Załącznik do Zarządzenia nr 56 - Centrum Badań Molekularnych i

1)
Nazwa pola
Komentarz
Nazwa przedmiotu (w języku
polskim oraz angielskim)
Właściwości mechaniczne układów polimerowych.
Mechanical properties of polymeric systems.
Jednostka oferująca przedmiot
Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, Łódź
Liczba punktów ECTS
Sposób zaliczenia
Język wykładowy
Określenie, czy przedmiot
może być wielokrotnie
zaliczany
Skrócony opis przedmiotu
4
Egzamin
Polski
Jednokrotnie
Pełny opis przedmiotu
W ramach wykładu przedstawione zostaną podstawy wiedzy na temat
właściwości mechanicznych materiałów polimerowych, zarówno
polimerów czystych jak i ich mieszanin i kompozytów. Właściwości
mechaniczne omówione zostaną w szerokim zakresie, obejmującym
właściwości sprężyste przy małych odkształceniach, właściwości
lepkosprężyste, zachowanie polimerów przy dużych odkształceniach,
procesy i mechanizmy deformacji plastycznej, zjawiska pękania.
Przedstawione zostaną główne metody doświadczalne badania
właściwości mechanicznych okładów polimerowych, zarówno
statyczne jak i dynamiczne. Omówione będą również znane
mechanizmy prowadzące do poprawy poszczególnych właściwości
mechanicznych a także stosowane metody modyfikacji właściwości
mechanicznych polimerów np. przez modyfikację struktury fizycznej
i/lub morfologii, orientację, wytwarzanie mieszanin, mikro- i
nanokompozytów polimerowych, osiągane dzięki nim korzyści oraz
podstawowe wady i ograniczenia.
Celem wykładu „Właściwości mechaniczne układów polimerowych”
jest zapoznanie słuchaczy z podstawową wiedząna temat właściwości
mechanicznych materiałów polimerowych, zarówno polimerów
czystych jak i ich mieszanin i kompozytów. Szczegółowa zawartość
przedmiotu to:
- pojęcia wstępne: zakres właściwości mechanicznych, sprężystość,
naprężenie, odkształcenie, deformacja plastyczna, płynięcie,
lepkospręzystość
- typy materiałów konstrukcyjnych
-porównanie wybranych właściwości mechanicznych różnych
materiałów
-zależności od temperatury i ciśnienia, wpływ przemian fazowych
-charakterystyka i etapy deformacji polimeru
-specyfika deformacji polimerów, zależność przebiegu deformacji od
temperatury i szybkości odkształcenia
-teoria sprężystości liniowej(małe odkształcenia)
-podstawowe stany naprężeń
- prawo Hooke’a, uogólnione prawo Hooke’a
-wsółczynnik Poissona
-współzależności pomiędzy modułem sprężystości, modułem
odkształcenia postaciowego modułem ściśliwości
- elastomery – stan wysokiej elastyczności
1
-termodynamika odkształcenia elatomeru, funkcja energii
odkształcenia
-naprężenie i odkształcenie przy dużych (skończonych) deformacjach
- prawo Hooke’a i równania konstytutywne dla odkształceń
skończonych
-niezmiennik deformacji, równanie Mooneya-Rivlina
-statystyczna teoria sprężystości kauczukowej
-sprężystość pojedynczego łańcucha
-sieć polimerowa, sieci idealne i rzeczywiste
- sprężystość sieci idealnej: sieć afiniczna, fantomowa i
ograniczoną fluktuacją węzłów
-fizyczne węzły sieci – splątania, krystality
-sprężystość sieci rzeczywistych, odstępstwa od sieci idealnej,
współczesne próby opisu i modele sieci rzeczywistych
-metody badania właściwości sprężystych polimerów i elastomerów
-wprowadzenie pojęcia lepkosprężystości i omówienie jej istoty
