材料产品设计

一、教学目的
选择典型的高分子材料的产品进行加工成型设计，使学生在资料收集、设计论证、加工设备和工艺的选择、产品各项性能的表征得到培养和训练，提高学生查阅资料和综合运用所学知识，进行初步设计和编写产品说明书的能力。

二、基本要求
1．设计前的准备
老师向学生下达设计任务，介绍设计过程和设计报告的格式要求，以及指导学生查找阅读相关资料。

2．设计过程：在指导教师的指导下，学生对设计过程中出现的问题作相应的解析和处理。

根据设计任务，学生完成原料、加工工艺等的选择和优化，产品的结构或质量分析等内容。

3．设计结束：学生提交一份设计报告，内容包括设计的目的、设计方案、设计过程、设计结论等。

三、主要内容
本课程依托实验室现有的加工成型设备、综合实验的部分内容及指导老师的研究方向来进行。

学生在指导老师的指导下，选择不同的高分子材料进行设计加工，完成任务书规定的任务，撰写产品设计报告。

四、考核内容及办法
考核内容包括产品的方案设计，设计过程及设计结果、设计报告书部分。

课程设计成绩分优、良、中、及格、不及格五档。

实验一丙烯酸共聚酯实验设计
实验目的
1.掌握减压蒸馏纯化单体的方法；
2.了解偶氮二异丁腈的基本性质和保存方法，掌握偶氮二异丁腈的精制方法；
3.综合应用毛细管粘度计、红外光谱、差示扫描量热仪（DSC）等测试仪器对高分子相对
分子质量，共聚物分子结构、共聚物玻璃化转变温度等性质进行表征，加深结构与性能之间
关系的理解。

实验内容：（涉及到合成的反应步骤均需附反应装置图）
1.丙烯酸酯的精制（具体精制方法）；
2.偶氮二异丁腈的精制（具体精制方法）；
3.本体聚合制备丙烯酸共聚酯（反应式、反应详细过程及实施方法）；
4.粘度法测定丙烯酸共聚酯的相对分子量（具体操作步骤）；
5.红外光谱法确定丙烯酸共聚酯的分子结构（红外操作步骤，红外谱图如何对产物结构进行判定？即各个基团所对应的峰的归属）；
6.DSC测定丙烯酸共聚酯的玻璃化温度（DSC具体操作方法）。

仪器设备：减压蒸馏装置，布氏漏斗，油浴，乌氏粘度计，恒温水浴，傅立叶红外光谱仪，差示扫描量热仪，旋转蒸发器，电动搅拌器，磁力搅拌器，玻璃合成装置
消耗材料：甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，偶氮二异丁腈，乙醇，氢氧化钠，无水硫酸钠
要求：精制方法、处理方法、表征方法、评定标准（基团归属等）均需附参考文献。

实验二苯乙烯聚合的综合实验
实验目的：
1.了解苯乙烯的储存和精制方法，掌握苯乙烯减压蒸馏的方法；
2.掌握正丁基锂的合成方法，掌握正丁基锂的分析方法；
3.掌握阴离子聚合的机理，了解苯乙烯净化程度对聚合反应的影响，掌握实现阴离子计量聚合的实验操作技术；
4.了解聚苯乙烯的良溶剂及沉淀剂，掌握沉淀法分离聚合物的方法；
5.了解GPC法测定相对分子质量及分布的基本原理，掌握GPC仪器的基本操作并测定聚苯乙烯的相对分子质量及分布。

实验内容：（涉及到合成的反应步骤均需附反应装置图）
1.苯乙烯的精制（具体操作方法）；
2.正丁基锂的制备（具体操作方法、反应条件及反应式）；
3.苯乙烯的阴离子聚合（反应式、反应条件及具体操作方法）；
4.聚合物的纯化（具体操作方法）；
5.聚苯乙烯相对分子质量及分布的测定（黏度法和GPC，附具体操作方法及实验结果分析）；
6.DSC测定丙烯聚苯乙烯的玻璃化温度（附具体操作方法及实验结果分析）。

