Программы модулей

Программы модулей
Приблизительные программы модулей общенаучного цикла
ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК
Объем: 3,8 зачетных единицы, 68 академических часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: совершенствование степени владения иностранным языком и
наиболее полное использование его в научной работе.
Ожидаемые результаты: в результате освоения курса магистранты разовьют
умение:

систематически следить за иноязычной научной и технической
информацией по соответствующему профилю;

свободно читать и понимать зарубежные первоисточники по своей
специальности и извлекать из них необходимые сведения;

оформлять извлечённую информацию в удобную для пользования
форму в виде аннотаций, переводов, рефератов и т.п.;

вести беседу на иностранном языке, связанную с научной работой и
повседневной жизнью.
Содержание курса
Программа предназначается для студентов, продолжающих обучение в
магистратуре, и рассчитана на 192 часов аудиторной и самостоятельной
работы над тем иностранным языком, который изучался в вузе.
Содержание курса составляют иноязычные произведения речи, на базе
которых совершенствуются речевые навыки и умения: чтение, перевод,
аннотирование, реферирование, говорение, аудирование, письмо. Фонетика,
лексика и грамматика актуализируются одновременно с видами речевой
деятельности на основе этих же учебных материалов.
Чтение. Владение всеми видами чтения литературы различных стилей
и жанров. Работа с оригинальными материалами по специальности,
контрактами, патентным поиском, рекламой. Работа с оригинальной
литературой
научного
характера
(изучение
статей,
монографий,
рефератов). Совершенствование умения чтения предполагает обучение
различным видам чтения иноязычных источников: чтение с полным охватом
содержания и чтение с общим охватом содержания (ориентировочное,
поисковое, изучающее). Уделяется внимание тренировке в скорости чтения.
Развитие всех видов чтения отвечают конечной цели –читать иностранный
текст с непосредственным пониманием читаемого, т.е. не прибегая к анализу
и переводу. Критерием зрелого чтения служит темп чтения про себя: в начале
курса 120 – 150 слов в минуту с постепенным увеличением до 250 слов в
минуту к концу курса.
Перевод. Развитие умения перевода ведётся в плане обучения
оформлению получаемой из иностранных источников информации и как
средства овладения иностранным языком, а также контроля понимания
прочитанного.
Критериями
зрелого
перевода
служат
следующие
нормы:
письменный перевод – 1800-2000 п.зн. в час в начале курса, до 2400 п.зн. в
час
в
середине
курса,
до
3000
п.зн.
в
час
в
конце
курса;
устный перевод – до 6000 п.зн. в час.
Устная речь. Первоочередное внимание уделяется аудированию
(пассивному, активному, на базе магнитофонной записи). Умение говорения
строится
на
основе
чтения
и
аудирования.
Говорение
включает:
воспроизведение прочитанного или услышанного, описание схем, чертежей,
характеристика событий или явлений, выступления на заданную тему,
краткие сообщения, выступления с рефератом или докладом на иностранном
языке, участие в диалоге или беседе профессионального характера,
понимание высказываний профессионального / научного характера.
Письмо. Развитие умения писать на иностранном языке включает:
составление плана к прочитанному, изложение содержания в письменном
виде, написание тезисов, отзывов, рецензий статей, деловых писем, факсов.
Формирование и совершенствование языковых умений
Обучение всем видам речевой деятельности ведётся постоянно, в
единстве
с
материалом.
овладением
фонетическим
и
лексико-грамматическим
Фонетика. Продолжается комплексная работа по совершенствованию
произносительных навыков при чтении вслух и устном высказывании.
Особое
внимание
уделяется
смыслоразличительным
фонетическим
средствам:

противопоставлению долготы и краткости, открытости и закрытости
гласных звуков и др.;

ударению в слове и предложении (ударение в производных и сложных
словах, перенос ударения как словообразовательное средство, фразовое
ударение и др.);

интонационному
оформлению
предложения
(коммуникативное
членение, деление на речевые такты с правильной расстановкой пауз,
ритм и мелодия).
Лексика. К концу курса лексика должна составлять 4000 – 4500 единиц,
из них 3000 – 3300 единиц - лексика для развития чтения, стилистически
нейтральная, научная (по широкому и узкому профилю), 1200 единиц общей
и бытовой тематики для развития устной речи. Рекомендуемое соотношение
лексических единиц различного характера может меняться в зависимости от
профиля вуза.
Лексика включает: словообразовательные механизмы, многозначность
слова и его контекстуальное значение, синонимы и антонимы, слова с
интернациональными корнями, совпадения и расхождения объёма их
значений в родном и иностранном языках, термины и методы их
образования, сочетаемость слов – свободные сочетания, устойчивые
глагольные сочетания, фразеологические сочетания и идиоматические
выражения, особенности математической, химической и другой символики
(чтения формул). Сокращения и условные обозначения.
Грамматика включает грамматические темы, необходимые для чтения,
перевода и редактирования, структуры простого, распространённого и
сложного предложения, союзное и бессоюзное подчинение, сложные
синтаксические конструкции научной и деловой речи, обороты с неличными
глагольными формами, многоэлементные конструкции и др.
Грамматический минимум для развития устной речи включает:
порядок слов в предложении, управление, употребление функциональных
слов (местоимения, вспомогательные глаголы, наречия, предлоги и союзы),
глагольные формы разговорного языка, модальность, краткие вопросы и
ответные формы. Тематика материалов для обучения различным видам
речевой деятельности: узкопрофессиональная, научная.
ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Объем курса: 3,8 зачетных единицы, 68 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: развить представление слушателей о философских проблемах
естествознания.
Ожидаемые результаты: магистранты научатся понимать философские
концепции естествознания, получат представление о философских проблемах
современной химии и их эволюции во времени.
Становление современного естествознания: исторические этапы
Возникновение науки: социокультурные условия и предпосылки.
Особенности
древнейшей
пранауки:
непосредственная
связь
с
практическими задачами, рецептурный, эмпирический, сакрально-кастовый и
догматический характер знания. Основные достижения древней пранауки.
Античная
наука.
созерцательность,
доказательность,
Особенности
имманентная
системность,
античного
типа
самодостаточность,
методологическая
научности:
логическая
рефлексивность,
демократизм, открытость к критике. Неразрывная связь античной науки и
философии. Основные натурфилософские концепции античности. Основные
достижения античного этапа развития науки в области математики, логики,
астрономии, механики, физики, биологии, медицине и др.
Средневековый
этап
развития
науки.
Общая
социокультурная
характеристика средневековья. Западная и восточная ветви средневековой
науки. Особенности западной ветви: теологизм, телеологизм, герменевтизм,
схоластика, догматизм. Особенности развития науки на Ближнем и Среднем
Востоке, в Индии, Китае: относительная независимость от религии,
практическая ориентированность, догматизм. Достижения средневековой
науки в области логики, риторики, математики, астрономии, химии,
медицины, агрономии, архитектуры.
Возникновение современной науки в Западной Европе: исторические
условия и социокультурные предпосылки. Становление новой идеологии
науки в эпоху Возрождения: светский характер, критический дух,
объективность, практическая направленность.
Классический этап (XVII-XIX вв.). Формирование классической
научной картины мира, гносеологии и методологии классической науки.
Онтология классической науки: детерминизм, антителеологизм, механицизм.
Гносеология классической науки: предметность, объективная истинность
научного знания, однозначный характер научных законов, эмпирическая
проверяемость и логическая доказательность научного знания. Методология
классической науки: количественные модели исследования, эксперимент,
математическая модель объекта, дедуктивный метод построения теории,
критицизм.
Философия
Нового
Времени
в
ее
связи
с
наукой.
Институализация науки. Изменения содержания и форм университетского
образования и научных исследований. Создание научных и учебных
заведений нового типа (инженерные, политехнические вузы и школы,
лаборатории, испытательные стенды, полевые исследования, научные
журналы и др.). Вторая половина XIX века: резкое возрастание социальной
базы науки, возникновение большой науки, усиление связи науки с
производством, создание промышленного сектора науки, информационный
научный взрыв.
Конец XIX – начало ХХ в. Кризис в основаниях классической науки и
глобальная научная революция в математике, физике и социальных науках.
Создание теории относительности и квантовой механики – начало этапа
неклассической науки. Онтология неклассической науки: релятивизм,
индетерминизм,
структурность,
нелинейность,
массовость,
организованность,
синергетизм,
эволюционность
системность,
научных
объектов.
Гносеология неклассической науки: субъект – объектность научного знания,
гипотетичность, вероятный характер научных законов и теорий, частичная
эмпирическая
и
теоретическая
верифицируемость
научного
знания.
Методология неклассической науки: отсутствие универсального научного
метода, плюрализм научных методов и средств, интуиция, творческий
конструктивизм. Научно-техническая интеграция.
Середина
ХХ
в.
Научно-технологическая
революция.
Создание
наукоемкой экономики. Превращение науки в главный источник инноваций
и решающую силу общественного прогресса. Резкое возрастание расходов
общества на развитие науки. Наука – важнейший объект государственной
научной политики развитых стран.
Постнеклассический этап развития науки (последняя треть XIX в. – по
настоящее время). Негативные последствия технократизма: реальные и
возможные. Необходимость экологического и гуманитарного контроля над
научно-техническим развитием. Биология, экология, глобалистика и наука о
человеке – лидеры постнеклассического этапа. Преимущественный предмет
исследования неклассической науки – сверхсложные системы (механические,
физические, химические, биологические, экологические, космологические,
инженерные, компьютерные, технологические, медицинские, социальные и
др.).
Принципы
структурность,
онтологии
органицизм,
постнеклассической
эволюционизм,
науки:
телеологизм,
системность,
финализм,
антропологизм. Гносеология постнеклассической науки: проблемность,
коллективность научно-познавательной деятельности, контекстуальность
научного
знания,
полезность,
экологическая
и
гуманистическая
направленность научной информации. Методология постнеклассической
науки: методологический плюрализм, конструктивизм, коммуникативность,
консенсуальность, целостность, эффективность и целесообразность научных
решений.
Компьютерная,
телекоммуникативная
и
биотехнологическая
революция в науке. Высокие технологии – основа развития экономики,
переход к созданию информационного общества.
Будущее науки. Сосуществование и интеграция сформированных ранее
типов научности: классического, неклассического, постнеклассического.
Преимущественная реализация одного из них в разных дисциплинах в
зависимости от степени их развития и характера решаемых теоретических и
практических проблем. Дальнейшая интенсификация процессов интеграции
и дифференциации в развитии науки, рост и усложнение общей структуры
науки,
использование
новых,
более
эффективных
средств
научной
коммуникации, усиление практической ориентированности науки и ее
экономической эффективности. Глобализация науки – главный резерв
поддержания высоких темпов и эффективности научного развития мирового
и национальных научных сообществ.
Принципы научного мировоззрения. Структура и функционирование
научного знания. Модели развития науки.
Научное мировоззрение. "Три точки зрения на человеческое познание".
Наивный, критический и гипотетический реализм. Гипотетический реализм
как современный вариант научного мировоззрения. Основные постулаты
(гипотезы) научного мировоззрения: реальность "внешнего мира", единство и
квазинепрерывность,
сознание
как
функция
мозга,
возможность
объективного научного познания. Аргументы в пользу постулатов научного
мировоззрения: психологическая очевидность, реализм языка, простота,
эвристическая ценность, успешность применения. Соотношение научного и
других типов мировоззрения (мифологического, религиозного, обыденного,
художественного).
Понятие знания и познания. Основные философские интерпретации
познания: эссенциализм; скептицизм и инструментализм; гипотетический
реализм. Познание как взаимодействие объективных и субъективных
структур. Знание как репрезентация и реконструкция объективных структур
в субъекте. Субъективная обусловленность познания: филогенетическая,
социогенетическая,
онтогенетическая.
Эволюция
познания
в
свете
эволюционной и генетической эпистемологии. Мезокосмос как "когнитивная
ниша" человека. Мезокосмические структуры познания и наука.
Особенности научного знания.
Многообразие научного знания.
Проблема единства науки и проблема демаркации науки и ненауки. Критерии
научности и их функции: демаркационная, регулятивная. Универсальные
критерии научности: многообразие вариантов. Предметность, разрешение
проблемы, обоснованность, интерсубъективная проверяемость, системность
как универсальные признаки научности.
Структура научного знания.

"Вертикальный" срез: уровни научного познания. Эмпирический уровень
и его особенности. Формы представления знаний на эмпирическом
уровне:
описания,
классификации,
эмпирические
закономерности.
Эмпирические знания как реконструкция реальности. Теоретический
уровень и его особенности. Понятие идеализированного объекта.
Структура научной теории. Типы научных теорий. Уровень предпосылок
и
оснований
науки:
научная
картина
мира,
идеалы
научности,
Понятие
локальной
философские идеи и принципы.

"Горизонтальный"
срез
научного
знания.
исследовательской области. Особенности "переднего края" научных
исследований. Комплексный характер современных научных проблем.
Научная
дисциплина
и
основные
факторы
ее
формирования.
Монотеоретическая модель научной дисциплины и ее ограниченность.
Фундаментальные и нефундаментальные научные теории. Проблемы
классификации наук. Основные виды наук: логико-математические,
естественнонаучные,
социально-гуманитарные,
практико-технические.
Философия в контексте научного знания.
Основные идеалы научного знания. Идеал научности как комплекс
познавательных ценностей и норм. Научность и истинность. Структура
идеала научности. Понятие "науки" и "науки в собственном смысле".

Классический идеал научности и его основания: "чистая истина";
фундаментализм,
Основные
методологический
формы
реализации
редукционизм;
классического
интернализм.
идеала
научности:
математический, естественнонаучный, гуманитарный идеалы научности.

