《選專業》每日一專業——高分子材料與工程

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《選專業》每日一專業——高分子材料與工程

1、什麼是高分子材料與工程?

在教育部頒佈的普通高校本科專業目錄中,高分子材料與工程被歸入材料類專業。材料類專業包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料三個專業。

金屬是一種有光澤、富有延展性、導電、導熱的物質,這些性質是由於金屬晶體結構中含有自由電子而形成的。金屬材料是純金屬元素或者以金屬元素為主要元素,通過金屬鍵聯結而成的,是具有金屬物質特性的材料。其中最常見的就是鐵、銅和鋁等金屬材料。以金屬材料為研究對象,學習研究該類材料的成分、組成結構、合成工藝以及物理、化學性能等多方面知識的專業就是金屬材料工程專業。

無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬複雜,並且沒有自由電子。晶體結構具有比金屬鍵更強的離子鍵。這種化學鍵賦予這類材料高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。生活中常見的無機非金屬材料製品有普通玻璃、陶瓷、水泥及半導體等。研究這類材料的組成、結構、性能以及設計、合成、生產加工等多方面知識的專業就是無機非金屬材料工程專業。

那麼,高分子材料與工程專業究竟是個什麼樣的材料類專業呢?“高分子”是指以化學鍵相連接的大量有機小分子的聚合物,之所以稱為“高分子”,就是因為其分子量高,至少在一萬以上,高的可達幾百萬以至上千萬。“高分子材料”顧名思義就是用這種高分子量的聚合物做成的材料。我們平常接觸的天然橡膠、棉花、人體器官等天然材料,人工合成的化學纖維、塑料和橡膠等都是高分子材料。高分子材料具有分子量高、質輕、密度小等特點,具有優良的力學性能、絕緣性能、隔熱性能,彈性高、可塑性強、機械強度大,耐磨、耐熱、耐腐蝕。高分子材料的這些特性使其具有廣泛的用途,其中常見的用途就有五大類:塑料、纖維、橡膠、塗料和黏合劑。

高分子材料與工程專業重在“工程”。它是工科專業,是培養工程師的專業。“工程”的含義既包括對高分子材料本身的成分、結構、性能的理論知識,也包括高分子材料設計、合成、加工成型、改性等應用技術。本專業的畢業生不進行純粹的理論研究,而是在掌握高分子材料知識的基礎上,服務於生產實踐。在生產實踐中,材料工程師們需要根據生產生活的實際,設計出材料結構,然後找到合適的小分子單體,在特定的反應設備和反應條件下,合成出聚合物,經過成型加工機械的作用,生產出預想得到的材料。改性技術則可以針對已有的材料進行改良,通過添加不同種類或者不同含量的添加劑,改變已有材料的性能,從而滿足生產生活的新要求。

2、培養什麼人?

人高分子材料與工程專業的研究對象主要包括三大領域,即材料的合成、改性和加工成型。

合成就是由小分子單體聚合而生成高分子聚合物。合成的類型包括加聚反應、縮聚反應、開環聚合反應、氫轉移聚合、氧化聚合等。不同的聚合反應遵循不同的反應機理,從聚合動力學的角度看,合成反應有鏈式反應和逐步反應兩大類,其中根據反應活性中心的不同鏈式反應又有自由基聚合、陽離子聚合、陰離子聚合和配位聚合幾種反應機理。這些反應機理都有很複雜、很深的理論知識,也都是高分子專業的學生必須掌握的基礎性理論知識。此外合成領域還有合成方法,包括乳液聚合、溶液聚合、懸浮聚合和本體聚合的理論知識。

