МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени
______________________________________________________________________
Кафедра " Технология переработки неметаллических материалов "
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор по учебной работе
________________
" " __________ 20___ г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
"Реология полимеров и материалов"
Направление подготовки (специальность) 150100.62 Материаловедение и технологии материалов
Профиль подготовки 04 Конструирование и производство изделий из композиционных материалов
Квалификация (степень) выпускника ___бакалавр__________________________________
(бакалавр, магистр, специалист)
Форма обучения ____очная______________________________________________________
(очная, очно-заочная)
Выпускающая кафедра: "Технология переработки неметаллических материалов"
Цикл дисциплин: ___ Математический и естественно-научный цикл
Трудоемкость дисциплины (з. е.): 3 (114 часов)
Распределение трудоемкости дисциплины по семестрам и видам учебной работы
Вид учебной работы | Семестры | |
5 (17 нед.) | ||
час./нед | час/сем | |
Аудиторные занятия (АЗ) (всего), в том числе: | 2,34 | 40 |
Лекции (ЛК) | 0,9 | 16 |
% лекционных часов от АЗ по дисциплине | 40% | 40% |
Лабораторные работы (ЛР) | 0,7 | 12 |
Практические занятия: (ПЗ) | 0,5 | 8 |
Семинарские занятия (СЗ) | - | - |
Контроль самостоятельной работы (тестирование, коллоквиум, контрольные работы и др.) (КСР) | 0,24 | 4 |
% интерактивных форм обучения от АЗ по дисциплине | ||
Самостоятельная работа (СР) (час. всего), в том числе: | 4,35 | 74 |
Курсовая работа: (КР) | - | - |
Курсовой проект: (КП) | - | - |
Расчетно-графические работы (РГР) | - | - |
Реферат: (Р) | - | - |
Другие виды самостоятельной работы | 2,25 | 38 |
(2,1) | экз. (36) |
1. Цели и задачи освоения дисциплины «Реология полимеров и материалов»
Целью освоения дисциплины является приобретение студентами знаний в области реологического поведения полимеров и материалов при различных режимах деформирования, что является основой в технологии деталей и изделий из полимерных материалов; приобретение навыков работы с приборами и оборудованием для стандартных и специальных реологических испытаний материалов.
Для достижения поставленной цели при изучении дисциплины решаются следующие задачи:
1. приобретение компетенций в области деформации материалов под влиянием приложенных напряжений, внутренней реакции материала на приложенные силы, как основы гидростатики и кинематики жидкостей, т. е. процессов, которые реализуются в технологии полимерных материалов и деталей из них;
2. приобретение знаний о реологическом поведении реальных полимеров и полимерных материалов;
3. овладение экспериментальными методами определения реологических характеристик полимеров и полимерных материалов.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО 150100.62 " Материаловедение и технологии материалов"
Дисциплина "Реология полимеров и материалов" представляет собой дисциплину вариативной части математического и естественно-научного цикла дисциплин (Б2). Дисциплина базируется на курсах цикла математических и естественно-научных дисциплин (Б2), входящих в модули Химия и Физика, профессионального цикла (Б3), читаемых в 1-5 семестрах. Студенты, обучающиеся по данному курсу должны знать основы математики, неорганической и органической химии, физической химии, общей физики и физики конденсированного состояния, основы механики материалов и конструирования, основы теорий упругости, пластичности и разрушения материалов, основы информатики и информационно - коммуникационных технологий.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных компетенций:
1. Владение культурой мышления, способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения;
2. Готовность к профессиональному росту, самостоятельно пополнять свои знания, совершенствовать умения и навыки, самостоятельно приобретать и применять новые знания, развивать компетенции;
3. Умение использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих профессиональных компетенций:
1. Владение базовыми знаниями математических и естественно-научных дисциплин и дисциплин общеобразовательного цикла в объеме, необходимом для использования в профессиональной деятельности основных законов соответствующих наук, разработанных в них подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
2. Владение базовыми знаниями в области динамики и кинематики полимеров и полимерных материалов как сплошных сред, реализуемых в процессах их переработки; взаимосвязи реологического поведения полимеров и материалов с особенностями их молекулярного строения, состава, влияния компонентов полимерных материалов.
