Технология переработки пластмасс и эластомеров

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет

имени А»

Энгельсский технологический институт (филиал)

Кафедра химической технологии

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ДС.04 «Структура полимерных материалов»

для специальности 240502.65

«Технология переработки пластмасс и эластомеров»

Курс – 5 (6) Семестр – 9 (11) Часов в неделю – 4 Экзамен – 9 семестр (11) Контрольная работа – (11 семестр) Всего – 136 час. (24)

Лекции – 34 час. (12час) Лабораторные занятия – 34 час. (8 час.) СРС – 68 час.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры « 9 » 11 2011 г., протокол

Зав. кафедрой, профессор

Рабочая программа утверждена на заседании УМКС «ТПЭ» « 11 » _11_2011 г, протокол 2.

Председатель УМКС, профессор

Энгельс – 2011 г.

1.  ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ,

ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1.  Цель преподавания дисциплины:

Дисциплина «Структура полимерных материалов» является завершающей в теоретической подготовке инженеров-технологов. Целью изучения данной дисциплины является овладение связями между структурой, свойствами и технологией полимерных материалов, знание которых необходимо для разработки и успешного управления технологическим процессом на основе современных достижений полимерной науки.

1.2.  Задачи преподавания дисциплины

В соответствии с поставленной целью основными задачами дисциплины «Структура полимерных материалов» являются:

- обобщение знаний по структуре и свойствам наиболее применяемых природных и синтетических полимеров;

- изучение структуры и свойств полимеров в зависимости от агрегатного, термодинамического и физического состояния полимеров;

- изучение влияния состава на структуру и свойства полимерных композиционных материалов;

- изучение изменений структуры и свойств полимерных материалов на различных стадиях технологического процесса переработки полимерных материалов (ПМ);

- изучение основных способов исследования структуры и свойств ПМ.

1.3.  Перечень дисциплин, усвоение которых студентами

необходимо для изучения данной дисциплины

Преподавание данной дисциплины базируется на знании студентами ранее изученных дисциплин:

1)  общая, органическая, коллоидная и физическая химия;

2)  физика, в том числе термодинамика;

3)  физика и химия полимеров;

4)  технология переработки полимеров;

5)  математика;

6)  процессы и аппараты химических производств.

2.  ТРЕБОВАНИЯ К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ

СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Студент должен знать:

- закономерности влияния различных агрегатных, термодинамических и физических состояний на структуру и свойства полимерных материалов (ПМ);

- закономерности влияния химической структуры на свойства полимеров;

- закономерности влияния состава и условий переработки на структуру и свойства ПМ.

Студент должен уметь:

-  Осуществить обоснованный выбор компонентов ПМ для получения ПМ с заданными свойствами и определенного назначения;

-  Применять закономерности регулирования свойств ПМ путем изменения надмолекулярной структуры полимеров;

-  Произвести обоснованный выбор необходимых технологических приемов для достижения заданного комплекса свойств и структуры ПМ.

3.  РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ

ПО ТЕМАМ И ВИДАМ ЗАНЯТИЙ

№ модуля	№ недели	№ темы	Наименование темы	Ч а с ы
Всего	Лекции	Лаб. занятия	Практич. занятия	СРС
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1-2	1	Структура и свойства природных полимеров	14 (12)	4 (2)	4	-	6 (10)
1	3-6	2	Структура и свойства синтетических полимеров	35 (32)	8 (12)	6	-	21 (30)
2	7-8	3	Структура и свойства аморфной фазы полимеров и сетчатых полимеров	23 (26)	4 (2)	10 (10)	-	9 (20)
2	9-12	4	Структура и свойства кристаллической фазы полимеров	36 (38)	10 (4)	8 (4)	-	18 (30)
3	13-17	5	Изменение структуры и свойств на различных стадиях технологического процесса получения ПМ	28 (28)	8 (2)	6	-	14 (26)
			Всего: д/о з/о	136 136	34 12	34 8	-	68 116

