《高分子材料成型加工原理》课程教学大纲（本科）

高分子材料成型加工原理课程教学大纲英文名称：Principles of Polymer Molding and Processing课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：3盈适用专业：高分子材料与工程一、课程性质与任务高分子材料成型加工原理课程是高分子材料与工程专业的一门重要的必修学科专业基础课程，是一门实践性、综合性很强的应用科学。根据本专业设置的目的，本课程在密切结合加工方法和工艺过程的前提下尽可能地清楚阐述每一种加工方法所依据的原理，生产控制因素以及在工艺过程中聚合物所发生的物理与化学变化和它们对制品性能的影响，并进一步理解各种成型工艺所能适应的聚合物品种及其优缺点，在教学过程中注重基本理论、基础知识和基本方法的训练，课程内容主要包括高分子材料的基本概念、加工方法与生产工艺和其与制品结构性能之间的关系、高分子材料的主要品质指标、聚合物熔融与溶解的基本规律、聚合物加工流变学性与加工工艺之间的关系、化学纤维成型原理、化学纤维拉伸和热定型原理等。通过本课程的学习，为学生毕业后从事高分子材料改性和加工领域的教学、科研和技术创新等相关工作打下扎实的理论基础，培养学生能应用理论来分析和解决具体的实际生产问题的能力，并使学生具有本专业基本的高分子材料加工工艺和方法设计的初步能力。二、课程与其他课程的联系先修课程：工程力学、化工原理、物理化学、有机化学、高分子化学、高分子物理、高分子科学基础实验。后续课程：材料科学与工程基础，高分子材料研究方法，专业外语，塑料、纤维及橡胶生产工艺及设备、聚合物共混改性、专业综合实验和其它后续专业课程。高分子材料与工程科学研究中，研究的终极目标是研究合成-结构-加工-性能四要素关系，其中加工是处于中心位置。高分子材料成型加工原理与塑料、纤维及橡胶生产工艺及设备一起组成了高分子材料专业的加工课程体系。本课程在先修课程的基础上才能更好的被理解和掌握，同时后续课程与本课程关系极为密切，但又各有侧重：本课程主要讲述高分子材料共同的成型方法及成型原理，高分子材料成型工艺侧重介绍高分子材料中一些主要品种的具体成型过程和工艺条件，高分子材料加工设备则详细地阐述高分子材料加工过程中所需各种设备的工作原理、基本结构和工艺作用，而专业综合实验环节，可使学生加深对相关高分子材料成型方法及成型原理的理解与认识。可以说高分子材料成型加工原理是后续专业课以及实践教学课程的理论基础课程，只有高分子材料成型加工原理的基本理论、基本原理掌握透彻了，其他后续课程才能更容易被理解，各科知识才能在学生头脑中融会贯通。三、课程教学目标1 .介绍高分子材料成型加工原理这门课程的研究对象，内容及学习方法，明确学习高分子材料成型加工原理的重要性及重要意义，提升学生自主学习高分子材料成型加工原理的意识。2. 学习高分子材料的基本概念，理解高分子材料的分类，熟悉高分子材料的主要品种，使学生明确生活中的形形色色的高分子材料，增强学生从本质上，即从结构、性能及应用的角度真正理解高分子材料，区分高分子材料的能力。3. 掌握化学纤维和塑料的主要生产方法，了解橡胶、粘合剂及涂料的生产方法，使学生明确各种成型加工方法所能适应的聚合物品种及其优缺点，增强实践能力。4. 掌握化学纤维和塑料的主要品质指标和内涵，了解橡胶、粘合剂及涂料的主要指标。让学生明白必须明确产品的各种指标才能把产品应用在合适的领域，明确掌握这些主要指标的重要性和必要性。5. 掌握聚合物熔融和溶解的基本规律，理解聚合物一溶剂体系的相平衡和溶解过程的动力学，了解影响聚合物熔融和溶解的影响因素。使学生具有选择合适的溶剂和溶解条件制备溶液、选取合适的方法和工艺使聚合物熔融的能力。6. 了解混合的定义与分类，掌握混合的机理，并具备根据混合机理对各种聚合物加工过程进行分析的能力；掌握混合过程发生的主要作用；掌握判定混合状态终点的方法。明确配方设计是好制品的核心部分，培养学生在分析、研究高分子材料结构与性能之间的关系的基础上，考虑添加剂的属性、添加剂之间的相互作用以及添加剂与聚合物之间的关系，然后对配方进行科学设计的能力。7. 掌握聚合物流体的非牛顿剪切粘性和拉伸粘性的相关知识，理解聚合物流体的弹性，了解影响聚合物流体剪切粘性、拉伸粘度和弹性的因素。培养学生分析流变性能与聚合物结构及聚合物成型加工工艺之间的关系的能力，选择合适的加工工艺使聚合物具有好的流动状o8. 