Критика
классического
формирования
нового
идеала
научности.
идеала
научности:
Основные
тенденции
антифундаментализация,
плюрализация, экстернализация в истолковании научного знания.
Стратегии
развития
науки
и
природа
научной
истины.
Метафизические стратегии (Аристотель, Лейбниц). Эволюционистские
стратегии
(Г.Спенсер,
К.Лоренц,
Диалектико-материалистические
К.Поппер,
стратегии
Ж.Пиаже,
И.Пригожин).
(Ф.Энгельс,
В.И.Ленин,
Э.М.Чудинов). Практика как критерий истины. Теория относительной и
абсолютной истины. Прагматистские стратегии. Позитивистские стратегии.
Гипотетико-дедуктивный
(номотетический)
метод
(К.Гемпель).
Применимость номотетического метода к социальным наукам. Дискурсивное
и
интуитивное.
Феноменологические
стратегии
(И.Кант,
Э.Гуссерль,
М.Хайдеггер). Феноменология как строгая наука (Э.Гуссерль). Критический
рационализм
(К.Поппер,
фальсификации
и
К.Альберт).
правдоподобия.
Принципы
Метафизические
фаллибилизма,
исследовательские
программы (К.Поппер). Методология научно-исследовательских программ
(И.Лакатос). Стратегии и
Нормальная
наука.
(П.Фейерабенд).
парадигмы
Смена
(Т.Кун). Революции
парадигм.
Герменевтические
Анархистские
концепции
науки
в науке.
стратегии
(Х.-Г.Гадамер).
Научный материализм (Д.Армстронг). Конструктивный эмпирицизм (Б.К.
ван Фраассен). Стратегии междисциплинарных исследований: когнитивная
наука, теория сложности, жизненный мир научно-технического сообщества
(программы techno-science). Использование исторических примеров для
решения проблем философии науки (case studies).
Наука и ценности: существует ли свободная от ценностей наука? Виды
ценностей: когнитивные и социальные ценности. Ценности контроля над
объектами
исследования
и
использованием
научного
знания.
Фундаментальная и прикладная наука. Метафизика и методология, онтология
и эпистемология в практике науки. Материалистические стратегии и
ценности
контроля.
Ценности
контроля
и
ценности
капитализма
(индивидуализм, частная собственность, свободный рынок, конкуренция).
Ценности контроля и процессы глобализации в научной практике. Стратегии,
альтернативные материалистическим: традиционное знание, обыденный
подход, социализм, феминистский подход, экологический подход, ценности
общественных движений в развивающихся странах, постмодернистский
подход, религиозные подходы.
Стратегии, ценности и проблема принятия, отвержения и выбора
научных теорий. Роль социальных ценностей в выборе стратегий. Роль
когнитивных ценностей в принятии научных теорий. Взаимодействие
социальных и когнитивных ценностей. Беспристрастность, нейтральность и
автономность науки.
Философско-методологические проблемы химии
Предмет и задачи химии. Место химии в системе наук. Химия как
наука, изучающая состав, строение и свойства вещества на атомномолекулярном уровне структурной организации материи, а так же условия,
кинетику, механизм превращений и эволюцию этого вещества. Иерархия
форм движения материи: физическая – химическая – биологическая –
социальная; место химической формы движения в этой иерархии. Специфика
проявления
физических
форм
движения
в
химических
объектах.
Редукционизм и антиредукционизм в интерпретации химической реальности.
Химические явления как фундамент биологической формы движения.
Химическая эволюция и происхождение жизни.
Исторические типы химической рациональности в общем контексте
цивилизационного
развития.
Социокультурные
и
эпистемологические
предпосылки для смены идеалов и норм исследований в химии. Феномен
"запаздывания"
в
развитии
химии
на
рубеже
ХУШ-ХIХ
веков.
Закономерности роста химических знаний как демонстрация универсалий
познавательной стратегии человека. Философские основания химических
открытий. Алхимия, ятрохимия и ремесленная химия как уникальное
социокультурное
явление.
Квалитативистский
тип
рациональности
донаучной химии. Попытки структурирования химических знаний в рамках
корпускулярно-механических
представлений.
Усиление
позитивистских
тенденций в философских основаниях химического познания (Р.Бойль,
А.Л.Лавуазье). Генезис химических знаний в ХIХ веке. Формирование
количественных
подходов
(деквалитатификация)
химии.
Первые
стехиометрические законы химии (Д.Дальтон, Пруст, Авогадро и др., начало
ХIХ века). Открытие других системообразующих законов и начало
формирования дисциплинарной матрицы теоретической химии (вторая
половина ХIХ века). Утверждение институциональных понятий, идеалов и
норм научного познания в химии. Развитие концептуальных систем химии и
связанных с ними форм и уровней решения практических задач.
Объективный характер последовательного возникновения новых концепций
и
открытия
новых
законов
химии.
Эволюционная
химия
и
фундаментализация биогенеза - предельный этап неклассического развития
теоретической химии.
Философское осмысление категориального аппарата микромира.
Эпистемологические последствия внедрения в теоретическую химию основ
квантовой механики, в частности, метода молекулярных орбиталей и
квантово-механическое понимание сущности химической связи. Последствия
внедрения в теоретическую химию системного и эволюционного подходов,
принципов равновесной и неравновесной структурной организации вещества,
принципов самоорганизации и саморазвития неравновесных открытых
каталитических систем и других основ синергетики.
Структура химического знания. Теоретический и эмпирический
уровни химического знания. Обилие эмпирического материала в структуре
химического знания как следствие специфики объектов химии. Сущность
химического эксперимента и его роль в построении химических теорий.
Формулы и другие знаковые модели в химии. Модельность (схематизм)
химического мышления. Химические модели в терминах метода валентных
связей
и
метода
молекулярных
орбиталей.
Научный
релятивизм
(относительность суждений, выводов и теорий) в химии. Соотношение
феноменологического и объяснительного подходов.
Химическая связь как результат системообразующих взаимодействий
между атомами и молекулами в иерархии химических объектов. Диалектика
межатомных
и
межмолекулярных
связей
с
сильными
и
слабыми
взаимодействиями. Соотношение категорий частного и целого, несводимость
целого к сумме частей (на примерах истинных и коллоидных растворов,
полимерных структур, в частности, белков и нуклеиновых кислот и их
супрамолекулярных
взаимодействий
с
малыми
молекулами).
Альтернативные категории диалектики в химии: сущность и явление,
необходимость и случайность, симметрия и асимметрия. Индукция и
дедукция, анализ и синтез как методы познания.
Химическая реакция как реализация химической формы движения на
уровне электронных взаимодействий атомов и молекул. Химизм как
динамика образования, преобразования и распада химических связей.
Высший химизм как химическое поведение неравновесных открытых
каталитических
систем
в
ходе
их
существования,
самоорганизации
(химической эволюции).
Особенности современных форм химической картины мира и ее роль в
развитии биофилософии. Проблема зарождения живого из неживого.
Аргументы за и против случайного зарождения жизни и ее происхождения в
результате химической эволюции. Идея вечности живой материи и ее
равноправия
с
неживой
субстанцией.
Актуалистический
и
естественноисторический подходы к эволюционному возникновению жизни.
Роль правильной методологии в выборе перспективной стратегии научного
исследования.
Философское осмысление химической рациональности на рубеже ХХ и
ХХI веков: выбор новых стратегий исследования. Химия и глобальные
проблемы
современности.
применения
в
Противоречивый
человеческой
деятельности
характер
химических
последствий
заменителей
природных материалов. Химические средства в решении экологических
проблем.
ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Объем: 3,3 зачетных единицы, 36 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: дать общие представления о возможностях компьютерного
моделирования свойств композиционных материалов.
Ожидаемые результаты: слушатели узнают о существующих подходах к
моделированию свойств полимеров, научатся самостоятельно рассчитывать
процессы создания и свойства полимерных матриц.
Лекция 1. Моделирование свойств полимеров квантовомеханическими
методами.
Лекция 2. Моделирование свойств полимеров методом молекулярной
динамики.
Лекция 3. Использование методов Монте-Карло для моделирования свойств
полимеров.
Практическое занятие 1. Расчет свойств полимерной матрицы одним из
методов, рассмотренных в лекциях 1-3.
Лекция 4. Математические основы метода конечных элементов.
Лекция 5. Основные понятия теории упругости.
Лекция
6.
Примеры
аналитического
расчета
упругих
свойств
композиционных материалов.
Практическое занятие 2. Расчет упругих свойств деталей из композиционных
материалов.
Лекция
7.
Методы
и
композиционных материалов.
примеры
расчета
термоупругих
свойств
Практическое
занятие
3.
Расчет термоупругих
свойств
деталей
из
композиционных материалов.
Лекция 8. Основные понятия механики сплошных сред.
Лекция
9.
Моделирование
пропитки
изделий
из
композиционных
материалов.
Практическое занятие 4. Исследование процесса пропитки детали из
композиционного материала.
Лекция 10. Основные факторы, влияющие на долговечность изделий из
композиционных материалов.
Лекция 11. Методы расчета времени жизни и остаточной прочности изделий
из композиционных материалов.
Практическое занятие 5. Расчет времени жизни детали из композиционного
материала.
ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ХИМИИ
Объем: 3,3 зачетных единицы, 36 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: Данный курс посвящен изучению истории и методологии
химической науки. В курсе кратко излагаются сведения об общих вопросах
истории химии, главным образом, об основных периодах ее развития.
Отдельная часть курса посвящена изучению студентами развития химии в
XX веке и некоторым особенностям достижений этого периода. Излагаются
основные достижения химии XX века и новые задачи химии XXI века.
Ожидаемые результаты: слушатели получат представление о развитии
химической науки с течением времени, об основных этапах становления
современной науки.
Содержание курса:
I. "Химические" знания в древности
1. Химические ремесла: обработка металлов, изготовление красителей,
стекла и др.
2. Античные учения о веществе. Раннеантичный элементаризм, атомизм
Демокрита и его развитие в трудах Эпикура, элементаризм Платона и
Аристотеля, учение о миксисе.
II. "Химические" знания эпохи средневековья (IV - XVI вв. н. э.)
1. Алхимия. Учение об элементах-принципах, проблема трансмутации,
специфика алхимического предписания, значение алхимии в истории химии.
2. Ятрохимия. Труды Парацельса, возникновение химических технологий.
III. Начало формирования химии как науки
1. Элементаризм в XVII в. Начало переосмысления понятия элемент,
становление аналитического метода.
2. Корпускулярные теории XVII - начала XVIII в. Возрождение атомистики,
корпускулярная
теория
Бойля,
ее
методологическое
значение,
корпускулярная теория Ньютона.
IV. Химия в конце XVII в. - середине 1770-х гг.
1. Теория флогистона. Вопрос о природе горения, теория Шталя, ее
достоинства и недостатки.
2. Пневматическая химия.
V. "Химическая революция" во второй половине XVIII в.
1. Метод Лавуазье
2. Кислородная теория горения
3. Пересмотр системы составов химических веществ
4. Переосмысление концепции химического элемента
VI. Химическая атомистика Дальтона.
1. Стехиометрические закономерности.
2. Атомная теория Дальтона, понятие атомного веса.
3. Методологическое значение химической атомистики.
4. Дискуссия о законе постоянства состава.
VII. Атомно-молекулярное учение
1. Развитие химической атомистики в первой половине XIX в. Работы
Берцелиуса, Закон Гей-Люссака.
2. Молекулярная концепция. Идеи Авогадро и основные препятствия для их
распространения, реформа системы атомных весов Жерара и Лорана, система
основных химических понятий по Канниццаро.
VIII. Теории строения органических молекул в XIX веке
1. Проблема химического сродства. Электрохимическая теория Берцелиуса.
2. Проблема разнообразия органических веществ. "Радикальные" модели
органических соединений, теория типов Дюма, унитаристская концепция
Жерара.
3. Структурная теория органических соединений. Понятие валентности,
создание структурной теории в работах Кекуле, Купера, Кольбе, Бутлерова,
стереохимическая концепция Вант-Гоффа.
4. Развитие учения о валентности в конце XIX века
IX. Физикализация химии в конце XIX - первой половине XX в.
1. Периодический закон. Попытки систематизации элементов в XIX веке,
система Д.И. Менделеева.
2. Становление квантово-химической теории. Представления о сложной
структуре атома, его модели, новое понимание периодичности в начале XX
века,
электронные
квантовомеханические
теории
валентности
модели
химической
и
связи,
химической
методы
связи,
описания
многоэлектронных систем.
3. Методологическое значение квантовохимической теории в естествознании.
4. Физическая химия. Кинетика, катализ, химическая термодинамика, теория
электролитической диссоциации, эволюция теории растворов.
5. Значение проникновения физических концепций и методов в химию и
проблема редукции химии к физике.
X. Особенности и тенденции развития химии в XX в.
1. Особенности химии, связанные с ее физикализацией.
2. Интеграция и дифференциация. Новые направления.
3. Некоторые особенности и достижения различных областей химии XX века.
Физическая химия и "производные" дисциплины; аналитическая химия,
неорганическая химия; органическая химия и "производные" дисциплины;
дисциплины, пограничные с органической химией и биологией.
4. Новая глобальная тенденция в химии XX в.
ФИЗИКА ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Объем: 1,5 зачетных единицы, 18 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: дать слушателям общее представление о строении, структуре и
свойствах полимеров.
Ожидаемые результаты: прослушав данный курс, слушатель получает
специфические знания о строении макромолекул, влиянии структуры
полимера на свойства материалов.
1. Макромолекула
1.1
Основные
типы
макромолекул
Молекулярно-массовые
характеристики, средние молекулярные массы, молекулярно-массовое распре
деление.
1.2. Размеры и форма макромолекул
Конформация макромолекул.
Свободно-сочлененная цепь. Цепь с фиксированными валентными углами и
заторможенным вращением. Гибкость макромолекул.
характеристики
гибкости
макромолекул.
Количественные
Поворотно-изомерный
и
персистентный механизмы гибкости. Кинетическая гибкость.
1.3. Понятие о гауссовых клубках Функция распределения расстояний
между концами цепи. Радиус инерции, форма клубка. Упругость идеальной
полимерной цепи.
1.4.
Поведение
макромолекул
в
разбавленных
растворах
Невозмущенные размеры макромолекул. —температура и —растворитель.
Объемные
эффекты.
Гидродинамические
свойства
макромолекул
в
разбавленных растворах. Осмотическое давление разбавленного раствора
макромолекул.
Второй
вириальный
коэффициент.
Термодинамическое
качество растворителя.
2. Физические состояния и структура полимеров
2.1. Агрегатные и фазовые состояния полимеров. Высокоэластическое
состояние полимеров Полимерные сетки. Упругость идеального эластомера.
Энтропийная и энергетическая составляющая упругой силы. Упругость
реального эластомера. Тепловые явления при деформации эластомеров.
2.2. Стеклообразное состояние полимеров Явление стеклования:
природа и кинетические эффекты. Понятие о свободном об Уравнение
Вильямса—Лендела - Ферри. Химическое строение полимеров и температура
стеклования. Пластификация полимерных стекол.
2.3. Кристаллическое состояние полимеров. Явление кристаллизации
полимеров. Кристаллическая и надмолекулярная структура полимеров.
Полимерные
кристаллиты
и
сферолиты.
Кинетика
кристаллизации.
Особенности плавления полимеров. Понятие о рекристалливации и отжиге
полимеров.
2.4. Жидкокристаллическое состояние полимеров Основные понятия.
2.5. Вязкотекучее состояние полимеров (реология) Вязкое течение и
его
характеристики.
Ньютоновские
и
неньютоновские
жидкости.
Зависимость вязкости от скорости и напряжения сдвига. Кривые течения.
Зависимость вязкости от температуры и молекулярной массы.
3.Механические свойства твердых полимеров
3.1. Механические свойства твердых полимеров (малые деформации).
Модуль упругости стеклообразных и кристаллических полимеров и его
зависимость от температуры и скорости воздействия. Релаксационные и
гистерезисные явления в полимерах. Вязкоупругость полимеров. Время
релаксации.
Принцип
температурно—временной
суперпозиции.
Динамический механический метод. Понятие о механических моделях
вязкоупругого поведения полимеров.
3.2. Ориентационные явления в твердых полимерах (большие де
формации). Основные закономерности больших деформаций стеклообразных
полимеров . Влияние температуры. Температура хрупкости. Структурные
превращения при больших деформациях кристаллических полимеров.
3.3. Ориентированное состояние твердых полимеров. Полимерные
волокна
и
пленки.
кристаллических
Фибриллярная
полимеров.
структура
Механические
ориентированных
свойства
волокон.
Высокомодульные волокна.
3.4. Прочность полимеров. Статический и кинетический подход к
прочности твердых тел. Предел прочности. Понятие о долговечности.
Уравнение
Журкова.
Разрушение
ориентированных
кристаллических
полимеров.
4. Двухкомпонентные полимерные системы.
4.1. Растворы полимеров. Особенности растворения полимеров:
набухание и растворение. Правило фаз Термодинамика растворения. Теория
Флори-Хаггинса. Фазовые равновесия в системе полимер - растворитель.
4.2. Смеси полимеров. Термодинамика смешения полимеров. Методы
идентификации фазового состава. Фазовая морфология. Механические
свойства двухфазных смесей полимеров. Ударопрочные пластики.
4.3. Блок – сополимеры. Микрофазное разделение. Доменная структура
и ее характеристики. Термоэластопласты.
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
Объем: 1,5 зачетных единицы, 18 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями теоретических и практических
знаний, умений и навыков в области получения и эксплуатации органических
и неорганических волокон. Курс должен обеспечить слушателями получение
знаний в области создания технологий производства волокон.
Ожидаемые результаты: в результате изучения данного курса слушатели
должны:
◊
знать
основные
технологии
получения
органических
и
неорганических волокон;
◊
уметь
выбрать
исходные
компоненты
модификации волокон. Содержание лекций:
Формирование химических волокон
для
получения
и
В
лекции
изложены
способы
получения
и
классификации
искусственных (синтетических) и натуральных (природного происхождения)
волокон. Представлены сравнительные характеристики физико-химических
свойств волокон (стеклянные, базальтовые, кремнеземные, кварцевые,
полимерные углеродные, волокна из металлов и кремния, бор-содержащие и
карбид-кремниевые
волокна).
Показано
место
неорганических
и
органических волокон в сравнении с другими материалами. Приведены
основные способы получения органических и неорганических волокон. В
лекции приведен анализ сырьевой базы пригодной для получения волокон.
Рассмотрены корректирующие добавки и влияние основных компонентов
сырья на свойства волокон и способы переработки сырья и волокон.
Рассмотрены физико-химические свойства расплавов стекол и волокон из
неорганического
сырья.
Приводятся
данные
по
механизмам
стеклообразования и расстекловывания в том числе термодинамика и
кинетика стеклования. Приводятся основные характеристики стекломассы
влияющие на условия получения и свойства волокон. Сформулированы
требования к стекломассе для стабильной работы установок. Рассмотрены
методы исследования стекол и волокон. Уделено внимание теоретическим и
технологическим основам процесса формования волокон. Рассмотрены
основные технологические стадии получения неорганических волокон.
Приведены основные способы получения расплавов в разных
высокотемпературных
печах
для
получени
неорганических
волокон.
Рассмотрены основные закономерности получения стекла для волокон.
Рассмотрены основные типы питателей и плавильных печей. Рассмотрены
научные основы формирования волокон разными методами. Освещены
основные особенности получения разных типов волокон.
Приведен анализ сырьевой базы пригодной для получения волокон.
Рассмотрены корректирующие добавки и влияние основных компонентов
сырья на свойства волокон и способы переработки сырья в волокна.
Рассмотрены основные проблемы технического регулирования для
минеральной ваты и минеральных волокон. Основные эксплуатационные
характеристики минеральных волокон и изделий из них. Вопросы
безопасности
при
производстве
и
использовании
искусственных
стекловидных волокнистых изоляционных материалов. Энергозатраты на
производство
материалов
и
энергосбережение
при
их
применении.
Жизненный цикл материалов и изделий из минеральных волокон.
Формирование углеродных волокон из ПАН волокон
1.
Получение
наноструктурированных
полиакрилонитрильных
(ПАН)
волокон.
В лекциях изложены основные принципы и методы производства ПАН
– волокон. Рассмотрены стадии синтеза акрилонитрила, полиакрилонитрила
и
формования
наноструктурированных
волокон.
Сформулированы
требования к исходному сырью, качеству прядильного раствора и основные
показатели, характеризующие качество получаемых волокон. Особое
внимание уделено теоретическим и технологическим основам процесса
формования ПАН – волокон. Рассмотрены основные технологические
стадии:
прохождение
терморелаксация.
раствора
Описаны
через
различные
фильеру,
способы
сушка,
вытяжка,
формования
волокон
(«сухой» и «мокрый» способы). Рассмотрены основные производители,
ассортимент, области применения и перспективы развития производства
ПАН-волокон. Рассмотрены физико-химические и реологические свойства
прядильных
растворов
ПАН
и
особенности
фазовых
разделений,
происходящих при формовании волокон. Описаны структура и свойства
гелей ПАН. Подробно изложены вопросы, связанные с характеристикой
механических свойств ПАН-волокон.
2. Получение углеродных волокон из полиакрилнитрилльных (ПАН)
волокон.
В лекции рассмотрены стадии окисления, карбонизации и графитации
ПАН
волокна.
Основное
внимание
уделено
параметрам
процесса,
оказывающим ключевое влияние на прочность и модуль упругости
получаемого продукта и требованиям к исходному полимеру. Рассмотрены
различные подходы к аппаратурному оформлению каждой стадии получения
углеродного
волокна.
Подробно
освещены
механизмы
химических
превращений, происходящих с исходным полимером.
Формирование углеродных волокон из пеков
1. Получение пековых прекурсоров.
Лекция посвящена получению и характеристикам пековых прекурсоров
для получения углеродных волокон. Рассмотрены схемы получения
нефтяного и каменноугольного пеков, методы воздействия на пеки для
улучшения их характеристик, методы получения пеков с большим, вплоть до
100
%,
содержанием
оптически-анизотропной
фазы
–
мезофазы.
Рассматриваются вопросы влияния содержания примесных гетероатомов
(серы, азота, кислорода и др.) на формирование и размер мезофазы, а также
катионов металлов на получение углеродного волокна при карбонизации и,
особенно при графитации.
2. Получение углеродных волокон на основе пеков.
В лекции рассмотрены основные стадии производства углеродных волокон
из пековых прекурсоров, включающие в себя: формование пековых волокон
из расплава пека, термостабилизация пековых волокон, карбонизация и
графитация. Особое внимание уделено получению углеродных волокон из
мезофазного пека. Рассмотрены требованиям к используемому сырью и
влияние состава пека на качество получаемых углеродных волокон.
Рассмотрено влияние условий формования на структуру пекового волокна.
Показаны основные различия в свойствах и условиях получения углеродных
волокон на основе пеков от углеродных волокон на основе ПАН.
Экологические аспекты производства углеродных волокон. Получение
углеродных волокон из газовой фазы. Экономические аспекты производства
углеродных волокон.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 2,5 зачетных единицы, 36 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями базовых знаний о химии полимеров.
Ожидаемые результаты: по окончании курса слушатели должны знать
основные определения и термины химии высокомолекулярных соединений,
методы синтеза, важнейшие параметры синтеза полимеров и их основные
физико-химические характеристики.
1. Введение
Мотивация курса. Классификация полимеров, основные виды и
принципы.
Основные понятия и определения: полимер, олигомер, макромолекула,
мономерное звено, степень полимеризации, контурная длина цепи. Средние
молекулярные массы (среднечисловая, средневесовая) и молекулярномассовые распределения (ММР). Важнейшие свойства полимерных веществ,
обусловленные большими размерами, цепным строением и гибкостью
макромолекул.
2. Синтез полимеров
Классификация основных методов получения полимеров.
Полимеризация.
Термодинамика
полимеризации.
полимеризационно-деполимеризационном
равновесии.
Понятие
о
Классификация
цепных полимеризационных процессов.
Радикальная
полимеризация.
Инициирование
радикальной
полимеризации. Реакции роста, обрыва и передачи цепи. Кинетика
радикальной
полимеризации
при
малых
степенях
превращения.
Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение полимеров,
образующихся при радикальной полимеризации. Полимеризация при
глубоких степенях превращения.
Радикальная
сополимеризация.
Уравнение
состава
сополимеров.
Относительные реакционные способности мономеров и радикалов.
Способы проведения полимеризации: в массе, в растворе, в суспензии
и в эмульсии.
Ионная
полимеризация.
Характеристика
мономеров,
способных
вступать в ионную полимеризацию. Инициирование, рост и ограничение
роста цепей. Влияние природы растворителя на кинетику процесса. “Живые
цепи”.
Поликонденсация.
представители
Типы
реакций
поликонденсационных
поликонденсации.
полимеров.
Важнейшие
Основные
различия
полимеризационных и поликонденсационных процессов. Равновесная и
неравновесная поликонденсация, типы используемых химических реакций.
Молекулярная масса поликонденсационных полимеров и факторы, на нее
влияющие. Методы проведения поликонденсации. Реакционная способность
функциональных групп. Механизм, кинетика и способы проведения
равновесной поликонденсации. Неравновесная поликонденсация – типы
реакций и способы проведения. Трехмерная поликонденсация и ее
закономерности.
3. Химические свойства и химические превращения полимеров
Особенности
реакционной
способности
функциональных
групп
макромолекул. Химические реакции, не приводящие к изменению степени
полимеризации макромолекул: полимераналогичные и внутримолекулярные
превращения. Примеры использования полимераналогичных превращений и
внутримолекулярных реакций для получения новых полимеров.
Химические
реакции,
приводящие
к
изменению
степени
полимеризации макромолекул. Деструкция полимеров. Механизм цепной и
случайной
деструкции.
Деполимеризация.
Термоокислительная
и
фотохимическая деструкция. Механодеструкция. Принципы стабилизации
полимеров.
Полимерные сетки. Процессы вулканизации и отверждения.
Заключение – обобщение итогов курса
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПАТЕНТОВЕДЕНИЕ И ЗАЩИТА
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
Объем: 2,2 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями базовых знаний об интеллектуальной
собственности, ознакомление с российскими и зарубежными базами данных,
обучение составлению патентных документов.
Ожидаемые результаты: по окончании курса слушатель должен уметь:

иметь
грамотно использовать терминологию, принятую в патентоведении,
представление
о
типах
интеллектуальной
собственности
и
ответственности за данные, представленные в патентах;

уметь пользоваться российскими и международными базами данных
патентов, авторских свидетельств, и других видов интеллектуальной
собственности;

уметь
составлять
заявку
на
получение
патента
на
изобретение/полезную модель.
Содержание курса:
В том
числе
Наименование разделов и дисциплин
Всег
о,
час.
Основы законодательства об интеллектуальной
2
Пра
кти
чес
Лек
кие
ции
зан
яти
я
2
8
2
собственности. Виды объектов интеллектуальных прав.
Международные договоры. Законодательство РФ в
области интеллектуальной собственности.
Изобретения и полезные модели как специфические
объекты патентования. Патентование в России.
Международная классификация изобретений. Проведение
6
предварительного поиска. Составление заявки на
изобретение. Принципы проведения экспертизы заявки в
патентном ведомстве. Патентование за рубежом.
Служебные объекты интеллектуальной собственности.
2
2
4
2
2
Средства индивидуализации: товарные знаки, фирменные 4
2
2
8
2
6
2
2
2
1
Имущественные и неимущественные права авторов –
разработчиков служебных ОИС. Взаимоотношения
работников и работодателя в сфере интеллектуальной
собственности. Авторское вознаграждение.
Формирование патентной политики предприятия.
Разработка внутренних стандартов предприятия по
обеспечению прав в области интеллектуальной
собственности
Полезные модели. Составление заявки на полезную
модель. Промышленные образцы: классификация;
составление заявки на промышленный образец;
принципы экспертизы заявки на промышленный образец
наименования, места нахождения товаров и др. Товарный
знак: международная классификация товаров и услуг;
составление заявки на товарный знак; принципы
экспертизы заявки на ТЗ
Патентная информация и патентные исследования.
Патентные базы данных. Поисковые запросы. Виды
патентных исследований.
Нарушение исключительных прав правообладателя.
Основные типы конфликтов в сфере интеллектульной
собственности. Досудебные методы защиты нарушенных
прав
Управление интеллектуальной собственностью.
Коммерциализация РИД. Формы реализации прав на
1
ОИС. Основные виды договоров по передаче прав на РИД
третьим лицам. Нематериальные активы предприятия.
Бухгалтерский учет нематериальных активов. Основные
принципы инвентаризации РИД
Для получения зачета по курсу, слушатель должен провести патентный поиск
и составить заявку на получение патента на изобретение.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ МЕХАНИКИ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: дать слушателям базовые знания о механизмах разрушения
полимерных композиционных материалов.
Ожидаемые результаты: по окончании курса слушатели должны иметь
представление
о
типах
разрушений
полимерных
композиционных
материалов, отличать их друг от друга и знать методы и подходы измерения
физико-механических свойств материалов.
Содержание курса:
Механические
свойства
и
механизмы
разрушения
дисперсно-
наполненных полимерных композиционных материалов. Основные стадии и
механизмы разрушения материалов, влияние на них таких факторов, как
размер, форма и распределение включений, межфазная прочность, тип
матричного полимера.
Напряженно-деформированное
состояние
в
наполненных
композиционных материалах. Решение задач микромеханики разрушения и
описание деформационных процессов, развивающихся в теле под действием
нагрузки, истинные поля напряжений и деформаций. Аналитические и
численные подходы к анализу напряженно-деформированного состояния
КМ. Частицы дисперсной фазы - источники концентрации напряжений,
возникающих в процессе нагружения или изготовления КМ.
Виды
начального
напряженно-деформированного
состояния,
коэффициент интенсивности нормальных напряжений, дилатация, сдвиговые
напряжения, концентрация напряжений. Взаимодействие полей напряжений
от отдельных частиц. Моделирование механических свойств наполненных
КМ с упруго-пластическими составляющими при допущении о нелинейной
связи
между
компонентами
тензоров
деформаций
и
напряжений.
Пластическое течение, текучесть.
Механизмы
разрушения
наполненных
КМ,
основные
стадии
разрушения, напряжение разрушения, предел текучести, диссипация упругой
энергии.
Хрупкое разрушение дисперсно-наполненного КМ, рост трещин
в хрупких материалах, эффект торможения фронта магистральной трещины,
критический коэффициент интенсивности напряжений, энергия разрушения.
Зависимость прочности от структуры наполненного полимерного КМ.
Прочностные характеристики наполненных хрупких матриц на
примере
наполненного
эпоксидного
полимера.
характеристик наполненных КМ с пластичной
Анализ
предельных
матрицей. Требований к
микроструктуре КМ, факторы, связанные с выбором фаз композита и
методом его изготовления: 1) размер, форма и содержание частиц
дисперсной фазы; 2) распределение включений по размерам и в материале; 3)
степень
взаимодействия
на
поверхностях
раздела;
4)
пластичность
(хрупкость) полимерной матрицы.
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 1,9 зачетных единиц, 28 часов практикума.
Цель курса: выработать у слушателей способность самостоятельно выбирать
наиболее информативные методы исследования полимерных материалов,
работать на научном оборудовании и интерпретировать результаты.
Ожидаемые результаты: по окончании курса магистрант имеет практические
навыки
работы
на
научном
оборудовании,
умеет
интерпретировать
результаты исследований, на их основании вырабатывать рекомендации по
модифицированию
синтеза
(технологического
самостоятельной исследовательской деятельности.
Содержание курса:
процесса),
готов
к
На основе прочитанных курсов по химии и физике ВМС, химии и
технологии ПКМ, и применяемых методов для анализа свойств полимерных
материалов и выполнения научно-исследовательской работы в дальнейшем
слушателю магистратуры для выполнения задания практикума необходимо:

для заданного полимерного материала провести исследование с
привлечением
методов,
современных
расшифровать
и
экспериментальных
интерпретировать
физико-химических
полученные результаты,
представить их в виде графиков и таблиц;

обосновать
применимость
выбранных
методов,
обсудить
их
возможности и ограничения;

предложить
альтернативные
методы
анализа
и
программу
исследований для получения наиболее полного анализа изучаемого
полимерного материала;