4.  СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА

№ темы	Всего часов	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции
1	2	3	4
1	4 (2)	1	Структура и свойства природных полимеров: классификация полимеров по химическому составу и происхождению; производные целлюлозы и их применение; структура и свойства продуктов переработки целлюлозы.
		2	Виды молекулярной массы полимеров и методы определения молекулярной массы полимеров. Структура поперечного среза волокон, ее зависимость от условий формования.
2	8 (8)	3	Структура и свойства синтетических полимеров: Форма и взаимное расположение макромолекул синтетических полимеров; внутри - и межмолекулярное взаимодействие в полимерах; конформация макромолекул.
		4	Конфигурация макроцепей; факторы, обусловливающие конфигурацию.
		5	Зигзагообразная и спиральная конфигурация макромолекул, их упаковка; зависимость физических свойств синтетических полимеров и сополимеров от их состава и структуры.
		6	Стереорегулярные полимеры, их получение; влияние стереорегулярности на свойства полимеров.
3	4 (12)	7	Структура и свойства аморфной фазы полимеров и сетчатых полимеров: надмолекулярная структура аморфных полимеров; равновесная высокоэластическая деформация; структура и свойства сетчатых полимеров; кинетика отверждения олигомерных смол.
		8	Изменение свойств аморфных полимеров при переходе из стеклообразного в высокоэластическое состояние; спектр времен релаксации.
			Вынужденная эластичность, её механизм, предел вынужденной эластичности; влияние вынужденной эластичности на прочность.
4	1 (4)	9	Структура и свойства кристаллической фазы полимеров: Различия свойств аморфной и кристаллической фаз; различие структуры и свойств полимерных кристаллитов и низкомолекулярнгых кристаллов; основные типы надмолекулярных структур кристаллизующихся полимеров.
		10	методы определения степени кристалличности (рентгенографический, оптический, по плотности фаз).
		11	методы определения среднего размера кристаллитов (метод Дебая, электронная микроскопия); структура и свойства сферолитов.
1	2	3	4
		12	Кинетические закономерности процесса кристаллизации; методы определения показателя оптической анизотропии (интерференционные и иммерсионные).
		13	развитие теории тонкой структуры полимеров.
5	8 (2)	14	Изменение структуры и свойств полимеров на различных стадиях технологического процесса переработки полимеров: Особенности структуры и свойств полимерных расплавов и концентрированных растворов; влияние молекулярной массы, продолжительности течения, напряжения сдвига и температуры на вязкость полимеров.
		15	закономерности течения полимеров и структурообразование при формовании.
		16	структурообразование при вытяжке; виды и назначение термообработок, их влияние на структуру и свойства изделий.
		17	обзор структуры, свойств и применения изделий из полимеризационных и поликонденсационных полимеров.

5.ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Практические занятия по данной дисциплине учебным планом не предусмотрены.

6.  ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

№ темы	Всего часов	№ работы	Наименование лабораторной работы. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии
1	2	3	4
1,2,4	8 (4)	1	Исследование структуры полимерных материалов (ПМ) методом обращенной газовой хроматографии (ОГХ) [13]. Методом ОГХ изучают влияние химической природы и технологических условий на величину удельной поверхности и на структурные изменения при нагревании химических волокон или других полимерных материалов. Для этого колонку хроматографа заполняют либо армирующими нитями, либо нитями, пропитанными связующим, либо измельченным ПМ.
3	10 (4)	2	Исследование структуры полимерных материалов термомеханическим методом [12]. В этой работе на основе теории сетчатых полимеров и теории Флори оценивается влияние технологических параметров на модули упругости и среднюю массу межузловых цепей в реактопластах, в том числе в реактопластах, армированных различными нитями.
1	2	3	4
2,5	8	3	Изучение свойств синтетических смол и кинетики отверждения смол методом эбуллиоскопии [14]. Повышение температур кипения растворов по сравнению с температурами кипения чистых растворителей позволяет оценить величину молекулярной массы растворенных веществ. Различные смолы можно сравнивать по молекулярной массе, а также исследовать кинетику процессов отверждения по изменению средней молекулярной массы золя.
5	8	4	Исследование структуры полимеров методом спектра мутности [15]. Методом спектра мутности определяют размер надмолекулярных образований и их концентрации в коллоидных растворах полимеров на основе измерения оптической плотности растворов с использованием сравнительно простого оборудования – фотоэлектроколориметров. Результаты измерений позволяют изучить влияние химической природы полимеров и условий получения ПМ на величину указанных параметров, связанных с характеристиками топологической структуры полимеров.

