Przedmioty wspólne - INŻYNIERIA CHEMICZNA I PROCESOWA, specjalności PP, PT P Analiza instrumentalna Co to są metody optyczne analizy

Transkrypt

1 Przedmioty wspólne - INŻYNIERIA CHEMICZNA I PROCESOWA, specjalności PP, PT P Analiza instrumentalna Co to są metody optyczne analizy instrumentalnej, przedstaw ich podział oraz objaśnij zasadę pomiaru poznanych technik analitycznych. 2. Podstawy rozdziału, klasyfikacja i zastosowanie metod chromatografii cieczowej oraz gazowej. Parametry retencyjne i parametry charakteryzujące układ chromatograficzny (w tym sprawność, rozdzielczość, selektywność). Podstawowe elementy budowy chromatografu. Kolumny chromatograficzne i ich rodzaje. Powszechnie stosowane detektory. Zastosowanie metod chromatograficznych w analizie ilościowej i jakościowej. 3. Podstawy teoretyczne metod potencjometrycznych, budowa, działanie i klasyfikacja elektrod jonoselektywnych, parametry elektrod jonoselektywnych, metody ilościowe. Podstawy fizykochemiczne woltamperometrii, układ pomiarowy, elektrody pracujące, funkcja pomiarowa i jej parametry, techniki woltamperometryczne, metody ilościowe. Chemia analityczna 1 1. Podstawowe definicje w analizie objętościowej (miano roztworu, krzywa miareczkowania, punkt równoważnikowy (PR) i punkt końcowy (PK) miareczkowania. 2. Krzywe miareczkowania w analizie objętościowej. 3. Wskaźniki PK miareczkowania w analizie objętościowej. 4. Podstawy teoretyczne miareczkowania alkacymetrycznego, redoksometrycznego, kompleksometrycznego i strąceniowego. 5. Analiza wagowa. Chemia fizyczna Właściwości i prawa gazów doskonałych oraz rzeczywistych. 2. Kinetyczna teoria gazów doskonałych. Średnia droga swobodna, częstości zderzeń. Lepkość gazów. 3. Zasada ekwipartycji energii. 4. Termodynamika chemiczna. Zasady termodynamiki. Praca. Ciepło. Funkcje termodynamiczne: U, H, S, G, H. Różniczki i pochodne funkcji termodynamicznych. 5. Procesy i przemiany termodynamiczne: izotermiczne, izochoryczne, adiabatyczne, izobaryczne. Samorzutność procesów. 6. Termochemia. Prawo Hessa. Wyznaczanie parametrów termodynamicznych reakcji chemicznej. Wpływ temperatury na entalpię reakcji. 7. Cząstkowe wielkości molowe. Potencjał chemiczny. 8. Roztwory. Termodynamika roztworów. Roztwory doskonałe. Prawo Raoulta. Prawo Henry ego. Destylacja. Roztwory rzeczywiste. Roztwory azeotropowe. 9. Równowagi fazowe. Równanie Clapeyrona, równanie Claussiusa-Clapeyrona. Reguła faz Gibbsa. Wykresy fazowe. 10. Właściwości koligatywne. O

2 11. Oddziaływania międzycząsteczkowe. 12. Napięcie powierzchniowe, lepkość, dyfuzja: podstawowe prawa. 13. Aktywność jonów. Siła jonowa. Współczynniki aktywności jonów. 14. Równowaga chemiczna. Stałe równowagi chemicznej. Wpływ temperatury na równowagę chemiczną. Zasada przekory. 15. Przewodnictwo roztworów elektrolitów. Rodzaje przewodnictw. Podstawowe wielkości związane z przewodnictwem elektrolitów. Pomiary przewodnictwa. Prawo niezależnej wędrówki jonów. 16. Elektrochemia. Półogniwa. Ogniwa. Potencjał półogniwa. Siła elektromotoryczna ogniwa elektrochemicznego. Rodzaje półogniw. Schematy ogniw. Zastosowania pomiarów elektrochemicznych. 17. Kinetyka chemiczna. Rząd reakcji. Reakcje rzędu: 0,1,2,3. Metody określania rzędu oraz stałej szybkości reakcji chemicznej. 18. Kinetyka reakcji enzymatycznych. Równanie Michaelisa-Menten, wyznaczanie jego parametrów. 19. Kinetyka reakcji złożonych: reakcje równoległe, odwracalne, następcze. 20. Wpływ temperatury na stałą szybkości reakcji chemicznej. Równania: Arrheniusa oraz Eyringa. Parametry aktywacji reakcji i metody ich wyznaczania. 21. Podstawy procesów katalitycznych. 22. Adsorpcja. Adsorpcja fizyczna i chemiczna. Izotermy adsorpcji: Langmuira i BET. 23. Napięcie powierzchniowe i metody jego wyznaczania. 24. Refrakcja molowa. Właściwości, metody wyznaczania. Zastosowania. Chemia ogólna i nieorganiczna Budowa atomu: jądro atomowe i jego trwałość, struktury elektronowe, promienie atomowe i jonowe. 2. Układ okresowy. Prawo okresowości. Energia jonizacji, powinowactwo elektronowe, elektroujemność. 3. Liczność materii i jej jednostki. 4. Wiązania chemiczne: wiązania kowalencyjne, formalny stopień utlenienia. 5. Wiązania chemiczne: teoria orbitali molekularnych, diagram energetyczny, rząd wiązania. 6. Wiązania chemiczne: teoria wiązań walencyjnych, hybrydyzacja, struktury cząsteczek i jonów. 7. Polarność cząsteczek, moment dipolowy, wiązania niechemiczne. 8. Teorie kwasów i zasad. Amfolity. 9. Reakcje chemiczne: typy reakcji, równania reakcji, stechiometria wzoru i równania, wydajność reakcji. 10. Reakcje utleniania i redukcji. 11. Stany skupienia materii. Równowagi fazowe. 12. Stan gazowy: równania stanu gazu. 13. Stan stały: kryształy jonowe i molekularne, ciała amorficzne.

