《聚合物流變學(xué)》課程教學(xué)大綱（本科）

1、聚合物流變學(xué)(Rheology for Polymer)課程編號(hào)：07410156學(xué) 分：2學(xué) 時(shí)：32 （講課學(xué)時(shí)：32）先修課程：高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，高分子物理適用專業(yè)：高分子材料與工程教 材：高分子流變學(xué)基礎(chǔ)，史鐵鈞、吳德峰著.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011年4 月第一版一、課程的性質(zhì)與任務(wù)：（-）課程性質(zhì)（需說(shuō)明課程對(duì)人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）本課程是面向高分子材料與工程高年級(jí)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)選修課，本課程的內(nèi)容與高分子成型 加工、高分子工程、高分子物理等方向密切相關(guān)，是高分子材料專業(yè)學(xué)生進(jìn)一步開(kāi)展這些方向的深 入學(xué)習(xí)和研究的基礎(chǔ)。本課程旨在介紹聚合物熔體流變學(xué)原理及其在加工過(guò)程中的專業(yè)應(yīng)用

2、，通過(guò)研究熱和力對(duì)聚合 物流體流動(dòng)和變形的影響。使學(xué)生了解聚合物熔體的粘性流動(dòng)、彈性效應(yīng)及其流變測(cè)定法、守恒方 程和本構(gòu)方程、流體在簡(jiǎn)單幾何形狀流道中的流動(dòng)，以及擠出、注塑、壓延和吹塑等成型過(guò)程中的 流動(dòng)。另外，對(duì)擠出機(jī)、雙輻機(jī)和密煉機(jī)的混合特性進(jìn)行研究，使學(xué)生進(jìn)一步掌握各種高分子材料 成型工藝。本課程的主要目的是使學(xué)生掌握相關(guān)流變學(xué)的思想，理解相關(guān)理論，并能夠利用流變學(xué)相關(guān)理 論知識(shí)解決工程中遇到的實(shí)際問(wèn)題。（二）課程目標(biāo)（根據(jù)課程特點(diǎn)和對(duì)畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)，確定課程目標(biāo)。應(yīng)包括知識(shí)目 標(biāo)和能力目標(biāo)。）課程目標(biāo)1:掌握聚合物材料的獨(dú)特流變學(xué)特征，并理解相關(guān)機(jī)理；課程目標(biāo)2：掌握聚合物結(jié)構(gòu)與其流變

3、學(xué)特征之間的關(guān)系；課程目標(biāo)3：掌握流變學(xué)性能的相關(guān)測(cè)試及其原理；課程目標(biāo)4：掌握影響聚合物流變學(xué)特征的各種因素，能夠通過(guò)調(diào)控相關(guān)因素來(lái)控制流變行為。二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求（按章撰寫）第一章緒論（一）課程內(nèi)容（列出主要知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)）（1）流變學(xué)的歷史和現(xiàn)狀（2）流變學(xué)的研究對(duì)象和方法（3）高分子材料典型的流變行為（4）流變學(xué)在高分子材料加工中的應(yīng)用（二）教學(xué)要求（將相關(guān)內(nèi)容按照掌握、理解、了解等不同教學(xué)要求進(jìn)行分類）通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握聚合 物流變學(xué)的基本概念、內(nèi)容和意義，了解聚合物流變學(xué)的發(fā)展歷史， 懂得聚合物流變學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和方向，了解聚合物流變學(xué)中的一些奇特現(xiàn)象以及理解產(chǎn)生這種特殊 的行為

4、的物理原因是什么。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）（1） 了解流變學(xué)的一些基本概念及思想；聚合物流變學(xué)相比于小分子流變學(xué)的不一樣的地方是本章 的重點(diǎn)；（2）流變學(xué)的基本思想：靜與動(dòng)，彈性與粘性的轉(zhuǎn)變，是本章的難點(diǎn)。第二章流變學(xué)基本概念（一）課程內(nèi)容（1）流體形變的基本類型（2）標(biāo)量、矢量和笛卡兒張量的定義（3）應(yīng)力張量和應(yīng)變張量（4）本構(gòu)方程和材料函數(shù)（二）教學(xué)要求掌握流變學(xué)研究中的基本物理量，理解簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)和應(yīng)力與應(yīng)變，彈性模量和柔量，剪切速率和 速度梯度，各種粘度的含義及法向應(yīng)力差，了解本構(gòu)方程的意義及建立聚合物液體流變本構(gòu)方程基 本方法，從材料微元的分析中了解定量研