3. Умение применять знания о реологическом поведении полимеров и полимерных материалов для определения, расчета или выбора параметров переработки применительно к конкретному методу переработки; владение методами оценки реологических характеристик полимеров и полимерных материалов.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: теоретические основы механики жидкостей, гидромеханики, гидростатики и кинематики вязких жидкостей; особенности деформирования (течения) ньютоновских и неньютоновских (вязко-упругих) жидкостей (полимерных систем); влияние внешних сил на реологическое поведение полимерных систем; влияние состава полимерной системы на её реологическое поведение; об особенностях влияния температуры на поведение полимерных систем; кривые течения основных реологических типов полимерных систем и область их переработки.
Уметь: анализировать основные физико-химические процессы, протекающие в полимерных системах в процессах деформирования (течения) при получении деталей из них и управлять этими процессами.
Владеть: экспериментальными методами определения и оценки реологических характеристик полимерных систем; аналитическими и графическими приемами обработки результатов испытаний.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) "Реология полимеров и материалов "
4.1. Содержание разделов дисциплин:
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Содержание раздела | Трудоемкость, часы |
1. | Введение. Основные термины и определения. | Предмет механики жидкостей. Некоторые сведения из истории развития гидромеханики. Техническая гидромеханика, реология полимерных систем и их классификация. Законы переноса, подобие процессов переноса. Структура потоков, ламинарное и турбулентное движение жидкостей. | 1 |
2. | Основы гидростатики и кинематики жидкостей. | Силы, действующие в жидкостях - гидростатическое давление, негравитационные массовые силы, капиллярные поверхностные силы. Условия равновесия. Поле скоростей и ускорений, скорость деформации сдвига. Общее уравнение для сплошных сред-жидкостей: уравнения неразрывности и движения. Обобщенный закон Ньютона. | 1 |
3. | Ньютоновские полимерные системы. | Реологические характеристики вязкой жидкости и способы их представления. Характеристики ньютоновских полимерных систем. | 2 |
4. | Неньютоновские полимерные системы. | Неньютоновские жидкости, аномалия вязкости, основные типы неньютоновских жидкостей. Реологическое уравнение состояния, характеристики ньютоновских полимерных систем | 2 |
5. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Основные типы реометров. Методы капиллярной и ротационной вискозиметрии. Инвариантность реологических характеристик. Задаваемые и измеряемые факторы и расчетные параметры. Аналитические и графические приемы обработки результатов испытаний. Кривые течения основных реологических типов полимерных систем и область их переработки. Влияние температуры на реологическое поведение полимерных систем, определение энергии активации вязкого течения | 2 |
6. | Реология наполненных полимерных систем. | Влияние размера, формы и активности поверхности частиц наполнителя на реологическое поведение полимерных систем. Влияние количества наполнителя на структуру и вязкость наполненных систем. Оценка "активности" наполнителей по уравнению Эйнштейна - Симха и расчет эффективной толщины адсорбционного слоя. Фильтрационные процессы в полимерных системах с волокнистым наполнителем. | 2 |
7. | Хемореология. | Хемореология - метод реологической оценки химических превращений в полимерных системах. Температурно-временные ограничения области переработки полимерных материалов. | 2 |
8. | Влияние физических полей на течение. | Влияние наложения дополнительных физических полей на течение полимерных систем. Интенсификация процессов переработки полимерных материалов. | 2 |
9. | Прикладная реология. | Реология в процессах переработки полимерных материалов (ПМ). Относительные способы оценки «текучести» - формуемости ПМ. Примеры реологического поведения ПМ в процессах прессования, литья, экструзии, вальцевания, пропитки и др. | 2 |
Итого: | 16 |
4.2Лабораторный практикум
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Наименование лабораторных работ | Трудоемкость, часы |
1. | Ньютоновские полимерные системы. | Изучение течения ньютоновских жидкостей. | 4 |
2. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Изучение методов определения реологических характеристик полимерных систем. | 4 |
3. | Реология наполненных полимерных систем. | Изучение реологического поведения полимерных систем. | 4 |
Итого: | 12 |
4.3Практические (семинарские) занятия
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Наименование практических (семинарских) занятий | Трудоемкость, часы |
1. | Неньютоновские полимерные системы. | Характеристики ньютоновских полимерных систем. | 2 |
2. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Аналитические и графические приемы обработки результатов испытаний. Кривые течения основных реологических типов полимерных систем и область их переработки. | 2 |
3. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Влияние температуры на реологическое поведение полимерных систем, определение энергии активации вязкого течения. | 2 |
