《材料科学与工程课程设计》教学大纲

1、材料科学与工程课程设计教学大纲 （课程编号：J16390002 ）实验学时：2周    实验个数： 8      实验学分：2.0课程性质：必修        适用专业：材料化学教材及参考书：1、刘建平，宋霞，郑玉斌主编，高分子科学与材料工程实验，化学工业出版社，第二版，2017年9月。2、材料科学与工程基础实验指导书刘芙主编，浙江大学出版社；2007年12月     

2、;              大纲执笔人：王毅                 大纲审定人：欧光川一、课程的地位、教学目标和基本要求课程地位：材料科学与工程课程设计是材料化学专业集中实践环节课程，以材料科学基础为核心，包括材料测试方法、材料物理性能、材料力学性能等课程，为整个课程群配套的综合性课程设计，以材料

3、微观结构为核心，着重于材料结构与性能之间的关系建立，为材料化学专业毕业论文设计打下良好基础。 教学目标：本课程总体应该了解高分子材料的基本性质，掌握高分子材料的基本制备方法，为毕业论文的开展打下良好技能，以及高分子材料产品结构与性能设计及产品设计的创新意识；基本要求：材料化学综合实验传统的实验教学模式基本上是以“学生课前预习老师上课讲解学生上课模仿实验完成实验报告”为主。这一方案已不能满足当代企业对人才的需求，因此实验课的实验项目以开放式题目为主实施实验方案小组化，实验全程以学生为主师生互动，构建实验教学课程网站平台引入“答疑”与结果“展示”环节。为激发学生对实验的兴趣和主观能动性，我们的实验

4、项目都以开放式的题目为主。二、实验（实训）课程目的与要求1实验目的了解高分子材料的基本性质，掌握高分子材料的基本制备方法，为毕业论文的开展打下良好技能，以及高分子材料产品结构与性能设计及产品设计的创新意识。2实验要求以往实验项目的设计和讲解全部由老师来完成，是一种“老师是演员，学生是观众”的形式。而学生通过查阅文献设计了自己的方案，在通过网络平台互动修改的基础上，教师对所有学生的实验方案做到“心中有数”；实验课开始时，抽有代表性的实验小组学生来讲解自己设计实验的基本原理、主要步骤和注意事项，老师进行指导和点评，以改变过去“以老师为中心”的填鸭式教学，变为“以学生为中心”的师生互动模式，充分发挥

5、学生的主观能动性，潜移默化中培养学生发现问题和解决问题的能力。结合本校专业教学发展的实际情况，学生毕业的就业率和社会的适应性也是学校目前教学任务需要考虑的问题，所以在材料科学与工程课程设计教学的活动中，以毕业需求为导向增加综合性和设计性实验的比例是很有必要的。三、实验项目及内容提要材料科学与工程课程设计（J16390002）序号项目编号实验名称学时必做选做学分数实验类型内容提要基本操作验证综合设计  1  1溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料32      纳米TiO2具有许多特殊功能,如良好的抗紫外线

6、性能、耐化学腐蚀性能和耐热性、白度好、可见光透射性好以及化学活性高等。  2  2 水热法制备纳米材料 32       热法属于液相反应的范畴，是指在特定的密闭反应器中采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。  3  3 高分子材料加工实验 32      在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加

7、工前，一般都要经过一个配料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。  4  4木塑复合材料的制备与性能测试 32      木塑复合材料是以木材和塑料为原料，加入偶联剂等助剂，经过热压复合、熔融挤出等不同加工方式制成的一种新型材料。55PC合成配方设计及原料的制备32     塑料合金，通常是两种相容性较好的塑料熔融共混制成塑料合金，其性能兼备两种塑料的优点，本实验通过学生自己设计实验方案来进行合金合成。66阻燃尼龙综合设计性实

8、验32     阻燃剂按照一定比例加入树脂中进行混合，均匀后加入双螺旋挤出机在进行造粒，得到分散均匀的塑料粒子，以备制样使用，本实验通过学生自己设计阻燃配方进行实验。77玻璃纤维改性PA-66综合性实验32     玻璃纤维填充塑料是塑料材料增加强度的最常用的方法，现在的技术基本上实现了玻璃纤维可以增强所有的塑料，本实验采用玻璃纤维增强尼龙-66，目的是提供其力学性能。88塑料填充改性实验设计32     填料指填充于聚合物中增加容量、降低成本的

9、一类物质，在塑料中填充由主要增加容量和降低成本向改善聚合物性能、赋予聚合物新功能的方向。本实验通过学生自己设计填充配方进行实验。 四、实验实训内容安排：项目一     溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】通过本实验，了解溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的应用。掌握溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的原理以及实际应用。掌握XRD衍射原理以及实际操作技能。掌握根据X-射线衍射图分析晶体的基本方法。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有恒温磁力搅拌器、恒温干燥箱、原子吸光光度计、X-射线衍射仪和马弗炉

