查阅一份资料,并鼓励其进行科学研究和实验,撰写论文,以此作为一项重要的考核标准。而且在课堂上会给同学提供讲解自己所查资料的机会,与大家一起分享和探讨知识。这样,学生课后能够积极查阅资料,课堂上也能积极思考,部分学生能够积极投入开放性实验中去,主动到实验室做实验,真正成为学习的主体。
2.4 注重平时成绩考核
以往的考核方式以期末考试为主,大约占80-90%。这种考核方式存在很大弊端,对于很多课程,学生平时不学习,进行考前突击学习,应付过关,考完则不久就会全盘忘掉。所以,考核方式应该使学生注重平时的学习过程,而不是最后的成绩。利用一学期能学到的知识要远远多于期末的突击学习。在本课程教学中,采用多样的考核方式,第一是出勤,占5% ,比例较小;第二是课堂讨论,给学生提前布置任务,学生通过学习课本、查阅大量资料,准备课堂讨论内容,此项占35%左右;第三是市场和企业调查,要求学生结合理论知识,到相应的企业参观实习,了解相关建筑材料产品的生产过程,利用课堂向同学们讲述,此项占30%左右;第四才是理论知识的测验,占30%。
3 结论
通过建筑高分子材料课程教学改革,学生学习兴趣显著提高,能够自觉主动学习,不仅向课本向老师学习,还能积极主动查阅大量资料,到企业实习,能够做到将理论与生产联系起来,与实践教学结合起来。课堂上积极参与讨论,勇于阐述自己的观点。但在(下转第31页)(上接第8页)实施过程中也有很多困难,如在进行市场调查过程中,部分学生不敢走向社会。教学改革是一个长期的过程,作为教师,需要不断思考、探索新的教学方法以适应应用型人才培养的需要。
【参考文献】
[1]王嘉毅,詹妮特・弗悌娜.美国高等学校提高本科教学质量的七条对策[J].高等教育研究,2007,28(3):100-105.
关键词:超高分子聚乙烯管材;力学性能;二次加工;抽油管应用
与其他材料相比,塑料具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、电性能优异等特点。聚乙烯是世界塑料品种中产量最大、应用面最广的品种,而其中的超高分子聚乙烯具有突出的高模量、高韧性、高耐磨、自性优良、密度低、制造成本低廉等特征,它的耐磨性在已知塑料中名列第一,比聚四氟乙烯高6倍,比聚氨酯也高6倍。鉴于超高分子聚乙烯防腐蚀、高耐磨的优点,决定开发一种适合在抽油管中使用的聚乙烯管材,以解决长期以来一直存在于抽油杆与油管之间的磨损问题。
1 超高分子聚乙烯管材的研制
1.1 设备的选择
在选择挤出管材设备时,主要考虑了以下因素:
①喂料系统增加自动搅拌功能,提高进料推力。
由于超高分子聚乙烯融化后粘度较高,必须增大喂料段输送能力。
②改进挤出机螺杆螺距和长径比,增加螺杆对原料的推力。
由于超高分子聚乙烯流动性较差,生产普通塑料的挤出机螺杆不能达到使用要求,因此改进螺杆的设计参数,避免原料输送不畅、熔融效果差造成的产品性能达不到要求。
根据上述原则,研制出独具特色的超高分子聚乙烯单螺杆挤出装置。
1.2 管材挤出
在设备调试完成后,通过大量的参数优化试验,确定了机筒挤出温度(见表1)和牵引速度。
根据管材直径的大小,调整牵引速度,直径越小,牵引速度越大;管材直径越大,牵引速度越小。速度过慢,影响生产效率,达不到产能要求;速度过快,不符合管材表面光洁度和几何尺寸要求,影响产品质量。经过一段时间的试验与调整,上述两种规格的管材牵引速度最佳值确定在0.30-0.45mm/min。
1.3 模具表面处理形式确定
模具是挤出机生产线关键部件之一,它的性能直接影响着管材的表面质量,使用寿命的长短影响着生产的正常运行。在生产线试运行初期采用的模具表面是镀铬处理,一般使用5天左右管材表面变得粗糙,管材壁厚尺寸不稳定,拆卸模具发现其表面粘一层白色降解物(如图1所示),这意味着模具表面首先变得粗糙,因此挤出的管材表面粗糙度也就达不到要求了。经过研究,了解到特氟龙涂料具有耐高温、不粘、耐磨损的特性,把模具表面处理形式由原来的镀铬改为喷涂特氟龙(如图2所示)。特氟龙涂料是以聚四氟乙稀为基体树脂、独一无二的高性能氟涂料,结合了耐热性、化学惰性和优异的绝缘稳定性及低摩擦性,具有独特的综合优势。特氟龙分为PTFE、FEP、PFA、ETFE几种基本类型:
①特氟龙PTFE:PTFE(聚四氟乙烯)不粘涂料可以在260℃连续使用,最高使用温度290―300℃;
②特氟龙FEP:FEP(氟化乙烯丙稀共聚物)最高使用温度为200℃。
③特氟龙PFA:PFA(过氟烷基化物)不粘涂料的优点是具有更高的连续使用温度260℃,更强的刚韧度,特别适合使用在高温条件下防粘和耐化学性使用领域。
④特氟龙ETFE:ETFE是一种乙烯和四氟乙烯的共聚物,该树脂可在150℃下连续工作。 其中,特氟龙PTFE涂料适合超高分子聚乙烯管材挤出的工况,因此我们选用了该种涂料,涂层膜厚为30±5μm。经过使用验证,不但使用寿命大大延长,由原来用5天拆卸一次模具延长到现在的30天,挤出管材粗糙度完全满足要求,挤出速度和稳定性都大有提高,大大减少了生产辅助时间。
1.4 管材测试
超高分子量聚乙烯管材挤出后,首先观察表面粗糙度是否符合要求,然后对管材外径、壁厚尺寸检测,均合格后送到国家化学建筑材料测试中心进行实验室检测,各项性能指标如表2所示。
经过与《塑料-原料与助剂》[1]中数据进行对比,完全符合要求。
1.5 二次加工工艺性
聚乙烯管材二次加工工艺流程如下:管材挤出以后,通过减径机减径穿入钢制油管中,一段时间后恢复原直径,使之涨贴在钢制管壁上,形成管中管结构;为了使塑管与钢管固定,使用时不发生相对运动,保护钢管表面不与腐蚀性介质接触,塑管在钢管端部进行翻边固定,不易脱落,至此复合油管制造完成,投入现场试验。
2 超高分子聚乙烯复合油管应用情况
该复合油管先后在胜利油田、江苏油田等地使用,效果较好,尤其是华东分公司采油厂2013年以来在一些管杆偏磨严重的井使用该复合油管,与抽油杆防偏磨接箍工艺配套,取得了明显成效。如兴1井、 QK-118、 QK-121、 QK-122、草15、QK-36等井,经过3年的试用跟踪(见表3),内衬油管产品在油井防偏磨上效果十分显著,有效地控制了因偏磨而造成的免修期短的问题。
从表3中可以看出从2013年开始,通过在苏北5口油井使用该复合油管和防偏磨接箍。跟踪分析至2015年10月,有4口井修井周期超过400天,有效地延长了整套管柱的使用寿命。不仅大幅度减少作业费用,也大大降低了材料成本,同时还提高了采油时效。
目前,超高分子聚乙烯复合油管已在胜利油田大面积推广使用,并且逐渐拓展到新疆、中原、吉林、辽河等国内各油田,部分产品出口到国外,使用前景非常乐观。
3 结论
①超高分子聚乙烯管材经权威检测机构国家化学建筑材料测试中心检测,各项性能指标完全符合该种材料要求;
②经过试验,该种管材二次加工工艺性达到预期要求,成型美观,达到使用要求;
③现场使用证明,该管材在抽油管中防腐蚀和耐磨性能好,大大延长修井周期。
【关键词】高分子材料 涂层 泵维修 技术与应用
1 高分子的分类和特点
1.1 高分子分类
按照不同的标准,高分子有很多的分法,不过主要还是以下几种分法:高分子化合物按照其来源分,主要分为合成高分子化合物和天然高分子化合物两种。而在天然的有机高分子化合物中。其成份有淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶这几类;按照高分子化合物结构中的分子链分类,可分为支链型高分子、线型高分子和体型高分子;按照高分子化合物受热时表现的行为不同可将其分为热塑性高分子和热固性高分子。按照高分子化合物的使用情况和工艺性质分类,可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂和密封材料。
1.2 高分子特点