3 14. Stan stały: wytrącanie, rozpuszczanie i roztwarzanie osadów. 15. Stan ciekły: ciecze i roztwory, sposoby wyrażania stężeń, własności koligatywne roztworów. 16. Równowaga chemiczna. Stała równowagi. Prawo działania mas. Reguła przekory. 17. Elektrolity mocne: dysocjacja, aktywność jonów, współczynnik aktywności, siła jonowa roztworu. 18. Elektrolity słabe: dysocjacja, stała i stopień dysocjacji, iloczyn jonowy wody, ph, mieszaniny słabych i mocnych elektrolitów, wskaźniki kwasowo zasadowe. 19. Hydroliza soli: stopień i stała hydrolizy, równania jonowe i cząsteczkowe, ph i odczyn roztworu. 20. Roztwory buforowe: skład, zasada działania, ph, pojemność buforowa. 21. Rozpuszczalność i iloczyn rozpuszczalności, wpływ elektrolitów mocnych na rozpuszczalność osadów. 22. Klasyfikacja związków nieorganicznych. 23. Systematyka pierwiastków: metale grup głównych 1, 2, 13 i ich związki. 24. Systematyka pierwiastków: pierwiastki grupy 14 i ich związki. 25. Systematyka pierwiastków: pierwiastki grupy 15 i ich związki. 26. Systematyka pierwiastków: pierwiastki grup i ich związki. 27. Pierwiastki przejściowe bloku d: właściwości i zastosowanie. 28. Pierwiastki bloku f, promieniotwórczość, właściwości i zastosowanie. 29. Związki kompleksowe: równowagi kompleksowania, stała trwałości, budowa i izomeria. 30. Związki addycyjne i inne nie objęte systematyką związków nieorganicznych: przykłady, sposób zapisu, nazwy. Chemia organiczna 3 1. Budowa i izomeria związków organicznych. 2. Efekty przesunięć elektronowych i ich zastosowanie do tłumaczenia właściwości związków organicznych. 3. Klasyfikacja związków organicznych. 4. Podstawy nazewnictwa chemicznego. 5. Ogólne metody otrzymywania i podstawowe reakcje poszczególnych klas związków organicznych, takich jak: węglowodory nasycone, węglowodory nienasycone (alkeny, alkiny), węglowodory aromatyczne, alkohole, fenole, etery, aldehydy, ketony, kwasy jedno- i wielokarboksylowe, fluorowco-, hydroksy- i oksokwasy, pochodne kwasów karboksylowych (halogenki, bezwodniki, amidy, estry), nitrozwiązki, aminy, aminokwasy, węglowodany. Chemia i technologia polimerów Stopniowy i łańcuchowy mechanizm syntezy polimerów. Różnice i podobieństwa. 2. Techniczne metody prowadzenia procesów polimeryzacji stopniowej. 3. Główne i uboczne reakcje chemiczne towarzyszące polimeryzacji rodnikowej. 4. Polimeryzacja żyjąca a kontrolowana. Różnice i podobieństwa.