7.  ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

№ темы	Всего часов	Вопросы для самостоятельного изучения (задания)	Литература
1	2	3	4
1	6 (10)	Структура и свойства продуктов переработки производных целлюлозы.	3,5,6,15
2	21 (30)	Общие закономерности структуры и свойств карбоцепных и гетероцепных полимеров.	6,13,14,15
		Реакционная способность синтетических полимеров	4,14,15,16
		Виды молекулярной массы полимеров, способы определения молекулярной массы каждого вида.	12,13
3	9 (20)	Зависимость предела вынужденной эластичности от условий деформирования.	2,3,6,8, 11,13
		Классификация электронных микроскопов: Просвечивание (объект прозрачен для электронов); теневые; эмиссионные, отражательные, зеркальные, растровые (объект не прозрачен для электронов).	13,16
4	18	Термомеханические кривые кристаллизующихся полимеров.	11,13
	(30)	Классификация сферолитов.	7,15
1	2	3	4
		Жидкокристаллическое состояние полимеров. Ориентационные явления в жидкокристаллическом состоянии.	8,9
5	14 (26)	Обобщенный закон течения полимерных жидкостей. Причины отклонения течения реальных жидких полимеров от закона Ньютона течения жидкостей.	1,13
		Различие механизмов фазового разделения по спинодальному распаду и через зародышеобразование. Приёмы регулирования скорости фазового разделения.	1,12,13,14
		Влияние деформирования на структуру и свойства ПМ, конкуренция обратимых и необратимых процессов при растяжении. Деформация аморфных и частично закристаллизованных полимеров. Влияние натяжения на температуру плавления. Первичная и вторичная кристаллизация при получении волокон и пленок.	13,14,15 7,14 7,13

8. КУРСОВАЯ РАБОТА

Курсовая работа по данной дисциплине не запланирована.

9. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Курсовой проект по данной дисциплине не запланирован.

10. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Расчетно-графическая работа по данной дисциплине не запланирована.

11.  КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Предусмотрена одна контрольная работа по темам 1-5. Контрольная работа содержит теоретический вопрос и задачу. Трудоёмкость контрольной работы – 20 час [23].

12.  ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Основные карбоцепные и гетероцепные полимеры (название и химические формулы, специфические свойства).

2.  Агрегатные и физические состояния полимеров. Высокоэластическое и вынужденноэластическое физические состояния полимеров.

3.  Основные требования, которым должны удовлетворять волокнообразующие полимеры.

4.  Виды молекулярной массы полимеров (среднемассовая, среднечисленная, вискозиметрическая) и способы их определения.

5.  Структура, свойства и применение целлюлозы и её производных.

6.  Структура, свойства и применение вискозных волокон и пленок.

7.  Структура, свойства и применение ацетатных волокон.

8.  Структурные типы выпускаемых химической промышленностью синтетических полимеров. Приведите примеры каждого типа полимеров.

9.  Понятие цис - и транс - изометрии полимеров, её влияние на свойства. Приведите примеры.

10.  Стереорегулярность. Классификация полимеров по типу взаимного расположения боковых групп. Влияние стереорегулярности на свойства полимеров.

