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聚合物的工业过程:玩具是如何制造的

成绩:5-8作者:桑德拉·凡·纳塔来源:霍尔,苏;哈里斯,玛丽;丽贝卡Knipp;桑德拉·凡·纳塔;聚合物的工业过程:玩具是如何制造的?中小学教师工作坊,高分子材料大使,2003


摘要

学生们通过模拟挤出、注射和吹塑的塑料制造过程,探索科学与技术之间的联系。当学生检查各种简单的塑料玩具时,兴趣被激发,问题被提出。学生们试图找到一些特征,这些特征会引导他们提出一个特定玩具的制作过程。接下来,学生们组成“制造公司”,使用一种常见的玩具——Play-Doh Fun Factory®挤压出一个产品。学生还使用热熔胶枪制作注塑产品,使用塑料管和简单模具制作吹塑产品。最后,学生回顾他们原来的一套玩具,并将其分类为注射,挤压,或吹塑。


目标

通过这节课,学生应该知道什么?

  • 学生将能够描述3种制造工艺-挤出,吹塑和注射成型。
  • 学生将能够将玩具的物理特性与其制造方法相匹配。
  • 学生将知道聚合物(长链分子)用于3种基本制造工艺。

通过这节课,学生应该能做些什么?

  • 学生将合作学习。
  • 学生将进行模拟实际工业过程的模拟。
  • 学生将能够根据他们的制造方法对玩具进行分类。
  • 学生将根据这3种制造工艺设计和制造产品。

材料

在参与和精化阶段,每个小组的派对玩具包可以包括以下每一项中的一项(价格从2009年7月开始):

谢尔曼专业用品有限公司

  • #S4223 - 1包海洋生物吹塑玩具(72/包)(8.76)
  • # H47 - 1包恐龙吹塑玩具(72/包)(8.76)

东方贸易有限公司

  • 12/284 -气泡管-与吹塑一起使用(3.95/打)
  • 20/154 -塑料跳绳-挤压和注射成型(5.99/打)
  • 39/1245 -小手指木偶-注射成型(9.99/6doz)
  • 39/9600 -乙烯蛇-注射成型(5.99/4doz)
  • 9/659 -迷你昆虫橡皮擦-挤压(3.99/毛)
  • 39/14 -塑料青蛙套头衫-注塑成型(4.99/毛)
  • 24/1204 -塑料微笑环-注塑成型(4.99/4doz)
  • 20/45 -塑料口哨手镯-挤出和注塑(2.95/打)
  • 58/10 -乙烯基恐龙-注射成型(11.99/96)
  • 39/1689 -塑料放大镜-注射成型(5.99/4doz)
  • 57/9017 - 48"头花边-挤压(2.99/打)
  • 39/983 -豪猪球-注射成型(7.99/6doz)

注:市场上的玩具可能会变化。这是一些目前可以买到的便宜玩具的清单。

通过解释探索阶段的材料:

  • Play-Doh®Fun Factories®由Playskool®设计,带有两条设计条(每队四人一个工厂)
  • 彩色面团-每队两种颜色
  • 包装材料,如纸、胶带、小盒子、保鲜膜、工艺棒、剪刀等。
  • 评分卡检查表-每队一张(见课程)
  • 客户订单-每个团队一个(参见课程)
  • 附有说明的实验单-每位参与者一份(见课程)
  • 打牌来指示工作分配
  • 米制尺子——每队两把
  • 一个用于质量测量的天平
  • 一个热熔胶枪演示或更多,如果你有参与者使用它们。
  • 胶棒
  • 蔬菜喷
  • 小的电线
  • 在3/8。1/2英寸。直径为15至20厘米的聚乙烯管材
  • 热风枪(注意:电吹风的温度不足以工作。)
  • 来自Fingles®Play-Doh®或Playskool®其他Play-Doh®模具套装的芝麻街®角色模具
  • 喷洒植物油
  • 有色水-可选
  • 防护眼镜
  • 通过互联网访问AGPA网站查看聚合物加工视频

制作过程:自制黏土泥面团的配方,适用于八批黏土或四家工厂:

  • 2杯小苏打
  • 1杯玉米淀粉
  • 一杯半水
  • 2茶匙植物油
  • 食用色素

在一个大炖锅里把水和小苏打混合,然后烧开。当混合物变暖并释放出二氧化碳时,就会产生气泡。别让它沸腾了!煮开后关火。同时加入玉米淀粉,用力搅拌,直到所有结块都消失。冷却,然后加入2茶匙油,趁热揉3-5分钟。把它们分成8个大小相等的块状,每个块状中加入一滴食用色素,然后把色素揉匀。用毛巾盖在容器上放一晚上。第二天就可以供学生使用了。注意:热的混合物会很软。不要把它放回火上搅拌,因为它会变得太硬。挤出的物体大约在两天内干燥,长度缩小0.5到0.9厘米。