仪器设备：减压蒸馏装置，氮气流干燥系统，真空泵，磁力搅拌器，油浴，恒温水浴，凝胶渗透色谱，电动搅拌器，玻璃合成装置，旋转蒸发器
消耗材料：苯乙烯，丙烯酸丁酯，偶氮二异丁腈，环己烷，金属锂，正氯丁烷，甲醇，石油醚，高纯氮，硅胶，分子筛
实验三 双酚A环氧树脂的合成、浇注体的制备及胶黏剂的配制 实验目的
1.掌握双酚A型环氧树脂制备方法（附参考文献）;
2.掌握环氧树脂固化原理及配方计算（附参考文献）;
3.环氧树脂的合成、浇注体的制备及胶黏剂的配制方法（具体反应式、实验条件及详
细操作步骤，并附反应装置图）
实验内容
环氧树脂是指含有环氧基的聚合物, 种类很多。

环氧氯丙烷与多元酚或多元醇缩合反应, 可以生成各类环氧树脂, 例如: 与甘油反应可生成甘油环氧树脂, 与双酚A反应可生成双酚A型环氧树脂。

环氧树脂结构中有羟基, 醚基和极为活泼的环氧基存在, 可以与多种固化剂产生扩链, 交联反应, 形成热固型塑料。

还可以如在固化树脂中填充功能材料, 则可制备环氧胶黏剂。

本实验就是合成双酚A环氧树脂, 并以所合成的树脂配制固化胶液。

实验仪器设备
三口烧瓶、冷凝管、滴液漏斗、分液漏斗、蒸馏瓶、恒温油浴、真空泵、万能材料实验机。

聚四氟乙烯模具 两套
（涉及到合成的反应步骤均需附反应装置图）
实验四可生物降解无卤阻燃塑料的制备和性能测试
实验目的：学习高分子共混物的熔融制备方法
实验内容：熟悉聚合物熔融共混工艺；了解螺杆挤出机基本操作；掌握测试塑料阻燃性能的基本操作；掌握测定热塑性聚合物熔体流动速度的方法。

仪器设备：高速混合机,螺杆挤出机, 注射成型机,成型模具,氧指数测定仪,氧气瓶, 制样机，熔融指数仪。

消耗材料：聚乳酸、聚己内酯或聚乙烯醇等生物可降解原料。

氢氧化铝，三氧化二锑,含磷的化合物自行查阅选配。

POE,硅烷偶联剂，其他原料自行设计。

任务包含：助剂选择原因，助剂结构及基本物性，工艺具体参数及数据来源，产物各方面
性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

需附上具体反应工艺流程图
实验目的：学习高分子复合材料的制备和高分子材料的导电机理。

实验内容：熟悉聚合物熔融共混工艺；了解螺杆挤出机的操作和抗静电材料的制备方法；掌握高阻计测试抗静电性能的方法。

仪器设备：高速混合机,螺杆挤出机，高阻计,成型模具,制样机。

消耗材料：聚苯乙烯, SBS橡胶,抗静电剂，导电炭黑，铝粉, 偶联剂。

任务包含：助剂选择原因，助剂结构及基本物性，具体投料比，生产工艺条件、产物各方面性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

需附上具体反应工艺流程图
实验六橡胶的硫化和硫化点的测定
实验目的：学习橡胶的硫化原理
实验内容：掌握橡胶硫化的工艺过程；了解开放式双辊炼塑机的使用；掌握平板硫化机的操作；用硫化仪测定橡胶硫化点。

仪器设备：双辊塑炼机，平板硫化机，硫化仪, 压片机和裁刀。

消耗材料：聚异戊二烯橡胶, 丁腈橡胶，硫磺，活化剂氧化锌, 促进剂DM，促进剂CZ，炭黑，润滑剂硬脂酸，硅烷偶联剂。

需附上具体反应工艺参数及工艺流程图
实验七水性涂料的制备及其性能的测定
实验目的：学习涂膜的制备及其综合性能的评价
实验内容：掌握涂料的制备方法。

用附着力测试仪﹙划格器﹚测试涂料附着力；用铅笔划痕硬度仪测定涂料的硬度；高电阻计测试涂料表面电阻；涂料漆膜冲击器测试仪涂料的抗冲击性能。

仪器设备：附着力测试仪﹙划格器﹚,涂料高速分散机，漆膜冲击器测试仪, 高阻计, 电烘箱，空压机，喷枪。

消耗材料：丙烯酸水性涂料，聚氨酯水性涂料,固化剂, 氧化硅，喷涂样板，甲苯，邻苯二甲酸二辛酯。

任务包含：产物各方面性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

实验目的：学习高分子材料共混物的制备及相容性。

实验内容：1.熟悉聚合物熔融共混工艺
2.了解螺杆挤出机和塑料注射成型机的基本操作
3.掌握冲击试验机的工作原理和操作方法
仪器设备：高速混合机,螺杆挤出机，塑料注射成型机，平板成型模具，制样机
消耗材料：聚苯乙烯，SBS弹性体，顺丁橡胶，无机填料
任务包含：助剂选择原因，助剂结构及基本物性，具体投料比，生产工艺条件（工艺参数）、产物各方面性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