隨著高分子材料工業的迅速發展及應用領域的不斷擴大,人們對聚合物的性能提出了各種新的要求。為了滿足不同的用途,利用化學方法或物理方法改進聚合物的一些性能,以達到預期的目的,這就是高分子材料的改性。一般來說,對高分子材料改性要比合成一種新的聚合物並使之工業化要容易得多。並且,這些改性工作在一般的塑料與橡膠加工廠就能進行,容易見效,常能解決工業生產中的不少具體問題。因此,高分子材料的改性在實際生產領域越來越受到重視,已經成為高分子材料與工程專業畢業生必須掌握的技術。當今,高分子材料改性主要圍繞著通用聚合物材料的高性能化、單組分材料向多組分複合材料轉變(即合金、共混、複合)、賦予材料功能化、優化性能與價格等方面進行。其中涉及化學改性、填充改性、增強改性、共混改性以及最新發展的納米複合改性方法。這些改性的方法都屬於高分子材料與工程專業的培養範疇。

加工成型是生產實踐領域的知識,學生需要學習掌握高分子材料、添加劑及其配方設計、高分子材料混合與製備、成型加工方法和工藝過程(壓制成型、擠出成型、注射成型、壓延成型等)、加工工藝原理以及高分子材料的加工性質等方面的知識。

高分子材料與工程的畢業生主要從事與高分子有關的科學研究、技術開發、工藝和設備設計、生產及經營管理等方面工作。

科學研究側重新高分子材料的探索,如針對高分子材料本身的組成、結構、物理化學性能、合成原理等開展基礎性研究。在技術開發方面側重將高分子材料的研究成果轉化為工業產品。在生產中,高分子材料的生產加工要依靠成熟的生產加工工藝,在專門的設備中進行,有針對性地設計材料的加工工藝和設備(如生產工藝流程設計、聚合反應的反應釜設計,材料成型使用的壓延機和擠出機等設備的設計),即從事工藝和設備的設計工作。高效的生產離不開有效的管理,有效的管理又必須由內行的人才來進行才能實現,因而高分子專業的高級技術人才還可以從事生產經營方面的管理工作。

3、主要代表院校

浙江大學

清華大學、北京化工大學、復旦大學、四川大學

華東理工大學、華南理工大學、東華大學、哈爾濱理工大學、吉林大學、濟南大學、哈爾濱工業大學、西北工業大學、中國科學技術大學、青島科技大學、北京理工大學、山東大學、北京航空航天大學

武漢工程大學、鄭州輕工業學院、湘潭大學、瀋陽化工大學、河北工業大學、常州大學、長春工業大學、北京服裝學院、湖北大學、中山大學、南京理工大學、吉林化工學院、中國海洋大學、上海工程技術大學、遼寧石油化工大學、中南大學、廣東石油化工學院、北京石油化工學院、大連理工大學、蘇州大學

合肥工業大學、海南大學、大連工業大學、江南大學、揚州大學、武漢紡織大學、大連大學、桂林理工大學、南昌大學、西南石油大學、魯東大學、中北大學、太原工業學院、瀋陽工業大學、上海大學、中南林業科技大學、燕山大學、長安大學、北京工商大學、北京工業大學、齊齊哈爾大學、湖北工程學院、湖北工業大學、北京印刷學院、鄭州大學、武漢理工大學、天津科技大學、齊魯工業大學、河南工程學院、聊城大學、台州學院

4、開設哪些課程?

高分子材料與工程專業的公共基礎課包括高等數學、工程數學、大學物理、計算機文化基礎、Visual Basic程序設計、大學英語等課程

高等數學:也稱微積分學,是理工科院校中一門重要的基礎學科,也是一門比較難的課程。初等數學研究的是常量,而高等數學研究的是變量。主要內容包括函數、極限與連續、導數與微分、不定積分、定積分及其應用、多元函數微積分、常微分方程、級數等知識。

工程數學:主要包括線性數學與概率論知識。工程數學知識的學習可以使工科的學生應用這些理論工具處理常見的工程問題。

大學物理:主要學習剛體的定軸轉動、熱力學、真空中的靜電場、穩恆磁場、機械振動與波、物理光學、量子物理基礎等方面的知識。通過這些內容的學習,使學生熟悉自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規律,為後繼專業基礎課與專業課的學習及進一步獲取有關知識奠定必要的物理基礎。