为每个小组准备一袋聚会玩具。建议的玩具在上面的列表中给出,但是,许多简单的玩具可以从玩具目录中选择。玩具应该不贵,通常可以大量购买。确保你有一些吹塑玩具(中空),注射玩具(固体)和挤压玩具(长,连续,固体形状,可以切成部分)。注意:饼干压机、肉机和牙膏管都是挤出机。它们形成长而连续的形状。)

练习吹塑过程之前,你自己的会议。要做出一个形状合理的物体需要多次尝试。


程序

订婚

这个阶段的目的是激发兴趣,并提出有关制造简单玩具所需的工业过程的问题。

给每个小组的学生发一个派对小玩具。让他们分组讨论他们认为一个特定的玩具是如何制作的。不要给出诸如“可能是空心的或压的……”之类的答案。让他们思考和观察。让小组交换和检查玩具,直到他们有时间查看所有的玩具。让学生根据他们的讨论把玩具分成不同的组。在课程结束时收集所有玩具。

评估:课堂讨论是合适的,学生可能会或可能不会同意他们对特定玩具的制作方法的看法。听取学生的观察和分类方法,并接受所有的想法。让学生把玩具分组。做一些笔记,或者让学生记他们的决定。学习周期的这一部分会产生很多问题和挫折。学生们在乞求答案。鼓励全班同学参与讨论。

探索

探索阶段有三个活动。每个学生的工作表可以在本计划的工作表部分找到。

第1部分:

在这一阶段的第一部分,学生小组将模拟挤压的工业过程,并生产出客户(另一组)可以接受的产品。

每组应由四名参与者组成。您可以分配小组或使用一副扑克牌来分配角色给学生小组。如果使用卡片,“国王”是一个团体,“心卡”的持有者是负责生产,废物和总质量的工厂经理,“俱乐部卡”持有者负责质量控制或确保最终产品符合客户规定的规格,并在活动结束时写一封信,“钻石卡”持有者是包装经理或负责准备产品装运。而“锹牌”持有者是工厂技术员,他负责管理工厂,保持工作区域的整洁。

每个小组都有一个客户订单和他们将要使用的原材料的数量。每个订单都应该强调客户对均匀的产品感兴趣,边缘光滑,没有颜色混合。然后给每个小组一个Play-Doh®游乐工厂,客户订单,和2种颜色的Play-Doh®(见附件工作表)。然后,这些小组尝试制造符合客户规格的挤压产品。可以对产品进行汇总,并计算废料(工厂遗留的材料)。如果对给定的Play-Doh®数量指定了价格,则可以计算产品成本和浪费损失。

客户订单的示例(注意:示例订单表单可以在工作表部分找到。)

浪费是每个行业都存在的问题,所以为了解决这个问题,给每个团队分配特定数量的各种颜色的面团。在生产结束时,团队可以将产品和剩余的面团聚集在一起。任何彩色面团都不能回收再利用,被认为是浪费。如果将成本分配给给定数量的面团,学生可以计算生产给定物品所需的材料成本以及“废弃”材料的成本。

一个由四名学生组成的团队也需要接触到各种类型的包装材料。产品可以用简单的材料(气泡膜、纸板等)包装,“运送”到下一组进行验收。一旦产品生产出来,包装经理就决定要使用的包装材料的类型。鼓励使用可回收的包装材料!在这一点上,有可能花更多的时间与学生一起学习减少包装源的概念。额外的学分可以分配给创造性使用的包装材料,同时保持体积或质量到最低。包装必须确保安全交付给客户,同时考虑到运输材料的重量,尺寸和成本。顾客的订单必须包括在包装以及剩余的面团。由团队决定的成品账单也包含在包中。当所有的包裹都准备好准备运输时,老师或班级可以决定从给定的高度放下每个包裹,以模拟运输过程中包裹的“处理”。(我会让老师来做演讲。)

一旦包裹被“运送”给客户,另一个学生小组就会打开包裹,里面有客户的订单,并在评分卡上对产品进行评分。学生们对这次活动进行评估。每个小组根据一个标准评估他们收到的产品。鼓励小组讨论他们刚收到的产品的特性。确保他们注意到挤压物体的特征。