需附上具体反应工艺流程图
实验九 甲基丙烯酸的增韧改性
实验目的：学习高分子材料增韧途径、配方设计及增韧的表征手段。

实验内容： 1.查阅资料，设计配方及工艺路线。

2.确定加工工
3.性能表征方法。

4. 提交报告
仪器：根据设计选择仪器。

任务包含：助剂选择原因，助剂结构及基本物性，具体投料比，生产工艺条件（工艺参数）、产物各方面性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

需附上具体反应工艺流程图，性能测试需要有具体测试条件及步骤，并附评判标准依据。

实验十 壳聚糖纤维的制备及其性能的测定
实验目的：学会纤维的制备及其表征方法
实验内容：1.查阅资料，设计配方及工艺路线。

2.确定加工工艺
3.性能表征方法。

4. 提交报告
仪器：根据设计选择仪器
任务包含：原料及助剂选择，选择原料及原因，助剂结构及基本物性，具体投料比，生产工艺条件（工艺参数）、产物各方面性能测试表征，具体评判依据，要求附标准及参考文献。

需附上具体反应工艺流程图，性能测试需要有具体测试条件及步骤，并附评判标准依据。

四、实验项目设置表
项
目序号实验项目名称
类
型
内容提要
备注
1 丙烯酸共聚酯实验设计 设
计
设计不同分子量和分子结
构的丙烯酸共聚酯
2 苯乙烯聚合的综合实验 综
合
选用不同的途径制备不同
分子量的聚苯乙烯
二选一
（必选）
3 双酚A环氧树脂的合成、浇注
体的制备及胶黏剂的配置
综
合
学习环氧树脂的实验室制
备方法，掌握环氧值的测
定
必选
4 可生物降解无卤阻燃塑料的
制备和性能测试
设
计
设计阻燃塑料的配方进而
加工和性能测试
任选
5 抗静电复合材料的制备 综
合
复合材料的制备和高分子
材料的导电机理
任选
6 橡胶的硫化和硫化点的测定综
合
掌握橡胶硫化和硫化点的
测试方法
任选
7
水性涂料的制备及其性能的
测定 综
合
涂膜的制备及其综合性能
的评价
必选
8 高抗冲复合材料的制备 综
合
高分子材料共混物的制备
及相容性研究
9 聚甲基丙烯酸甲酯的增韧改
性
设
计
掌握高分子改性方法
任选
二选一
10 壳聚糖纤维的制备及其性能
测定
设
计
掌握纤维的制备及其表征
方法
任选
PS：上述所有设计所得材料（即假设设计方案合理可行，所得材料性能能够满足生产需要），最终需回归到产品。

所选方案最后，须注明该材料具体可以制备什么产品，需附具体加工设备、生产工艺及生产流程示意图（注塑、压塑、吹塑等）。

考核标准：
优：收集资料广泛，善于思考，实验方案、原料、设备与表征方法合理可行，实验过程认真踏实、动手能力强，结果合理，报告完整、正确，有强的解决问题的能力。

良：收集资料较广泛，勤学好问，实验方案、原料、设备与表征方法合理，实验过程认真踏实、动手能力较强，结果合理，报告完整、正确，有一定的解决问题的能力。

中：收集资料一般，实验方案、原料、设备与表征方法尚合理，实验过程较认真，动手能力一般，结果尚合理，报告完整，解决问题的能力的一般。

及格：收集资料较少，实验方案、原料、设备与表征方法基本合理，实验过程较认真，动手能力较差，结果尚合理，报告完整，解决问题的能力较差。

不及格：收集资料少，实验方案、原料、设备与表征方法不够合理，实验过程不够认真，动手能力较差，结果不够合理，报告质量较差，解决问题的能力差。