защитить практическую задачу.
Приблизительные программы модулей профессионального
цикла
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ
Объем: 2,9 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель курса: курса приобретение слушателями знаний о современных
композиционных и конструкционных материалах.
Ожидаемые результаты: в результате изучения данного курса слушатели
должны:
 знать принципы конструирования и современные способы получения
конструкционных наноматериалов разных типов;
 уметь
рассчитывать
и
прогнозировать
эксплуатационные
и
технологические свойства конструкционных наноматериалов и изделий
из них;
 иметь навыки по разработке и реализации технологических процессов
получения конструкционных наноматериалов и изделий с заданным
комплексом эксплуатационных свойств.
Содержание курса:
Управляемое интеркалирование слоистых матриц на примере графита.
Описание слоистых матриц, графита и его соединений. Аллотропные
модификации углерода: алмаз, графит, фуллерены, нанотрубки и их физикохимические свойства. Анизотропия физико-химических свойств графита.
Классификация
соединений
графита.
Основные
методы
синтеза
интеркалированных соединений графита.
Композиционные
наноматериалы
на
основе
терморасширенного
графита. Терморасширенный графит (ТРГ): методы получения и основные
характеристики,
молекулярный
взрыв.
Структура
терморасширенного
графита, особенности морфрологии частиц. Основные виды технологических
процессов
получения
углеграфитовых
материалов.
Компактирование
терморасширенного графита без связующего и получение листовых
углеродных материалов. Физико-химические свойства графитовой фольги и
способы их регулирования. Свойства и применение композиционных
материалов на основе терморасширенного графита в разных областях
промышленности:
высокоэффективные
уплотнения,
огнезащитные
материалы, композиты для высокотемпературных процессов (нагреватели,
теплоизоляция,
композиты
для
металлургии,
функциональные
и
конструкционные материалы для топливных элементов и т.д.
Получение нановолокон методом электроформования полимеров.
Метод
электроформования
растворов
полимеров.
Способы
наноструктурирования поверхности и объема микронных и субмикронных
волокон
полимеров.
обеспечивающие
Принципы
формирование
и
экспериментальные
нановолокон
полимеров
схемы,
в
виде
неупорядоченных нетканых материалов - войлоков, а так же в виде
ориентированных волокнистых материалов, таких как жгуты или двумерные
сетки.
Рост
углеродных
плазмоактивированного
нановолокон
пиролиза
и
нанотрубок
углеводородов.
методом
Методы
синтеза
углеродных нановолокон (УНВ) и нанотрубок (УНТ). Феноменологическое
описание процесса роста УНВ и УНТ при пиролизе паров углеводородов.
Композиционные материалы, содержащие УНВ или УНТ. Перспективы
применения УНВ или УНТ в качестве модифицирующих добавок для
композиционных материалов.
Формирование
нанослоев
пироуглерода
методом
импульсного
пиролиза метана. Феноменологическое описание процесса пиролиза метана и
осаждения
пироуглерода.
Процесс
импульсного
пиролиза
метана.
Перспективы применения метода импульсного пиролиза парообразных
реагентов
для
создания
наноструктурированных
композизионных
материалов.
Получение наноструктурированных полиакрилонитрильных (ПАН)
волокон. Основные принципы и методы производства ПАН – волокон.
Стадии
синтеза
акрилонитрила,
полиакрилонитрила
и
формования
наноструктурированных волокон. Получение углеродных волокон из ПАН волокон. Стадии окисления, карбонизации и графитации ПАН волокна.
Формирование
углеродных
волокон
из
пеков.
Формирование
химических волокон
Способы получения и классификации искусственных (синтетических) и
натуральных
(природного
характеристики
происхождения)
физико-химических
волокон.
свойств
Сравнительные
волокон
(стеклянные,
базальтовые, кремнеземные, кварцевые, полимерные углеродные, волокна из
металлов и кремния, бор-содержащие и карбид-кремниевые волокна).
Связующие и нанонаполнители. Технологии получения, основные
характеристики
и
примеры
составов
полимерных
связующих
для
армированных композиционных наноматериалов. Процессы получения,
переработки связующих. Сравнительный анализ свойств традиционных и
современных термореактивных и термопластичных полимерных материалов,
применяющихся в качестве связующих для армированных композиционных
материалов. Состав полимерных связующих. Технология приготовления
полимерных связующих. Основные характеристики полимерных связующих.
Термореактивные связующие для композитов. Термопластичные связующие
для композитов. Термостойкие термореактивные связующие, полиимиды.
Модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие в т.ч. с
нанодисперсными частицами.
Нанопористые
и
непористые,
полимерные
и
неорганические,
симметричные, асимметричные, анизотропные, композиционные мембраны,
методы их получения. Особенности формования плоских и половолоконных
мембран. Способы практической реализации мембранных процессов.
Основные принципы мембранных методов разделения жидких и газовых
смесей, связанных с развитием нанотехнологий. Плоскорамные, рулонные и
половолоконные
мембранные
элементы
и
ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного
мембранной
дистилляции,
мембранного
модули.
осмоса,
разделения
первапорации,
газов
электростимулированные мембранные процессы.
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ХИМИИ
Процессы
и
паров,
Объем: 3,3 зачетных единицы, 36 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: дать слушателям представление об основных достижениях
отечественной педагогики, педагогической психологии и дидактики в их
приложении к вопросам обучения химии в высших и средних учебных
заведениях.
Ожидаемые результаты: прослушав данный курс, магистрант знаком с
теоретическими основами педагогического процесса и общей методикой
преподавания различных по научным направлениям курсов химии.
Содержание курса:
Введение. Предмет и задачи курса "Методика преподавания химии".
Современные проблемы обучения и преподавания. Пути совершенствования
обучения химии. Преемственность средней школы высшей школой. Великие
педагоги прошлого - Я. Коменский, И. Песталоцци и К.Д. Ушинский.
Отечественные педагоги-химики прошлого - В. Ломоносов, Г. Гесс, Д.И.
Менделеев,
А.М.
Отечественные
Бутлеров.
Современная
педагоги-химики
педагогическая
Некрасов,
-Б.В.
школа.
Н.Л.Глинка,
М.Х.Карапетьянц, С.А. Щукарев. Зарубежные педагоги-химики - Л.Полинг,
Д.Кемпбелл, Г. Сиборг. Создатели отечественной школы методики обучения
химии - С.Г. Шаповаленко, Д.М. Кирюшкин, Ю.В. Ходаков, Л.А. Цветков.
Преподавание химии в Московском государственном университете
имени М.В.Ломоносова.
Основное содержание курса "Методика преподавания химии". Система
обучения: цели, содержание, методы, организационные формы, средства,
контроль усвоения и диагностика сформированных знаний.
Принципы обучения (научность, доступность, трудность, активность,
коллективность, индивидуализация, развитие познавательных способностей
и др.).
Особенности
преподавания
химии
в
сельских
и
сельских
малокомплектных школах. Преподавание химии в классах и учебных
заведениях с химическим уклоном.
1. Процесс обучения
Обучение, преподавание и учение как особые виды человеческой
деятельности. Социальный характер обучения. Типы процесса обучения:
информационный и продуктивный (творческий). Их преимущества и
недостатки; их соотношение в зависимости от целей обучения.
Вопросы возрастной психологии и физиологии в приложении к
студенческому возрасту. Особенности обучения студентов в сравнении с
обучением школьников и взрослых.
Теория
поэтапного
формирования
умственных
действий
и
ее
приложение к процессу обучения.
Гуманизация и гуманитаризация обучения.
Преемственность и взаимосвязь обучения химии в средней школе и в
вузе.
2. Цели обучения химии
Современный специалист и основные требования, предъявляемые ему
обществом. Роль химии в жизни общества. Цели обучения химии: для ее
знания в быту, для познания гуманитарных и естественных наук и для
создания специалиста-химика.
Формирование творческого химического мышления - наиболее общая
цель обучения химии. Психолого-педагогические особенности преподавания
химии в зависимости от выбранной цели обучения.
3. Содержание обучения химии
Модель специалиста и содержание обучения. Зависимость содержания
обучения от целей обучения. Особенности преподавания химии как
профилирующей и как непрофилирующей учебной дисциплины.
Системный подход к определению содержания обучения. Система и
структура учебной дисциплины и содержания курса. Различные способы
применения системного подхода к определению содержания курса химии и
его структурированию.
Построение курса химии на основе переноса системы науки на систему
обучения. Основные учения химической науки и внутринаучные связи между
ними. Влияние межнаучных связей на содержание учебной дисциплины.
Показ межпредметных связей курсов химии, физики, математики, биологии,
геологии и других фундаментальных наук. Связь химии с науками
гуманитарного цикла.
Превращение учений науки в блоки содержания учебной дисциплины.
Блоки содержания как элементы системы обучения. Внутридисциплинарные
(внутрипредметные связи) как системообразующие связи между элементами
содержания курса.
Построение курса химии на основе системного представления
предмета изучения химии (химический процесс и вещество).
Другие способы построения курсов химии. Соотношение структуры
научной теории и структуры содержания обучения. Построение курса химии
на основе концептуальных систем химии.
Специфические особенности преподавания курсов общей, физической,
неорганической, аналитической, органической и других ветвей химии.
Экология в курсах химии. Содержание курсов химической экологии и
экологической химии.
Вопросы
истории
химии
в
курсах
химии.
Философские,
мировоззренческие, методологические и логические знания, вводимые в
содержание обучения химии.
Анализ содержания важнейших учебников химии для высшей и
средней школы. Углубленные курсы химии для средней школы. Содержание
и
методика
преподавания
основных
учений
химии:
химической
термодинамики (учение о направлении реакции), химической кинетики
(учение о скоростях и механизмах реакций), учений о строении вещества и о
периодическом изменении свойств химических элементов.
4. Методы обучения химии
Понятие о методе обучения. Взаимосвязь и взаимовлияние целей
обучения, содержания обучения и методов обучения. Классификация
методов обучения. Продуктивно-поисковое и традиционное (информационное обучение) и их соотношение при преподавании профилирующей и
непрофилирующей дисциплин (химия в химических и нехимических вузах).
Методы формирования творческого химического мышления.
Систематизация методов обучения в зависимости от числа даваемых в
обучении ориентиров. Исследовательский, проблемный, программированный
и алгоритмизированный методы обучения.
Исследовательское
обучение
и
организация
исследовательского
лабораторного практикума и самостоятельной работы, моделирующей
научную. Содержание исследовательского обучения.
Проблемное обучение и его особенности. Отбор учебного материала
для организации проблемного обучения. Способы создания проблемных
ситуаций и разрешения учебно-научных проблем. Соотношение "вопрос задача - проблема".
Игровые методы обучения. Познавательные и ролевые игры.
Программированное
программированного
обучение.
обучения.
Возможности
Разветвленные
и
проблемно-
линейные
учебные
программы, методика их создания и использования в учебном процессе.
Программирование для контроля за усвоением знаний и оценки результатов
обучения.
Алгоритмизированное обучение. Понятие алгоритма (формули-ровки
законов, правил, принципов, определений и т.п.). Алгоритмизированные
учебные
предписания
в
лабораторных
практикумах
и
организация
алгоритмизированного практикума. Алгоритмы планирования научного
исследования и обработки результатов эксперимента. Упражнения и задачи в
обучении химии. Алгоритмы описания химического объекта. Алгоритм
рассказа (например, о свойствах химического элемента).
Компьютеризация
программированного
компьютерного
обучения.
и
Использование
алгоритмизированного
обучения
химии.
обучения
Контролирующие
методов
в методиках
компьютерные
программы.
Непрерывность
обучения.
Методы
развития
способностей
к
самообучению и самообразованию.
5. Организационные формы обучения химии
Формы обучения: лекция, семинарское занятие, практическая и
лабораторная работа, самостоятельная работа, внеаудиторная и "домашняя"
работа. Распределение учебного материала по различным формам обучения.
Теория поэтапного усвоения знаний и ее использование в организации
процесса обучения.
Методика проведения лекции по химии. Требования к современной
лекции. Организация лекционной формы обучения. Общение лектора с
аудиторией. Лекционные демонстрации и демонстрационный эксперимент.
Пути повышения обучающей функции демонстрационного химического
эксперимента. Лекционный контроль за усвоением знаний.
Семинар в обучении химии и виды семинарских занятий. Основная
цель семинарского занятия - развитие устной (и письменной) речи
обучаемых. Дискуссионный способ проведения семинаров. Отбор материала
для дискуссионного обсуждения. Решение расчетных задач и разрешение
научно-учебных проблем. Методика организации семинарского занятия.
Лабораторный практикум и его роль в обучении химии. Формы
организации лабораторных практикумов. Индивидуальное и групповое
выполнение лабораторных работ. Учебно-научное общение при выполнении
лабораторных
заданий.
Исследовательский
и
алгоритмизированный
практикумы и роль преподавателя в их проведении.
Два вида самостоятельной работы учащихся -самостоятельная работа
на лекции, семинаре и в лабораторном практикуме и самостоятельная
внеаудиторная работа.
Аудиторная и внеаудиторная познавательная деятельность учащихся и
ее
организация.
Роль
программированное
учебника
пособие)
в
и
учебных
организации
пособий
(задачник,
внеаудиторной
работы.
Требования к современному учебнику химии и учебному пособию.
Роль компьютера в организации и проведении внеаудиторной
познавательной
деятельности.
Возможности
компьютера
в
замене
преподавателя - недостатки и преимущества. Компьютерные (дискетные и
лазерно-дисковые) учебные пособия по курсам химии. Методика их
создания.
Урок в средней школе. Его структура и организация. Виды урока.
Экскурсии в школьном химическом образовании. Организация работы
школьного химического кружка. Подготовка учащихся к участию в
химических олимпиадах.
6. Средства обучения химии
Учебная книга как средство обучения. Требования к учебным текстам.
Способы оценки качества учебных текстов. Объем учебника и учебного
пособия.
Технические средства обучения, их виды и разновидности: меловая
доска, кодоскоп (графопроектор), диапроектор, кинопроектор, эпидиаскоп,
компьютер, видео- и звуковоспроизводящая аппаратура. Таблицы, рисунки и
фотографии как средства обучения.
Пути использования технических средств обучения для повышения
познавательной
активности
обучаемых
и
повышения
эффективности
усвоения знаний. Дидактические возможности технических средств обучения
и оценка эффективности их применения.
Компьютер как прибор для научного исследования и как средство
обучения. Использование компьютера при проведении семинарского и
лабораторного
занятий.
Роль
компьютера
в
самообучении
и
самообразовании. Обучение химии при помощи телевидения и сети
"Интернет", недостатки и преимущества.
7. Контроль за усвоением химических знаний
Роль контроля в процессе обучения. Проверяющая, обучающая и
воспитательная функции контроля за усвоением знаний. Прямая и обратная
связь "преподаватель - учащиеся" на лекции, семинарском занятии и в
лабораторном практикуме.
Виды контроля: еженедельный, рубежный и экзамен. Контрольная
работа, коллоквиум, зачет. Организация контроля за усвоением знаний на
лекции, семинарском занятии и в лабораторном практикуме. Взаимный
контроль
и
самоконтроль.
Программированный
контроль.
Тестовые
контролирующие задания. Метод выборочных ответов, его преимущества и
недостатки.
Рефераты и доклады как один из способов оценки химических знаний.
Химические олимпиады. Технические средства контроля. Компьютерный
контроль за усвоением химических знаний.
8. Оценка и диагностика качеств химических знаний
Качества знаний учащихся, их оценка и диагностика. Диагнос-тика
сформированности творческого химического мышления. Пятибалльная и
другие шкалы оценки знаний, преимущества и недостатки. Оценка качеств
устной
и
письменной
речи.
Рейтинг
(ранжирование
учащихся
по
достигнутым результатам), , преимущества, недостатки, трудности.
9. Педагогический эксперимент в преподавании химии
Педагогический эксперимент как средство определения эффективности
методических нововведений. Постановка педагогического эксперимента.
Измерение результатов обучения. Статистические и качественные методы
обработки
результатов
педагогического
эксперимента.
Оценивание
эффективности выбранных содержания и методов обучения.
Методы оценки качества учебной работы преподавателя вуза и учителя
школы.
10. Методика изучения важнейших тем курсов химии
Особое внимание в курсе "Методика преподавания химии" обращается
на изучение следующих тем и вопросов курсов химии средней и высшей
школы:
1. Методика формирования основных понятий школьного курса химии вещество, элемент, химическая реакция и др.
2. Атомно-молекулярное учение. Атом и молекула. Моль. Мольный
объем. Основные законы химического взаимодействия: закон эквивалентов,
закон кратных отношений, постоянства состава и другие. Газовые законы.
3. Периодический закон Д.И. Менделева, периодическая система и
таблица элементов. Строение атома.
4. Понятие о химической связи и химическом взаимодействии.
Строение вещества в различном фазовом состоянии. Валентность и степень
окисления.
5. Основы учения о направлении химического процесса (химичес-кая
термодинамика.
Неформализованное
введение
знаний
об
энтальпии,
энтропии и изобарном потенциале.
6. Основы учения о скорости химического процесса. Зависимость
скорости реакции от концентрации (порядок, молекулярность реакции) и
температуры
(энергия
активации).
Основное
уравнение
химической
кинетики.
7.
Растворы
неэлектролитов
и
электролитов.
Теория
сильных
электролитов. Среда растворов кислот, оснований и солей. Гидролиз.
8.
Окислительно-восстановительные
реакции.
Электронно-ионный
способ подбора коэффициентов уравнения реакции. Электродный потенциал,
эдс реакции, константа равновесия.
9. Неорганическая химия. Обзоры по свойствам химических элементов
групп, подгрупп и периодов периодической системы элементов.
10. Органическая химия в школьном и вузовском курсах химии. Теория
химического строения. Взаимное влияние атомов в молекулах. Типы реакций
в органической химии.
Заключение
Перспективы
и
основные
проблемы
университетского
и
общевузовского химического образования.
Проблемы подготовки и методической переподготовки учительских и
преподавательских кадров.
УГЛЕРОДНЫЕ ВОЛОКНА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 2,9 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями теоретических знаний об основных
технологических стадиях получения углеродных волокон, полимерных
связующих и полимерных композиционных материалов на их основе,
контроля их качества и исследования основных физико-механических
свойств.
Ожидаемые результаты: прослушав курс лекций, магистрант должен:
 знать основные технологии получения исходных компонентов для
армирования композиционных наноматериалов;
 уметь выбрать исходные компоненты с заданным комплексом свойств;
 уметь
определять
физико-химические
характеристики
исходных
компонентов и конструкционных наноматериалов и изделий.
Содержание курса:
Формирование углеродных волокон из ПАН волокон. Основные
принципы и методы производства ПАН – волокон. Стадии синтеза
акрилонитрила, полиакрилонитрила и формования наноструктурированных
волокон. Требования к исходному сырью, качеству прядильного раствора и
основные показатели, характеризующие качество получаемых волокон.
Теоретические и технологические основы процесса формования ПАН –
волокон. Основные технологические стадии: прохождение раствора через
фильеру, сушка, вытяжка, терморелаксация. Способы формования волокон
(«сухой» и «мокрый» способы). Основные производители, ассортимент,
области применения и перспективы развития производства ПАН-волокон.
Физико-химические и реологические свойства прядильных растворов ПАН и
особенности фазовых разделений, происходящих при формовании волокон.
Структура и свойства гелей ПАН. Характеристикой механических свойств
ПАН-волокон. Стадии окисления, карбонизации и графитации ПАН волокна.
Параметры процесса, их влияние на прочность и модуль упругости
получаемого продукта и требованиям к исходному полимеру. Подходы к
аппаратурному оформлению каждой стадии получения углеродного волокна.
Механизмы
химических
превращений,
происходящих
с
исходным
полимером.
Формирование
углеродных
волокон
из
пеков.
Получение
пековых
прекурсоров.
Характеристики пековых прекурсоров для получения
углеродных волокон. Схемы получения нефтяного и каменноугольного
пеков, методы воздействия на пеки для улучшения их характеристик, методы
получения пеков с большим, вплоть до 100 %, содержанием оптическианизотропной
фазы
–
мезофазы.
Влияние
содержания
примесных
гетероатомов на формирование и размер мезофазы, а также катионов
металлов на получение углеродного волокна при карбонизации и, особенно
при графитации.
Получение углеродных волокон на основе пеков. Основные стадии
производства углеродных волокон из пековых прекурсоров (формование
пековых волокон из расплава пека, термостабилизация пековых волокон,
карбонизация и графитация). Получение углеродных волокон из мезофазного
пека. Требования к используемому сырью и влияние состава пека на качество
получаемых
углеродных
волокон.
Влияние условий формования на
структуру пекового волокна. Основные различия в свойствах и условиях
получения углеродных волокон на основе пеков от углеродных волокон на
основе ПАН. Экологические аспекты производства углеродных волокон.
Получение углеродных волокон из газовой фазы. Экономические аспекты
производства углеродных волокон.
Связующие и нанонаполнители. Технологии получения, основные
характеристики
и
примеры
составов
полимерных
связующих
для
армированных композиционных наноматериалов. Процессы получения и
переработки связующих. Сравнительный анализ свойств традиционных и
современных полимерных материалов. Состав полимерных связующих.
Технология
приготовления
полимерных
связующих.
Основные
характеристики полимерных связующих. Термореактивные связующие для
композитов. Термопластичные связующие для композитов. Термостойкие
термореактивные связующие, полиимиды. Модифицированные эпоксидные и
полиимидные связующие в т.ч. с нанодисперсными частицами.
Граница раздела волокно-матрица. Роль границы раздела волокноматрица на свойства композитов. Роль аппретов в организации граничных
слоев.
Роль
замасливателей
Смачиваемость.
Межфазная
для
связь
текстильной
переработки
(механическая,
волокон.
электростатическая,
химическая и диффузионная). Методы измерения адгезионной прочности.
Требования, предъявляемые к аппрету. Аппретирование минеральных
волокон.
Аппретирование
углеродных
волокон.
Аппретирование
полиамидных волокон. Модификация поверхности волокон и создание
наношереховатостей. Электрофизическая обработка волокон поверхности
волокон.
Получение конструкционных наноматериалов. Основные способы
получения композиционных материалов на основе волокон с различными
типами связующих. Матрица и волокно. Факторы, определяющие свойства
композитов. Преимущества композитов. Исходные материалы для получения
композитов. Описание и сравнение свойств. Композиты с металлической,
керамической и углеродной матрицей. Построение армированных структур
конструкционных материалов, выбор исходных компонентов и связь
параметров структуры со свойствами армированных материалов. Физикохимические процессы формирования границы раздела фаз в армированных
конструкционных
наноматериалах.
Гетерогенность,
гетерофазность
–
регулятор напряжений в конструкцонных материалах. Оптимизация выбора
исходных компонентов (волокна и полимерного связующего) при создании
конструкционных материалов и изделий с заданными свойствами
Свойства
композиционных
материалов.
Сравнение
свойств
композиционных материалов различных типов. Основы моделирования
механических
свойств
композитов.
Методы
определения
свойств.
Спецификации и стандарты. Неразрушающие методы контроля свойств
композитов.
Применение
конструкционных
композитов.
Преимущества
использования композитов на основе волокон по сравнению с другими
типами материалов – металлами, пластиками, древесиной и другими типами
композитов. Технические требования к конструкционным материалам,
предъявляемые в зависимости от особенностей их применения. Ремонт и
утилизация изделий из композиционных материалов, безопасности их
использования. Применение композиционных материалов в различных
отраслях: авиации, судостроении и наземном транспорте, промышленности
и энергетике, товары для спорта и отдыха др. Практические аспекты
использования композиционных материалов. Способы соединения деталей из
композитов и способы ремонта. Рециклизация и утилизация композиционных
материалов. Экология и безопасность использования композитов.
Методы измерения прочностных характеристик волокон и композитов.
Основные
физико-химические
методы
анализа,
использующиеся
для
определения физико-химических характеристик волокон и композитов.
Стандартные методики и подходы к определению упруго-прочностных
свойств материалов. Методы определения электропроводности углеродных
волокон и их химической стойкости.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Объем: 1,1 зачетная единица, 12 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: углубление знаний слушателей в области межфазных явлений в
отношении композиционных материалов.
Ожидаемые результаты: по окончании курса слушатели получат знания о
теоретические подходах и экспериментальных методах исследования
межфазных границ матрица-наполнитель, их влиянии на прочность
композиционного материала.
Содержание курса:
Межмолекулярные взаимодействия. Поверхностные силы. Удельная
свободная поверхностная энергия (поверхностная энергия) границ раздела
фаз, ее компоненты. Связь поверхностной энергии и межмолекулярных
взаимодействий в конденсированной фазе с типом химической связи в
веществе. Связь поверхностной энергии с реологическими характеристиками
твердых тел (прочность на разрыв, модуль упругости). Работа когезии.
Понятие о микроскопической теории Гамакера и Де-Бура. Адгезия. Работа
адгезии. Правило Антонова.
Явление смачивания. Факторы, влияющие на краевой угол смачивания.
Гистерезис смачивания. Соотношение величин работы адгезии и когезии как
термодинамическое условие смачивания. Растекание. Капиллярные явления.
Смачивание пористых тел. Пропитка.
Термодинамические
диффузионная,
теории
электрическая,
адгезии.
механическая,
Теории:
адсорбционная,
релаксационная,
слабых
граничных слоев.
Адгезионное соединение. Механизм формирования адгезионного
соединения. Факторы, влияющие на прочность адгезионного соединения.
Роль поверхностных явлений в обеспечении прочности адгезионного
соединения.
Cоотношение
Внутренние
адгезионной
напряжения
и
в
когезионной
адгезионном
прочности
соединении.
в
условиях
неравновесного процесса.
Прочность адгезионного соединения. Методы измерения прочности
адгезионного соединения в системах «полимер-наполнитель» и контроля
характера разрушений. Расчет прочности адгезионного соединения при
конкурирующих (адгезионном и когезионном) механизмах разрушения.
Масштабные эффекты при определении прочности адгезионного соединения.
Метод смачивания в исследованиях поверхностных свойств полимеров.
Молекулярная
теория
смачивания.
Определение
энергетических
характеристик поверхностей полимеров на различных межфазных границах
методом смачивания и использование этих характеристик для прогноза
адгезионных
свойств
полимерных
гетерогенных
поверхностей.
связующих.
Модифицирование
Теория
смачивания
полимеров
как
путь
регулирования энергетических характеристик полимерных поверхностей.
Исследование
модифицированных
поверхностей
полимеров
методом
композиционных
материалов
(ПКМ).
смачивания.
Прочность
полимерных
Зависимость прочности ПКМ от прочности адгезионного соединения.
Физико-химические методы увеличения прочности адгезионного соединения.
КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИМЕРОВ
Объем: 1,4 зачетных единицы, 16 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: обучение магистрантов работе в компьютерной программе,
позволяющей, зная структуру полимера, предсказывать его свойства.
Содержание курса:
Первые сведения о свойствах полимеров. Некоторые сведения о
химическом строении полимеров. Возможности химической модификации
полимеров.
Введение в физику полимеров. Высокоэластичность полимерных сеток.
Единичная полимерная цепь с объемными взаимодействиями.
Светорассеяние в полимерных растворах. Вязкость полимерных
систем. Динамика полимерных клубков. Концентрированные полимерные
растворы. Другие полимерные системы.
Упаковка
макромолекул
полимерах.
Термомеханический
метод
исследования полимеров. Влияние химического строения полимера и
молекулярного веса на температуру стеклования. Природа стеклообразного
состояния. Факторы, влияющие на температуру стеклования полимеров.
Связь температуры стеклования с химическим строением полимеров.
Практические
занятия:
расчет
параметров
газопроницаемости
полимеров с разным химическим составом, строением, длиной цепи и
упаковкой.
ТЕХНОЛОГИЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 2,7 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель
курса:
ознакомление
слушателей
с
основными
технологиями
углеродных материалов, приобретение практических навыков работы с
углеродными материалами.
Ожидаемые результаты: по окончании курса магистрант должен:

знать основные виды и технологические процессы углеродных
материалов;

быть знакомым с рынком углеродных материалов;

знать основные критерии выбора сырья для производства углеродных
материалов;

владеть методами получения и исследования углеродных материалов.
Содержание курса:
Аллотропные модификации углерода, распространенность в природе,
сходства и различия в физико-химических свойствах. Графит, алмаз, графен,
углеродные нанотрубки и фуллерены, сажа. Способы получения, физические
и химические свойства. Методы исследования углеродных материалов:
рентгенофазовый
спектроскопия
анализ,
потери
спектроскопия
энергии
комбинационного
электрона,
сканирующая
рассеяния,
электронная
микроскопия и т.д. Как различить формы углерода?
Основные
электроды.
производства
Технология
углеродных
углеродных
материалов.
электродов.
Углеродные
Сырьевая
база.
Экологический аспект производства углеродных электродов и способы
снижения вредных выбросов.
Активированный
уголь.
Характеристика
материала.
Способы
активации: химическая и физическая. Области применимости каждой из них.
Углеродные
материалы
как
альтернативные
источники
тока.
Топливные элементы и суперконденсаторы.
Применение углеродных материалов для сорбции и разделения газов.
Программа
практикума:
синтез
интеркалированных
соединений
графита, их гидролиз, получение терморасширенного графита и графитовой
фольги, определение ее механических характеристик. Сопоставление
результатов с результатами коллег и литературными данными. Анализ
сходств и различий, выяснение их причин.
Зачет ставится по совокупности выполнения практикума и подготовки
обзорной
лекции
по
заданной
теме,
касающейся
перспективности
углеродных материалов в той или иной области, с рекомендациями и
выводами.
ИННОВАЦИОННЫЙ И ПРОЕКТНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ
Объем: 2,5 зачетных единицы, 36 часов академической нагрузки.
Цель курса: дать слушателям представление об управлении проектами и
финансовом планировании.
Ожидаемые результаты: прослушав данный курс, магистранты способны
самостоятельно
готовить
конкурсную
документацию
по
проектам,
представляют основные этапы выполнения проектов, расходования средств и
т.д.
Содержание курса:
Общее представление об управлении проектами. Исторический экскурс
в
проектное
управление.
Совмещенные
методологии
в
управлении
проектами, в том числе:
 отечественный опыт и отраслевые стандарты;
 международный опыт и стандарты управления проектами.
Что такое проект? Плюсы и минусы проектного управления. Почему проекты
проваливаются. Жизненный цикл проекта.
Управление содержанием проекта. Описание содержания. Составление
структуры
декомпозиции
работ.
Контроль
управления
содержанием.
Практическое задание по составлению Структуры декомпозиции работ.
Управление сроками проекта. Планирование директивных сроков, в
том числе:

построение директивного графика верхнего уровня;

ключевые ошибки планирования.
Календарно-сетевое планирование, в том числе:

методы определения взаимосвязей;

оценка трудозатрат;

построение Календарного графика.
Ключевые ошибки планирования. Управление сроками проекта, в том
числе:

анализ и аудит расписания проекта;

выравнивание ресурсов проекта;

оптимизация расписания;

критический путь проекта;

контрольные точки проекта;

контроль хода исполнения проекта.
Практическое задание по составлению Директивного графика проекта и
календарно-сетевого графика проекта.
Управление стоимостью на проекте. Планирование ресурсов и их
стоимостная оценка. Разработка бюджета проекта. Разработка плана
финансирования. Выявление и оценка факторов
управление изменениями, в том числе:

контроль затрат;

методика оценка освоенного объема;
отклонения стоимости,

практическое задание на метод освоенного объема.
Управление ресурсами на проекте. Планирование человеческих
ресурсов. Подбор команды проекта. Развития команды. Управление
командой проекта.
Управление
коммуникациями
на
проекте.
Планирование
коммуникаций. Распространение информации. Работа с отчетностью.
Управление внешними и внутренними коммуникациями. Практическое
задание по управлению коммуникациями на проекте.
Управление рисками на проекте. Планирование управления рисками.
Идентификация рисков. Анализ рисков. Планирование реагирования на
риски. Мониторинг и контроль рисков.
Управление качеством проекта. Планирование качества, в том числе:

стоимость качества;

метрики качества;

инструменты планирования качества.
Обеспечение качества, в том числе:

инструменты обеспечения качества;

мероприятия по обеспечению качества.
Контроль качества, в том числе Инструменты контроля качества.
Управление
Планирование
поставками
договоров.
на
Выбор
проекте.
Планирование
поставщиков.
закупок.
Администрирование
поставок. Закрытие договора.
Управление
интеграцией
проекта.
Процессы
инициирования
и
закрытия проекта. Контроль исполнения проекта. Общее управление
изменениями.
Финансовое планирование проектов. Составление финансовой модели.
Анализ эффективности проекта. Практическое задание по составлению
финансовой модели.
Практическое задание по планированию и управлению проектами.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ, УПРАВЛЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЕМ
И ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ
Объем: 2,2 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель
курса:
менеджменту,
формирование
изучение
базовых
вопросов
знаний
организации,
по
технологическому
управления,
анализа
технологической фирмы; разработки конкурентоспособной продукции и
продвижения товара на рынок.
Ожидаемый результат: слушатели должны научиться: принимать решения об
использовании
интеллектуальной
собственности,
коммерциализации
и
трансферте инновационных технологий, управлении процессом разработки
новых продуктов, стратегии маркетинга, концепции жизненного цикла
товара.
Содержание курса:
Основы коммерциализации НИОКР и разработок. Понятие и механизм
коммерциализации. Участники рынка. Проблемы коммерциализации. Пути
их решения. Преимущества коммерциализации технологий.
Венчурное финансирование проектов. Венчурные фонды и частный
инвестор. Процесс венчурного финансирования. Организационно-правовая
структура венчурного фонда.
Финансовые параметры деятельности венчурного фонда.
Оценка интеллектуальной собственности. Виды объектов
интеллектуальной стоимости. Подходы и методы оценки интеллектуальной
стоимости. Инвестиционная привлекательность проекта.
Трансферт технологий: теория. Определение понятия «трансферт».
Основные формы трансферта технологий. Виды трансферта технологий:
коммерческий и некоммерческий. Классификация трансферта технологий.
Диффузия инноваций.
Инновационный менеджмент. Система инновационного менеджмента.
Понятие, цель и задачи системы инновационного менеджмента. Основные
функции инновационного менеджмента. Процессный, директивный и
поведенческий подходы к инновационному менеджменту. Основные методы
инновационного менеджмента.
Стратегическое управление интеллектуальной собственностью
(Правовые вопросы коммерциализации процесса). Проблемы и перспективы
коммерциализации технологий в России. Современная ситуация на рынке
технологий. Проблемы коммерциализации российских технологий.
Преимущества коммерциализации российских технологий.
Международное сотрудничество. Стратегия поиска технологий в
России. Тактика поиска новых технологий.
Управление процессом разработки новых продуктов. Что такое новый
продукт? Управление разработкой нового продукта. Этапы процесса
разработки нового продукта. Генерирование идеи нового товара. Отбор идей.
Разработка концепции. Проверка концепции. Разработка маркетинговой
стратегии. Бизнес-анализ. Анализ причин неудач при запуске новых
продуктов.
Жизненный цикл высокотехнологического товара. Понятие и
определение жизненного цикла товара. Концепция жизненного цикла товара.
Этап внедрения, этап роста, этап зрелости, этап спада. Проблемы жизненного
цикла товара.
Ценность товара и удовлетворение потребителей (Ценность для
потребителя, удовлетворение потребителя).
СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 2,2 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями углубленных теоретических и
практических знаний о синтезе, технологии и методах исследования
полимерных связующих.
Ожидаемые результаты: по окончании курса слушатель должен:

иметь представление о типах полимерных связующих, их способах
получения и характеризации;

знать классификацию связующих;

знать механизмы отверждения связующих;

иметь представление о влиянии модификаторов и наполнителей на
механические свойства полимерных матриц.
Содержание курса:
Свойства ПКМ определяются свойствами наполнителя (волокон),
полимерной матрицы (связующего) и межфазной границы волокносвязующее. Насколько реализуются механические характеристики волокон,
зависит от таких свойств полимерной матрицы, как прочность, жесткость,
пластичность, вязкость разрушения, ударная вязкость. Термостойкость,
термостабильность, ударная прочность, водо-
и атмосферостойкость,
химическая стойкость, механические свойства ПКМ в направлении поперек
волокон определяются именно полимерной матрицей и свойствами границы
раздела фаз. Кроме того, при разработке связующих необходимо учитывать и
их технологические свойства (время и кинетика отверждения, вязкость и
давление переработки, смачиваемость армирующего материала, усадка,
наличие и токсичность применяемых растворителей и прочие).
Основные
виды
связующих
для
ПКМ:
термореактивные
и
термопластичные связующие, их достоинства и недостатки. Основные
принципы выбора связующих для конструкционных материалов..
Термореактивные (олигомерные) связующие. Методы определения
свойств
Основные
и
технических
классы
характеристик
термореактивных
термореактивных
связующих
(в
связующих.
каждом
разделе
обсуждается синтез, механизм отверждения, характерные особенности,
базовые свойства, области применения и тенденции развития).
Ненасыщенные
олигоакрилаты.
олигоэфирные
Кремнийорганические
связующие:
связующие.
олигомалеинаты
и
Фенолоальдегидные
смолы: новолачные и резольные, металлокомплексные. Амино-альдегидные
смолы.
Эпоксидные
смолы
(диановые,
три-
и
тетрагдицидиловые,
резорциновые, аминофенольные и эпоксианилиновые эпоксиноволачные,
алифатические и алициклические, акрилатные, уретановые, фурановые и др).
Отвердители (аминные, ангидридные, дициандиамиды и полиизоцианаты,
фенол-формальдегидные и амино-альдегидные смолы). Катализаторы и
ускорители отверждения. Разбавители, пластификаторы и растворители.
Модификация
эпоксидных
смол
(эластомерные
модификаторы,:наномодификация).
Бисмалеимидные
связующие.
и
термопластичные
Полиимидные
связующие.
Связующие
на
основе
смесей
имидообразующих мономеров (ПМР).
Термопластичные
связующие.
Методы
определения
свойств
и
технических характеристик термопластичных связующих. Основные классы
термопластичных связующих (в каждом разделе обсуждается синтез,
механизм отверждения, характерные особенности, базовые свойства и
области применения).
Полиолефины и другие термопласты с низкой термостойкостью.
Полиметиметакрилат. Полиамиды. Полиформальдегид. Поликарбонаты и
полиарилаты. Фторопласты. Полиимиды и полиэфиримиды. Ароматические
полиамиды
и
полиамидоимиды.
Полисульфоны.
Полиэфиркетоны.
Полифениленсульфид. Термотропные жидкокристаллические полимеры.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ НАНООБЪЕКТОВ И
НАНОСИСТЕМ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
Цель
курса:
Современные
физико-химические
методы
исследования
материалов позволяют с высокой точностью идентифицировать и определять
свойства полимерных связующих до, в процессе и после отверждения,
фиксировать состояние полимера как в составе связующего, так и в препреге
и в композите, контролировать состояние полимерной матрицы в изделии в
процессе эксплуатации.
Основные
используемые
на
сегодня
физико-химические
методы
исследования полимеров и композитов представлены в курсе лекций. В
каждом разделе обсуждается история создания метода, физические основы,
аппаратное
оформление,
получающиеся
результаты
и
возможную
интерпретацию с примерами (где это удается), возможности и ограничения.
Ожидаемые результаты: прослушав курс, магистрант должен свободно
ориентироваться в выборе методов исследования заданных объектов, уметь
грамотно формулировать цели исследования и выбирать условия; знать
принципы работы основных методов и их возможности и ограничения.
Содержание курса:
 ультрафиолетовая и видимая спектроскопия;
 инфракрасная спектроскопия (в том числе с Фурье преобразованием,
методы многократно нарушенного полного внутреннего отражения, и
микрозеркального отражения);
 спектроскопия комбинационного рассеяния (Раман-спектроскопия);
 рентгеноструктурный анализ (малые и большие углы);
 электронная
спектроскопия
ультрафиолетовая
фотоэмиссионная
для
химического
спектроскопия;
анализа;
рентгеновская
эмиссионная спектроскопия; Оже-спектроскопия;
 масс-спектрометрия;
 электронная
микроскопия
(сканирующая
и
просвечивающая)
и
рентгеноспектральный микроанализ;
 дифференциальная сканирующая калориметрия и дифференциальный
термический анализ;
 термогравиметрия;
 спектроскопия
ядерного
магнитного
парамагнитного резонанса;
 интерферометрия и рефрактометрия;
резонанса
и
электронного
 атомно-силовая микроскопия;
 рассеяние нейтронов;
 спектроскопия диэлектрических потерь;
 динамический механический анализ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов академической нагрузки.
Цель курса: углубленное изучение классических подходов механики
материалов
и
современных
подходов
механики
композиционных
материалов. Особое внимание уделено рассмотрению вопросов анизотропии
свойств, микромеханики слоистых композитов, основам современной
ламинатной теории, критериям разрушения композиционных материалов и
их реализациям в практических инженерных расчетах.
Ожидаемые результаты: в результате изучения данного курса слушатели
должны:

знать основные положения и понятия классической механики
материалов и механики композиционных материалов;

понимать методы и подходы к практическим расчетам механического
поведения элементов конструкций из композиционных материалов;