5、究聚合物流變性質(zhì)的數(shù)學(xué)、力學(xué)方法，了解張量的意義及 應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率的張量表示。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（I）聚合物熔體流變過(guò)程中的粘彈性機(jī)理以及基本的物理參數(shù)是本章的重點(diǎn)；(2)基本的物理參數(shù)的物理意義是本章的難點(diǎn)。第三章高分子彈性(-)課程內(nèi)容(1)線性彈性(2)非線性彈性(3)多相多組分體系(二)教學(xué)要求掌握虎克定律與彈性常數(shù)，線性彈性變形的特點(diǎn)，線性彈性的熱力學(xué)分析，非線性彈性(橡膠彈 性)的特點(diǎn)，橡膠彈性的熱力學(xué)分析，影響聚合物彈性模量的因素等。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(1)線性彈性與非線性粘彈性是本章的重點(diǎn)；(2)非線性粘彈性的特征及其物理意義是本章的難點(diǎn)。第四章高分子粘性流體的流變模型(一)

6、課程內(nèi)容(1)牛頓流體模型(2)廣義牛頓流體(3)幕律流體模型(4)賓漢塑性流體模型(5)觸變性流體(6)震凝性流體(7)黏彈性流體(二)教學(xué)要求了解簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)、牛頓定律與牛頓流體，線性粘性流動(dòng)特點(diǎn)，了解非牛頓流體類別和非線性 粘性流動(dòng)特點(diǎn)，掌握非牛頓流體的流動(dòng)曲線分析，了解拉伸流動(dòng)和拉伸粘度；掌握基本流變函數(shù)， 理解流動(dòng)機(jī)理，理解聚合物液體流動(dòng)時(shí)發(fā)生剪切變稀等奇異流變現(xiàn)象，能說(shuō)明其奇異性。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(1)重點(diǎn)：不同粘度的定義及物理意義；幾種典型的非牛頓流體。（2）難點(diǎn)：理解流變現(xiàn)象中奇異彈性行為的本質(zhì)來(lái)源；基律方程及非牛頓指數(shù)的應(yīng)用。第五章高分子流體的流動(dòng)分析（-）課程內(nèi)容（1）高分

7、子流體在圓管中的流動(dòng)（2）平行板間的壓力流動(dòng)（3）平行板間的拖曳流動(dòng)（4）環(huán)形圓管中的壓力流動(dòng)（5）環(huán)形圓管中的拖曳流動(dòng)（二）教學(xué)要求主要介紹牛頓和非牛頓流體的流動(dòng)方式，如平板拖拽流動(dòng)、圓管中的軸向流動(dòng)、狹縫流動(dòng)、同 軸雙圓筒環(huán)隙中的周向流動(dòng)、錐板間的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)、平板圓盤間旋轉(zhuǎn)拖拽流動(dòng)及其它流動(dòng)，使學(xué)生掌 握流動(dòng)方式的分析和粘度的測(cè)定基礎(chǔ)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）重點(diǎn)：牛頓和非牛頓流體的不同流動(dòng)方式；（2）難點(diǎn)：不同流動(dòng)方式的流動(dòng)特征。第六章高分子流體流動(dòng)的影響因素（一）課程內(nèi)容（1）溫度對(duì)黏度的影響（2）壓力對(duì)黏度的影響（3）剪切速率對(duì)黏度的影響（4）分子量對(duì)黏度的影響變性質(zhì)的分子量依賴性（5）

8、分子形狀對(duì)黏度的影響（6）支化度對(duì)黏度的影響（7）添加劑的影響（8）黏度的時(shí)間依賴性（二）教學(xué)要求掌握各類條件和參數(shù)對(duì)聚合物液體剪切粘度的影響規(guī)律，包括：加工條件（溫度、壓力、剪切速 率、剪切應(yīng)力），分子結(jié)構(gòu)參數(shù)（分子量、分子量分布、支化度），配方參數(shù)（填充。增強(qiáng)劑、軟化。增 塑劑）。掌握時(shí)溫等效原理；理解動(dòng)態(tài)粘彈性的定義，以及用途。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）重點(diǎn)：不同因素對(duì)剪切粘度產(chǎn)生的影響及其原因；（2）難點(diǎn)：時(shí)溫疊加法的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)粘彈性與穩(wěn)態(tài)粘彈性的異同。第七章流變儀的基本原理及應(yīng)用（一）課程內(nèi)容（1）毛細(xì)管流變儀（2）旋轉(zhuǎn)流變儀（3）轉(zhuǎn)矩流變儀（二）教學(xué)要求掌握毛細(xì)管流變儀的測(cè)量原理及方法

