Рабочая программа дисциплины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Саратовский государственный университет имени

Институт химии

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебно-методической работе

доктор, профессор______________

"__" __________________2011 г.

Рабочая программа дисциплины

Основы технологии производства полимерных материалов

Направление подготовки: 020100 – химия

Профиль подготовки: высокомолекулярные соединения

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Саратов,

2011 год

1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина «Основы технологии производства полимерных материалов» имеет своей целью углубленное изучение имеющихся представлений и получение новых знаний и умений в области основ технологии производства полимерных материалов; формирование у студентов компетенций, связанных со способностью овладения навыками химического эксперимента, основными методами получения и исследования полимерных материалов, физико-химическими методами их модификации; навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов; методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов; методами отбора материала для теоретических и лабораторных работ для последующего применения полученных знаний и навыков для выполнения профессиональных задач.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Основы технологии производства полимерных материалов» (Б3. ДВ1) относится к дисциплинам по выбору профессионального (специального) цикла и обеспечивает содержательную взаимосвязь с общепрофессиональными дисциплинами профиля подготовки «высокомолекулярные соединения».

Материал дисциплины основывается на знаниях, полученных при изучении курсов «Высокомолекулярные соединения», «Органическая химия», «Биоорганическая химия», в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия». Материал курса предшествует освоению специальных дисциплин профессионального цикла (Б3. ДВ2) «Природные полисахариды и их производные», «Современные методы исследования полимеров».

При изучении данного курса обучающийся должен иметь общие представления об основах технологических процессов производства полимерных материалов, их структуре, физико-химических свойствах и областях применения; владеть теоретическими представлениями о строении и свойствах основных классов полимеров; владеть теоретическими основами основных методов химического анализа; владеть основами информатики для использования программного обеспечения при обработке экспериментальных данных и подготовки научных публикаций.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

В результате освоения дисциплины «Основы технологии производства полимерных материалов» формируются следующие компетенции:

- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

- владение одним из иностранных языков навыков разговорной речи (ОК-12);

- умение работать в коллективе, готовность к сотрудничеству с коллегами, способность к разрешению конфликтов и социальной адаптации (ОК-14);

- способность в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-15);

- понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности (ПК-1);

- владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций ( ПК-4);

- представление основных химических, физических и технических аспектов химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5);

- владение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6);

- иметь опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях (ПК-7);

- владение методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать:

- современные методы синтеза высокомолекулярных соединений;

- основы технологии производства химических волокон;

- основы технологии производства пластических масс;

- основы технологии производства полимерных пленок;

- основы технологии производства эластомеров;

- физикохимические основы процессов структурообразования в полимерах;

- основные методы исследования физико-химических свойств полимерных материалов.

•Уметь:

- применять полученные теоретические знания на практике при описании основ технологии производства полимерных материалов и изучении их основных химических и физико-механических свойств;

- анализировать преимущества и недостатки существующих технологических процессов производства основных видов полимерных материалов;

- работать с научной литературой по актуальным вопросам технологии производства полимерных материалов;

- творчески подходить к подготовке научных сообщений по данной проблематике.

•Владеть:

- практическими навыками экспериментальной работы по получению полимерных материалов;

- практическими навыками экспериментальной работы с использованием термомеханического, реологического, оптического методов исследования полимеров;

- методами математической обработки полученных экспериментальных результатов.

4. Структура и содержание дисциплины «Основы технологии производства полимерных материалов».

Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц 324 часа (48 лекционных, 96 лабораторных, 144 самостоятельной работы, 36 экзамен).

№	Вид работы	Трудоемкость (в часах)
1.	Лекции	48
2.	Лабораторные занятия	96
3.	Самостоятельная работа	144
4.	Экзамен	36
ИТОГО	324

4.1. Структура лекционного курса

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Трудоемкость (в часах)
1	Введение в переработку полимеров.	8	1	4
2	Структурообразование в полимерах	8	2-3	8
3	Стадии технологии производства полимеров	8	4-6	12
4	Формование	8	7	4
5	Переработка пластмасс	8	8-9	8
6	Формование волокон	8	10	4
7	Производство эластомеров	8	11	4
8	Композиционные материалы	8	12	4
				48

1.  ВВЕДЕНИЕ В ПЕРЕРАБОТКУ ПОЛИМЕРОВ

Виды полимерных материалов. Классификация полимерных материалов по области применения: волокна, пленки, эластомеры, пластмассы (термопласты, термореактопласты). Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров: экструзия, каландрование, литье под давлением, компрессионное и трансферное формование, ротационное формование, раздув, термоформование. Изготовление пленок и листов. Производство слоистых пластиков. Формовочные массы и их предварительная обработка. Пресс-литье. Формование вытяжкой. Покрытия.