-liczba Debory
- zakres zachowań lepkosprężystych polimerów
-przykłady odpowiedzi lepkosprężystych
- zjawisko relaksacji naprężeń
-pełzanie
-zasada superpozycji Boltzmana
-zależności od temperatury i czasu – zasada superpozycji czasowotemperaturowej
-równanie WLF
-lepkosprężystość liniowa, analogi mechaniczne
-modele Maxwella, Kelvina-Voigta, modele złożone
-widma czasów relaksacji, czasów retardacji
-interpretacja molekularna zjawiska lepkosprężystości
-wpływ splątań łańcuchów na procesy relaksacyjne
-model Rouse’a
-model relaksacji przez reptację
-pomiary właściwości lepkosprężystych metodami dynamicznymi
- przejścia relaksacyjne
-przejścia relaksacyjne w polimerach amorficznych
-czynniki wpływające na temperatury przejść relaksacyjnych (Tg)
-przejścia relaksacyjne w polimerach częściowo-krystalicznych
-pojęcie granicy plastyczności
-kryteria plastyczności, Schmidt, Coulomb, Tresca, Huber-von
Misses
-pozorny spadek naprężenia na granicy plastyczności
-konstrukcja Considere
-granica plastyczności – mechamizmy: ścinanie, rysy napręże
-tworzenie szyjki przy rozciąganiu
-rysy naprężeniowe – powstawanie, propagacja, mechanizm
-lepkosprężysta natura przejścia plastycznego
-model Eyringa
-interpretacja molekularna lepkosprężystej natury przejścia
plastycznego
-przejście plastyczne w polimerach częściowo-krystalicznych
-deformacja plastyczna kryształów polimerowych
-poślizg krystalograficzny
-specyfika poślizgu w kryształach polimerowych
-poślizg homo- i heterogeniczny
-rola dyslokacji
-rodzaje dyslokacji i ich źródła podczas deformacji
-oszacowania teoretyczne naprężenia na granicy plastyczności,
porównanie z wynikami obserwacji doświadczalnych
-zależność granicy plastyczności od grubości lamel i temperatury
-zbliźniaczanie pod wpływem naprężenia
2
-transformacje martenzytyczne
-deformacja grup lamel krystalicznych: poślizg międzylamelarny, separacja lamel
-przebieg deformacji przy dużych odkształceniach
-model Peterlina,
-hipoteza topnienia/rekrystalizacji
-model krystalograficzny
-niestabilności podczas deformacji- łamanie lamel, fragmentacja
-schemat deformacji Strobla
-udział fazy amorficznej i krystalicznej
-kawitacja podczas deformacji
-orientacja molekularna
-orientacja polimerów - anizotropia właściwości
-metody oceny orientacji, współczynnik orientacji, mapy i funkcje
rozkładu orientacji
-metody uzyskiwania wysokiej orientacji polimerów, laboratoryjne i
przemysłowe
-właściwości mechaniczne materiałów orientowanych
-teoretyczne oszacowanie wytrzymałości i porównanie z
doświadczeniem
-koncentracje naprężeń
-teoria pękania Griffitha
-pękanie na poziomie molekularnym
-opis kinetyczny
-etapy procesu pękania
-mechanika pękania – podejście energetyczne, liniowo-sprężysta
mechanika pękania, materiały nieliniowe
-stan płaskiego naprężenia, stan płaskiego odkształcenia
-relacje pomiędzy współczynnikem intensywności naprężenia i
energią pękania, typowe właściwości polimerów
-udział i wpływ lokalnej deformacji plastycznej w generacji i
propagacji pęknięcia
-rola rys naprężeniowych
-przejście krucho-plastyczne
-doświadczalne metody badania wytrzymałości i odporności
mechanicznej – LEFM, całka J, EWF, testy inżynierskie udarności.