Visual Basic程序設計:屬於公共選修課,通過本課程的學習,學生可掌握面向對象程序設計的基本概念,瞭解程序設計的基本原理、技巧和方法,並且能夠利用VB語言編寫相應的程序,具有一定的程序調試能力,為以後進一步自修其他程序語言和提高程序設計能力打下堅實的基礎。

專業基礎課包括無機化學、有機化學、分析化學、物理化學,結合材料專業還開設材料科學概論。材料科學概論全面介紹了金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、複合材料及新型材料,在此基礎上將各種材料緊密結合在一起講述,學生在初步把握材料共性的同時,瞭解材料的個性,形成對材料領域的系統性認識。

專業課包括高分子化學、高分子物理、高分子材料加工原理、高分子材料研究方法

高分子化學主要介紹高分子化學中的基本概念、聚合物的化學反應機理和動力、逐步聚合、自由基聚合、自由基共聚合、離子聚合、配位聚合、聚合方法等方面的基礎理論知識。

高分子物理課程在於使學生掌握聚合物的鏈結構、凝聚態結構、高分子溶液性質及聚合物的分子量和分子量分佈,掌握聚合物運動的特點,瞭解結構與力學、電、熱、光及表面與界面性能的關係。

高分子材料加工原理主要講授高分子材料及其配方、加工方法、工藝過程、加工工藝原理以及高分子材料的加工性質(包括加工過程中的行為)。本課程幫助學生理解和掌握高分子材料的加工工藝原理和工藝過程,為學生從事高分子材料及其製品的設計、生產和研究工作打下必要的理論基礎。

高分子材料研究方法介紹高分子材料研究方法理論與實踐,讓學生了解和掌握高分子材料研究方法的實施方法,包括光譜分析、核磁共振與電子順磁共振波譜法、氣相色譜法與反氣相色譜法、高聚物的熱解分析、分子量分佈的測定等研究方法。

專業選修課包括聚合物共混原理、化工設計、聚合物近代測試、計算機在化學中的應用、專業英語。高分子材料與工程專業開設基礎實驗課,包括物理實驗、無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗

5、畢業後做什麼?

19世紀中葉以前,人類被動地使用天然高分子材料。這時期的高分子材料主要是指棉、麻、蠶絲、動物毛皮等天然高分子材料。從19世紀中葉到20世紀20年代,人類開始對天然高分子材料進行化學改性,從而研製出新材料。這期間人類首次研製出合成高分子材料———酚醛樹脂。

此外還有硫化橡膠、硝基纖維樹脂、人造絲、纖維素粘膠絲等。20世紀30年代至20世紀60年代,人類大量研製新的合成高分子材料,高分子科學概念誕生,大批高分子化學家投入到新聚合物的合成和新材料開發的研究領域,大批通用高分子材料由此誕生,例如順丁、丁苯等合成橡膠,尼龍66、聚酯(PET)、聚丙烯腈等合成纖維,聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、有機硅、有機氟、雜環高分子等塑料和樹脂。從20世紀60年代至今,高分子材料大量普及。人類對其的使用更加合理,生產的成本更為低廉。高分子材料已經滲透到國民經濟及人類生活的各個方面,成為人類社會繼金屬材料、無機材料之後的第三大材料。其中20世紀80年代初,塑料、橡膠、纖維三大合成高分子材料的總產量已經超過億噸,高分子工業體系在整個經濟中佔據了舉足輕重的地位。