11.  Основные факторы, влияющие на конфигурацию макромолекул. Дайте примеры влияния этих факторов на физические характеристики полимеров.

12.  Кристаллическая и аморфная фаза полимеров. Подвижность макро цепей и кристаллизация. Степень кристалличности. Дайте примеры полимеров, обладающих малой, средней и большой степенью кристалличности.

13.  Физическая природа сил внутри - и межмолекулярного взаимодействия в полимерах.

14.  Понятие конформации макромолекул. Поворотные изомеры.

15.  Приведите примеры зигзагообразных и спиральных макромолекул полимеров. Плотность упаковки макромолекул.

16.  На примерах покажите зависимость температуры плавления и плотности синтетических полимеров и сополимеров от их состава и наличия заместителей.

17.  Химические реакции, характерные в условиях эксплуатации изделий из различных синтетических полимеров.

18.  Преимущества стереорегулярных полимеров. Механизм стереорегулярной полимеризации.

19.  Структура аморфной фазы полимеров.

20.  Энтропийная и энергетическая составляющие напряжения при деформации полимеров.

21.  Зависимость модуля упругости от концентрации межузловых цепей в сетчатых полимерах. Учет влияния дефектов сеток.

22.  Явление вынужденной эластичности. Зависимость предела упругости от условий деформирования образца. Температура хрупкости полимеров.

23.  Изменение механических характеристик аморфных полимеров при переходе из стеклообразного в высокоэластическое состояние.

24.  Период релаксации макромолекул. Связь между периодом релаксации, динамической вязкости и модулем упругости. На примерах показать зависимость спектра времен релаксации от химической структуры макроцепей.

25.  Контроль кинетики отверждения олигомерных смол способом экстракции с анализом растворов золя.

26.  Классификация способов контроля отверждения термореактивных смол.

27.  Кинетические характеристики отверждения термореактивных смол.

28.  Термодинамика деформирования эластомеров в изотермическом и неизотермическом режимах.

29.  Структура и свойства термореактивных полимеров, полученных термическим отверждением олигомерных смол.

30.  Структура и свойства термореактивных полимеров, полученных отверждением олигомерных смол при помощи различных добавок.

31.  Основные виды и размеры надмолекулярных структур кристаллизующихся полимеров. Приведите примеры таких полимеров.

32.  Степень кристалличности полимеров, её определение тентгенорграфическим и спектральным методами, по плотности аморфной и кристаллической фаз.

33.  Определение средних размеров кристаллитов в полимерах рентгенографическим методом Дебая.

34.  Структура и свойства сферолитов.

35.  Анизотропия полимеров, интерференционные способы её изучения.

36.  Анизотропия полимеров, иммерсионные способы её изучения.

37.  Влияние кристаллического компонента на свойства полимеров.

38.  Структура, свойства и применение полимеров в жидкокристаллическом состоянии.

39.  Механизм деформации кристаллической и аморфной фаз полимеров.

40.  Развитие теории тонкой структуры химических волокон.

41.  Структура поверхности волокон. Изучение структуры полимеров методом обращенной газовой хроматографии (ОГХ).

42.  Преимущества электронных микроскопов перед микроскопами в видимой области света. Классификация электронных микроскопов.

43.  Структура, свойства и применение карбоцепных полимеров.

44.  Структура, свойства и применение гетерогенных полимеров.

45.  Ньютоновская и неньютоновская деформация жидких полимеров.

46.  Структурные и физические особенности полимерных расплавов и растворов.

47.  Законы Гука и Ньютона. Причины отклонения течения реальных жидких полимеров от закона Ньютона.

48.  Использование явления вынужденной эластичности при получении волокон.

49.  Влияние условий формования на скорость истечения прядильной массы по закону Пуазейля.

50.  Механизмы фазового разделения полимерных растворов.

51.  Структурообразование при формовании волокон.

52.  Условия стабильного формования волокон.