2.  СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ПОЛИМЕРАХ

Формирование структуры полимеров. Морфология полимерных монокристаллов. Надмолекулярная структура полимеров, кристаллизующихся из расплавов. Влияние температуры кристаллизации на кинетику кристаллизации и морфологию полимеров. Кинетика кристаллизации. Морфология сферолитов. Влияние давления на процесс кристаллизации. Кристаллизация в процессе течения. Морфологические изменения в полимере в процессе холодной вытяжки. Морфология аморфных полимеров. Определение молекулярной ориентации в полимерах.

3.  СТАДИИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРОВ

Значение сыпучих материалов в процессе переработки. Свойства сыпучих материалов. Агломерация.

Плавление. Классификация методов плавления. Роль геометрии тела, граничных условий и физических свойств полимера при плавлении. Плавление полимеров без удаления образующегося расплава. Удаление расплава из зоны плавления избыточным гидростатическим давлением. Спекание.

Создание давления и перекачивание расплава. Классификация методов создания давления.

Смешение в процессах переработки. Классификация смесителей. Смесители периодического действия. Смесители непрерывного действия. Смешиваемость полимерных жидкостей. Гомогенизация. Диспергирование. Статические смесители. Вальцы.

4.  ФОРМОВАНИЕ

Формующий инструмент. Течение в капиллярах. Высокоэластическое восстановление струи. Формование волокна. Вытяжка волокон из расплава. Формование листов и пленок. Формование труб и рукавных пленок. Наложение изоляции на провод и кабель. Экструзия профильных изделий. Термоформование. Выдувное формование.

Литье под давлением термопластов. Литье под давлением реакционно-способных олигомеров. Прессование. Заливка. Каландрование.

5.  ПЕРЕРАБОТКА ПЛАСТМАСС

Полиэтилен: производство, ПЭВД, ПЭНД. Полипропилен. Модификация и производные полиэтилена. Сополимеры олефинов.

Поливинилхлорид и сополимеры винилхлорида. Получение ПВХ и сополимеров винилхлорида, их структура и свойства. Технологические свойства ПВХ. Пластификация и пластификаторы, стабилизация изделий на основе ПВХ. Переработка ПВХ. Области применения и технологические свойства изделий на основе ПВХ.

Полимеры стирола. Промышленная полимеризация стирола. Физико-механические и химические свойства полистирола. Переработка полистирола методом литья под давлением. Ударопрочный полистирол. Сополимеры стирола с акрилонитрилом. Пенополистирол.

Простые и сложные эфиры поливинилового спирта. Полимеры акриловой кислоты, ее гомологов и производных.

6.  ФОРМОВАНИЕ ВОЛОКОН

Способы формования химических волокон: сухой, мокрый, сухо-мокрый. Фильеры. Приготовление прядильных растворов.

Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом прямого формования из расплава. Модифицирование волокон. Методы модифицирования волокон. Физические методы с изменением надмолекулярного строения, формы или внешней поверхности волокон. Сверхвысокоскоростное формование волокон из расплавов.

Волокна на основе воспроизводимых растительных ресурсов: ацетатные волокна, вискозные волокна, гидратцеллюлозные волокна. Синтетические волокна. Проблемы сырьевых ресурсов для производства химических волокон.

7.  ПРОИЗВОДСТВО ЭЛАСТОМЕРОВ

Деформация, течение и молекулярно-структурные особенности эластомеров. Термомеханическая кривая эластомеров. Реологические свойства каучуков и резин и методы их математического описания. Классическая теория высокоэластичности. Структура и деформационные свойства наполненных резиновых смесей в условиях растяжения.

Реологические особенности наполненных эластомеров. Физикохимические закономерности диспергирования технического углерода в эластомерах. Влияние наполнения на реологические свойства эластомеров. Теплофизические свойства эластомеров. Адгезионно-фрикционные явления при деформации и течении в процессе переработки эластомеров. Моделирование, прогнозирование и регулирование реологических процессов при переработке эластомеров.

8.  КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ассортимент полимерных композиционных материалов. Народнохозяйственное значение. Проблемы разработки и применения полимерных композиционных материалов.

Структура и свойства полимерных композиционных материалов Эксплуатационные свойства полимерных композиционных материалов и их оптимизация. Термопластичные полимерные композиционные материалы. Термореактивные полимерные композиционные материалы.