代表客户并正在进行评级的学生(见工作表链接中的评分卡清单)必须给行业写一封信,并解释任何问题,如果他们觉得此时不能接受该产品。另一种选择是接受货物,并随信附上产品的“支票”。客户不能为部分货物发送支票,要么全部接受,要么不接受。如果零件损坏,则由客户决定零件的可用性。

第2部分:

注射成型程序:(见附件工作表)。

  1. 用植物油喷洒Fun Factory®模具,使冷却的形状可以很容易地从模具中释放出来。
  2. 用胶枪把热熔胶填满模具。

当胶水冷却时,将一根涂了油的电线垂直放置在模具中,当注射的形状被移除时,在物品上产生一个小洞。当胶水冷却时,将一小圈珠宝丝放入模具中,就会产生一个永久的挂钩或环。

第3部分:

最后,吹塑过程可以通过示范或动手活动模拟,如果时间允许。你需要有小的,2面模具,在油管的基础上开一个口。培乐多®不断改变市场上可用的模具。材料部分提到的Fingles模具不再在商店中可用,但可以在eBay上找到。然而,看看目前出售的培乐多®套装,你会发现各种角色或物体的模具。如果找不到模具,可以用小玻璃瓶进行成型。对于瓶子使用,卷曲加热管在一起的一端,并将热管插入瓶子。轻轻吹气使管子膨胀。一旦冷却,吹管将不得不扭曲和拉出瓶子。如果使用模具,请遵循下面的说明。确保你自己练习成型过程。要得到一个好产品需要多次尝试。这里我们需要一个动画或视频。

吹塑程序:(见附件工作表)。

  1. 从培乐多®套装中选择一个模具。用透明的蔬菜喷雾剂喷在模具内部。戴上护目镜。
  2. 将热风枪置于高位,加热一段聚乙烯管的底部,直到它变得清晰。把管子放在热气流前面3到5厘米处,慢慢地来回转动管子,从四面加热。热风枪可以由活动主管拿着,也可以放在桌子上的架子上。
  3. 一旦底部的1到2厘米的管子是透明的,把管子从火上拿下来,用一把钳子,轻轻地把最后1/2厘米夹在一起。油管。(室温管外观为乳白色。)
  4. 将管子放回热空气流中,加热管子底部5厘米(包括夹住的部分),直到它变得清晰,使用与之前相同的方法。
  5. 从加热中取出管子,轻轻地将夹紧的部分放在模具内顶部“头部”边缘上方。允许其余的管道的明确部分休息向下通过头部和颈部区域的模具字符。
  6. 关闭模具,使模具的上部“头部”边缘挤压在管材的挤压部分。
  7. 保持模具的两半关闭,轻轻地,稳定地吹到管道的暴露部分。
  8. 当你吹的时候,你可能会看到塑料开始充满模具。不要吹得太用力,否则你会在油管上弄出一个洞。当模具似乎被填满,把你的手指或舌头在管道的开放端另外15到20秒。这样就有时间让塑料冷却。
  9. 打开模具,将人物从模具中弹出。
  10. 如果你愿意,可以用彩色的水填满人物,用前面描述的钳子和加热技术将颈部的管子热封。因为只有管道的末端需要加热来密封,所以里面的水不会热到沸腾。
  11. 这可能需要一些实践尝试来产生一个好的最终产品。这整个过程可以重复几次,直到一个良好的吹塑技术发展。

变化:

在吹塑过程中可以使用许多其他模具。加热后的管子可以在一个宽颈的小玻璃瓶里充气,甚至可以在没有任何模具的情况下“自由吹制”,一旦末端被捏紧。学生们可能会找到其他的模型来尝试,尤其是在他们众多的玩具中。如果热风枪和管不可用或不适合你的学生的年级水平,气泡管可以从东方贸易购买。一套气泡管由吸管和塑料树脂管组成。在吸管的一端放一小粒软塑料树脂。学生们可以通过吸管吹气,将塑料吹成一个永久但非常脆弱的泡沫。(不要吸入丙酮烟雾!)可以从吸管中捏出气泡,并至少在短时间内保持膨胀状态。老师甚至可能希望通过吹泡泡糖中的气泡或2升汽水瓶中的气球膨胀来模拟吹塑成型。在这种情况下,在你给气球充气之前,瓶子的侧面必须有一个洞,否则瓶子里的空气压力将不允许气球充气。

一旦吹塑物体被制作或展示,让学生检查它们的特性。这里最显著的特点是物体是中空的。在模具里做的那些通常有接缝。

评估:监督小组讨论,查看挤出成型产品的评分卡。收集并阅读学生接受或拒绝产品的信件。你可以使用学校的标准写作标准来给这些字母打分。注意每个小组是否成功制作了一个注塑产品和一个吹塑产品(如果这些部分没有作为教师示范)。你可能想在黑板上列出每个制造过程的基本特征,并在实验的解释部分讨论每个过程。

