《高分子材料基礎(chǔ)》 課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE9《高分子材料基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：高分子材料基礎(chǔ)英文名稱：FundamentalsofMacromolecularMaterials二、課程代碼及性質(zhì)課程代碼:課程性質(zhì):專業(yè)核心必修課三、學(xué)時與學(xué)分總學(xué)時：40（理論學(xué)時：40學(xué)時；實踐學(xué)時：0學(xué)時）學(xué)分：2.5四、先修課程大學(xué)化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)五、授課對象本課程面向材料科學(xué)與工程專業(yè)、功能材料專業(yè)學(xué)生開設(shè)六、課程教學(xué)目的（對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程的教學(xué)目的:1.掌握高分子材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系及合成原理；2.了解加工工藝和使用環(huán)境對高分子材料性能的影響；3.掌握高分子材料質(zhì)量提升與合理使用的方法，為新型高分子材料的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)；4.了解現(xiàn)有高分子材料品種、材料加工以及發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生合理使用高分子材料和發(fā)展新型高分子材料的創(chuàng)新能力。表1課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點本課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。1.2掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識。1.3掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識。1.4掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的工程檢測與控制基礎(chǔ)知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3畢業(yè)要求2：問題分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。如：高分子材料的性能與應(yīng)用分析。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：化學(xué)與物理綜合實驗。2.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程力學(xué)綜合實驗。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解機(jī)械工程、材料科學(xué)與工程問題特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計（開發(fā)）針對復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題的解決方案，具備設(shè)計（開發(fā)）滿足特定材料科學(xué)與工程需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)43.3在設(shè)計（開發(fā)）過程中，具有追求材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握材料科學(xué)原理及特點，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計材料科學(xué)與工程復(fù)雜實驗、開展科學(xué)研究的能力。4.2掌握材料科學(xué)與工程原理及主要工藝，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實施材料科學(xué)與工程綜合實驗，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的材料科學(xué)與工程實驗結(jié)果進(jìn)行正確分析能力。4.4了解常見的材料科學(xué)與工程常用設(shè)備、實驗儀器及實驗方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測控和維護(hù)的能力。課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)4畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。5.2了解材料科學(xué)與工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行復(fù)雜材料科學(xué)與工程實踐的能力。5.4掌握復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題的預(yù)測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1了解與工程相關(guān)的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料科學(xué)與工程專業(yè)特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識材料科學(xué)與工程各種復(fù)雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會責(zé)任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解材料科學(xué)與工程的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢，正確認(rèn)識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。