10、，低值易耗品等。【实验内容】 1.取载玻片若干片（一般4-5）片，先用丙酮清洗，再用去离子水清洗，放在烘箱中烘干编号备用。 2.配制溶胶： 用大量筒取40ml的无水乙醇放到100ml烧杯中，用吸量管取3ml的三乙醇胺溶于乙醇中，放在恒温磁力搅拌器上搅拌均匀。用移液管取10ml钛酸四丁酯逐滴滴加到混合液中，搅拌十分钟后，用滴管滴加0.5ml去离子水。继续搅拌1h，即可得到均匀，透明的淡黄色TiO2溶胶。 3.制备薄膜： 将烘干备用的载玻片浸入到TiO2溶胶中，浸泡10s后，以1.98mm/s的速度缓慢提拉载玻片，在空气中干燥1min，溶胶在载玻片上发生水解

11、反应、缩聚反应，在玻片上形成凝胶。重复上述步骤八次，制备多层薄膜。4.性能表征 对所的样品进行XRD性能表征。【实验要求】使学生能够掌握原子吸光光度计、X-射线衍射仪和马弗炉的使用方法。掌握溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料的基本原理和操作，验证课堂学习的理论。在实验中，了解纳米薄膜材料的方案设计。项目二     水热法制备纳米材料【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】通过本实验，了解水热法的基本概念及特点。掌握高温高压下水热法合成纳米材料的方法和操作的注意事项。熟悉XRD操作及纳米材料表征。通过实验方案设计，提高分析问题和

12、解决问题的能力。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有恒温磁力搅拌器、恒温干燥箱、原子吸光光度计、X-射线衍射仪和马弗炉，低值易耗品等。【实验内容】1.取10mL量筒, 50mL的烧杯洗净并彻底干燥。 2.取适量冰块放入烧杯中，并加入一定的蒸馏水形成20mL的冰水混合物，用恒温磁力搅拌器搅拌，速度适中。3.用量筒量取2mL的无水TiCl4，缓慢滴加到冰水混合物中。 4.继续搅拌10min,即可得到TiO2的乳浊液。 5.将制得的乳浊液放入到高压反应釜内，在120的控温烘箱中反应5h后取出。 6.取出样品自然冷却后，用蒸馏水洗涤3次，无水乙醇

13、洗涤1次，抽滤，干燥后称重M2。 7.将干燥的样品进行XRD衍射，得出衍射图。【实验要求】使学生能够掌握原子吸光光度计、X-射线衍射仪和马弗炉的使用方法。掌握溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料的基本原理和操作，验证课堂学习的理论。在实验中，了解水热法制备纳米材料的方案设计。项目三    高分子材料加工实验【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】通过本实验，理解密炼机和开炼机的基本工作原理。学习密炼机和开炼机的操作方法。了解聚烯烃密炼和开炼的基本程序和参数设置原理。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有密炼机、开炼机、万能制样机和万能

14、拉力机，低值耐用品是聚丙烯、低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶，低值易耗品等【实验内容】1. 设定密炼机参数。 2. 将物料分批次加入密炼机中进行密炼。3. 设定开炼机参数。 4. 将密炼后所得的物料放到开炼机上进行开炼。5. 对开炼所得的物料在万能制样机上制备样条。6. 对所制备样条进行力学性能测试。【实验要求】使学生能够掌握密炼机、开炼机的使用方法。使学生能够掌握万能制样机和万能拉力机的使用方法。掌握产品性能结构的分析，验证课堂学习的理论。在实验中，了解当前塑料的相关设计。项目四     木塑复合材料的制备与性能测试【实验性质】

15、基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】通过本实验或实训，采用双螺杆挤出制备PP木塑复合材料，通过注塑成型试样研究各组分及配比对复合材料性能的影响。根据木粉特性，当木粉含量逐渐增加时一定程度，复合材料的弯曲强度弹性模量上升，韧性、拉伸强度和冲击强度有一定下降，通过加入助剂进行改善。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有同向平衡双螺杆挤出机、电热恒温鼓风干燥箱、高速混合机、电子万能测试机、海天注塑机、立式混色机，低值易耗品等。【实验内容】1. 木粉干燥：将100目的木粉放入电热恒温鼓风干燥箱中以140°C干燥4h密闭处理。木粉表面处理：把干燥后的木粉添加高速混合机中进行搅拌，温

16、度控制在90至100°C，分两次加入计量好的铝酸酯偶联剂，两次加入的时间间隔3min，然后再处理5min。铝酸酯的用量为木粉质量的2%，经过处理，木粉表面活化度达到50%以上。2. 物料混合:加料顺序：（PP氨基类硅烷）木粉（已处理）EPDM、MAH-g-PP、硬脂酸 按比例称量物料，依次加入高速混合机中以110°C混合3min，使各组分均匀分散。 3. 挤出成型：采用双螺杆挤出成型工艺制备木塑复合材料。先将混合好的物料倒入喂料斗，进入双螺杆挤出机料筒，物料在螺杆的剪切、分散和挤压作用下完成塑化并挤出木塑料。4. 注塑试样条 5.力学性能测试：