4 5. Metody przemysłowego wytwarzania polimerów metodami polimeryzacji rodnikowej. 6. Mechanizm polimeryzacji jonowej monomerów nienasyconych i cyklicznych. 7. Metoda oceny reaktywności monomerów w procesach kopolimeryzacji rodnikowej. 8. Polimeryzacja koordynacyjna zasady jej prowadzenia i najważniejsze polimery otrzymywane tą metodą w skali przemysłowej 9. Najważniejsze grupy polimerów naturalnych. 10. Polimery usieciowane przykłady budowy i zastosowania Dyfuzyjne procesy rozdziału Absorpcja. Charakterystyka procesu. Równowaga gaz - ciecz. Bilans masowy procesu i linia operacyjna. Metody obliczana wysokości absorberów. Zagadnienia hydrodynamiczne i średnica aparatu. Aparatura. 2. Destylacja i rektyfikacja. Równowaga ciecz - para dla układów dwu i wieloskładnikowych. Destylacja prosta równowagowa. Destylacja prosta różniczkowa. Destylacja z parą wodną oraz molekularna. Rektyfikacja dwuskładnikowa okresowa i ciagła: bilanse, linie operacyjne, minimalny i maksymalny powrót, wyznaczanie liczby półek teoretycznych metodami graficzną i analityczną. Rektyfikacja mieszanin wieloskładnikowych. Zagadnienia projektowe: dobór typu aparatu, charakterystyka półek i ich sprawność, kinetyczne współczynniki wymiany masy, kolumny z wypełnieniem. 3. Ekstrakcja w układzie ciecz - ciecz. Podstawy fizykochemiczne ekstrakcji: rozpuszczalność, stan równowagi, współczynnik podziału, selektywność rozpuszczalnika, mechanizm układu kroplowego. Obliczanie współczynników wymiany masy w procesie ekstrakcji. Ekstrakcja jednostopniowa. Ekstrakcja wielostopniowa współ- i przeciwprądowa. Określenie minimalnej, maksymalnej i optymalnej ilości rozpuszczalnika. Obliczanie liczby stopni i ich sprawności. Ekstrakcja kolumnowa w układach trójskładnikowych: obliczanie wysokości i średnicy kolumny. Aparatura. 4. Procesy suszarnicze. Termodynamika suszenia. Ruch masy i ciepła przy suszeniu. Sposoby prowadzenia procesu. Aparatura suszarnicza. Komputerowa grafika inżynierska (CAD) Zasady rzutowania prostokątnego. 2. Zasady tworzenia rzutów aksonometrycznych, widoków i przekrojów. 3. Zasady wymiarowania. 4. Tolerowanie wymiarów, kształtu i położenia. 5. Oznaczanie chropowatości powierzchni. 6. Połączenia części maszyn: rozłączne i nierozłączne. 7. Zasady kreślenia rysunków złożeniowych i wykonawczych. 8. Zasady poprawnego kreślenia wykresów technicznych. Materiały inżynierskie Charakterystyka materiałów: metalicznych, ceramicznych oraz polimerowych. 2. Właściwości użytkowe kompozytów na osnowie metalicznej, ceramicznej i polimerowej.

5 3. Charakterystyka modułu sprężystości. 4. Charakterystyka granicy plastyczności. 5. Charakterystyka wytrzymałości na rozciąganie. 6. Charakterystyka twardości i ciągliwości. 7. Nagłe pękanie, wiązkość i zmęczenie materiałów. 8. Odkształcenie i pękanie w wyniku pełzania. 9. Tarcie i ścieranie wywołane tarciem. 10. Kryteria doboru materiałów inżynierskich. Mechanika płynów Równanie równowagi Eulera, prawo Pascala, prawo Archimedesa 2. Wyznaczanie powierzchni ekwipotencjalnej i rozkładu ciśnienia 3. Parcie cieczy na ścianę płaską i na powierzchnie zakrzywione 4. Pomiar ciśnienia i prędkości przepływu 5. Analityczne metody opisujące ruch płynów - metoda Eulera, pochodna lokalna, konwekcyjna, substancjalna 6. Równanie ciągłości 7. Funkcja prądu, potencjał prędkości 8. Kinematyka - równanie Eulera 9. Równanie Bernoullego i jego zastosowanie 10. Rozkład prędkości w przepływie laminarnym (wyprowadzić wzór) i burzliwym przy przepływie wewnątrz rury 11. Warstwa graniczna przyścienna (hydrodynamiczna warstwa graniczna) 12. Opory przepływu przez rurociąg, opory miejscowe 13. Różniczkowy bilans pędu równanie Naviera-Stokesa 14. Przepływ pełzający, przepływ z dużą prędkością 15. Przepływ płynów nienewtonowskich 16. Analiza wymiarowa Mechanika techniczna i maszynoznawstwo Etapy procesu konstruowania i projektowania aparatury chemicznej 2. Kryteria wyboru rozwiązania konstrukcyjnego 3. Materiały konstrukcyjne stosowane do budowy aparatury chemicznej. a. stale niestopowe i stopowe, staliwa i żeliwa podział i podstawowe cechy, b. inne tworzywa konstrukcyjne (metale kolorowe i ich stopy, tworzywa sztuczne, materiały ceramiczne i szkło) podstawowe cechy, c. kryteria doboru materiałów konstrukcyjnych. 4. Podział i podstawowe części maszyn ogólnego przeznaczenia: a. połączenia nierozłączne (nitowe, lutowane, spawane, zgrzewane) definicja i podstawowe cechy, b. rozłączne części maszyn (gwintowe, kołkowe, sworzniowe, klinowe, wpustowe, wielowypustowe) definicja i podstawowe cechy, c. osie i wały definicja i funkcje,