приобрести навыки самостоятельного изучения необходимых глав
механики материалов и механики композитов.
Содержание лекций:
1. Изотропные
и
анизотропные
материалы
в
инженерных
конструкциях. Виды композиционных материалов и их применение. Обзор
свойств композиционных материалов (КМ). (2 часа)
Понятие анизотропии механических свойств материалов.
Области применения КМ: авиа- и ракетостроение, автомобильная
промышленность, строительство. Особенности проектирования и расчета
конструкций из КМ. Инженерные преимущества и недостатки КМ.
Экспериментальные методы и особенности определения механических
характеристик КМ.
Анизотропные и изотропные КМ. Классификация КМ. Дисперсноупрочненные сплавы и хаотично армированные КМ. Ориентированные КМ.
Геометрия армирования - порошковые (гранулированные), волокнистые и
пластинчатые КМ. Структура и расположение компонентов КМ - каркасная,
матричная и комбинированной структуры. Методы получения КМ - жидкои твердофазными методы, осаждение – напыление, комбинированные
методы.
Обзор армирующих элементов КМ и их механических свойств.
Металлические волокна. Волокна бора, карбида кремния. Упрочнение
матриц на основе легких металлов. Углеродные волокна. Стеклянные
волокна. Стекловолокнистые наполнители. Высокомодульные органические
волокна. Удельная прочность и удельный модуль упругости волокон.
Сводная таблицы механических характеристик различных типов волокон.
Зависимость механических свойств волокон от температуры.
Матрицы
композиционных
термопластичные
полимерные
материалов.
матрицы.
Обзор
Термореактивные
и
физико-механических
характеристик полимерных матриц. Металлические матрицы. Диаграммы
деформирования металлических матриц. Прочностные и жесткостные
характеристики ориентированных композитов. Влияние температуры на
механическое поведение матриц.
2. Основные
гипотезы
механики
материалов.
Напряжения,
деформации. Диаграмма деформирования. Упругость и пластичность.
Физическая и геометрическая нелинейности. (2 часа)
Гипотеза о сплошности материала. Понятие сплошной среды. Гипотеза
об однородности и изотропности материала. Гипотеза о связи между
напряжениями и деформациями. Линейно-упругий материал. Закон Гука.
Принимаемая модель материала. Гипотеза о малости перемещений и
деформаций. Принцип неизменяемости первоначальных размеров при
деформировании
конструкций
и
принцип
суперпозиции
(принцип
независимости и сложения сил) как следствие принятых гипотез. Гипотеза
плоских сечений. Гипотеза об отсутствии поперечного взаимодействия
продольных волокон.
Понятие о напряжениях и деформациях. Главный вектор внутренних
сил. Вектор напряжений в точке среды. Нормальные и касательные
напряжения. Вектор перемещений. Определение относительной линейной и
угловой деформации в точке среды.
Первичная,
материала.
вторичная
и
истинная
Экспериментальные
деформирования
различных
пропорциональности,
предел
диаграммы
методы
получения
классов
текучести,
деформирования
диаграмм
материалов.
временное
Предел
сопротивление
материала, разрушающие напряжения, предел прочности. Относительное
удлинение при разрыве. Деформационное упрочнение и разупрочнение
материала.
Понятие
физической
Пластичный,
хрупкий
и
нелинейности
гиперупругий
свойств
материалы.
материала.
Геометрическая
нелинейность.
3.
Напряжённо-деформированное состояние в точке среды. Тензор
напряжений, тензор деформаций. (3 часа)
Вектор напряжений как физический объект. Величина и направление
вектора
напряжений.
Векторы
напряжений
на
трех
взаимно
перпендикулярных элементарных площадках. Напряженное состояние в
точке среды. Тензор напряжений. Правило знаков. Свойства тензора
напряжений. Вывод закона парности касательных напряжений. Симметрия
тензора напряжений. Полное, нормальное и касательное напряжения на
произвольной
наклонной
площадке.
Главные
площадки
и
главные
напряжения. Характеристическое уравнение для тензора напряжений.
Инварианты тензора напряжений. Экстремальные касательные напряжения.
Нормальные
напряжения
на
площадках
экстремальных
касательных
напряжений. Представление тензора напряжений в виде суммы шарового
тензора и девиатора. Физический смысл шарового тензора и девиатора.
Особенности девиатора напряжений. Плоское напряженное состояние.
Тензор деформаций. Связь линейных и угловых деформаций с
перемещениями.
Соотношения
Коши.
Тензор
малых
деформаций.
Представление тензора деформаций в виде суммы шарового тензора и
девиатора. Физический смысл шарового тензора и девиатора деформаций.
Особенности девиатора деформаций. Плоское деформированное состояние.
4.
Обобщенный закон Гука. Коэффициент Пуассона. Закон Гука при
сдвиге. Принцип Сен-Венана. Понятие о концентрации напряжений.
Коэффициенты концентрации. (2 часа)
Математические
модели
упругости.
Взаимно
однозначная
функциональная зависимость между компонентами тензора напряжений и
тензора деформаций. Линейно – упругий материал. Модуль продольной
упругости, модуль Юнга, коэффициент Пуассона. Применение принципа
суперпозиции.
Закон
Гука
при
сдвиге.
Независимость
нормальных
напряжений от угловых деформаций. Связь объемной деформации с первым
инвариантом тензора напряжений. Объемный
модуль упругости. Связь
между модулем Юнга, коэффициентом Пуассона и модулем сдвига.
Коэффициенты
характеристик
Ламэ.
Экспериментальное
конструкционных
материалов.
определение
упругих
Потенциальная
энергия
упругой деформации.
Концентрация напряжений. Источники концентрации напряжений.
Определение
степени
концентрации
напряжений.
Теоретический
коэффициент концентрации, эффективный коэффициент концентрации
реальных элементов конструкции. Зависимость эффективного коэффициента
концентрации от характеристики концентратора. Локальные отклонения от
равномерного распределения напряжений. Принцип Сен-Венана. Понятие
статически эквивалентной нагрузки.
5.
Основы теории прочности. Критерии текучести и хрупкого
разрушения. (2 часа)
Понятие прочности и предельного состояния. Основная задача теории
прочности. Уравнение предельной поверхности и условие прочности.
Область
допустимых
состояний.
Экспериментальное
определение
предельного состояния. Понятие эквивалентного напряжения. Понятие
критерия прочности.
Критерий текучести Треска - Сен-Венана (критерий наибольших
касательных напряжений). Призма Кулона и шестиугольник Треска как
предельные поверхности. Критерий текучести Губера - Мизеса. Удельная
потенциальная энергия деформации. Вид предельной поверхности в
пространстве главных напряжений. Пример определения предельных
поверхностей по критериям Треска - Сен-Венана и Губера – Мизеса для
заданного напряженного состояния.
Критерии хрупкого разрушения. Критерий максимальных нормальных
напряжений. Предельные поверхности при хрупком разрушении зависящего
от вида напряженного состояния. Критерий
деформаций.
Экспериментальное
максимальных линейных
подтверждение
критериев
хрупкого
разрушения.
6.
Метод сечений. Внутренние силовые факторы в поперечном
сечении стержня. Основные виды деформации. (2 часа)
Равнодействующие внутренних сил. Метод сечений. Выбор системы
координат. Главный вектор, главный момент сил в поперечном сечении
стержня. Проекции главного вектора и главного момента. Продольная сила,
поперечная сила, изгибающий момент, крутящий момент. Основные виды
деформации. Растяжение (сжатие), кручение, сдвиг, изгиб. Связь внутренних
силовых факторов с отдельными видами деформации. Представление
внутренних силовых факторов в интегральной форме. Напряжения при
растяжении (сжатии) призматических стержней.
Прямой чистый изгиб призматического стержня. Поперечный
7.
изгиб, основные гипотезы. Связь между моментом, перерезывающей силой и
внешней нагрузкой. Касательные напряжения, формула Журавского. (2 часа)
Классификация видов изгиба стержня. Чистый и поперечный изгиб,
прямой изгиб, косой изгиб. Главные центральные оси инерции поперечного
сечения стержня. Главные плоскости инерции стержня. Дифференциальные
зависимости между внутренними силовыми факторами и внешней нагрузкой
при прямом поперечном изгибе. Правило знаков.
Прямой чистый изгиб призматического стержня. Деформирование
сечений стержня при чистом изгибе. Гипотеза плоских сечений. Формула
Кулона
для
нормальных
напряжений
в
сечении
стержня.
Момент
сопротивления. Эпюра нормальных напряжений при изгибе. Рациональные
формы поперечных сечений стержня.
Прямой поперечный изгиб призматического стержня. Внутренние
силовые факторы и напряжения в элементе балки при поперечном изгибе.
Определение касательных
напряжений при прямом поперечном изгибе.
Формула Журавского. Статический момент площади поперечного сечения
стержня. Эпюра касательных
напряжений. Напряженное состояние при
поперечном изгибе.
8.
Пластины и оболочки. Основные гипотезы. Изгиб пластин. (2
часа)
Гипотезы классической теории изгиба пластин и оболочек. Гипотеза
Кирхгоффа – Лява. Выбор системы координат. Обобщенный закон Гука для
плоского
напряженного
состояния.
Изгиб
пластины
под
действием
распределенной нагрузки, нормальной к срединной плоскости. Определение
внутренних силовых факторов при изгибе пластины. Поперечная сила,
изгибающий момент, крутящий момент. Правило знаков. Размерность
внутренних силовых факторов. Равновесие бесконечно малого элемента
пластины.
Связь
между
изгибающими,
крутящими
моментами
и
поперечными силами. Статическая неопределимость системы уравнений
равновесия. Зависимость компонент тензора деформаций от прогиба.
Кривизны. Выражение компонент тензора напряжений через прогиб.
Определение
изгибающего
момента.
Цилиндрическая
жесткость.
Разрешающее уравнение изгиба пластин постоянной толщины. Уравнение
Жермен-Лагранжа. Бигармонический оператор. Типичные краевые условия:
жесткое защемление, шарнирное опирание, свободный край. Понятие
обобщенной кирхгофовой силы.
9.
Основы механики разрушения. Виды трещин. Напряжения и
деформации в окрестности трещин. Критерии хрупкого разрушения. (2 часа)
Виды разрушения. Хрупкое и вязкое (пластическое) разрушение.
Квазихрупкое разрушение. Особенности развитие трещины при повторнопеременном циклическом нагружении. Напряжения и перемещения в
окрестности трещин. Простейшие типы деформации берегов трещины при
действии различных внешних нагрузок. Трещина нормального отрыва,
трещина нормального отрыва, трещина продольного сдвига. Составляющие
поля напряжений у вершины трещины. Коэффициент интенсивности
напряжений. Трещина нормального отрыва в тонкой пластине. Связь
коэффициента интенсивности напряжений с
напряжением. Поправочные
множители для коэффициентов интенсивности напряжений для различных
схем расположения трещин и нагрузок.
Критерий хрупкого разрушения Гриффитса-Ирвина. Потенциальная
энергия
упругой
деформации
в
пластине
с
трещиной.
Разность
потенциальных энергий системы без трещины и системы с трещиной
нормального
отрыва.
Поверхностная
энергия
разрушения.
Условие
предельного равновесия трещины. Формула Гриффитса для плоского
напряженного состояния. Критический начальный размер трещины. Кривая
критического разрушения. Зависимость критического напряжения от длины
трещины. Докритический рост трещины.
Динамический характер роста
трещины. Критический коэффициент интенсивности напряжений. Критерий
предельного
равновесия
Ирвина.
Трещиностойкость
материала.
Эквивалентность критериев Гриффитса и Ирвина. Формулировка критериев
Гриффитса и Ирвина в терминах обобщенных сил. Критическое значение
обобщенной силы. Вязкость разрушения.
10.
Анизотропные
материалы.
Матрица
жесткости.
Матрица
податливости. Плоское напряженное состояние. Плоская деформация. (2
часа)
Виды анизотропии. Выбор системы координат. Глобальная и локальная
системы координат. Полностью анизотропный материал. Матрицы жесткости
и
податливости
анизотропного
материала.
Независимость
элементов
матрицы жесткости. Свойство симметрии. Базовые эксперименты для
определения элементов матрицы податливости анизотропного материала.
Моноклинный
материал. Плоскость симметрии. Матрицы жесткости и
податливости моноклинного материала. Ортотропный материал. Примеры
ортотропных материалов. Матрицы жесткости и податливости ортотропного
материала. Трансверсально - изотропный материал. Ось симметрии свойств.
Матрицы жесткости и податливости трансверсально - изотропного материал
материала. Технические константы. Выражение матрицы жесткости через
технические константы. Сводная таблица технических констант для
различных типов анизотропии. Пример вычисления элементов матрицы
жесткости
трансверсально-изотропного
материала
через
заданные
технические константы. Матрицы жесткости и матрицы податливости
различных типов анизотропных материалов в случае плоского напряженного
и плоского деформированного состояния.
11.
Слоистые
композиционные
материалы.
Механика
однонаправленного слоя. Правило смешения. Примеры. (3 часа)
Архитектура
Квадратичное,
слоя.
Распределение
гексагональное
и
волокон
слоевое
по
сечению
распределения
слоя.
волокон.
Теоретическая плотность материала слоя. Предельная объемная доля
волокон. Теоретическая и фактическая прочность волокон. Статистические
аспекты
прочности
волокон.
Диффузия
напряжений
в
волокнах.
Трещиностойкость слоя. Механизмы остановки трещины на границе волокна
и матрицы. Микромеханика слоя. Правило смешения. Микроструктурные
модели первого и второго порядка для определения технических констант
слоя. Краткий обзор микроструктурных моделей слоя высокого порядка.
Проектирование механических свойств слоя. Примеры применения правила
смешения
в
рамках
микроструктурной
модели
первого
порядка.
Механические свойства слоя при растяжении, сжатии и сдвиге. Гибридные
композиты. Феноменологическая гомогенная модель слоя.
12. Основы
ламинатной
теории.
Матрица
жесткости
слоистого
композита. (2 часа)
Укладка. Принятые обозначения. Нумерация слоев. Выбор системы
координат. Основные виды укладок. Симметричная, сбалансированная,
угловая и поперечная укладки. Примеры укладок. Матрица жесткости
тонкого слоистого композита. Применяемые гипотезы теории пластин и
оболочек для построения матрицы жесткости. Внутренние силовые факторы
в плоскости композитной пластины на единицу толщины пластины. Силы
поперечного сдвига. Трансформация матрицы жесткости слоя из локальной
системы координат слоя в глобальную систему координат слоистого
композита. Элементы матриц преобразования. Интегральная и дискретная
формы матриц жесткости [A], [B], [D]. Развернутые формы записи матриц
жесткости и податливости. Анализ элементов и механический смысл матриц
[A], [B], [D].
Матрицы жесткости для различных видов укладок. Пример
построения матриц жесткости для заданной укладки и технических констант
слоя.
13.
Разрушение композитов. Критерии разрушения слоя и пакета. (2
часа)
Основные виды разрушения композиционных материалов. Локальная
потеря устойчивости волокон, разрыв волокон, растрескивание матрицы,
деламинация.
Обзор
и
классификация
критериев
разрушения
композиционных
материалов.
Критерии,
учитывающие
разрушения
компонентов слоя. Критерий Хашина. Критерии разрушения слоя. Критерий
Цай-Ву. Деламинация. VCCT (Virtual Crack Closure Technique) критерий.
Эквивалентная
вязкость
разрушения.
Экспоненциальная
форма
эквивалентной вязкости разрушения, закон Ридера.
Основная литература
1. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов.
Москва, “Машиностроение”, 1988
2. Лехницкий
С.Г
Теория
упругости
анизотропного
тела,
Москва, ”Мир”, 1977.
3. Окопный Ю.А., Радин В.П., Чирков В.П. Механика материалов и
конструкций. Москва, “Машиностроение”, 1988
4. Handbook of Composites, Edited by Peters S.T. 2nd edn., London, 1998.
5. Vasiliev V.V., Morozov E.V. Mechanics and analysis of composite
materials, Elsevier, 2001.
6. Kollar L.P., Springer G.S. Mechanics of composite structures, Cambridge,
2003
Дополнительная литература
2. Benzeggagh, M., and M. Kenane,
“Measurement
of
Mixed-Mode
Delamination Fracture Toughness of Unidirectional Glass/Epoxy Composites
with Mixed-Mode Bending Apparatus,” Composite Science and Technology,
vol. 56 439, 1996.
3. Hashin, Z., “Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites,” Journal
of Applied Mechanics, vol. 47, pp. 329–334, 1980
4. Hashin Z.,
Rotem A. , “A Fatigue Criterion for Fiber-Reinforced
Materials,” Journal of Composite Materials, vol. 7, pp. 448–464, 1973.
5. Laksimi, M.L. Benzeggagh, G. Jing, M. Hecini and J.M. Roelandt, Mode I
interlaminar fracture of symmetrical cross-ply composites. Comp. Sci. Tech. 41
(1991), pp. 147–164.
6. Reeder J., S. Kyongchan, P. B. Chunchu, and D. R.. Ambur, “Postbuckling
and Growth of Delaminations in Composite Plates Subjected to Axial
Compression”43rd
AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC
Structures,
Structural
Dynamics, and Materials Conference, Denver, Colorado, vol. 1746, p. 10, 2002.
7. Tsai S. W. and Wu, E. M., 1971, “A General Theory of Strength for
Anisotropic Materials,” J. Comp. Mater. 5, 58-80.
8. V. Q. Bui, E. Marechalb and H. Nguyen-Dang Imperfect interlaminar
interfaces in laminated composites: delamination with the R-curve effect //
Composites Science and Technology Volume 60, Issue 14, November 2000,
Pages 2619-2630
9. Wu E. M., and R. C. Reuter Jr., “Crack Extension in Fiberglass Reinforced
Plastics,” T and M Report, University of Illinois, vol. 275, 1965.
ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗДЕЛИЙ И
КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Объем: 2,8 зачетных единицы, 40 часов аудиторной нагрузки.
1.
Классификация
и
общие
представления
о
полимерных
композиционных материалах (ПКМ)
Высокопрочные армированные ПКМ; усиленные короткими волокнами
и пластинчатыми наполнителями ПКМ; дисперснонаполненные ПКМ;
полимер-полимерные смеси, пенополимерные материалы, комбинированное
наполнение полимеров. Цели и задачи наполнения полимеров. Роль
связующих в высокопрочных композитах с непрерывными волокнами как
среды для передачи напряжения между волокнами и поглощения энергии при
разрушении. Дисперсные наполнители для повышения жёсткости, снижения
усадки при формовании изделий, удешевление, придания специальных
свойств - негорючести, износостойкости, изменения коэффициента трения,
электро- и теплопроводности и пр. Усиливающие коротковолокнистые и
пластинчатые наполнители. Уровень повышения жёсткости, прочности,
изменения ударной вязкости. Полимер-полимерные смеси, модификация
свойств. Повышение ударной вязкости хрупких полимеров. Пенополимерные
материалы. Снижение веса при сохранении физико-механических свойств.
Преимущества комбинирования различных наполнителей. Роль поверхности
раздела фаз и специальные методы обработки поверхности наполнителей и
создания переходных слоев.
II. Наполнители и армирующие материалы
Минеральные
дисперсные
наполнители.
Мел,
каолин,
кварц,
металлические порошки, магнитные наполнители, гидроокись алюминия,
окись сурьмы и др. антипирены, сажа, графит, микросферы. Свойства,
назначение, масштабы производств, экономические показатели. Методы
подготовки наполнителей и обработки поверхности. 2. Коротковолокнистые
и пластинчатые наполнители. Силикат кальция, асбест, микротонкие
волокна, рубленные стеклянные и базальтовые волокна, нитевидные
монокристаллы, слюда, тальк и др. чешуйчатые и ленточные наполнители.
Армирующие материалы на основе волокон (маты, бумага и пр.). Получение,
подготовка к применению, обработка поверхности. Усиливающее действие.
Экономические характеристики.
1. Непрерывные волокна и армирующие материалы. Стеклянные,
базальтовые,
борные,
углеродные,
керамические,
металлические,
органические полимерные волокла. Нити, жгуты, тканные материалы на
основе волокон одного сорта и гибридные. Переработка волокон в ткани,
замасливатели, аппреты и т.д.
III. Полимерные матрицы
1. Полимерные матрицы для высокопрочных ПКМ. Требования к
матрицам. Химическая и топологическая структура сетчатых полимеров.
Методы синтеза и отверждения полиэфирных, эпоксидных и др. соединений.
Основные
связующих.
физико-механические,
физические
и
химические
свойства
2. Связующие для теплостойких ПКМ. Полиамиды, полиимиды,
кремнийорганические соединения. Методы синтеза, основные физикомеханические и др. свойства, теплостойкость, термостойкость. Углеродные
матрицы,
исходные
соединения,
методы
термообработки,
основные
характеристики.
3. Матрицы на основе термопластичных полимеров (для наполнения
дисперсными частицами). Выбор матричного полимера. Влияние химической
структуры
материалов.
полимерной
матрицы