9、，各種旋轉(zhuǎn)流變儀，落球粘度計(jì)的測(cè)量原理，聚合物粘彈 性的實(shí)驗(yàn)方法，高分子熔體彈性測(cè)試的意義，用常規(guī)流變儀測(cè)法向應(yīng)力差的原理，用擠出脹大法、 出口壓力法與孔穴壓力法測(cè)第一法向應(yīng)力差，轉(zhuǎn)矩流變儀的原理和用途等，尤其對(duì)高壓毛細(xì)管流變 儀的測(cè)量原理、數(shù)據(jù)處理方法（包括各種修正）、測(cè)量結(jié)果分析等有較好的理解，了解動(dòng)態(tài)粘度的測(cè)量 （儲(chǔ)能模量、損耗模量、復(fù)數(shù)模量、動(dòng)態(tài)粘度、復(fù)數(shù)粘度、損耗因子等）。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）重點(diǎn)：不同流變儀的工作原理，能夠測(cè)量的參數(shù)；（2）難點(diǎn)：在流變儀的工作原理方面，會(huì)涉及到一些數(shù)學(xué)公式。第八章流體的運(yùn)動(dòng)方程及應(yīng)用（一）課程內(nèi)容（1）連續(xù)方程（2）動(dòng)量方程（3）能量方程（4）加

10、工過(guò)程的數(shù)學(xué)分析（二）教學(xué)要求了解壓延機(jī)輻間的流動(dòng)、吹塑中的流動(dòng)、吹模的自由表面流動(dòng)、熱成型片材的自由吹脹、密煉 機(jī)內(nèi)的流動(dòng)及其數(shù)學(xué)分析。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）重點(diǎn)：不同加工設(shè)備中的流動(dòng)及其數(shù)學(xué)分析；（2）難點(diǎn)：本章的數(shù)學(xué)公式較多，而且推導(dǎo)過(guò)程涉及到很多力學(xué)方面的知識(shí)，較復(fù)雜。第九章剪切誘導(dǎo)高分子結(jié)晶（一）課程內(nèi)容（1）剪切誘導(dǎo)結(jié)晶的原理及研究歷史（2）在溶液中發(fā)生的剪切誘導(dǎo)結(jié)晶（3）在熔體中發(fā)生的剪切誘導(dǎo)結(jié)晶（4）目前存在的爭(zhēng)議（5）最新的研究進(jìn)展（二）教學(xué)要求理解剪切誘導(dǎo)結(jié)晶的熱力學(xué)原理；如何根據(jù)目前存在的爭(zhēng)議提出自己的想法。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）重點(diǎn)：理解剪切誘導(dǎo)結(jié)晶現(xiàn)象的熱力學(xué)原理；目

11、前還存在的爭(zhēng)議；相關(guān)的模擬工作；（2）難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)模擬方法的優(yōu)勢(shì)；如何從實(shí)際問(wèn)題中提煉出關(guān)鍵性因素，并利用自己學(xué)過(guò)的知識(shí) 對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)分析和研究。三、本課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐的課程目標(biāo)12注：L “類型”填驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等;2. “要求”填必做、選做。實(shí)驗(yàn)L （實(shí)驗(yàn)名稱）寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及要求。實(shí)驗(yàn)2：（實(shí)驗(yàn)名稱）寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及要求。四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí)驗(yàn)上 機(jī)課程 實(shí)踐小 計(jì)第一章44講授、演示1、2第二章22講授、討論1、3第二早22講授、討論1、2、3第四章44講授、討論1、2第五章6

12、6講授、討論4第八早66講授、討論、研究型 教學(xué)方法1、2、4第七章44講授、討論1、4第八章自學(xué)自學(xué)討論1第九章44講授、演示、討論、研究型教學(xué)方法1、2合計(jì)3232注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格；.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問(wèn)題、項(xiàng)目、案例等教學(xué)方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權(quán)重備注課堂表現(xiàn)按照學(xué)生到課率、課堂討論參與情況等評(píng)價(jià)， 按1。計(jì)入課程總成績(jī)。10%平時(shí)作業(yè)課后每章完成相應(yīng)習(xí)題，主要考核學(xué)生對(duì)每節(jié) 課知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，計(jì)算全部 作業(yè)的平均成績(jī)?cè)侔?0%計(jì)入總成績(jī)。20%期末考試考試為開(kāi)卷考試，試卷題型可包括名詞解釋 題、問(wèn)答題及圖形分析等類型。根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算得分并以卷面成績(jī)的70%計(jì)入課程總成 績(jī)。70%注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開(kāi)卷、閉卷）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。六、參考書目