4. | Прикладная реология. | Примеры реологического поведения ПКМ в процессах прессования, литья, экструзии, вальцевания, пропитки и др. | 2 |
Итого: | 8 |
4.4. Контроль самостоятельной работы:
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Форма контроля (тестирование, коллоквиум, контрольные работы и др.) | Трудоемкость, часы |
1. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Контрольная работа | 2 |
2. | Реология наполненных полимерных систем. | Тестирование | 2 |
Итого | 4 |
5. Самостоятельная работа
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Вид работы (курсовой проект, курсовая работа, реферат, расчетно-графическая работа, др.) | Трудоемкость, часы |
1. | Лабораторные работы (см. п.4.2) | Оформление и подготовка к защите лабораторных работ | 14 |
2. | Практические занятия (см. 4.3) | Подготовка к практическим занятиям | 16 |
3. | Экспериментальные методы определения реологических характеристик. | Подготовка к контрольной работе | 4 |
4. | Реология наполненных полимерных систем. | Подготовка к тестированию | 4 |
5. | Реология полимеров и материалов | Подготовка к экзамену | 36 |
Итого: | 74 |
6. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки реализации компетентностного подхода предусмотрено широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий (лекции-дискуссии, диалоговые лекции, компьютерных симуляций, разбор конкретных ситуаций при изучении материалов или конкретных физико-химических явлений и технологических процессов, аналогичные задания прорабатываются самостоятельно при работе в малых группах при выполнении лабораторных работ, сообщения по отдельным вопросам дисциплины на практических занятиях), что в сочетании с внеаудиторной работой формирует и развивает профессиональные навыки обучающихся. В рамках учебного курса предусмотрены встречи с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций, экспертов и специалистов.
При организации лабораторного практикума предусмотрено использовать индивидуальный подход с выдачей отдельных для каждого студента или комплексных для 2-х – 3-х студентов заданий экспериментального характера с последующим обсуждением полученных результатов в группе.
Контроль над выполнением самостоятельной работы осуществляется преподавателем в интерактивной форме в виде бесед, тестирования и на практических занятиях. Уровень знаний, умений учащегося по всем видам работ предусмотрено оценивать по бально-рейтинговой системе, результаты которой используются при проведении экзамена по дисциплине.
7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
В качестве оценочных средств используются тестирование по разделам дисциплины. По итогам обучения проводится экзамен.
В качестве учебно-методического обеспечения самостоятельной работы студентов используется справочная, учебная и монографическая литература, а также, методические указания по выполнению и оформлению лабораторных работ, учебные пособия (в т. ч. в электронной форме), созданные преподавателями кафедры, интернет-ресурсы.
Примеры вопросов к тестированию:
1. Молекулярно – кинетическая теория вязкотекучего состояния полимеров:
- механика течения;
- время релаксации, пластическая и эластическая составляющая текучести;
- энергия активации вязкого течения.
2. Основные схемы организации течения:
- эпюры напряжений сдвига;
- эпюры скоростей;
- эффективный коэффициент вязкости.
3. Уравнения реологического состояния:
- уравнение Ньютона;
- уравнение Шведова – Бингама;
- «неньютоновское» уравнение.
4. Графическое представление уравнений реологического состояния:
- представление в прямых координатах;
- представление в двойных логарифмических координатах.
5. Экспериментальное исследование реологических свойств полимерных композиций:
- капиллярная вискозиметрия;
- ротационная вискозиметрия;
- потеря устойчивости процесса течения и вторичные эффекты;
- определение «входовых потерь».
6. Наложение различных физико-химических процессов на стационарные реологические потоки и эффекты взаимодействия:
- хемореология;
- влияние вибрации ультразвука;
- влияние магнито-элетрических полей.
7. Реология в технологических процессах переработки полимерных материалов:
- процессы смешения, диспергирования и нагрева;
- технология уплотнения и прессования;
- интенсификация подготовки расплавов при литье под давлением полимерных композиций; расчет необходимого давления формования.
Примеры вопросов к экзамену:
1. Техническая гидромеханика, реология полимерных систем и их классификация.
2. Законы переноса, подобие процессов переноса.
3. Поле скоростей и ускорений, скорость деформации сдвига.
4. Общее уравнение для сплошных сред-жидкостей: уравнения неразрывности и движения.
5. Обобщенный закон Ньютона.
6. Характеристики ньютоновских полимерных систем.
7. Неньютоновские жидкости, аномалия вязкости, основные типы неньютоновских жидкостей.
8. Реологическое уравнение состояния, характеристики ньютоновских полимерных систем.
9. Влияние температуры на реологическое поведение полимерных систем.
10. Влияние наполнителя на структуру и вязкость наполненных систем.