解释

此时,可以开始讨论三种聚合物制造工艺及其重要性。首先,学生需要对聚合物是什么及其在社会中的作用有一个基本的概念,然后再开始讨论加工过程。聚合物的长链结构和它们的物理性质使它们成为本单元研究的三个过程的理想材料。

为了帮助您引导这个讨论,下面给出了聚合物的简要描述以及三种工业工艺的描述:挤出,注射成型和吹塑成型。还有一节是关于消费品的包装。

点击下面的缩略图,您可以在AGPA网站上找到三个制造过程的简短视频:


聚合物

我们生活在一个聚合物的时代。虽然聚合物这个术语可能不是一个熟悉的术语,但聚合物材料构成了我们大部分的自然和合成环境。聚合物是由许多重复单元组成的大分子。这些单位或“单体”是小分子,通常每行包含十个或更少的原子。碳和氢是单体中最常见的原子。聚合物可以被认为是一条链,其中单体连接在一起,形成一条至少有1000个原子的链。正是聚合物(大分子)的大尺寸赋予了这些分子特殊的性质。橡胶、塑料、DNA、头发、棉花、面包、油漆、尼龙甚至纤维素(植物细胞的支撑结构)等物质都是由聚合物构成的。

合成或人造聚合物在当今社会中起着重要的工业作用。聚合物工业生产超过10,000种不同的聚合物产品,用于许多不同的用途。这些产品中有许多被称为塑料。塑料已被用来取代现有产品中的天然材料。与木材、金属和织物相比,它们的低成本和优越性能使工业能够削减制造费用,提高产品性能,并降低消费者的成本。化学家们现在正在学习设计具有特定化学和物理性质的产品,以用于所有新的应用。

由于聚合物产品围绕着学生,他们应该对这些产品如何在工业中加工以制造他们熟悉的物体有一个大致的了解。本模块的目标是帮助学生理解科学与技术之间的关系,并将科学视为人类的努力。塑料制造过程的模拟,挤出,注射成型和吹塑成型将提供框架,以达到这些目标。

塑料加工:

塑料工业由三个部门组成。一种是树脂或由原油等原料制成的颗粒的制造。例如,聚乙烯树脂是通过“裂解”或破坏石油分子的键来制造乙烯气体C2H2。在高压和高温下,乙烯分子连接成一条链或“聚合”形成聚乙烯。高密度聚乙烯(HDPE)含有许多直链分子,长数千个单位。低密度聚乙烯(LDPE)含有母链原子的侧分支。高密度聚乙烯和低密度聚乙烯都是由碳和氢原子组成的长链分子。

Polymer Toy Factory Lesson

然而,制造聚合物只是制造有用产品的第一步。聚合物工业的第二部分涉及制造塑料或弹性混合物的化合物。(弹性体是橡胶和类橡胶制品。)在这里,由第一个部门生产的塑料树脂或弹性体与其他成分混合,如颜料、填料、增塑剂和其他化学品。各种形式的混合化合物的创建允许易于处理,这些包括粉末,薄片,颗粒,液体或在弹性体的情况下,由第三部门处理的板或条。加工厂然后为消费者生产塑料或弹性体物体。

在塑料化合物的情况下,它可以是热固性或热塑性的。如果它是热固性材料,则在固化时发生交联,并且不能重塑。然而,热塑性材料可以被塑形和重塑。由于交联发生,弹性体只能作为热固性材料存在。交联是指聚合物链之间的“链接”或“键”。

本单元讨论了三种最常见的塑料加工方法,这些方法涉及塑料的成型或成型。它们是挤出成型,注塑成型和吹塑成型。它们都包括通过加热和加压融化成型化合物,并将融化或软化的塑料放入模具或通过开口来塑造物体。在热塑性材料的情况下,必须对物体进行冷却,以阻止塑料的流动,并允许物体硬化。本单元处理热塑性化合物。提到了热固性塑料和弹性体,以便您知道其他形式确实存在。

挤压:

挤压是一个过程,包括迫使融化的塑料通过“模具”或喷嘴。干燥的塑料粉末或颗粒在通过挤出机时受到热量和压力的作用。当塑料融化成一种粘稠的材料时,它被强制通过一个模具或孔,形成成品的形状。然后,挤压出来的材料落在移动的传送带上,传送带将塑料带入冷水或冷空气流中。这使制造商能够不断地生产出具有所需形状的产品。挤压后的零件可以被切割成特定的长度。挤压产品的例子是汽车装饰,乙烯基窗框,房屋壁板,管道,管道,纤维,薄膜(袋,覆盖物和层压板)和涂料。如果观看者寻找具有一致横截面形状的长而连续的作品,则可以识别出更多的例子。这些碎片通常被切割成特定的长度,因此它们也可能显示出锋利的切割边缘。

挤出机通常由树脂进料料斗、加热筒、恒定旋转螺杆、换筛器和模具组成。塑料树脂首先被送入漏斗状料斗。料斗将塑料送入圆筒内旋转的螺杆的开口通道。当螺杆旋转时,塑料被螺杆推进(凸起的边缘或螺纹)。当它移动时,它被加热、熔化、彻底混合,并被螺杆通道内的图案压缩。熔体最终通过筛网进入模具。筛网的主要作用是过滤塑料中的异物。新兴的塑料现在形成所需产品的形状,并允许冷却。在挤压过程中出现的问题包括产出率低、尺寸不稳定和边缘不完美。

挤出机的简单例子也可以在家里找到。绞肉机和饼干压榨机通过模具将肉或饼干面团挤压成所需的形状或大小。牙膏管将牙膏挤出成连续的线性牙膏流。

Polymer Toy Factory Lesson

注塑”

注射成型是将热塑性塑料转化为有用产品的最重要的商业方法。热塑性聚合物是一种可以多次加热和重塑的聚合物。热固性塑料定型成理想的形状,不能再加热和重塑。在注射成型过程中,塑料被加热,直到它们软化成熔融状态。熔化的塑料在高压下通过喷嘴进入冷模。塑料在模具中冷却并呈现模具的形状。一旦塑料冷却,模具打开,产品从模具中释放出来。最终的产品在投入使用之前通常不需要进一步的工作,因为在这个过程中可以形成肋骨和螺纹等细节。注塑成型物品的例子是电脑柜,电脑屏幕,电脑键盘,塑料模型或爱好套件的部分,塑料瓶盖,刹车和发动机部件,反射器和前灯,断路器,烤面包机面板,电动工具和照明外壳,甚至餐具。这些项目通常可以通过以下一个或多个特征来识别:在模具两侧相遇的地方形成的物体中的侧分型线或接缝,尖锐的角落,精细的细节和精度,频繁的平坦区域,以及“浇口”的存在。大门看起来就像一个塑料的凹坑或凸起。它是聚合物熔体进入模腔的入口点。闸门可能位于中心,离分型线有很大距离,就像在一个废物筐里,在边缘,就像在一个塑料模型的单个部件上,或者在潜艇上,闸门本身看起来是椭圆形的,位于分型线以下但靠近分型线。

注塑机实际上是三台机器的组合:塑化和注射机,夹具和模具。塑化注射机的目的是在足够的力下产生熔融体积的塑料,使塑料充满模腔。压力可以由柱塞(也称为闸板或活塞)或旋转螺杆提供。料斗将塑料树脂送入加热的圆筒或腔室,同时将滑块收回。然后,公羊推动向前迅速,并迫使树脂进入圆柱压实它周围的中心位置的鱼雷或散布器。当熔体围绕圆柱体向前移动时,它变得更加流动。当熔体到达喷嘴时,它被迅速向前推进并进入模具。(在螺杆注塑机中,螺杆的转动运动将熔化的塑料输送到模具中。)模具可以只有一个或多个型腔,用于同时成型多个零件。当模腔被填满时,塑料被冷却,这样当一个物品从模具中弹出时就能保持它的形状。夹紧单元提供打开和关闭模具的运动和力。它还必须以足够的力保持模具关闭,以防止注射压力在填充时打开模具腔。这些模子本身可能差别很大。它们是高度复杂的结构,使用各种金属和合金来形成精确的成品尺寸。然而,所有模具都包含并引导熔融聚合物从喷嘴进入型腔,将型腔中的聚合物冷却至固体状态,然后打开以排出最终产品。一旦物体从模具中注射出来,机器就准备好再次填充模腔并重新开始这个过程。大多数注塑机都是自动定时的,对于许多热塑性材料来说,完成一个循环只需要10到30秒。熔融塑料的快速连续注射和固体模塑物体的喷射使该工艺成为塑料玩具和家居用品大规模生产的领导者。常见的注射成型问题包括塑料在高温下冷却后的收缩、不均匀收缩引起的翘曲和脱模问题。