-różnica pomiędzy wytrzymałością i odpornością mechaniczną
-rola przejścia krucho-plastycznego
-udział deformacji plastycznej w propagacji pęknięcia
-strategie poprawy odporności mechanicznej
-możliwości poprawy odporności mechanicznej
-deformacja plastyczna przez ścinanie vs. giętkość łańcucha
-rysy naprężeniowe vs. giętkość łańcucha i gęstość splątań
-możliwości modyfikacji odporności mechanicznej w mieszaninach
homogenicznych
-poprawa odporności mechanicznej przez modyfikację struktury
-czynnik- wpływające na odporność mechaniczną
Modyfikacja elastomerami
-mechanizmy poprawy odporności mechanicznej przez modyfikację
elastomerami
-rola wtrąceń elastomeru
-modyfikacja rozkładu naprężeń przez wtrącenia: naprężenia
termiczne, koncentracje naprężeń, kawitacja wtrąceń elastomeru
-wpływ rozmiaru i koncentracji wtrąceń, odległość krytyczna
pomiędzy wtrąceniami
- modyfikacja lokalnej struktury i właściwości matrycy wokół
wtrąceń – możliwość modyfikacji sztywnymi cząstkami napełniaczy
-kluczowe problemy wytwarzania materiałów o wysokiej odporności
mechanicznej
-przykłady mieszanin polimerów jako materiałów konstrukcyjnych i
3
użytkowych
-HIPS – PS o wysokiej udarności
PPO/PS – Noryl
-mieszaniny kompatybilizowane, mieszanie reaktywne
-mieszaniny wzmocnione włóknami
Literatura
Efekty uczenia się
I.M.Ward, D.W.Hadley, A introduction to mechanical properties of
solid polymers, Wiley, 1993
A.J.Kinloch, R.J.Young, Fracture Behaviour of Polymers,
Appl.Sci.Publ., 1983
J.D.Ferry, Lepkosprężystość polimerów, PWN, 1965
G. Strobl, “The physics of solid polymers”, Springer Verlag, Berlin,
1996/2007
D. Paul, C. Bucknall (ed.), Polymer Blends, Wiley 2000
W.Przygocki, A.Włochowicz, “Fizyka polimerów”, PWN, Warszawa,
2001
G.H. Michler, F.J. Balta-Calleja, Nano- and Micromechanics of
polymers, Hanser 2012
1.Student (doktorant) zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w
zakresie właściwości mechanicznych materiałów polimerowych, ich
wzajemnych współzależności oraz zależności właściwości
mechanicznych od struktury chemicznej i fizycznej materiału.
2.Zapoznaje się ze współczesnymi metodami i technikami badania
poszczególnych właściwości mechanicznych.
3.Zapoznaje się ze znanymi i najczęściej stosowanymi metodami
poprawy wybranych właściwości mechanicznych, ich zaletami,
wadami i ograniczeniami.
4.Poznaje obszary zastosowań polimerów jako materiałów
konstrukcyjnych.
Metody i kryteria oceniania
Wykład kończy się egzaminem.
Praktyki zawodowe w ramach
przedmiotu
Nie dotyczy
B) Opis przedmiotu cyklu
[Wypełnia koordynator/prowadzący zajęcia, z wyjątkiem następujących pól, oznaczonych
ciemniejszym kolorem:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
cykl dydaktyczny, w którym przedmiot jest realizowany,
sposób zaliczenia przedmiotu w cyklu,
forma(y) i liczby godzin zajęć oraz sposoby ich zaliczenia,
imię i nazwisko koordynatora/ów przedmiotu cyklu,
imię i nazwisko osób prowadzących grupy zajęciowe przedmiotu,
atrybut przedmiotu,
grupy zajęciowe z opisem i limitem miejsc w grupach,
terminy i miejsca odbywania zajęć].
Nazwa pola
Komentarz
Cykl dydaktyczny, w którym
Semestr III
przedmiot jest realizowany
Sposób zaliczenia przedmiotu w Egzamin
cyklu
Imię i nazwisko koordynatora/ów Prof. Zbigniew Bartczak
4
przedmiotu cyklu
Imię i nazwisko osób
prowadzących grupy zajęciowe
przedmiotu
Atrybut (charakter) przedmiotu
Prof. Zbigniew Bartczak
Do wyboru
Efekty uczenia się, zdefiniowane 1.Student (doktorant) zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w
dla danej formy zajęć w ramach zakresie właściwości mechanicznych materiałów polimerowych,
przedmiotu
ich wzajemnych współzależności oraz zależności właściwości
mechanicznych od struktury chemicznej i fizycznej materiału.