課程目標(biāo)47.2能正確理解和評價材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題實施對環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決復(fù)雜的材料科學(xué)與工程的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。8.1具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學(xué)發(fā)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責(zé)任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責(zé)任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責(zé)任。畢業(yè)要求9：個人和團(tuán)隊能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識和較高的個人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個人及團(tuán)隊成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊成員意見和建議，進(jìn)行合理決策之領(lǐng)導(dǎo)能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)的國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強的業(yè)務(wù)溝通能力與競爭能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，就復(fù)雜的專業(yè)工程問題進(jìn)行有效溝通和交流。畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11.1了解材料科學(xué)工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法。11.2具備應(yīng)用工程管理和經(jīng)濟(jì)決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領(lǐng)導(dǎo)能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達(dá)自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學(xué)科環(huán)境中加于應(yīng)用。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識和正確的認(rèn)識。12.2能夠采用合適的方法，自我學(xué)習(xí)、提高的能力。12.3能夠適應(yīng)社會進(jìn)步與發(fā)展，與時代同步。七、教學(xué)重點與難點：教學(xué)重點：典型的高分子合成機(jī)理,包括自由基聚合、自由基共聚、離子聚合與配位聚合；高聚物的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及力學(xué)性能；通用高分子和功能高分子的類別；高分子材料的加工成型。教學(xué)難點：高分子的聚合機(jī)理，共聚物組成及組成分布的控制、共聚物的圍觀結(jié)構(gòu)，聚合物的流變性能，聚合物的加工成型工藝及原理。八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：(1)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內(nèi)容,保證主要教學(xué)內(nèi)容的完成;(2)安排適量的課堂討論環(huán)節(jié),使學(xué)生通過課下的資料查閱而掌握基本的專業(yè)資料獲取方法、途徑、整理歸納和講演能力。教學(xué)手段：(1)運用現(xiàn)代教學(xué)工具,在課堂上通過PPT講授方式,實現(xiàn)圖文并茂,形象直觀;(2)收集高分子實物,在課堂上進(jìn)行針對性講授。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排序號課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實踐）學(xué)時1高分子材料概論442高分子合成基礎(chǔ)12123高聚物的結(jié)構(gòu)444高聚物的物理性質(zhì)665高聚物的力學(xué)性能426高分子的加工成型447通用與功能高分子66（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第一章高分子材料概論(4學(xué)時)高分子材料的基本概念高分子的分類與命名高分子的特性高分子材料發(fā)展趨勢高分子設(shè)計和材料設(shè)計第二章高聚物的合成基礎(chǔ)(12學(xué)時)2.1自由基聚合2.2離子聚合、2.3配位聚合2.4基因轉(zhuǎn)移聚合2.5鏈?zhǔn)焦簿酆戏磻?yīng)2.5.1二元聚合物組成2.5.2共聚物組成及分布控制2.5.3自由基共聚反應(yīng)2.5.4離子型共聚反應(yīng)2.5.5配位共聚反