目前,高分子材料已經被廣泛應用於生活、生產、科研和國防等各個領域,成為我國科學研究的一個重點領域。近代科技與工業的進步,為高分子材料行業的發展開拓了更廣泛的前景。高分子材料已由傳統的有機材料向具有光、電、磁、生物和分離效應的功能材料延伸。高分子結構材料正朝著高強度、高韌性、耐高溫、耐極端條件的高性能材料發展,為航天航空、近代通信、電子工程、生物工程、醫療衛生和環境保護等各個方面提供各種新型材料。

就全國範圍來講,高分子材料與工程專業學生的需求與供給基本持平,就業非常平穩。畢業生的擇業面很寬,比較著名的單位有很多,如德國大陸輪胎(馬牌輪胎)公司、米其林集團、倍耐力輪胎有限公司、中國化纖總公司、中國紡織工業對外經濟技術合作公司、中國紡織科學研究院、中國科學院化學研究所、上海化學纖維(集團)有限公司、中紡投資發展股份有限公司、立邦塗料(中國)有限公司、廣東華潤塗料有限公司、巴德士化工(中國)有限公司、佛山市順德區花王塗料有限公司等。

臨近畢業的畢業生基本上有兩條路。一條路是本科畢業就去找工作,如去橡膠生產廠、塑料生產廠、纖維生產廠等。一開始當技術員,逐步晉升為工程師,在企業中作高分子材料的研發工作。還有一些學生進入與高分子材料相關的貿易公司,當銷售員。另一條路就是考研究生,深造之後有機會進入高校或者研究所,當研究員,進行高分子材料的研究工作。當然,研究生畢業之後依然可以去企業或公司裡面工作,而且有機會進入更好的公司。

高分子材料與工程專業總結

高分子材料與工程專業以化學和材料科學與工程為主幹學科,學習高分子的分子設計、合成、結構與性能、應用等方面的基礎理論、專業知識和實驗技能以及計算機的應用等現代科技和設計手段;本專業培養的學生具有理工交叉的特點,學生既可以從事新型聚合材料的研究,又可以從事材料製備、加工工藝技術開發和生產技術管理工作。高分子材料與工程主要專業課有:高分子化學、高分子物理、高等有機化學、物質結構、材料學概論、材料科學基礎、聚合物成型加工與應用等課程。

就業方向

本專業學生畢業後可在各種材料的製備、加工成型、材料結構與性能等領域從事科學研究與教學、技術開發、工藝和設備設計、技術改造及經營管理等方面工作,在科研、教學、企業等從事相關工作。

從事行業:

畢業後主要在石油、原材料、新能源等行業工作,大致如下:

1 石油/化工/礦產/地質

2 原材料和加工

3 新能源

4 汽車及零配件

5 其他行業

6 電子技術/半導體/集成電路

7 機械/設備/重工

8 醫療設備/器械

從事崗位:

畢業後主要從事研發工程師、工藝工程師、銷售工程師等工作,大致如下:

1 研發工程師

2 工藝工程師

3 銷售工程師

4 材料工程師

5 技術研發工程師

6 產品工程師

7 注塑工程師

8 鋰電池工藝工程師

工作城市:

畢業後,上海、廣州、深圳等城市就業機會比較多,大致如下:

1 上海

2 廣州

3 深圳

4 東莞

5 北京

6 杭州

7 蘇州

8 佛山

就業前景

高分子材料是任何行業不可或缺的,小到穿衣吃飯、電腦手機,大到建築樓房、航空航天。

社會對高分子材料與工程專業人才的需求還在不斷擴大,與高分子材料與工程專業對口的工作並不難找,難就難在怎麼找到有前途的工作。

直觀數據顯示,高分子材料專業就業率比較高,在92%以上。前輩們選擇國有企業的佔26.34%,民營及私營企業佔13.17%,三資企業佔11.93%,科研設計單位6.26%。

師兄師姐們的經驗之談是,高分子材料的主要方向都有工作可尋,比如塑料、橡膠、合成纖維、粘合劑以及塗料,在交叉領域中還有複合材料,這些方向中偏化工類的相對來說比較好找工作。

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