6 d. podział i funkcje łożysk, e. podział i funkcje sprzęgieł, f. podział i funkcje przekładni. 5. Podstawowe elementy budowy aparatury chemicznej: a. rodzaje powłok i den aparatów, b. króćce i wyprowadzenia rur z aparatów, c. podział i funkcje uszczelnień, d. rurociągi i ich elementy składowe (połączenia, rozgałęzienia, kompensatory) e. podział i funkcje zaworów. Podstawy przenoszenia ciepła i masy Rodzaje ruchu ciepła - omówić. 2. Omówić I-sze prawo Fouriera i jego zastosowanie. 3. Scharakteryzować proces wnikania ciepła. 4. Przenikanie ciepła - omówić. 5. Przedstawić całkowe i różniczkowe równanie bilansu energii. 6. Porównać dyfuzję równomolową przeciwkierunkową i dyfuzję składnika przez inert. 7. Przedstawić modele wnikania masy. 8. Omówić proces przenikania masy między fazami. 9. Teoretyczny wymiennik jednostopniowy - omówić. 10. Wymienniki o ciągłym kontaktowaniu faz - wyznaczanie liczby stopni teoretycznych metodą graficzną. Podstawy technologii chemicznej 2 1. Teoria podobieństwa. 2. Własności fizykochemiczne gazów i cieczy. 3. Chemiczna koncepcja metody. 4. Stechiometria reakcji. Reakcje proste, obliczanie składu mieszaniny. 5. Reakcje złożone. 6. Efekt cieplny reakcji. 7. Powinowactwo chemiczne. 8. Równowaga chemiczna. 9. Przesunięcie stanu równowagi. 10. Skład równowagowy mieszaniny reakcyjnej. Procesy mechaniczne i aparatura procesowa, intensyfikacja procesów 4 1. Rodzaje i systemy pracy aparatury chemicznej (procesowej) 2. Tłoczenie cieczy i gazów; pompy i sprężarki: rodzaje pomp i sprężarek, parametry pracy pomp, charakterystyki pomp, punkt pracy pomp, przestrzeń szkodliwa w sprężarkach 3. Materiały rozdrobnione: definicja, ważne parametry i ich znaczenie dla przebiegu procesu z udziałem MR 4. Rozdrabnianie ciał stałych i mikronizacja proszków: cel, rodzaje, aparatura 5. Operacje kontaktu faz: rodzaje (przepływ płynu przez złoże MR nieruchome,

7 fluidyzacja, transport pneumatyczny), ważne parametry, metody intensyfikacji przebiegu procesu, zastosowania, aparatura 6. Operacje rozdzielania faz: rodzaje (sedymentacja, klasyfikacja, elutracja, flotacja, filtracja, wirowanie, odpylanie gazów), ważne parametry, metody intensyfikacji przebiegu procesu, zastosowania, aparatura 7. Mieszanie cieczy: zakresy ruchu cieczy podczas mieszania, ważne parametry, znaczenie dla przebiegu procesów, mieszadła i mieszalniki 8. Przepływy wielofazowe: rodzaje (przepływ gaz-ciecz, zalewanie wypełnienia, barbotaż), struktura, metody obliczania oporów przepływu, zastosowania 9. Parametry charakterystyczne dla opisu przepływu płynów w układach prostych i złożonych 10. Ruch burzliwy i laminarny, porównanie, istotne parametry, znaczenie dla przebiegu procesów, zastosowania 11. Cykl życia produktu i procesu przemysłu chemicznego: etapy, analiza LCA, zastosowania 12. Parametry procesowe, struktura przepływu i elementy konstrukcyjne aparatury służące intensyfikacji procesów: wymiany ciepła zatężania roztworów krystalizacji destylacji rektyfikacji absorpcji adsorpcji ługowania i ekstrakcji suszenia i liofilizacji Reaktory chemiczne 2 1. Kinetyka reakcji chemicznych. Zależność szybkości reakcji od stężenia i temperatury. 2. Reaktor okresowy. 3. Metody interpretacji danych kinetycznych. 4. Czas reakcji dla reakcji prostych bez i ze zmianą objętości w reaktorze okresowym. 5. Reakcje złożone w reaktorze okresowym. 6. Reaktor przepływowy z idealnym wymieszaniem. 7. Kaskada reaktorów przepływowych. 8. Reaktor rurowy. 9. Reaktor rurowy z recyklem. Optymalny recykl dla reakcji autokatalitycznej. 10. Reaktor półokresowy. 11. Porównanie reaktorów chemicznych. 12. Dobór reaktorów dla reakcji złożonych. Technologia chemiczna 2 1. Surowce odtwarzalne i kopalne przykłady.

8 2. Ropa naftowa a. przeróbka zachowawcza (proces technologiczny, otrzymywane frakcje); b. procesy destrukcyjne kraking katalityczny, reforming, piroliza olefinowa (surowce, otrzymywane produkty, podstawowe procesy technologiczne). 3. Akrylonitryl, anilina, chlorek winylu, epichlorohydryna, etylobenzen, fenol, kwas adypinowy, kwas tereftalowy, kwas octowy, kwas tereftalowy, kumen, metanol, styren wzór chemiczny, najważniejsza metoda otrzymywania (reakcje, stosowane katalizatory), główne kierunki zastosowania. 4. Podstawy produkcji amoniaku z pierwiastków. 5. Otrzymywanie sody metodą Solvaya. 6. Otrzymywanie siarki i kwasu siarkowego. Termodynamika techniczna 2 1. Typy układów i przemian termodynamicznych. 2. Równania stanu gazu i cieczy 3. Wpływ ciśnienia i temperatury na funkcje stanu dla gazów i cieczy 4. Równania stanu dla mieszanin 5. Warunek równowagi fazowej, liczba stopni swobody wytłumaczyć 6. Równowaga ekstrakcyjna, równanie równowagi, prezentacja graficzna. 7. Równowaga ciecz-para, równanie równowagi, prezentacja graficzna. 8. Równanie równowagi dla roztworów substancji nielotnej, wzrost temperatury wrzenia nad roztworem 9. Równanie równowagi krystalizacyjnej, wyznaczanie rozpuszczalności, sposoby prezentacji równowagi krystalizacyjnej na wykresach jedno, dwu i trójskładnikowych, wykresy entalpowe wyjaśnić na nich sposób prowadzenia krystalizacji. 10. Cykle chłodnicze cykle lewo i prawobieżne Przedmioty specjalistyczne - inżynieria produktu i procesów proekologicznych (CP/PP-DI) Inżynieria materiałów sypkich 2 1. Urządzenia do mikronizacji proszków 2. Metody pomiaru wielkości cząstek i klasyfikacji proszków 3. Mieszadła i mieszalniki do materiałów sypkich oraz do sporządzania zawiesin i emulsji 4. Granulatory do granulacji na mokro i na sucho 5. Tabletkarki uderzeniowe, rotacyjne i do wytwarzania tabletek płaszczowych; urządzenia wspomagające zasyp masy tabletkowej 6. Urządzenia do powlekania cukrowego, polimerowego i warstwowego 7. Urządzenia do kapsułkowania 8. Parametry procesowe i elementy konstrukcyjne aparatury służące do intensyfikacji procesów: wymiany ciepła zatężania roztworów destylacji