高分子涂层材料是近几年年来在机械制造业和机械修理业当中,快速迅猛发展起来的一项新型材料和新技术。它能够将单一材料的机械零件转化成为复合型材料结构,以金属为基体以便可以承受零件设计的强度,以高分子材料涂层为表面用来改善零件的耐磨性、防震性和抗腐蚀性等。高分子化合物拥有很多跟低分子化合物不同的特殊性能,比如其机械强度较大、可塑性很好、弹性也较高、硬度非常大、耐热、耐磨、耐溶剂、耐腐蚀、气密性恨好、电绝缘性强等,由于高分子材料具有以上的一些特性,使其在各行各业有了比较广阔的应用。可以见得我们平常使用的普通高分子材料,均是将各种添加剂加入高分子化合物中所得到的,这些高分子化合物的性质决定了高分子材料的一些基本性能,因此各种不同添加剂的作用就是在于能够更好地发挥、保持和改进高分子化合物的性能,满足对设备的不同要求,能用在更多不同的方面。
2 高分子涂层与泵维修方面
2.1 泵涂层的防腐性能
在泵工作过程中,经常会输送带有酸性或者碱性的具有腐蚀性介质的液体或固体杂质,这样很容易造成泵的有点腐蚀、缝隙腐蚀、氢脆、侵蚀、磨损等严重后果。当今在施工过程中应用比较多的防腐蚀材料是以环氧树脂为主。在金属材料内和环氧树脂间都存在较好的防腐蚀耐磨性能和粘接强度较高,能够有效的隔断带有腐蚀性的物质与金属表面接触。而对于环氧树脂这种材料能耐绝大多数的酸、碱、盐类的腐蚀,尤其是在氯离子侵蚀严重的海水中用的泵有很好的防腐效果。
2.2 泵耐磨修复和保护
市场上目前生产高分子材料的厂家主要有Devcon(得复康)、Be-lzona(贝尔佐纳)、Metaline、Loctite(乐泰)、ARC、Thortex等等。从聚合物的类型可以将高分子材料分为聚氨酯(PU)和环氧树脂(EP)二种。以聚氨酯(PU)为主要成分的涂层具有类似橡胶的弹性和韧性,细粉的固体(指的是直径小于1 mm的颗粒)耐磨损性能比较良好,并且可以大量吸收汽蚀产生的冲击能量。以环氧树脂(EP)为主要成分的涂层中通常会添加碳化硅、陶瓷的粉末或者颗粒作为填料,这样能够非常有效的增强耐温和耐磨损的性能。
2.3 涂层修复和传统焊补的区别
泵在受到腐蚀或磨损的时候,传统方法会通常采用堆焊、补焊等修补方法,这种方法很容易导致局部产生热应力变形,慢慢改变装配的尺寸,修补后就不能恢复到正常的组装状态了,严重时甚至会导致整个部件成为废品。如果用高分子涂层去修复工件,修复涂层在施工时就会呈现出流体状,在这种情况下再在常温常压下16 个小时就可以完全固化,这种方法不会产生热应力,部件修复后就可以顺利装配。
2.4 涂覆后泵能节能增效
由于铸造缺陷或加工不良等原因,泵过流部件表面经常会出现粗糙的表面,这样会导致摩擦阻力发热,然后引起能量损失。我们常规减小阻力的方法主要是精密机加工、抛光等;亦或者采用不锈钢材料来增强表面的光洁度,这样不仅会大大增加生产成本,而且抛光的金属表面更不能解决腐蚀等问题,特别是在海水介质多的条件下,氯离子浓度极高,很容易侵蚀不锈钢的表面。受腐蚀的金属慢慢表面产生凹坑和裂缝,但如果采用堆焊的方法去修复,就容易导致热应力变形,最终泵体无法回装。另外,本体金属和焊缝金属会容易形成原电池,构成电解双金属腐蚀效应,导致第二次腐蚀。刷涂或喷涂陶瓷环氧树脂,施工后其会流成非常光滑的表面,而且表面也具有油性疏水性,可以大大降低流体的阻力。施工时先用膏状陶瓷修补剂刮抹到金属表面来填补凹坑。再在两边刷涂陶瓷防护剂,使得最终表面变得更加光滑。
3 高分子涂层在实际中的应用
从20世纪初期以来,苏尔寿泵业上海技术服务中心(简称苏尔寿)使用了高分子材料涂层的方法,已经修复了40多套造纸纸浆泵、50多套火电厂FGD浆液循环泵的叶轮、侧板及泵壳。并且,对于水处理用泵、冷却水循环泵、真空泵和搅拌器叶轮的防腐涂层也取得了非常好的效果。具体应用领域见表1。
4 结语
由于高分子化合物具有相对分子质量很大,一般都处于固体或凝胶状态,具有很好的机械强度的特点,又因为其分子是由共价键结合而形成的,因此有非常好的绝缘性和耐腐蚀性能,而且由于其分子链较长,分子的长度与直径之比大于一千,因而有较好的高弹性和可塑性。另外,高分子涂层具有高弹性、熔融性、溶解性、溶液的行为和结晶性等方面特性,所以,高分子涂层在高温油泵蜡油泵、辐射泵等泵的维修中拥有很大的优势,可以解决传统修理方法不能解决的很多问题。因此,高分子涂层在今后维修泵的过程中应用会越来越广泛。
参考文献
[1] 洪啸吟,冯汉保.涂料化学[M].北京:科学出版社,2006