《聚合物流變學》課程教學大綱（本科）

1、聚合物流變學(Rheology for Polymer)課程編號：07410156學 分：2學 時：32 （講課學時：32）先修課程：高等數(shù)學，大學物理，高分子物理適用專業(yè)：高分子材料與工程教 材：高分子流變學基礎，史鐵鈞、吳德峰著.北京：化學工業(yè)出版社，2011年4 月第一版一、課程的性質與任務：（-）課程性質（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻）本課程是面向高分子材料與工程高年級本科生的專業(yè)基礎選修課，本課程的內容與高分子成型 加工、高分子工程、高分子物理等方向密切相關，是高分子材料專業(yè)學生進一步開展這些方向的深 入學習和研究的基礎。本課程旨在介紹聚合物熔體流變學原理及其在加工過程中的專業(yè)應用

2、，通過研究熱和力對聚合 物流體流動和變形的影響。使學生了解聚合物熔體的粘性流動、彈性效應及其流變測定法、守恒方 程和本構方程、流體在簡單幾何形狀流道中的流動，以及擠出、注塑、壓延和吹塑等成型過程中的 流動。另外，對擠出機、雙輻機和密煉機的混合特性進行研究，使學生進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生掌握相關流變學的思想，理解相關理論，并能夠利用流變學相關理 論知識解決工程中遇到的實際問題。（二）課程目標（根據(jù)課程特點和對畢業(yè)要求的貢獻，確定課程目標。應包括知識目 標和能力目標。）課程目標1:掌握聚合物材料的獨特流變學特征，并理解相關機理；課程目標2：掌握聚合物結構與其流變

3、學特征之間的關系；課程目標3：掌握流變學性能的相關測試及其原理；課程目標4：掌握影響聚合物流變學特征的各種因素，能夠通過調控相關因素來控制流變行為。二、課程內容與教學要求（按章撰寫）第一章緒論（一）課程內容（列出主要知識點、能力點）（1）流變學的歷史和現(xiàn)狀（2）流變學的研究對象和方法（3）高分子材料典型的流變行為（4）流變學在高分子材料加工中的應用（二）教學要求（將相關內容按照掌握、理解、了解等不同教學要求進行分類）通過學習使學生掌握聚合 物流變學的基本概念、內容和意義，了解聚合物流變學的發(fā)展歷史， 懂得聚合物流變學的發(fā)展趨勢和方向，了解聚合物流變學中的一些奇特現(xiàn)象以及理解產生這種特殊 的行為

4、的物理原因是什么。（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）（1） 了解流變學的一些基本概念及思想；聚合物流變學相比于小分子流變學的不一樣的地方是本章 的重點；（2）流變學的基本思想：靜與動，彈性與粘性的轉變，是本章的難點。第二章流變學基本概念（一）課程內容（1）流體形變的基本類型（2）標量、矢量和笛卡兒張量的定義（3）應力張量和應變張量（4）本構方程和材料函數(shù)（二）教學要求掌握流變學研究中的基本物理量，理解簡單實驗和應力與應變，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力差，了解本構方程的意義及建立聚合物液體流變本構方程基 本方法，從材料微元的分析中了解定量研

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

6、課程內容(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)教學要求了解簡單剪切流動、牛頓定律與牛頓流體，線性粘性流動特點，了解非牛頓流體類別和非線性 粘性流動特點，掌握非牛頓流體的流動曲線分析，了解拉伸流動和拉伸粘度；掌握基本流變函數(shù)， 理解流動機理，理解聚合物液體流動時發(fā)生剪切變稀等奇異流變現(xiàn)象，能說明其奇異性。(三)重點與難點(1)重點：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：理解流變現(xiàn)象中奇異彈性行為的本質來源；基律方程及非牛頓指數(shù)的應用。第五章高分子流體的流動分析（-）課程內容（1）高分