9 ekstrakcji suszenia Inżynieria produktu 2 1. Znaczenie inżynierii produktu, jako dziedziny wiedzy. 2. Klasyfikacja produktów chemicznych. 3. Właściwości produktu chemicznego. 4. Metodyka projektowania produktu chemicznego. 5. Siły rynkowe Portera jako metoda analizy atrakcyjności branży. 6. Koncepcja House of Quality w projektowaniu produktów. 7. Podstawy chemii i termodynamiki koloidów. 8. Stabilizacja emulsji. 9. Projektowanie emulsji. 10. Metody obliczeniowe w inżynierii produktu. Inżynieria zrównoważonych procesów przemysłowych 2 1. Zasady zielonej chemii i technologii chemicznej. 2. Najlepsze dostępne techniki (BAT). 3. Ilościowe wskaźniki toksyczności substancji. 4. Zielone rozpuszczalniki. 5. Sekwestracja CO2. 6. Biopaliwa i biorafinerie. 7. Integracja cieplna kolumn rektyfikacyjnych. 8. Intensyfikacja i integracja procesów. 9. Ekstrakcja w warunkach nadkrytycznych. 10. Odzysk ciepła - sieci wymienników ciepła, pompy ciepła. Projekt technologiczny 1 1. Ogólne metody projektowania systemów technologicznych: podstawowe koncepcje. 2. Kryteria oceny projektu. 3. Definicja symulacji i projektowania systemów procesowych. 4. Organizacja obliczeń symulacyjnych systemów acyklicznych i cyklicznych. 5. Strategie działania programów symulacyjnych i ich wykorzystanie w projektowaniu procesów i systemów technologicznych. 6. Projektowanie wymienników ciepła. 7. Ogólne zasady projektowania reaktorów. 8. Ogólne zasady projektowania procesów rozdziału. 9. Zasady doboru parametrów procesu rektyfikacji. 10. Rektyfikacja azeotropowa, ekstrakcyjna i rozdział azeotropów. Wybrane operacje jednostkowe 3 1. Mechanizmy przenoszenia masy. Równanie dyfuzji. 2. Bilans masy w układzie płyn-ciało stałe. 3. Cel i sposoby procesu rozpuszczania. 4. Metody realizacji procesu rozpuszczania.

10 5. Cel i sposoby prowadzenia procesu krystalizacji. 6. Zastosowania i metody realizacji krystalizacji. 7. Cel i sposoby prowadzenia procesów membranowych 8. Zastosowania i metody realizacji procesów membranowych Przedmioty specjalistyczne - przetwórstwo tworzyw polimerowych (CP/PT-DI) Elementy reologii w przetwórstwie tworzyw polimerowych Podstawowe pojęcia reologii, naprężenie, odkształcenie, kinematyka odkształcenia 2. Reologiczne równanie stanu, ciała sztywne, ciecze lepkie. 3. Pojęcie lepkosprężystości polimerów, modele mechaniczne. 4. Lepkość polimerów przy prostym płynięciu. Właściwości reologiczne stopów i roztworów polimerów. 5. Praktyczne zastosowanie reologii polimerów: płynięcie izotermiczne i nieizotermiczne stopów polimerowych w kanałach o wybranych przekrojach; płynięcie stopów polimerowych w wytłaczarce jedno- i dwuślimakowej (reżim technologiczny) Ocena właściwości użytkowych tworzyw polimerowych Oznaczanie właściwości wytrzymałościowych przy statycznym rozciąganiu, ściskaniu i zginaniu. 2. Pomiar twardości tworzyw sztucznych. 3. Badania udarności tworzyw polimerowych. 4. Ocena wytrzymałości tworzyw sztucznych poddanych długotrwałemu statycznemu obciążeniu. 5. Ocena wytrzymałości zmęczeniowej. 6. Odporność na zadrapanie i ścieralność. 7. Badanie właściwości cieplnych i palności tworzyw sztucznych - wyznaczanie temperatury 8. przejść fazowych (zeszklenie, płynięcie, topnienie), badanie odporności cieplnej, badanie zapalności, badanie zmian właściwości tworzyw polimerowych podczas długotrwałego ogrzewania. 9. Metody analizy termicznej (DTA, DSC, TGA) oraz dynamiczna analiza mechaniczna DMA zastosowanie do charakterystyki właściwości tworzyw polimerowych. 10. Metody badań odporności na starzenie i odporności chemicznej. 11. Badania morfologii tworzyw polimerowych (mikroskopia optyczna, elektronowa, sił atomowych). 12. Zawartość fazy krystalicznej a właściwości materiałów polimerowych, metody wyznaczanie stopnia krystaliczności. Podstawy fizykochemii polimerów Średnie stopnie polimeryzacji makrocząsteczek i średnie masy cząsteczkowe. 2. Wymiary pojedynczej makrocząsteczki. Sposoby ich wyrażania i zależność od stopnia polimeryzacji. 3. Zależność modułu Younga lub modułu sztywności postaciowej (modułu Kirchhoffa) polimerów od temperatury. Równoważność czasowo-temperaturowa. 4. Przejście szkliste w polimerach zależność od budowy makrocząsteczek. 5. Lepkość roztworów polimerów graniczna liczba lepkościowa i wzór Marka-Houwinka. 6. Fenomenologiczne modele charakteryzujące lepkosprężystość polimerów. 7. Budowa krystalitów i form polikrystalicznych w polimerach częściowo krystalicznych.