11. Фильтрационные процессы в полимерных системах с волокнистым наполнителем.
12. Температурно-временные ограничения области переработки полимерных материалов.
13. Влияние физических полей на течение.
14. Реология в процессах переработки полимерных материалов.
15. Относительные способы оценки «текучести» - формуемости полимерных материалов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) "Реология полимеров и материалов "
8.1. Основная литература:
8.1.1. Реология: концепции, методы, приложения. Пер. с англ./Под ред. А. Я Малкина и . – СПб.: Профессия, 2010. – 558 с.
8.1.2. , Малкин полимеров. – М.: Химия, 1977. – 440 с.
8.1.3. Течение полимеров. Пер. с англ. / Под ред. . – М.: Мир, 1971. – 259 с.
8.1.4. , Саковцева и переработка термопластов: Справочное пособие. - Л.: Химия, 19с.
8.1.5. Технология полимерных материалов: Учеб. пособие / , , и др.; под общ. Ред. . – СПб.: Профессия, 2008. – 544 с.
8.1.6. , , Сафронов полимеров и полуфабрикатов полимерных материалов: Учеб. пособие. - М.: «МАТИ»-РГТУ им. , 20с.
8.1.7. Формирование структуры отверждающихся композиций: Учебное пособие/ , - М.: МАТИ, 199с.
8.2. Дополнительная литература:
8.2.1. Справочник по технологии изделий из пластмасс / Под ред. , , . - М.: Химия, 20с.
8.2.2. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов/ , , и др. - М.: Химия, 19с.
8.2.3. , , Соколов испытания реактопластов. - М.: Химия, 19с.
8.2.4. Богданов исследования технологических свойств пластмасс: Учебное пособие. - Л.: Изд-во Лен. Университета, 19с.
8.2.5. , Кулаков вязкозиметры - М.: Машиностроение, 1984.
8.2.6. Энциклопедия полимеров. Т. I, II, III - М.: Сов. Энциклопедия, 1972.
8.2.7. , , Снежков и магнитные поля в технологии полимерных композитов./Под ред. - Минск: Наука и техника, 1990.
8.3 Интернет-ресурсы:
Интернет доступ на кафедре (www. ),
http://www. *****/books. htm, http://www. *****/lectures/lectures_materialoved. htm
http://www. /
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) "Реология полимеров и материалов "
9.1. Лекционные занятия
9.1.1. Комплект электронных презентаций/слайдов.
9.1.2. Компьютерный класс А427, оснащенный презентационной техникой (проектор, экран, компьютер).
9.1.3. Набор альбомов.
9.1.4. Библиотека кафедры и университета.
9.1.5. Учебные фильмы.
9.2. Лабораторные работы
9.2.1. Лаборатория А422, оснащенная вытяжными шкафами, приборами оценки свойств компонентов и полимерных материалов; различными типами волокнистых наполнителей и связующих.
9.2.2. Лаборатория А419, оснащенная приборами определения показателя текучести расплава.
9.2.3. Лаборатория А421, оснащенная смесительным оборудованием (смеситель лопастного типа); технологическим оборудованием (ручными гидравлическими прессами, пултрузионной установкой, лабораторной универсальной установкой для штамповки деталей из термопластичных листовых заготовок, намоточным станком для изготовления кольцевых образцов; разрывными машинами.
9.3. Практические занятия
9.3.1. Компьютерный класс А427.
9.3.2. Презентационная техника (проектор, экран, компьютер).
9.3.3. Пакеты ПО общего назначения (текстовые редакторы, графические редакторы).
Рабочая учебная программа по дисциплине "Реология полимеров и материалов" составлена в соответствии с требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта ВПО с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению 150100.62 "Материаловедение и технологии материалов" и учебного плана по профилю подготовки Конструирование и производство изделий из композиционных материалов
Автор(ы) проф., д. т.н. ____________________ ( )
Рецензент(ы) проф., д. т.н. _________________ ()
Рабочая учебная программа рассмотрена на заседании учебно-методического совета университета протокол № ____ от “ “ ________ 20___ г. и признана соответствующей требования Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлению 150100.62 "Материаловедение и технологии материалов"
Председатель УМС ______________
Рабочая учебная программа рассмотрена методическим Советом факультета №4 и признана соответствующей требования Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлению 150100.62 "Материаловедение и технологии материалов"
Декан факультета № 4 ______________________________________ ()
Председатель методического Совета факультета № 4_____________ ( )
Программа согласована с УМУ университета ______________