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

8、分子形狀對黏度的影響（6）支化度對黏度的影響（7）添加劑的影響（8）黏度的時間依賴性（二）教學要求掌握各類條件和參數(shù)對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、剪切應力），分子結構參數(shù)（分子量、分子量分布、支化度），配方參數(shù)（填充。增強劑、軟化。增 塑劑）。掌握時溫等效原理；理解動態(tài)粘彈性的定義，以及用途。（三）重點與難點（1）重點：不同因素對剪切粘度產生的影響及其原因；（2）難點：時溫疊加法的應用及動態(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用（一）課程內容（1）毛細管流變儀（2）旋轉流變儀（3）轉矩流變儀（二）教學要求掌握毛細管流變儀的測量原理及方法

9、，各種旋轉流變儀，落球粘度計的測量原理，聚合物粘彈 性的實驗方法，高分子熔體彈性測試的意義，用常規(guī)流變儀測法向應力差的原理，用擠出脹大法、 出口壓力法與孔穴壓力法測第一法向應力差，轉矩流變儀的原理和用途等，尤其對高壓毛細管流變 儀的測量原理、數(shù)據(jù)處理方法（包括各種修正）、測量結果分析等有較好的理解，了解動態(tài)粘度的測量 （儲能模量、損耗模量、復數(shù)模量、動態(tài)粘度、復數(shù)粘度、損耗因子等）。（三）重點與難點（1）重點：不同流變儀的工作原理，能夠測量的參數(shù)；（2）難點：在流變儀的工作原理方面，會涉及到一些數(shù)學公式。第八章流體的運動方程及應用（一）課程內容（1）連續(xù)方程（2）動量方程（3）能量方程（4）加

10、工過程的數(shù)學分析（二）教學要求了解壓延機輻間的流動、吹塑中的流動、吹模的自由表面流動、熱成型片材的自由吹脹、密煉 機內的流動及其數(shù)學分析。（三）重點與難點（1）重點：不同加工設備中的流動及其數(shù)學分析；（2）難點：本章的數(shù)學公式較多，而且推導過程涉及到很多力學方面的知識，較復雜。第九章剪切誘導高分子結晶（一）課程內容（1）剪切誘導結晶的原理及研究歷史（2）在溶液中發(fā)生的剪切誘導結晶（3）在熔體中發(fā)生的剪切誘導結晶（4）目前存在的爭議（5）最新的研究進展（二）教學要求理解剪切誘導結晶的熱力學原理；如何根據(jù)目前存在的爭議提出自己的想法。（三）重點與難點（1）重點：理解剪切誘導結晶現(xiàn)象的熱力學原理；目

11、前還存在的爭議；相關的模擬工作；（2）難點：計算機模擬方法的優(yōu)勢；如何從實際問題中提煉出關鍵性因素，并利用自己學過的知識 對該問題展開分析和研究。三、本課程開設的實驗項目編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標12注：L “類型”填驗證性、綜合性、設計性等;2. “要求”填必做、選做。實驗L （實驗名稱）寫明實驗目標及要求。實驗2：（實驗名稱）寫明實驗目標及要求。四、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程目標課堂 教學實驗上 機課程 實踐小 計第一章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 教學方法1、2、4第七章44講授、討論1、4第八章自學自學討論1第九章44講授、演示、討論、研究型教學方法1、2合計3232注：1.課程實踐學時按相關專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格；.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例等教學方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權重備注課堂表現(xiàn)按照學生到課率、課堂討論參與情況等評價， 按1。計入課程總成績。10%平時作業(yè)課后每章完成相應習題，主要考核學生對每節(jié) 課知識點的復習、理解和掌握程度，計算全部 作業(yè)的平均成績再按10%計入總成績。20%期末考試考試為開卷考試，試卷題型可包括名詞解釋 題、問答題及圖形分析等類型。根據(jù)評分標準 計算得分并以卷面成績的70%計入課程總成 績。70%注：1.分學期設置和考核的課程應按學期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段測試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、項目設計和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、項目設計要求等。.考核權重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。六、參考書目