11 8. Rodzaje uporządkowania w substancjach ciekłokrystalicznych. Materiały termotropowe i liotropowe. Technologia przetwórstwa tworzyw polimerowych 3 1. Środki pomocnicze stosowane w przetwórstwie tworzyw sztucznych 2. Metody przygotowywania mieszanek polimerowych (walcowanie, ugniatanie, wytłaczanie mieszające) 3. Formowanie wyrobów z kompozytów z chemoutwardzalnych polimerów 4. Wytłaczanie formujące, narzędzia i linie technologiczne. 5. Wtryskiwanie tworzyw termoplastycznych i chemoutwardzalnych. 6. Symulacja komputerowa wtryskiwania 7. Prasowanie tłoczne i przetłoczne. 8. Kalandrowanie. 9. Obróbka wtórna tworzyw sztucznych: zgrzewanie, termoformowanie 10. Obróbka powierzchni wyrobów: barwienie, drukowanie, metalizacja. Podstawy CAD/CAE w przetwórstwie tworzyw polimerowych 1 1. Format pliku STL Geometria siatkowa może być przenoszona między systemami 3D CAx poprzez różne formaty plików, tj. STL, VRML (lub WRL), OBJ, DWG, DXF, PLY, 3DS i inne, jednak w systemach do szybkiego prototypowania najczęściej używanym formatem plików jest STL. Plik taki opisuje tylko geometrię siatek bez reprezentacji koloru, tekstury i jednostki długości. Podczas otwierania pliku STL, oprogramowanie CAx importuje siatki w domyślnie wybranych podczas instalacji jednostkach (zwykle są to milimetry lub cale), a w niektórych przypadkach użytkownik każdorazowo musi to określić samodzielnie. Pliki formatu STL mogą być zapisane w postaci tekstowej lub binarnej. Proces opisu powierzchni obiektu za pomocą trójkątów nosi nazwę teselacji. Pliki binarne są częściej używane, gdyż są skompresowane wewnętrznie, a dzięki temu dużo mniejsze niż tekstowe. Typowy plik w formacie STL ma strukturę, w ramach której zapisane są wierzchołki płaskich trójkątnych ścianek wraz z ich wektorami normalnymi. 2. Metoda SLA SLA Tworzenie modelu w metodzie SLA polega na polimeryzacji (fotoutwardzaniu) ciekłej żywicy akrylowej lub epoksydowej wiązką lasera. W czasie procesu powstający model jest umieszczony na platformie roboczej w zbiorniku z ciekłą żywicą. Na początku procesu platforma jest na samej górze, następnie obniża się o grubość warstwy. Zgarniacz nanosi i wyrównuje warstwę płynnej, niezestalonej żywicy. Zastosowanie zgarniacza do wyrównywania powierzchni żywicy jest istotne, ponieważ jest ona na tyle lepka, że nie zawsze samoczynnie wpływa w rejony wcześniej utwardzone. Po obniżeniu platformy i naniesieniu nowej warstwy żywicy następuje proces miejscowego jej zestalania pod wpływem wiązki lasera UV. Na dokładność modelu zbudowanego w maszynie SLA względem modelu 3D CAD ma wpływ zarówno dokładność siatki STL, jak też parametry procesu technologicznego SLA: grubość warstwy utwardzanej, rodzaj żywicy, średnica plamki lasera itd. W celu uniknięcia efektu schodkowego konieczne jest odpowiednie