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吹塑

吹塑技术是从玻璃工业中引进的,用于热塑性材料中空容器的成型。最广为人知的吹塑对象是瓶子,罐子,罐头,和所有类型的食品,饮料,化妆品,医疗,制药和家庭产品行业的容器。其他吹塑物体包括球、玩具、汽车油箱和汽车保险杠。这些物体是中空的,壁薄。(注:一些玩具,如儿童娃娃的头部、便宜的足球和巨大的100加仑聚乙烯罐,可能看起来是吹塑的,但实际上是通过一种称为旋转成型的过程制造的。)

吹塑成型包括三个主要阶段:熔化或塑化树脂,形成模子或预成型件,以及在吹塑模具中对模子或预成型件充气以生产最终产品。在第一和第二阶段,塑料颗粒在热和压力下熔化和混合,形成一个管,称为parison或预制件。采用挤压或注射成型的方法来形成零件。在吹塑过程中,将模子挤出冷模并用热空气充气。当熔融的塑料接触到冷模具的侧面时,它就会冷却并形成模具的内部尺寸。当预坯被加热并在冷模内膨胀时,它沿着它的垂直轴被机械拉伸。吹塑过程中常见的问题包括不规则的结霜表面和不均匀的壁厚。

Polymer Toy Factory Lesson

这三种工业过程并不是制造塑料制品的唯一方法。压延、铸造、涂层、层压、压缩成型、旋转成型、片材成型和真空成型等工艺也可以使用。本模块的目的不是详细描述这些过程,但必须意识到它们的存在。本模块的目的也不是对所描述的三种方法进行工程描述。这些解释经过了简化,以便为中小学生等年轻受众提供必要的背景信息。

消费品包装:

包装在美国是一个价值830亿美元的行业!包装中包含用于运输或储存商品的产品。消费者通常不知道包装,直到出现问题。如果一个人不能轻易撕开一袋零食,或者垃圾桶里装满了特定产品的包装,或者包装的味道在食品中很明显,那么公众就会注意到。公司必须对其产品的包装做出许多决定,这不是一个容易的过程。

在设计新包装时需要考虑的问题有:

  • 产品将如何营销?
  • 它对消费者有吸引力吗?
  • 包裹费用是多少?
  • 需要什么级别的保护?
  • 期望的保质期是多长?
  • 包装材料对产品有什么影响?
  • 产品在包装里煮熟了吗?
  • 是否可以使用现有设备制造该包装?
  • 包装是可回收的吗?
  • 软件包是否使用了最少的资源?
  • 标签是否包含法律要求的所有信息?
  • 包装是否易于使用?
  • 包装应该是刚性的,半刚性的还是柔性的?
  • 包装是用玻璃、塑料、纸板还是金属做的?

包装行业雇用各种人员,包括:艺术家用电脑生成标签和包装,印刷技术人员将设计从印刷滚筒转移到六到八种不同颜色的纸或聚合物标签上,化学家确保油墨溶剂的溶剂回收是环保的,聚合物工程师调节压片和涂层的挤出机,机械工程师监督大卷的切割或分切成小卷,质量控制工程师对来自压力机、挤出机和分切机的产品进行测试。包装行业的客户是那些正在生产产品以销售给公众的公司。

包装在一段时间内的变化是微妙的,通常不会被公众注意到。一个例子是一种较旧的包装方法是在奶粉和饼干杰克®的盒子上覆盖蜡纸。大多数纸箱容器有标签印刷和层压在盒子上,如餐具洗涤剂盒。包装行业正在不断努力减少制造包装所需的资源量。现在市场上充斥着“单口相声信封”。越来越多的包装正在转向挤压薄膜和层压板。自1972年以来,12盎司的铝罐的重量减少了25%以上。咖啡包装商现在使用“砖包装”,与金属罐相比,这种包装材料的体积减少了88%。自1980年以来,玻璃包装行业将16盎司饮料瓶的平均重量从255克减少到177克,减少了31%。从1977年到1990年,一个汽水瓶(PETE)中的塑料含量减少了25%。装有切碎生菜的袋子是“透气的”,因此气体可以通过聚合物层交换。有一种“改良大气包装”,将二氧化碳或氮气包裹在食物周围。你知道这些变化吗?