4.2. Структура лабораторных занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам)
				лаб	сам	Всего
1	Определение температурных диапазонов существования различных фазовых состояний образцов полистирола, их сравнительная характеристика.	8	1	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
2	Определение количества ацетонорастворимых фракций в пластике	8	2	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
3	Определение эпоксидного числа в эпоксидной смоле	8	3	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
4	Определение равновесного набухания пластмассы	8	4	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
5	Определение равновесного набухания целлюлозных волокон	8	5	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
6	Определение плотности резины	8	6	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
7	Определение параметров пространственной сетки резины	8	7	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
8	Приготовление прядильных растворов ацетатов целлюлозы с разной степенью ацетилирования	8	8	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе. ·  Дискуссия по теме № 1
9	Формование ацетатных волокон мокрым способом	8	9	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
10	Определение разрывной прочности и удлинения при разрыве синтезированных и промышленных ацетатных волокон	8	10	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе. ·  Дискуссия по теме № 2
11	Синтез феноло-формальдегидной смолы	8	11	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе.
12	Определение параметров пространственной сетки синтезированного фенопласта	8	12	8	12	20	·  Письменный отчет к лаб. работе. ·  Написание реферата
				96	144	240

5. Образовательные технологии

Наряду с традиционными образовательными технологиями широко используются технологии, основанные на методах научно-технического творчества и современных информационных средствах, включающие, в том числе, обучение на основе учебных дискуссий по теме «Перспективы получения полимерных материалов со специальными свойствами» и «Перспективы применения полимерных материалов в народном хозяйстве», написание рефератов, а также систем обучения профессиональным навыкам и умениям. Предусмотрены встречи с представителями российских компаний, в частности с руководством , специализирующемся на получении синтетических полимеров.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического материала [1-5], подготовку к лабораторным работам, оформление лабораторных работ, написание рефератов по предлагаемым темам, подготовку к текущему и итоговому контролю.

Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении 1)

Вопросы для самостоятельной подготовки учебной дискуссии по теме «Перспективы получения полимерных материалов со специальными свойствами»

1.  Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров.

2.  Изготовление пленок и листов.

3.  Производство слоистых пластиков.

4.  Покрытия.

5.  Надмолекулярная структура полимеров, кристаллизующихся из расплавов.

6.  Влияние температуры кристаллизации на кинетику кристаллизации.

7.  Влияние температуры кристаллизации на морфологию полимеров.

8.  Влияние давления на процесс кристаллизации.

9.  Морфология аморфных полимеров.

10.  Молекулярная ориентация в полимерах.

11.  Роль геометрии тела, граничных условий и физических свойств полимера при плавлении.

12.  Формование волокна.

13.  Вытяжка волокон из расплава.

14.  Формование листов и пленок.

15.  Формование труб и рукавных пленок.

16.  Экструзия профильных изделий.

17.  Термоформование.

18.  Прессование.

Вопросы для самостоятельной подготовки учебной дискуссии по теме «Перспективы применения полимерных материалов в народном хозяйстве».

1.  Применение полимерных волокон.

2.  Применение полимерных пленок.

3.  Применение эластомеров.

4.  Применение пластмасс.

5.  Модификация и производные полиэтилена.

6.  Сополимеры олефинов.

7.  Поливинилхлорид и сополимеры винилхлорида.

8.  Технологические свойства поливинилхлорида

9.  Переработка поливинилхлорида.

10.  Промышленная полимеризация стирола.

11.  Простые и сложные эфиры поливинилового спирта.

12.  Полимеры акриловой кислоты, ее гомологов и производных.

13.  Способы формования химических волокон.

14.  Приготовление прядильных растворов.

15.  Нетканые волокнистые материалы.

16.  Методы модифицирования волокон.

17.  Проблемы сырьевых ресурсов для производства химических волокон.

18.  Полимерные композиционные материалы.

19.  Эксплуатационные свойства полимерных композиционных материалов.

Темы рефератов.

1.  Получение и применение полиакрилонитрильных волокон.

2.  Полиамиды и изделия на их основе.

3.  Производство ацетатных волокон.

4.  Технологическая схема производства вискозы и материалов на ее основе.

5.  Волокна для медицины.

6.  Производство и применение волокна капрон.

7.  Полиолефиновые волокна и перспективные направления их использования в народном хозяйстве.

8.  Производство целлофана.

9.  Полимерные пленки как упаковочные материалы.