12 ustawienie modelu 3D CAD na platformie roboczej tak, aby płaskie ścianki były budowane w poziomie lub pionie. W przypadku skomplikowanych kształtów nie będzie możliwe uniknięcie schodków, które są szczególnie widoczne na ścianach lekko pochylonych względem płaszczyzny roboczej. Wykonane metodą stereolitografi i elementy można poddać obróbce wykańczającej (mechanicznej) i malować oraz przez zastosowanie odpowiedniej żywicy nadawać im określone właściwości mechaniczne. Dokładność modeli stereolitografi cznych jest zależna od typu urządzenia i zadanych parametrów wytwarzania (w przypadku urządzeń precyzyjnych i odpowiednio skalibrowanych może dochodzić nawet do 0,01 mm). Stereolitografi a należy do najdokładniejszych technik przyrostowych, dlatego nadaje się z powodzeniem do wykonywania modeli łopatek i wirników turbosprężarek. Podobnie jak w innych metodach, w stereolitografi i możliwe jest ręczne klejenie poszczególnych elementów tworzonego obiektu przez pomocy tej samej żywicy modelowej utwardzanej promieniowaniem UV. Dzięki temu można budować większe modele niż pozwala na to maksymalna wielkość przestrzeni roboczej urządzenia. Proces budowy modelu fi zycznego za pomocą aparatury stereolitograficznej jest zależny od parametrów pracy lasera i charakteru procesów fizykochemicznych zachodzących podczas utwardzania żywicy wiązką lasera (fotopolimeryzacji). W czasie tego procesu można wyróżnić trzy zasadnicze etapy: inicjacja procesu, rozprzestrzenianie się procesu, zakończenie procesu. Prawidłowy przebieg procesu stereolitograficznego wymaga utrzymywania warunków pracy w pomieszczeniu, w którym znajduje się aparatura, czyli odpowiedniej temperatury i wilgotności powietrza. Zakres temperatury pracy urządzenia SLA 250 wynosi C, a wilgotność poniżej 50%, bez kondensacji. Jeśli chce się uzyskać maksymalną dokładność wyrobu, to zmiana temperatury nie powinna być większa niż 1 C/h. Istota procesu stereolitografi i polega na warstwowej polimeryzacji czynnej optycznie żywicy z wykorzystaniem promienia lasera UV. Warstwa jest tworzona na powierzchni żywicy, a wiązka światła laserowego o szerokości hs skanuje powierzchnię, tworząc utwardzone miejsca. Budowa każdej warstwy rozpoczynana jest od utwardzania konturu (zarysu przekroju, ang. border), a następnie utwardzane jest wnętrze. Wiązka lasera wykonuje w wypełnieniu strukturę ażurową w postaci kratki (ang. hatching) (rys. 2.6), a następnie wykonywane jest docelowe wierszowanie wypełniające (ang. fi lling) w postaci linii jedna przy drugiej. 3. Metoda FDM Metoda FDM (Fused Deposition Modeling) polega na warstwowym budowaniu modelu z materiału modelowego (budulcowego), który jest wytłaczany z podgrzewanej dyszy. Materiał jest do niej doprowadzany w postaci żyłki (okrągłego drutu z tworzywa) rozwijanej ze szpuli. Do dyszy żyłkę wpycha sterowany mechanizm podający zbudowany z napędzanych, ryflowanych rolek, dzięki czemu można regulować lub przerywać jej podawanie. Grzałka w dyszy nagrzewa materiał do temperatury płynięcia (do postaci ciastowatej ) i tak stopiony jest on nakładany w postaci cienkiej nitki na platformę roboczą, gdzie stygnąc, łączy się z nią lub z wcześniej ułożonymi warstwami. Temperatura dyszy jest kontrolowana przez układ sterujący maszyny. W maszynach firmy Stratasys