透彻学习化学纤维成型加工原理。8-1 .掌握化学纤维成型的基本步骤、基本规律、运动学和动力学、纤维结构的形成、传热、传质，理解可纺性及纺丝的基本方程，了解非稳态纺丝。8-2.掌握化学纤维拉伸的运动学和动力学、应力一应变性质、结构与性能的变化；掌握热定型过程中纤维的力学松弛、结构与性能的变化。理解拉伸流变学和热定型机理。培养学生理论与实际相结合的能力，通过理论分析解释实际现象，确定合适的生产方法及生产工艺；从生产实践中总结经验，回归理论；培养学生具有对现有通用产品的成型加工能力和开发新型高分子材料及产品的初步能力。四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标11 .绪论1.1高分子材料的地位L2高分子材料发展概况1.3局分子材料的品种和分类1.4高分子材料成型加工方法L熟悉本课程研究的对象、内容，明确学习方法；2.明确学习高分子材料成型加工原理的重要性及重要意义，提升学生自主学习高分子材料成型加工原理的意识。2讲授122.高分子材料的基本概念2.1化学纤维（重点）（1）纤维的基本概念（2）纤维的分类（3）化学纤维的主要品种2.2塑料（重点）（1）塑料的基本概念（2）塑料的分类（3）塑料的主要品种2.3橡胶（一般了解）（1）橡胶的基本概念（2）橡胶的性能（3）橡胶的分类（4）橡胶的主要品种（自学）2.4粘合剂（1）粘合剂的基本概念（2）粘合剂的分类（自学）2.5涂料（1）涂料的基本概念（2）涂料的分类（自学）1.学习高分子材料的基本概念，理解高分子材料的分类，熟悉高分子材料的主要品种；2.使学生明确生活中的形形色色的高分了材料，增强学生从本质上，即从结构、性能及应用的角度真正理解高分子材料，区分高分子材料的能力。2讲授233.高分子材料的生产方法3.1化学纤维（重点）（1）原料制备（2）纺丝流体的制备（3）化学纤维的纺丝成型（4）化学纤维的后加工3.2塑料（重点）（1）塑料的成型物料及配制（2）塑料的成型加工33橡胶、粘合剂及涂料的生产方法（自学）L掌握化学纤维和塑料的主要生产方法；2.了解橡胶、粘合剂及涂料的生产方法。3 .使学生明确各种成型加工方法所能适应的聚合物品种及其优缺点，增强实践能力。4讲授344.高分子材料的主要品质指标（重点）4.1化学纤维（1）纤维长度（2）细度和线密度（3）吸湿性（4）密度（5）热收缩（6）拉伸性能L掌握化学纤维和塑料的主要品质指标和内涵，2.了解橡胶、粘合剂及涂料的主要指标。3 .让学生明白必须明确产品的各种指标才能把产品应用在合适的领域，明确掌握这些主要2讲授4（7）耐疲芳性（8）耐磨性（9）卷曲性能（10）染色性4.2塑料（1）熔融指数（2）硬度（3）拉伸性能（4）压缩性能（5）弯曲性能（6）剪切强度（7）冲击强度（8）蠕变性能（9）电性能（10）光学性能4.3橡胶（1）可塑度（2）门尼粘度（3）门尼焦烧指标的重要性和必要性。55.高聚物熔融和溶解的规律5.1高聚物熔融的基本规律（1）概述（2）熔融的基本规律5.2高聚物溶解的基本规律（1）溶解过程的特点和热力学解释（2）影响溶解度的因素（3）溶剂的选择（4）聚合物一溶剂体系的相平衡（5）聚合物溶解过程的动力学1.掌握聚合物熔融和溶解的基本规律；2 .理解聚合物一溶剂体系的相平衡和溶解过程的动力学；3.了解影响聚合物熔融和溶解的影响因素。4 .使学生具有选择合适的溶剂和溶解条件制备溶液、选取合适的方法和工艺使聚合物熔融的能力。2讲授566.1混合的基本概念和原理（1）混合的定义（2）混合机理（3）混合过程发生的主要作用6.2高分子材料混合加工的原料配方设计（1）添加剂的属性L了解混合的定义与分类，掌握混合的机理，并具备根据混合机理对各种聚合物加工过程进行分析的能力；掌握混合过程发生的主要作用；掌握判定混合状态终点的方法。2 .明确配方设计是好制36(2) 添加剂之间的相互作用(3) 添加剂与聚合物的关系品的核心部分，培养学生在分析、研究高分子材料结构与性能之间的关系的基础上，考虑添加剂的属性、添加剂之间的相互作用以及添加剂与聚合物之间的关系，然后对配方进行科学设计的能力。77.高聚物流体的流变性7.1高聚物流体的非牛顿剪切粘性(1) 非牛顿流体的表征(重点)(2) 影响聚合物流体剪切粘性的因素7.2高聚物流体的拉伸粘性(1) 拉伸粘性的表征(2) 影响拉伸粘度的因素7.3高聚物流体的弹性(难点)(1) 聚合物流体弹性表征(2) 影响聚合物流体弹性的因素1.