消费品的包装材料占美国城市垃圾总量的三分之一以上。在美国每年产生的城市固体废物中,纸张约占32.7%,塑料占12.1%,玻璃占5.3%。包装行业是塑料的最大消费者,每年使用的塑料树脂占所有塑料树脂的三分之一以上。包装包括用于软包装的薄膜,用于瓶子和刚性容器上的屏障材料薄膜,用于软饮料容器和涂层。最常用的树脂是低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙酯(PETE)和聚丙烯(PP)。垃圾填埋场中60%的塑料包装是由高密度聚乙烯和低密度聚乙烯造成的。以下是塑料树脂和消费品包装的表格。

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杂货店如何决定是使用塑料袋还是纸袋?他们必须考虑每个袋子的价格以及雇用装袋工人的政策、收银台的设计、双重装袋的程度和工资率。以下是其他问题:

纸袋的:赞成使用纸袋的:

  1. 放置在汽车中更能保持形状。
  2. 比塑料袋装的还多。
  3. 每位顾客使用的袋子更少。
  4. 不使用石油产品来生产它。
  5. 为教科书制作很棒的书皮。
  6. 没有需要折断的把手。
  7. 再循环制成厨房垃圾桶的衬垫,或将瓶子和罐头运送到回收中心。
  8. 大多数纸袋含有高达25%的再生纸。

赞成使用塑料袋的:

  1. 重量更轻,更容易携带。
  2. 防水。
  3. 运输到商店所需的空间更少。(比纸袋少约80%的空间。)
  4. 不砍伐树木来生产它们。
  5. 需要较少的堆填空间。
  6. 用过的塑料袋被回收利用来制作塑料家具。
  7. 有处理。
  8. 生产塑料袋比生产纸袋消耗的能源少20-40%。
  9. 质量3克,每个成本0.33美分(HDPE)
  10. 塑料袋有两种:
    • HDPE -高密度聚乙烯(长链碳与碳结合,氢原子附着在碳上)-听起来粗糙,压碎时“起皱”,感觉干燥粗糙-回收代码#2
    • LDPE -低密度聚乙烯(碳链和碳侧链与碳原子相连,氢原子附着在碳上)-压碎时听起来更柔软或“沙沙作响”,摸起来油腻而柔软-回收代码#4。当消费者每天使用包装时,这些问题通常不明显。围绕这个话题,课堂上可能会发生一场有趣的辩论。

消费者也可以减少来源。这里有一些方法,学生可以通过减少来源和回收利用来帮助解决我们的废物问题:(让你的学生头脑风暴,列一个这样的清单。)

  • 寻找包装较少的产品。买一根不带盒子的牙膏管。
  • 使用浓缩产品。购买散装包装的浓缩洗涤剂。
  • 买大一点的,使用可重复填充的容器。液体肥皂或谷物就是例子。
  • 不要买你不会用的东西。
  • 如果你不需要这个袋子,就不要买了。
  • 尽可能多地使用各种类型的袋子。
  • 想办法回收家里的物品容器。
  • 重复使用包装材料,如泡沫包装和泡沫花生。
  • 购买软包装的产品,因为它们比刚性容器使用的材料少得多。
  • 参与社区/学校回收项目。

评估:让学生举例说明玩具以外的物品可能是由这三种制造过程制成的。牙膏、窗纱周围的塑料模塑、塑料管都是挤出来的。锅碗瓢盆和牙刷的塑料把手,以及手机或电脑的外壳都可能被注射。瓶子是吹塑的。你可以让学生在网上研究这三种制造工艺,并对每种工艺写一篇简短的描述,并举例说明每种工艺生产的几种产品,这些产品以前在课堂上没有提到过。

你甚至可以将学生分配到研究废物管理和包装相关问题的团队中。如果学生年龄足够大,可以举行纸、塑料和布的辩论。

细化

使用在探索阶段使用的相同的派对玩具,给每个生产团队一袋不同的玩具。(见所附工作表)。让学生分组讨论他们认为每个玩具是如何制作的。他们有三种选择:像聚合物工厂活动一样的挤出,或像热胶形状一样的注塑成型,或像Fingles®中的热管一样的吹塑成型。提醒学生,有些玩具是用不止一种方法制作的!生产经理应该一次从袋子里取出一个玩具,让团队观察它的属性,然后在他们的数据表上分类。这将减轻学生丢弃玩具袋,只是“玩他们”,而不是试图分析他们是如何制作的。课堂讨论会产生不同的意见,但一般来说,在前面的活动之后,他们应该对这三个过程有更好的理解。

评估:让学生生成列表,将每个玩具根据其制造工艺分为三类:挤出,注射成型或吹塑成型。在板子上做一个“主列表”,或者从所有组中编制列表。如果不同的小组对给定玩具的放置不同意,让小组讨论放置背后的原因,看看整个班级能否就玩具的分类达成一致。如果您选择,您可以根据需要对类列表进行任何更正。但是,只有在生成主列表之后才能执行此操作。如果需要更正,与学生讨论他们可能遗漏的属性或特征。(玩具及其加工方法在材料部分列出。)