2.Zapoznaje się ze współczesnymi metodami i technikami
badania poszczególnych właściwości mechanicznych.
3.Zapoznaje się ze znanymi i najczęściej stosowanymi metodami
poprawy wybranych właściwości mechanicznych, ich zaletami,
wadami i ograniczeniami.
4.Poznaje obszary zastosowań polimerów jako materiałów
konstrukcyjnych.
Metody i kryteria oceniania danej Wykład kończy się egzaminem.
formy zajęć w ramach
przedmiotu
Zakres tematów
Wykład „Właściwości mechaniczne układów polimerowych” jest
obejmuje następujące zagadnienia::
- pojęcia wstępne: zakres właściwości mechanicznych,
sprężystość, naprężenie, odkształcenie, deformacja plastyczna,
płynięcie, lepkospręzystość
- typy materiałów konstrukcyjnych
-porównanie wybranych właściwości mechanicznych różnych
materiałów
-zależności od temperatury i ciśnienia, wpływ przemian fazowych
-charakterystyka i etapy deformacji polimeru
-specyfika deformacji polimerów, zależność przebiegu
deformacji od temperatury i szybkości odkształcenia
-teoria sprężystości liniowej(małe odkształcenia)
-podstawowe stany naprężeń
- prawo Hooke’a, uogólnione prawo Hooke’a
-wsółczynnik Poissona
-współzależności pomiędzy modułem sprężystości, modułem
odkształcenia postaciowego modułem ściśliwości
- elastomery – stan wysokiej elastyczności
-termodynamika odkształcenia elatomeru, funkcja energii
odkształcenia
-naprężenie i odkształcenie przy dużych (skończonych)
deformacjach
- prawo Hooke’a i równania konstytutywne dla odkształceń
skończonych
-niezmiennik deformacji, równanie Mooneya-Rivlina
-statystyczna teoria sprężystości kauczukowej
-sprężystość pojedynczego łańcucha
-sieć polimerowa, sieci idealne i rzeczywiste
- sprężystość sieci idealnej: sieć afiniczna, fantomowa i
ograniczoną fluktuacją węzłów
-fizyczne węzły sieci – splątania, krystality
-sprężystość sieci rzeczywistych, odstępstwa od sieci idealnej,
współczesne próby opisu i modele sieci rzeczywistych
-metody badania właściwości sprężystych polimerów i
elastomerów
-wprowadzenie pojęcia lepkosprężystości i omówienie jej istoty
-liczba Debory
- zakres zachowań lepkosprężystych polimerów
-przykłady odpowiedzi lepkosprężystych
5
- zjawisko relaksacji naprężeń
-pełzanie
-zasada superpozycji Boltzmana
-zależności od temperatury i czasu – zasada superpozycji
czasowo-temperaturowej
-równanie WLF
-lepkosprężystość liniowa, analogi mechaniczne
-modele Maxwella, Kelvina-Voigta, modele złożone
-widma czasów relaksacji, czasów retardacji
-interpretacja molekularna zjawiska lepkosprężystości
-wpływ splątań łańcuchów na procesy relaksacyjne
-model Rouse’a
-model relaksacji przez reptację
-pomiary właściwości lepkosprężystych metodami dynamicznymi
- przejścia relaksacyjne
-przejścia relaksacyjne w polimerach amorficznych
-czynniki wpływające na temperatury przejść relaksacyjnych
(Tg)
-przejścia relaksacyjne w polimerach częściowo-krystalicznych
-pojęcie granicy plastyczności
-kryteria plastyczności, Schmidt, Coulomb, Tresca, Huber-von
Misses
-pozorny spadek naprężenia na granicy plastyczności
-konstrukcja Considere
-granica plastyczności – mechamizmy: ścinanie, rysy napręże
-tworzenie szyjki przy rozciąganiu
-rysy naprężeniowe – powstawanie, propagacja, mechanizm
-lepkosprężysta natura przejścia plastycznego
-model Eyringa