13 stosowane są głowice z dwiema dyszami: do materiału modelowego i materiału podporowego. Głowica jest przesuwana w płaszczyźnie XY, natomiast platforma robocza porusza się w osi Z. Ruchome osie są poruszane przez elektryczne silniki krokowe sterowane przez układ elektroniczny. W przypadku maszyn serii Dimension, uprint i Fortus silniki napędzają paski zębate (osie X i Y) oraz śrubę pociągową z gwintem trapezowym (oś Z). Na stalowej platformie roboczej użytkownik umieszcza płytę (tackę) podmodelową z tworzywa sztucznego, którą po wydruku można szybko wymienić i rozpocząć następny proces. W drukarkach 3D serii Dimension na początku każdego wydruku na tacy podmodelowej w miejscu budowy modelu układana jest jedna warstwa materiału modelowego, a następnie sześć ażurowych warstw materiału podporowego. Są one układane po to, aby przygotować równą bazę pod modelem, gdyby płaszczyzna tacy był nierówna. Ponieważ materiał podporowy jest mniej wytrzymały oraz bardziej kruchy niż budulcowy, łatwiejsze. Metoda FDM (wytłaczanie tworzyw termoplastycznych) jest oderwanie wydrukowanego modelu od tacki. Ponadto pierwsza warstwa z materiału modelowego (ABS) ma na celu stabilne połączenie budowanego prototypu z płytą podmodelową, która jest także z tworzywa ABS. Dzięki temu minimalizuje się ryzyko oderwania się modelu od podstawy. W pierwszym etapie procesu FDM jest przygotowywany wirtualny model geometryczny, który może być wykonany w dowolnym systemie 3D CAD i zapisany w formacie STL. Zdarza się, że tworzona siatka modelu jest uszkodzona, co może powodować problemy z wczytaniem do programów współpracujących z maszynami do szybkiego prototypowania. Do oglądania i analizy poprawno- ści plików STL służy wiele programów lub funkcji niektórych systemów 3D CAD, np. bezpłatny program MiniMagic firmy Materialise lub jego profesjonalna wersja MagicsRP, pozwalająca na modyfi kację i naprawę siatki trójkątów w pliku STL. Błędy w geometrii siatkowej (zapisanej w pliku STL) mogą być przyczyną błędów w wydrukach (np. gdy dwa obiekty siatkowe się przenikają). Najczęściej jednak oprogramowanie do generowania modelu warstwowego na podstawie pliku STL (zwykle przeznaczone do danej drukarki 3D), informuje o błędach i blokuje możliwość druku 3D 4. Metoda JM/JS (Jetting Modeling/ Jetting Systems) Istota procesu JM Warstwowe natryskiwanie ciekłego polimeru, zwane modelowaniem strumieniowym (ang. Jetting Modeling) lub systemami strumieniowymi (ang. Jetting Systems), polega na nakładaniu warstwy materia łu modelowego i podporowego z głowicy drukującej, a następnie jego utwardzaniu. Je żeli materiałem stosowanym w procesie JM jest fotopolimer, to utwardzanie zachodzi pod wpływem świat ła UV emitowanego z lampy zintegrowanej z głowic ą drukującą. W przypadku metody JM można stosowa ć równie ż termoplastyczny wosk (lub polimery o właściwościach podobnych do wosku), wtedy utwardzanie materiału zachodzi w wyniku jego zastygnięcia po nadruku warstwy. W systemie tym podczas budowy modelu nakładane s ą na platform ę roboczą jednocześnie dwa materiały: w odpowiednim miejscu materiał modelu i materiał podpierający model. Modele budowane są na platformie roboczej poruszającej się wzdłuż osi pionowej (Z) przestrzeni roboczej. Warstwy polimeru nakładane s ą kolejno przez głowic ę drukuj ąc ą w

14 p łaszczy źnie (XY). Metoda JM w zakresie materia łów polimerowych utwardzanych w procesie fotopolimeryzacji rozwijana jest technologicznie przez dwóch potentatów rynku RP: firmę 3D Systems systemy ProJet (wcześniej InVision) technologia MJM (MultiJet Modeling) oraz firmę Stratasys (a wcześniej przez Objet Geometries technologia PJM (PolyJet Modeling). W metodzie JM w zakresie woskowych materia łów termoplastycznych wyróżnia si ę dwa zasadnicze typy: DODJet opracowaną przez firmę Solidscape oraz ProJet opracowaną przez fi rmę 3D Systems. W technologii DODJET stosowana jest dodatkowo operacja ścinania nałożonej warstwy do określonej grubości. Metody JM (modelowanie strumieniowe). JM pozwala na wytwarzanie prototypów znajdujących zastosowanie w przemy śle elektromaszynowym, samochodowym, lotniczym, we wzornictwie przemysłowym, medycynie itp. Stosując do budowy wydruków woski odlewnicze, można wytwarza ć modele stosowane w odlewaniu precyzyjnym stopów metali 5. Metoda 3DP Istota procesu 3DP Metoda drukowania przestrzennego 3DP polega na warstwowym łączeniu sproszkowanego materiału budulcowego za pomoc ą spoiwa nanoszonego przez głowicę drukującą, podobną do stosowanych w drukarkach atramentowych do papieru. Proces drukowania rozpoczyna się od naniesienia warstwy proszku ze zbiornika uzupełniającego. Odpowiednia ilość proszku jest dozowana za pomocą układu przesuwającego tłok w cylindrze urządzenia, a następnie rozprowadzana za pomoc ą walca na powierzchni platformy roboczej. Na przygotowaną warstwę proszku nanoszone jest spoiwo, zgodnie z założonym przekrojem poprzecznym bryły. Spoiwo wiąże sproszkowany materia ł i w ten sposób powstaje warstwa modelu, po czym platforma robocza obniża się o grubość warstwy i cykl jest powtarzany. Niezwiązany proszek służy do podpierania tworzonego modelu. Po wykonaniu wszystkich warstw następuje usunięcie niezwiązanego proszku. Otrzymane modele s ą nasączane (infiltrowane) substancjami powodującymi zwiększenie ich wytrzymałości mechanicznej lub spowodowanie elastyczności. Materiałami stosowanymi do drukowania przestrzennego mogą być proszki metali i proszki ceramiczne oraz kompozytowe (metalowo-ceramiczne) zawierające krzemionkę koloidalną lub spoiwo polimerowe.. Wykorzystanie drukowania przestrzennego do tworzenia prototypów elementów maszyn jest coraz większe z uwagi na dość niski koszt materiału budulcowego oraz krótki czas realizacji procesu. Grubość układanych warstw w maszynach opracowanych przez firm ę Z Corporation (niedawno przejętą przez korporację 3D Systems) zawiera się w granicach 0,089 0,254 mm, przy czym oferowane na rynku drukarki 3D s ą w stanie układa ć 2 4 warstwy na minutę. Niektóre urządzenia umożliwiają także drukowanie przestrzenne w 24- bitowej palecie kolorów przez mieszanie trzech podstawowych kolorów.