你可能想在一周左右的时间里用10个这样的玩具做一个测试,看看他们是如何保留他们的知识的。


先决条件

学生应具备基本的测量和沟通技巧。不需要其他先决条件。


最佳教学实践

  • 模拟
  • 质疑
  • 实践/头脑
  • 调查
  • 学习周期

与标准保持一致

门店的标准:

  • 建立一个模型来描述物质是由小到看不见的粒子组成的。
  • 5-PS1-2测量和图表量以提供证据,无论加热、冷却或混合物质时发生的变化类型如何,物质的总重量是守恒的。
  • 5-PS1-3通过观察和测量来识别材料的性质。
  • 建立模型来描述简单分子和扩展结构的原子组成。
  • 收集和理解信息,描述合成材料来自自然资源和对社会的影响。

共同核心标准:

  • RST.6-8.1引用特定的文本证据来支持科学和技术文本的分析。
  • RST.6-8.3在进行实验、测量或执行技术任务时,严格遵循多步骤程序。
  • 编写资料性/解释性文本,包括历史事件、科学程序/实验或技术过程的叙述。

国家标准:

  • 科学技术:通过5-8年级的活动,培养学生的技术设计能力;对科学技术的理解
  • 科学探究:作为活动的结果,在5-8年级,所有学生都应该培养进行科学探究所必需的能力
  • 物理科学:在5-8年级的活动中,所有学生都应该了解:物质的性质和性质的变化
  • 科学的历史和本质:通过5-8年级的活动,所有学生都应该培养对科学作为一项人类努力的理解
  • 科学技术:通过5-8年级的活动,培养学生的技术设计能力;对科学技术的理解
  • 国家教育技术标准-技术研究工具:学生使用技术从各种来源定位,评估和收集信息

bet365官网的标准:

  • 科学探究—6-8年级:解释指导科学调查有不同的程序,这些程序是由调查的性质、安全考虑和适当的工具决定的。
  • 科学的认识方法- 6-8年级:运用科学探究过程的技巧(例如,假设、记录、描述和解释)。
  • 物理科学- 6-8年级:将用途、特性和化学过程与构成物质的小颗粒的行为和/或排列联系起来。
  • 科学与技术—6-8年级:举例说明受科学知识影响的技术进步如何影响生活质量。设计解决方案或产品时要考虑到需求和限制(例如,成本、时间、权衡、材料特性、安全性和美观性)。

内容知识

请查看程序部分中此活动的说明。


安全

Play Doh®无毒。自制面团无毒且可溶于水。丢弃的材料可以放在教室的废纸篓里。

使用热熔胶枪或热风枪时,应佩戴护目镜。

应密切监督胶枪或老师可以选择做注塑作为示范。另一种选择是让学生用手将面团注入模具,形成一个物体。然而,面团物体不像更永久的胶水一样有吸引力。

热风枪的温度足以使墙上的油漆起泡。它不应该直接对准人或任何易燃材料。学生必须受到严密监督。建议活动主管是唯一持有或移动热风枪的人。学生们可以在热气流中握住塑料管,只要他们被严密监视。当管子在热气流中旋转时,管子的长长度防止热量到达手。


应用程序

聚合产物围绕着我们。许多产品,从塑料袋到洗洁精瓶,再到塑料注射器和创可贴,都影响着我们的生活质量。每一种产品都必须按照精确的标准制造。加工方法,如挤出、注射和吹塑,利用聚合物的独特性能,以及原材料的成本和可用性以及制造时间,以合理的成本为消费者带来可靠的产品。


评估

给学生一个装有10到15件非玩具的聚合物物品的袋子,并要求学生根据制造方法对这些物品进行分类。你可能包括这样的项目吹塑瓶和罐子,注塑瓶盖,按钮,口袋梳,和挤压管道和管道,天气剥离,胶带和电线绝缘。


其他的考虑

分组建议:如果您使用本活动中描述的纸牌方法,分组将是随机的。然而,如果你的学生有不同的种族背景和能力,你可以根据这些特点选择学生分组。

进度/建议时间:完成本活动的所有部分将需要6课时。参与1个周期,探索3个周期,解释1个周期,阐述1个周期。如果进行最终评估,可能需要第7期。


可打印的PDF工作表

评分卡清单

聚合物挤出工厂活动实验表

聚合物注射成型活动实验表

聚合物吹塑活动实验表

玩具评估工作表

客户订购表格样本