Полиэтилен
высокой
на
характеристики
плотности,
наполненных
полипропилен,
ПВХ,
полиамиды, полиформальдегид, ПБТ и др. Модификация полимеров с целью
улучшения взаимодействия с наполнителем.
IV. Технология получения и переработки ПКМ
1. Методы переработки и изготовления изделий из армированных ПКМ
- намотка, выкладка, прессование, палтрузия. ПолуФабрикаты для метода
"сухой" намотки (препреги). Технологические требования к армирующему
материалу и связующим для "сухой" и "мокрой" намотки.
2.
Принципиальные
технологические
схемы
получения
ПКМ,
наполненных дисперсными частицами и волокнами. Технологическое
оборудование. Требования к наполнителю и полимеру, аппреты. Реология
наполненных
систем
и
методы
их
переработки
в
изделия.
Полимеризационное наполнение. Высоконаполненные материалы, выбор
распределения по размера и способы переработки этих материалов.
3. Технология получения пенополиматериалов, частично вспененных
материалов в комбинации с другими типами наполнителей. Интегральные пенопласты.
V. Свойства ПКМ
Прочность, вязкость разрушения, усталость.
Общие представления о механизмах разрушения. Хрупкие полимеры,
наполненные эластичными полимерами. Хрупкие и вязкие матрицы,
наполненные
дисперсными
минеральными
наполнителями.
ПКМ
с
дисперсными
волокнами
и
пластинчатыми
наполнителями.
ПКМ,
армированные непрерывными волокнами, гибридные. ПКМ.
2. Упругие и вязкоупругие свойства ПКМ. Свойства изотропных ПКМ,
наполненных
дисперсными
частицами,
волокнами
и
пластинчатыми
наполнителями. Свойства однонаправленных волокнистых ПКМ, расчёт
свойств слоистых пластиков. Особенности испытании на изгиб ПКМ и
принципы получения максимально жёстких конструкций.
3.
Тепловое
расширение,
тепло-
и
электропроводность
ПКМ.
Термическое расширение изотропных ПКМ, методы расчёта с сравнение с
экспериментом. Тепловое расширение анизотропных ПКМ. Тепло и
электропроводность дисперснонаполненных ПКМ и пенополиматериалов.
Критические концентрации наполнителя. Электропроводящие волокна и
армированные ПКМ.
4. Горючесть ПКМ. Основные процессы, протекающие при горении
полимерных материалов в конденсированной и газовой средах. Методы
снижения горючести полимеров. Особенности горения ПКМ. Введение
наполнителей (негорючих и ингибирующих горение), как метод снижения
горючести ПКМ. Модификация связующих и наполнителей антипиренами.
Наиболее распространённые антипирены и современные представления о
механизме их действия.
VI. Применение ПКМ
1. Конструкционные волокнистые ПКМ, требования, к ним и
применение в авиации, судостроении, транспорте, автомобилестроении,
машиностроении, аэрокосмической технике.
2.
ПКМ,
армированные
дисперсными
волокнами,
на
основе
полиэтилена, ПВХ, полиэфиров, полиамидов, полипропилена и др. и их
применение в машиностроении, автомобилестроении и пр.
3. Наполнение дисперсными минеральными наполнителями - средство
экономии полимеров и модификации свойств (увеличение жёсткости,
снижение усадок при формовании, изменение теплового расширения, тепло-
и электропроводности, снижение горючести и пр.).
4. Жёсткие пенополимерные материалы малого удельного веса как
тепло и звукоизолирующие материалы в строительстве. Высоконаполненные
ПКМ на основе перлита и др. пористых наполнителей. Вспененные
материалы среднего удельного веса, как облегчённые конструкционные
материалы.
Применение
мягких
пенополимерных
материалов
в
строительстве, быту и пр. Интегральные пены - новый тип термопластичных
конструкционных материалов.
5. Электропроводящие, теплопроводящие и электроизоляционные
ПКМ в электротехнической промышленности, машиностроении и народном
хозяйстве. Возможность замены цветных металлов, нержавеющей стали
материалами на основе полиэтилена, полипропилена и ненасыщенных
полиэфиров.
Литература
1. Полимерные композиционные материалы: свойства, структура,
технологии, ред. академик Берлин А.А., Санкт-Петербург, из-во Профессия,
2008.
2. Баженов С.Л., Берлин А.А., Кульков А.А., Ошмян В.Г., Полимерные
композиционные материалы. Прочность и технология, Издательский Дом
«Интеллект», г. Долгопрудный, 2009.
3. Промышленные полимерные композиционные материалы, ред.
М. Ричардсона, М., Химия, 1980
2. Наполнители для полимерных композиционных материалов, ред.
Г.С. Кац и Д.В. Милевски, М., Химия, 1981, с. 265-332.
5. Справочник по композиционным материалам, ред. Дж. Любин, М.,
Машиностроение, 1988.
6. Ф.Мэттьюз, Р. Ролингс, Мир материалов и технологий. Композитные
материалы. Механика и технология, М., Техносфера, 2004.
7. Углеродные волокна и углекомпозиты, ред. Э. Фитцер, М., Мир,
1988.
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ТЕКСТИЛЬНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ
ВОЛОКОН, 3D ПРЕПРЕГИ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
Введение
Курс содержит описание теоретических и практических подходов к
организации и управлению инновационной деятельностью фирмы в
рыночных условиях. Основное внимание уделено методам оценки НИОКР на
различных этапах их жизненного цикла и принятию соответствующих
управленческих решений.
Содержание
1.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОН
Состояние
и
перспективы
производства
химических
волокон.
Основные закономерности переработки полимеров в химические волокна.
Особенности получения полиакрилонитрильных и гидратцеллюлозных
волокон – прекурсоров углеродных волокон. Основные закономерности
термохимических
превращений
органических
полимеров
при
высокотемпературной обработке в условиях получения углеродных волокон.
Особенности
получения
углеродных
волокон
на
основе
различных
прекурсоров. Общие сведения о структуре и свойствах. Общие принципы
получения и свойства стеклянных, базальтовых волокон и нитевидных
кристаллов.
2.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЯЖИ И НИТЕЙ
Основные технологические процессы получения пряжи из химических
волокон.
Сокращенные
оборудование
для
Особенности
технологии
ассортимента.
способы
получения
пряжи.
получения
Современное
получения
пряжи.
Кручение
крученых
крутильное
Современное
химических
нитей.
нитей
технического
оборудование.
Особенности
переработки высокомодульных нитей на крутильном оборудовании.
3.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТКАНЕЙ
Технологический план ткачества. Основные технологические процессы
подготовки нитей к ткачеству. Основные технологические процессы на
ткацком станке. Строение тканей. Факторы, определяющие строение тканей.
Требования к тканям различного назначения. Технический текстиль. Новые
технологии получения тканей для технических целей. Новые направления
развития ткачества. Трехосные ткани. Современное ткацкое оборудование.
Особенности переработки высокомодульных нитей на ткацком станке.
4.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН
Строение и свойства трикотажа. Технология петлеобразования.
Основные технологические характеристики трикотажных и вязальных
машин. Особенности структурообразования полотен для мультиаксиальных
композитов.
Особенности
структурообразования
полотен
для
3-D
композитов.
5.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Волокнистое сырье для нетканых материалов. Подготовка волокон к
чесанию,
чесание,
холстоформирование.
Связующие
для
нетканых
материалов. Способ производства иглопробивных нетканых материалов.
Способ импрегнирования волокнистых основ дисперсиями полимеров.
Получение нетканых материалов способом термоскрепления. Получение
нетканых материалов сложных структур.
6.
ХИМИЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
7.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аналитические
работоспособности
методы
волокон
и
проектирования
нитей
в
нитей.
технологических
Оценка
процессах.
Показатели качества текстильных нитей. Методы определения показателей
качества текстильных нитей. Механические свойства нитей. Показатели
качества текстильных нитей. Методы определения показателей качества
текстильных нитей. Механические свойства нитей. Показатели качества
текстильных
полотен
и
изделий.
Структурные
характеристики.
Механические свойства текстильных изделий. Оценка качества текстильных
материалов. Контроль качества текстильных материалов.
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ВОЛОКОНИ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА ПРЕПРЕГОВ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
В
лекциях
текстильной
рассматриваются
подготовки
основные
непрерывных
и
технологические
дискретных
стадии
волокон
для
использования их в композиционных материалах. Подготовка нитей к
ткачеству. Формирование нитей заданного состава, профиля и тексов.
Прядение
волокон
с
последующей
термообработкой.
Подготовка
трикотажных полотен для 1D, 2D 2.5D и 3D композитов. Получение
мультиаксиальных полотен.
Текстильная
подготовка
наполнителей
(волокон).
Основные
технологические стадии текстильной подготовки непрерывных и дискретных
волокон для использования их в композиционных материалах. Подготовка
нитей к ткачеству. Формирование нитей заданного состава, профиля и
тексов. Прядение волокон с последующей термообработкой. Подготовка
трикотажных полотен для 1D, 2D 2.5D и 3D композитов. Получение
мультиаксиальных
полотен.
Получение
2D
препрегов
на
основе
мультиаксиального плетения изтрощенной нити и/или с использованием
связующих в виде пленок или органических нитей.
Технологии
получения
препрегов
и
ламинатов,
ручная
и
автоматизированная выкладка, вакуумное формование и инжекция в форму,
пултрузия, намотка, текстильная переработка. 1D препреги, 2D рассчитанной
конфигурации
для
авиопромышленности.
Рассматриваются
основные
технологии получения композиционных материалов, объясняется специфика
применения той или иной технологии в зависимости от требуемых свойств
материалов и оборудования. Технологии и оборудование для получения
крупногабаритных и сложно профильных изделий. Интегрально-сборные
конструкции.
RTM
технология,
автоматизированная
выкладка,
RTJ
технология.
Роль замасливателей для текстильной переработки волокон. Роль
аппретов в организации граничных слоев. Смачиваемость. Межфазная связь
(механическая, электростатическая, химическая и диффузионная). Методы
измерения адгезионной прочности. Требования, предъявляемые к аппрету.
Аппретирование
минеральных
волокон.
Аппретирование
углеродных
волокон. Аппретирование полиамидных волокон.
Модификация поверхности волокон и создание наношереховатостей.
Электрофизическая обработка волокон поверхности волокон.
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ АРМИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Объем: 1,9 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
Цель курса: приобретение слушателями теоретических и практических
знаний, умений и навыков в области получения и эксплуатации органических
и неорганических волокон. Курс должен обеспечить слушателями получение
знаний в области создания технологий производства волокон.
Ожидаемые результаты: в результате изучения данного курса слушатели
должны:
 знать основные технологии получения органических и неорганических
волокон;
 уметь выбрать исходные компоненты для получения и модификации
волокон.
Содержание курса:
Изложены способы получения и классификации искусственных
(синтетических) и натуральных (природного происхождения) волокон.
Представлены сравнительные характеристики физико-химических свойств
волокон (стеклянные, базальтовые, кремнеземные, кварцевые, полимерные
углеродные, волокна из металлов и кремния, бор-содержащие и карбидкремниевые волокна). Показано место неорганических и органических
волокон в сравнении с другими материалами. Приведены основные способы
получения органических и неорганических волокон. В лекции приведен
анализ сырьевой базы пригодной для получения волокон. Рассмотрены
корректирующие добавки и влияние основных компонентов сырья на
свойства волокон и способы переработки сырья и волокон. Рассмотрены
физико-химические свойства расплавов стекол и волокон из неорганического
сырья.
Приводятся
данные
по
механизмам
стеклообразования
и
расстекловывания в том числе термодинамика и кинетика стеклования.
Приводятся основные характеристики стекломассы влияющие на условия
получения и свойства волокон. Сформулированы требования к стекломассе
для стабильной работы установок. Рассмотрены методы исследования стекол
и волокон. Уделено внимание теоретическим и технологическим основам
процесса формования волокон. Рассмотрены основные технологические
стадии получения неорганических волокон.
Приведены основные способы получения расплавов в разных
высокотемпературных печах для получения неорганических волокон.
Рассмотрены основные закономерности получения стекла для волокон.
Рассмотрены основные типы питателей и плавильных печей. Рассмотрены
научные основы формирования волокон разными методами. Освещены
основные особенности получения разных типов волокон.
Приведен анализ сырьевой базы пригодной для получения волокон.
Рассмотрены корректирующие добавки и влияние основных компонентов
сырья на свойства волокон и способы переработки сырья в волокна.
Рассмотрены основные проблемы технического регулирования для
минеральной ваты и минеральных волокон. Основные эксплуатационные
характеристики минеральных волокон и изделий из них. Вопросы
безопасности
при
производстве
и
использовании
искусственных
стекловидных волокнистых изоляционных материалов. Энергозатраты на
производство
материалов
и
энергосбережение
при
их
применении.
Жизненный цикл материалов и изделий из минеральных волокон.
ВВЕДЕНИЕ В МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЮ ПРОЦЕССОВ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ В AspenOne
Объем: 2,9 зачетных единицы, 32 часа аудиторной нагрузки.
Содержание курса:
Основы
работы
в
пакеты
HYSYS,
свойств,
основные
термодинамические модели, интерфейс программы. Построение Тух, Рух,
РТ, VT, TH фазовых диаграмм. Простейшие схемы процесса, включающие
компрессоры, холодильники. Цикл охлаждения пропана.
Работа с Сепараторами, теплообменниками. Использование логических
операций Balance, Adjust, Set. Установка по сжижению газа. Дистилляция.
Колонны разделения природного газа.
Азеотропная дистилляция. Построение фазовых диаграмм. Выделение
метилацетата. Трехфазная дистилляция. Получение безводного метанола с
помощью
ректификации
с
бензолом.
Реактивная
дистилляция.
Псевдогомогенный кинетический подход, гетерогенный катализ. Получение
этилацетата.
Диаграмма
МакКаби-Тиля,
использование
различных
термодинамических подходов, КПД тарелки. Колонна отделения изобутанола
от н-бутана.
Дистилляция, определение геометрических параметров колонны и
тарелок колонны, выбор типа тарелок. Колонна разделения природного газа.
Характеристика нефти, использование дистилляционных кривых и данных
анализов газовой хроматографии и т.п. Учет содержания в нефти серы,
металлов и т.п.
Дистилляция нефти и нефтепродуктов при атмосферном давлении и в
вакууме. Пример разделения сырой нефти. Практическое моделирование
поведения нефтяных и газовых флюидов. Обработка лабораторных данных
PVT – анализа.
Расчет трубопроводов, использование различных корреляций для
определения падения давления, расчет тепловых потерь. Пример сбора газа.
Расчет трубопроводов, используя HYSYS PIPESYM, определения
режимов течения жидкости. Расчет падения давления и потерь тепла при
транспортировке нефти.
Компрессорные и насосные кривые: зависимость расход-КПД и расходнапор.
Оценка
эффективности
работы
компрессора.
Влажность
и
образование гидратов в газе. Термодинамические модели расчетов, расчет
использования ингибитора.
Химические
реакции.
Химическое
равновесие.
Исапользование
реакторов REquilibrium RGibbs. Реформинг метана.
Расчет реактора идеального смешения. Синтез пропиленоскида.
Реактор идеального вытеснения. Получение аммиака. Реактор идеального
вытеснения, гетерогенный катализ. Получение стирена. Детальный расчет
геометрических параметров теплообменника.
Практические примеры расчета процессов:
Обезвоживание природного газа с помощью ТЭГ.
Улавливание СО2 с помощью МЭА.
Производство аммиака.
Производство МТБЭ.
Очистка кислых газов с помощью ДЭА и МЭА.
Переработка сточных вод.
Создание отчетов и Aspen Simulation Workbook
Динамическое
моделирование.
Введение
в
динамическое
моделирование процессов. Пример моделирования сепаратора и колонны.
Динамическое моделирование реактора идеального смешения. Динамическое
моделирование получения хлорбензола и его отделения.
Aspen plus и Aspen Properties
Уравнение состояния Peng-Robinson, Soave-Ridlich-Kwong. Построение
Рху и Тху фазовых диаграмм.
Модели коэффициентов активностей NRTL, Wilson, UNIUAC и
UNIFAC. Построение Рху, Тхх и Тху фазовых диаграмм.
Регрессия, определение по экспериментальным данным параметров
термодинамических моделей: коэффициентов активностей и уравнений
состояния.
Примеры более сложных термодинамических моделей E-NRTL, Pitzer,
PC-SAFT, COSMOSAC, NRTL-SAC.
Дистилляция моделирование основных типов колонн. Блок Radfrac.
Трехфазная, азеотропная и реакционная дистилляция, примеры расчета.
Анализ трехкомпонентных фазовых диаграмм.
Использование
основных
типов
реакторов
при
расчете
термодинамических равновесий: RGibbs, RYield, RStoic, REquil.
Использование основных типов реакторов при расчета кинетики
реакция: RCSTR, RPlug, RBatch.
Aspen Plus практический пример расчета процессов.
Получение кумола.
Получение серрной кислоты. Применение ENRTL и уравнения
состояния.
Получение мочевины, моделирование процесса фирмы Стамикарбон.
Применение уравнения состояния.
Производство ТАМЕ.
BASF-процесс получения формальдегида. Термодинамическая модель
Маурера.
Очистка воды от кислых газов.
Газификация угля.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Объем: 2,5 зачетных единицы, 28 часов аудиторной нагрузки.
Введение. Общее представление об электрических и магнитных
свойствах:
электропроводность,
диэлектрическая
проницаемость,
диэлектрические потери, комплексная диэлектрическая проницаемость,
комплексная магнитная проницаемость.
Наполнители для композиционных материалов со специальными
электрофизическими
свойствами.
Дисперсные
наполнители:
порошки
металлов; графит; технический углерод (сажа); титанат бария и другие
сегнетоэлектрики; ферриты. Непрерывные волокна и ткани: углеродные
волокна; металлические волокна; композитные волокна.
Полимерные
специальными
матрицы
для
композиционных
электрофизическими
композиционных
материалов
со
свойствами.
специальными
материалов
Методы
со
получения
электрофизическими
свойствами
Структура композитов. Методы и модели для расчета электрических
свойств композиционных материалов: Метод среднего поля. Модель
эффективной среды. Теория протекания.
Электрические свойства композиционных материалов и их связь со
структурой.
Зависимость
электрических
свойств
композитов
от
концентрации наполнителя, частоты электрического поля, температуры,
деформации.
Магнитные
магнитных
свойства
свойств
от
композиционных
концентрации
материалов.
наполнителя,
Зависимость
размера
частиц
наполнителя, частоты электромагнитного поля, температуры. Методы и
модели для расчета электрических свойств композиционных материалов
Нанонаполнители и их характеристики: наночастицы металлов;
фуллерены и фуллериты; углеродные нанотрубки; графен; наноглины,
наноалмазы, наночастицы оксида титана; кремния, оксида кремния.
Специфические методы получения нанокомпозитов. Особенности
электрических свойств нанокомпозитов. Проблемы синтеза нанокомпозитов:
контроль
размера
и
свойств
наночастиц;
сложность
равномерного
диспергирования наночастиц в полимерной матрице.
Нанокомпозиты с комплексом свойств. Общие представления об
особенности
механических,
оптических,
магнитных
и
др.
свойств
нанокомпозитов. Нанокомозиты, выпускаемые в настоящее время в
промышленном масштабе и области их применения.
Композиционные
материалы
на
основе
полимерных
смесей.
Распределение частиц наполнителя в полимерных смесях. Особенности
свойств композитов на основе полимерных смесей.
Экспериментальные методы измерения электрофизических свойств.
Широкодиапазонная
диэлектрическая
спектроскопия.
Особенности
измерения электрофизических свойств в СВЧ области. Эллипсометрия, как
метод измерения диэлектрических свойств в оптическом диапазоне частот.
Области применения композитов и нанокомпозитов со специальными
электрофизическими свойствами. Перспективы развития композиционных
материалов со специальными электрофизическими свойствами