-interpretacja molekularna lepkosprężystej natury przejścia
plastycznego
-przejście plastyczne w polimerach częściowo-krystalicznych
-deformacja plastyczna kryształów polimerowych
-poślizg krystalograficzny
-specyfika poślizgu w kryształach polimerowych
-poślizg homo- i heterogeniczny
-rola dyslokacji
-rodzaje dyslokacji i ich źródła podczas deformacji
-oszacowania teoretyczne naprężenia na granicy plastyczności,
porównanie z wynikami obserwacji doświadczalnych
-zależność granicy plastyczności od grubości lamel i temperatury
-zbliźniaczanie pod wpływem naprężenia
-transformacje martenzytyczne
-deformacja grup lamel krystalicznych: poślizg międzylamelarny,
-separacja lamel
-przebieg deformacji przy dużych odkształceniach
-model Peterlina,
-hipoteza topnienia/rekrystalizacji
-model krystalograficzny
-niestabilności podczas deformacji- łamanie lamel, fragmentacja
-schemat deformacji Strobla
-udział fazy amorficznej i krystalicznej
-kawitacja podczas deformacji
-orientacja molekularna
-orientacja polimerów - anizotropia właściwości
-metody oceny orientacji, współczynnik orientacji, mapy i
funkcje rozkładu orientacji
-metody uzyskiwania wysokiej orientacji polimerów,
laboratoryjne i przemysłowe
-właściwości mechaniczne materiałów orientowanych
6
-teoretyczne oszacowanie wytrzymałości i porównanie z
doświadczeniem
-koncentracje naprężeń
-teoria pękania Griffitha
-pękanie na poziomie molekularnym
-opis kinetyczny
-etapy procesu pękania
-mechanika pękania – podejście energetyczne, liniowo-sprężysta
mechanika pękania, materiały nieliniowe
-stan płaskiego naprężenia, stan płaskiego odkształcenia
-relacje pomiędzy współczynnikem intensywności naprężenia i
energią pękania, typowe właściwości polimerów
-udział i wpływ lokalnej deformacji plastycznej w generacji i
propagacji pęknięcia
-rola rys naprężeniowych
-przejście krucho-plastyczne
-doświadczalne metody badania wytrzymałości i odporności
mechanicznej – LEFM, całka J, EWF, testy inżynierskie
udarności.
-różnica pomiędzy wytrzymałością i odpornością mechaniczną
-rola przejścia krucho-plastycznego
-udział deformacji plastycznej w propagacji pęknięcia
-strategie poprawy odporności mechanicznej
-możliwości poprawy odporności mechanicznej
-deformacja plastyczna przez ścinanie vs. giętkość łańcucha
-rysy naprężeniowe vs. giętkość łańcucha i gęstość splątań
-możliwości modyfikacji odporności mechanicznej w
mieszaninach homogenicznych
-poprawa odporności mechanicznej przez modyfikację struktury
-czynnik- wpływające na odporność mechaniczną
Modyfikacja elastomerami
-mechanizmy poprawy odporności mechanicznej przez
modyfikację elastomerami
-rola wtrąceń elastomeru
-modyfikacja rozkładu naprężeń przez wtrącenia: naprężenia
termiczne, koncentracje naprężeń, kawitacja wtrąceń elastomeru
-wpływ rozmiaru i koncentracji wtrąceń, odległość krytyczna
pomiędzy wtrąceniami
- modyfikacja lokalnej struktury i właściwości matrycy wokół
wtrąceń – możliwość modyfikacji sztywnymi cząstkami
napełniaczy
-kluczowe problemy wytwarzania materiałów o wysokiej
odporności mechanicznej
-przykłady mieszanin polimerów jako materiałów
konstrukcyjnych i użytkowych
-mieszaniny kompatybilizowane, mieszanie reaktywne
-mieszaniny wzmocnione włóknami
Metody dydaktyczne
Literatura
Wykład interaktywny
Jak wyżej
7
8