應(yīng)2.6逐步聚合反應(yīng)2.6.1線性逐步聚合的動力學(xué)2.6.2逐步聚合實施方法2.6.3非線性逐步聚合反應(yīng)2.6.4凝膠化作用和凝膠點第三章高聚物的結(jié)構(gòu)(4學(xué)時)3.1高分子的鏈結(jié)構(gòu)3.2高聚物的晶態(tài)與非晶態(tài)結(jié)構(gòu)3.3高聚物的取向結(jié)構(gòu)3.4高分子液晶態(tài)及結(jié)構(gòu)第四章高聚物的物理性質(zhì)(6學(xué)時)4.1高聚物的分子運動和熱轉(zhuǎn)變4.2高聚物的熔體的流變性能4.3高聚物的電性能4.4高聚物的熱性能4.5高分子的氣密性能第五章高聚物的力學(xué)性能(4學(xué)時)5.1力學(xué)性能與物理量5.2玻璃態(tài)與晶態(tài)高聚物的的力學(xué)性能5.3高彈態(tài)聚合物的力學(xué)性能5.4高聚物的屈服性能5.5高聚物的斷裂與強度第六章高分子材料成型加工(4學(xué)時)6.1塑料添加劑及成型物料配制6.2塑料擠出成型6.3塑料注射成型6.4塑料壓塑模塑成型與熱成型技術(shù)6.5吹塑成型技術(shù)6.6橡膠的加工6.7纖維成型加工方法第六章通用與功能高分子(6學(xué)時)6.1塑料與橡膠6.2纖維、膠黏劑與涂料6.3生物醫(yī)用高分子6.4導(dǎo)電高分子6.5液晶高分子6.6高吸水性樹脂（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：第1章思考題：1、高分子材料科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)哪幾種趨勢？對每一種趨勢舉例說明。2、列舉除課本例題以外任一自由基鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)實例，標(biāo)出該反應(yīng)的每一步基元反應(yīng)。3、自由基聚合反應(yīng)有哪幾種實施方法，舉例說明其中一種方法的優(yōu)缺點。第2章思考題：1．1.用過氧化二苯甲酰作引發(fā)劑，苯乙烯聚合時各基元反應(yīng)活化能為Ed=125.6，Ep=32.6，Et=10kJ/mol，試比較從50℃增至60℃以及從80℃增至90℃，討論總反應(yīng)速率常數(shù)和聚合度變化的情況2．以AIBN為引發(fā)劑來引發(fā)苯乙烯溶液聚合，如不改變聚合溫度，同時初期生成的聚合物的分子量又保持不變，如何改變單體和引發(fā)劑濃度的辦法，使初期聚合速度提高1倍？3．丁二烯可以作為氯乙烯醋酸乙烯聚合的阻聚劑，為什么？4．乳液聚合與其它聚合實施方法相比最突出的優(yōu)點是？5．乳液聚合第二階段的存在的粒子是乳膠粒增溶膠束以及單體液滴三種微粒？6．已知丙烯酸甲酯—氯乙烯共聚時，r1=4，r2=0.06，丁二烯—甲基丙烯酸甲酯共聚時的r1=0.75，r2=0.25。試求：1）畫出兩對單體共聚物組成曲線示意圖，說明共聚合行為，并求出恒比點組成。2）丙烯酸甲酯—氯乙烯的原料組成70：30（mol分率）時，計算初期聚合物組成。7．異戊二烯聚合可以形成幾種不同的立體規(guī)整性聚合物？采用非極性溶劑的陰離子聚合時容易得到什么構(gòu)型為主的聚合物?8.工業(yè)上苯乙烯不采用陽離子聚合，為什么？9.在自由基聚合中，為什么聚合物鏈中單體單元大部分按頭尾方式連接？10.苯乙烯與丁二烯組成二無共聚體系。（1）判斷其共聚能力的強弱并說明其原因。（2）由上述單體通過共聚可得到多種共聚物，例舉三種，并分別說明其共聚歷程和共聚的序列結(jié)構(gòu)。第3章思考題：1．構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象、取向和結(jié)晶的定義？2．影響高分子柔性的因素有哪些？3．影響高分子結(jié)晶的因素有哪些？4．高分子結(jié)晶和取向有何異同？取向有何特征？第4章思考題：1、畫出非晶態(tài)高聚物的形變-溫度曲線，標(biāo)出各種狀態(tài)存在的區(qū)間范圍。2、Tg、Tm、Ts、Tf、Td、Tb各代表什么意義？有什么使用價值？3、高聚物的介電性的定義？影響因素有哪些？4．影響高聚物流變性能的因素有哪些？5.熔融紡絲過程中的熔體噴出和形變的原因是什么？第5章思考題：1．請畫出線型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。2．影響高聚物強度的因素有哪些？3．蠕變與應(yīng)力松弛有哪些異同？有哪些影響因素？4．什么是增塑作用？增塑作用分哪幾種？第6章思考題：1．按作用和功能，高分子添加劑可分為哪幾種類型？試各例舉三種以上的添加劑并說明其作用。2．?dāng)D出過程中主要的工藝參數(shù)有哪些？其各自對產(chǎn)品質(zhì)量控制有何影響？3．什么是橡膠的硫化？硫化對橡膠性能有何影響？硫化過程分那幾個階段？每個階段對橡膠產(chǎn)品質(zhì)量有何影響？4．化學(xué)纖維紡絲有哪幾種方法？試舉例說明各種方法的使用范圍和利弊。5．橡膠加工過程中需要加入哪些配合劑？說明各自的作用。第7章思考題：1.簡述塑料王之稱的聚四氟乙烯的性能特點及用途。2.什么是導(dǎo)電高分子的參雜，參雜有哪兩種方式？3.影響高分子液晶形態(tài)和性能的因素？討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時的作業(yè)成績（按約10%計入課程總成績）。2、每位學(xué)生，根據(jù)自己的興趣，完成1種高分子材料的性能要求、加工工藝及典型性能介紹，用PPT展示匯報（時間不超過10分鐘），其它同學(xué)對該學(xué)生的匯報情況進(jìn)行評價與交流。匯報表現(xiàn)與成績，按約10%計入課程總成績。十、教學(xué)參考書及文獻(xiàn)教學(xué)參考書：1.高分子材料，化學(xué)工業(yè)出版社，2004,高俊剛、李源勛主編；2.

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