10.  Производство волокна лавсан.

11.  Текстильные операции в процессе производства химических волокон.

12.  Свойства полимерных композиционных материалов.

13.  Термопластичные полимерные композиционные материалы.

14.  Термореактивные полимерные композиционные материалы.

15.  Получение и применение пластмасс на основе полистирола.

16.  Промышленные способы вулканизации каучуков.

17.  Синтез эластомеров.

18.  Синтез эпоксидных смол.

19.  Получение и области применения фенолоальдегидных полимеров.

20.  Области применения и технологические свойства изделий на основе ПВХ.

21.  Физико-механические и химические свойства полистирола.

22.  Сополимеры стирола с акрилонитрилом.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

1.  Савельянов химическая технология полимеров. — М.: Академкнига, 2007. — 336 с.

2.  Перепелкин волокна и волокнистые полимерные
композиты, 2009.

б) дополнительная литература:

3.  Михайлин полимерные композиционные материалы. С.-П.: Изд-во НОТ, 2010, 822 с.

4.  Михайлин полимерные композиционные материалы. С.-П.: Изд-во НОТ, 2009, 660 с.

5.  Справочное руководство по испытаниям пластмасс и
анализу причин их разрушения, 2009.

Программа дисциплины, календарный план лабораторных работ, перечень вопросов для самостоятельной подготовки выдаются обучающимся в начале 8 семестра.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1.  Учебная аудитория для чтения лекций

2.  Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная необходимым оборудованием.

3.  Химические реактивы.

4.  Химическая посуда.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки «высокомолекулярные соединения».

Автор __________________ к. х.н., доцент

Программа одобрена на заседании базовой кафедры полимеров

от.02.2011года, протокол №_____.

Зав. базовой кафедрой полимеров

Д. х.н., доцент

Директор Института химии

Д. х.н., профессор

Приложение 1

Экзаменационные билеты к курсу

Билет № 1

1.  Классификация полимерных материалов по области применения: волокна, пленки, эластомеры, пластмассы.

2.  Классификация методов плавления. Роль геометрии тела, граничных условий и физических свойств полимера при плавлении.

Билет № 2

1.  Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров: экструзия, каландрование, литье под давлением, раздув, термоформование.

2.  Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом прямого формования из расплава.

Билет № 3

1.  Технологические основы производства полимерных пленок и листов.

2.  Структура и свойства полимерных композиционных материалов.

Билет № 4

1.  Технологические основы формования труб и рукавных пленок.

2.  Физико-механические и химические свойства полистирола. Переработка полистирола методом литья под давлением.

Билет № 5

1.  Классификация методов создания давления в процессе перекачивание расплава полимера.

2.  Промышленная полимеризация стирола.

Билет № 6

1.  Морфология аморфных полимеров.

2.  Получение поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида, их структура и свойства.

Билет № 7

1.  Кинетика кристаллизации полимеров.

2.  Формование волокна. Вытяжка волокон из расплава. Формование из растворов.

Билет № 8

1.  Производство слоистых пластиков.

2.  Смешение в процессах переработки. Смешиваемость полимерных жидкостей. Гомогенизация. Диспергирование.

Билет № 9

1.  Технологические основы формования полимерных материалов вытяжкой.

2.  Полимеры стирола. Ударопрочный полистирол. Сополимеры стирола с акрилонитрилом. Пенополистирол.

Билет № 10

1.  Формовочные массы и их предварительная обработка.

2.  Надмолекулярная структура полимеров, кристаллизующихся из расплавов. Влияние температуры кристаллизации на кинетику кристаллизации и морфологию полимеров.

Билет № 11

1.  Адгезионно-фрикционные явления при деформации и течении в процессе переработки эластомеров.

2.  Основы технологии производства полиэтилена высокого и низкого давления.

Билет № 12

1.  Морфологические изменения в полимере в процессе холодной вытяжки.

2.  Волокна на основе воспроизводимых растительных ресурсов: ацетатные волокна, вискозные волокна, гидратцеллюлозные волокна.

Билет № 13

1.  Реологические свойства каучуков и резин и методы их математического описания.

2.  Методы модифицирования химических волокон.

Билет № 14

1.  Технологические основы процесса литья под давлением термопластов.

2.  Термореактивные полимерные композиционные материалы: их свойства и области применения.

Билет № 15

1.  Волокна на основе воспроизводимых растительных ресурсов: ацетатные волокна, вискозные волокна, гидратцеллюлозные волокна.

2.  Реологические особенности наполненных эластомеров.