17、木塑复合材料弯曲性能的测试参照ASTM标准中塑料弯曲试验标准方法，跨距64mm，加压速度为2mm/min；无缺口冲击强度测试，采用塑料测试标准（GB/T1043-1993）进行简支梁摆锤冲击试验，跨距为60mm，冲击强度为2.9m/s，摆锤能量为2J.每组试件为5个测样。【实验要求】使学生能够掌握密炼机的使用方法。使学生能够掌握万能制样机和万能拉力机的使用方法。掌握产品性能结构的分析，验证课堂学习的理论。在实验中，了解当前木塑复合材料的相关设计。项目五     PC合金配方设计及原料的制备【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】

18、通过合金的方法改善PC的力学性能，掌握PC合金的基本原理及制备方法，掌握PC合金标准试样的注射成型工艺，制备合格的标准试样，掌握合金试样的性能测试方法。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有双螺旋挤出机、注塑机、万能试验机、万能制样机等。【实验内容】 （1）PC合金配方设计及原料的制备；（2）PC合金标准试样的制备实验；（3）PC合金力学性能测试。【实验要求】通过调整配方得到不能性能的PC合金。通过性能测试得到PC合金的性能。得到性能优异的PC合金配方。项目六     阻燃尼龙综合设计性实验【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验

19、目的】阻燃塑料常用阻燃剂及阻燃机理，根据给出的实验仪器、设备和药品，学生自己选择阻燃剂，设计阻燃塑料的配方，设计实验路线和实验方法。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有双螺旋挤出机、注塑机、万能试验机、万能制样机等。【实验内容】 （1）阻燃尼龙配方设计及原料的制备；（2）阻燃尼龙标准试样的制备；（3）阻燃尼龙试样的燃烧性能测试；（4）阻燃尼龙试样的力学性能测试。【实验要求】通过调整配方得到不能性能的阻燃尼龙。通过性能测试得到阻燃尼龙的性能。得到性能优异的阻燃尼龙合金配方。项目七     玻璃纤维改性PA-66综合性实验【实验性质】基本操作

20、、验证性、设计性、综合性【实验目的】掌握玻璃纤维改性PA-66挤出造粒工艺，掌握注射成型工艺对注射试样的质量影响趋势，制备合格的阻燃尼龙标准试样，并对其性能进行测试。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有有双螺旋挤出机、注塑机、万能试验机、万能制样机等。【实验内容】 （1）玻璃纤维改性PA-66挤出造粒；（2）玻璃纤维改性PA-66的标准试样的制备；（3）玻璃纤维改性PA-66成分分析；（4）玻璃纤维改性PA-66试样的力学性能测试。【实验要求】通过调整配方得到不能性能的玻璃纤维改性PA-66。通过性能测试得到玻璃纤维改性PA-66的性能。得到性能优异的玻璃纤维改性PA-66配方。项目八&

21、#160;    塑料的填充改性实验设计【实验性质】基本操作、验证性、设计性、综合性【实验目的】熟悉塑料常用的填充改性助剂，根据给出的实验仪器、设备和药品，通过查阅文献，每个学生自己选择树脂和填充改性剂，设计塑料配方，设计实验路线和实验方法，掌握填充塑料试样的制备方法，测定塑料的物理性能，以判断填充改性配方的效果。【实验仪器及材料】本实验涉及到的仪器设备有有双螺旋挤出机、注塑机、万能试验机、万能制样机等。【实验内容】 （1）保证材料性能损失不大，填充低成本填料以降低材料的成本；（2）向树脂中填充导电材料，以改进塑料的抗静电性及导电性；（3）向树脂中填充纤

22、维及补强填料，以提高塑料材料的强度；（4）向树脂中填充刚性增韧材料，以提高塑料材料的韧性。【实验要求】学生按照自己设计确定的实验方案上的步骤进行实验。五、考核方式、方法及实验成绩评定方法 考核内容包含学生的出勤情况、实验的准备、实验的过程完成情况、实验的总结与实验报告的编写、学生实验的态度等。1、实验的准备、学生的出勤情况、学生实验的态度等占实验成绩的20%。其中，实验准备与清理为6%；学生的出勤为10%；学生实验的态度的好坏为4%。（1）实验准备与清理分下列几种情况考核：能够按老师的要求准备好实验用仪器，并且妥善保管放置及用完后进行检查和装箱上交，记6分；不完全能够做好仪器的准备与清理工作，记1-5分；没有按照老师的要求准备好实验用仪器与仪器清理工