53.  Структурные изменения, происходящие при вытягивании волокон. Зависимость характеристик полимера от кратности вытяжки.

54.  Характеристики прочности волокон. Механизм разрушения при растяжении.

55.  Изменение структуры и физических характеристик полимеров при различных видах термообработки.

13. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.  Крыжановский свойства полимерных материалов /Учебно-справочное пособие // С-Петербург: Профессия, 200с.

2.  Полимерные композиционные материалы / Под ред. // С-Петербург: Профессия, 200с.

3.  Николаев полимерных материалов / , , под общей ред. // С-Петербург: Профессия, 2008. – 534 с..

4.  Михайлин полимерные композиционные материалы / // С-Петербург: НОТ, 2009. – 660 с..

5.  Решетов химия функциональных композиционных материалов / , , // Саратов: Изд-во СГУ, 2007. – 165 с.

6.  Перепелкин волокна и волокнистые полимерные композиты / // С-Петербург: НОТ (Научные основы и технологии). 2009. – 380 с.

7.  Гусев , наноструктуры, нанотехнологии / // Москва: Физматлит, 2009. – 414 с.

8.  Елисеев наноматериалы / , // М.: Физматлит, 2010. – 456 с.

9. Рыжонков / , , // М.: Бином, 2008. – 365 с.

10.Андреева -термический анализ полимеров / , , . – Метод. указания к учебно-исслед. работе по курсу «Структура полимерных материалов» // Саратов: СГТУ, 2007. – 13 с.

11.Студенцов структуры полимеров термомеханическим методом / , . - Метод. указания к учебно-исслед. работе по курсу «Структура полимерных материалов» // Саратов: СГТУ, 2008. – 12 с.

12.Студенцов структуры полимерных материалов методом обращенной газовой хроматографии / Метод. указания к учебно-исслед. работе по курсу «Структура полимерных материалов» // Саратов: СГТУ, 2008. – 7 с.

13.Свешникова молекулярно-массовых характеристик полимеров методом эбуллиоскопии / , . - Метод. указания к учебно-исслед. работе по курсу «Структура полимерных материалов» // Саратов: СГТУ, 2008. – 4 с.

14.Свешникова структурных характеристик растворов полимеров химической технологии / , , . - Метод. указания к учебно-исслед. работе по курсу «Структура полимерных материалов» // Саратов: СГТУ, 2009. – 15 с.

Дополнительная

15. Волынский самоорганизация аморфных полимеров / , // М.: Физматлит, 2005. – 232 с. JSBN 5/:430.00.

16.Липатов -химические основы наполнения полимеров / // М.: Химия, 1991. – 264 с.

17.Студенцов химических волокон: учебное пособие / // Саратов: СПИ, 1982. – 70 с.

18.Студенцов химических волокон: учебное пособие / // Саратов: СПИ, 1984. – 68 с.

19.Гусев и механические свойства полимеров / , // М.: Высшая школа, 1979. – 350 с.

20.Бартенев и механика полимеров / , // М.: Высшая школа, 1983. – 391 с.

21.Кулезнев и физика полимеров / , // М.: Высшая школа, 1988. – 312 с.

22.Иржак полимеры / , , // М.: Наука, 1979. – 248 с.

14. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАГЛЯДНЫХ ПОСОБИЙ, ТСО,

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

На лекциях используются схемы приборов и фотографии, иллюстрирующие макро - и микроструктуру полимерных материалов. Технические средства лабораторных работ: газовый хроматограф ХЛ-8 (лабор. Раб. №1), вертикальный термостат и катетометр (лабор. Раб. №2), колбообогреватели, роторные термометры (лабор. раб. №3), фотоэлектроколориметр или спектрофотометр, аналитические весы (лабор. Раб. №4).

Персональные компьютеры могут применяться для статической обработки экспериментальных результатов лабораторных работ и построения экспериментальных графиков по стандартным программам.

Рабочую программу составил профессор