掌握聚合物流体的非牛顿剪切粘性和拉伸粘性的相关知识；2 .理解聚合物流体的弹性，了解影响聚合物流体剪切粘性、拉伸粘度和弹性的因素。3 .培养学生分析流变性能与聚合物结构及聚合物成型加工工艺之间的关系的能力，选择合适的加工工艺使聚合物具有好的流动状态。2讲授788.化学纤维成型原理(重点)8.1概述(1) 化学纤维成型的基本步骤和主要变化(2) 纺丝过程的基本规律(3) 纺丝流体的可纺性8.2熔体纺丝(难点)(1) 熔体纺丝的基本方程(2) 挤出细流的类型(3) 熔体纺丝的运动学和动力学(难点)(4) 熔体纺丝中的传热(难点)(5) 熔体纺丝中纤维结构的形成(难点)8.3湿法纺丝(难点)(1)湿法纺丝的运动学和动力学1. 透彻学习化学纤维成型加工原理。2. 掌握化学纤维成型的基本步骤、基本规律、运动学和动力学、纤维结构的形成、传热、传质，理解可纺性及纺丝的基本方程，了解非稳态纺丝。8讲授8-1(2) 湿法纺丝中的传质和相转变(3) 湿法纺丝中纤维结构的形成8.4干法纺丝(1) 干法纺丝的运动学和动力学(2) 干法纺丝中的传热和传质(3) 干法纺丝中纤维结构的形成99 .化学纤维拉伸和热定型原理(重点)9.1化学纤维的拉伸(1) 概述(2) 拉伸流变学(3) 连续拉伸的运动学和动力学(4) 拉伸过程中应力一应变性质的变化(重点)(5) 拉伸过程中纤维结构与性能的变化(重点)9.2化学纤维的热定型(1) 概述(2) 热定型过程中纤维的力学松弛(3) 热定型过程中纤维结构与性能的变化(重点)(4) 热定型机理L掌握化学纤维拉伸的运动学和动力学、应力一应变性质、结构与性能的变化；2 .掌握热定型过程中纤维的力学松弛、结构与性能的变化。理解拉伸流变学和热定型机理。3 .培养学生理论与实际相结合的能力，通过理论分析解释实际现象，确定合适的生产方法及生产工艺；从生产实践中总结经验，回归理论；培养学生具有对现有通用产品的成型加工能力和开发新型高分子材料及产品的初步能力。6讲授8-210总复习构建全书内容网络图1讲授17五、其他教学环节(课外教学环节、要求、目标)1. 每一章节都给学生布置典型的作业，让学生独立完成。有利于学生及时巩固所学知识,把握重点内容；同时也便于老师抓住学生的不足针对性讲解，及时解决大部分学生阶段性的问题。2. 在重点章节，提出一些具体的生产实践中出现的问题或者案例，让学生通过复习所学原理、规律、影响因素等知识，或者通过网络查阅文献受到启发，进行发散思维，分析提出问题出现的原因、找到解决办法。这样有利于学生提高动脑分析问题和解决实际问题的能力,有利于学生头脑中的知识融会贯通，有利于后续课程的学习和将来的实践工作。3. 对有些内容要求学生自学，发自学提纲。六、教学方法本课程制作多媒体课件进行教学，并利用图片、实样及录像等辅助讲解，以加深学生对相关知识的理解，同时，通过课堂提问讨论、课堂练习及课后作业等形式强化学生对重点知识的掌握。在本课程的全部教学过程中，注重结合生产实际、生活实际对所授知识进行讲解，讲一些与学生切实相关、紧密相联的知识，把握住课程重点进行讲解，激起学生对学习的兴趣,让学生参与到学习中来，让学生明白学有所用，对有些内容要求学生自学，发自学提纲。这样有利于提高学生的创新能力和对专业实践工作的渴望，提高学生的自学能力。另外课堂设有提问和讨论问题的时间，也可提高学生的分析问题、解决问题和表达能力。在课堂上有个活跃的氛围，课后有适当的作业，并且可以随时网络答疑，以便随时解答学生的疑惑，这几个环节环环相扣使学生更好的掌握所学内容。七、考核方式最终成绩由平时考核、期末成绩两部分组合而成，强化对学生运用所学知识解决问题的综合能力的考核。各部分所占比例如下：1 .平时考核包括两部分：（1）平时作业和回答问题成绩：15%o主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。（2）平时出勤、纪律情况:5%o主要考核学生学习态度、认真程度。2.期末考试成绩：80%。主要考核全书大纲规定的内容的掌握程度，学生运用所学知识解决问题的综合能力如何，过程为书面考试形式。题型为：（1）名词；（2）填空题；（3）选择题；（4）计算题；（5）问答题；（6）曲线分析题等。八、教材及参考书目1. 教材：1高分子材料加工原理（第3版）.沈新元.中国纺织出版社，2017.01 （普通高等教育“十二五”部委级规划教材）2. 参考书目：1高分子材料成型加工原理.王贵恒.化学工业出版社，2016